KR20120119897A - 볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택한 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택한 발광 다이오드 패키지가 개시된다. 이 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩과, 발광 다이오드 칩을 실장하는 탑재면을 포함하는 제 1 리드와, 제 1 리드와 이격되어 배치된 제 2 리드와, 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성하는 반사컵을 포함한다. 또한, 반사컵은 탑재면을 둘러싸는 반사면을 포함하며, 이 반사면은 볼록한 곡면을 포함한다. 볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택함으로써 평평한 반사면을 구비한 종래의 반사컵과 동일한 지향각 특성을 나타내면서 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택한 발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE EMPLOYING REFLECTING CUP WITH CONVEX REFLECTING SURFACE}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광분포를 변화시키지 않으면서 광 효율을 향상시키기 위해 볼록한 반사면을 채택한 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드 패키지는 컬러 구현이 가능하여 표시등, 전광판 및 디스플레이용으로 널리 사용되고 있으며, 백색광을 구현할 수 있어 일반 조명용으로도 사용되고 있다. 이러한 발광 다이오드 패키지는 효율이 높고 수명이 길며 친환경적이어서 그것을 사용하는 분야가 계속해서 증가하고 있다.
발광 다이오드 패키지는 사용 용도에 따라 다양한 구조를 가지며, 예컨대, 칩형 발광 다이오드 패키지(chip LED), 발광 다이오드 램프, 측면 발광 다이오드 패키지(Side view LED) , 상부 발광 다이오드 패키지(Top view LED), 고출력 발광 다이오드 패키지(High power LED) 등의 다양한 구조의 발광 다이오드 패키지가 알려져 있다. 이러한 발광 다이오드 패키지들의 대부분은 발광 다이오드 칩을 실장하기 위한 반사컵을 갖는다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 발광 다이오드 램프는 반사컵(3) 및 상기 반사컵(3)에서 연장된 제1 리드(1a)를 포함한다. 또한, 제2 리드(1b)가 반사컵(3) 및 상기 제1 리드로부터 이격되어 배치된다.
한편, 상기 반사컵(3)은 발광 다이오드 칩(5)을 탑재하기 위한 탑재면을 가지며, 반사면(3a)이 상기 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성한다. 상기 탑재면 상에 발광 다이오드 칩(5)이 탑재되며, 본딩 와이어(7)를 통해 상기 제2 리드에 전기적으로 연결된다. 상기 반사면(3a)은 발광 다이오드 칩(5)에서 방출된 광을 소정 방향으로 반사시킬 수 있도록 경사진 반사면을 형성한다. 한편, 봉지재(11)가 상기 제1 및 제2 리드들(1a, 1b)의 일부분들과 상기 반사컵(3)을 둘러싼다. 또한, 상기 캐비티 내에 형광체를 함유하는 몰딩부재(도시하지 않음)가 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 램프는 상기 반사면(3a)의 기울기 및 상기 봉지재의 외형을 제어하여 요구되는 지향각 및 광 분포를 구현한다. 그러나, 요구되는 지향각 및 광 분포를 구현하면서도 광효율을 더욱 향상시킬 것이 요구되며, 이러한 문제는 발광 다이오드 램프 이외의 다른 패키지들에서도 동일하게 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 요구되는 지향각이나 광분포를 구현하면서도 광효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택한 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 본 발명에 따른 상기 발광 다이오드 패키지의 반사컵은 발광 다이오드 칩을 탑재하기 위한 탑재면을 포함한다. 볼록한 반사면이 상기 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성한다. 한편, 상기 탑재면으로부터의 직선경로가 상기 볼록한 반사면에 의해 차단되는 상부면이 상기 볼록한 반사면에서 연장된다. 본 발명의 실시예들에 따르면 볼록한 반사면을 구비한 반사컵을 채택함으로써 평평한 반사면을 구비한 종래의 반사컵과 동일한 지향각 및 광분포를 구현하면서 광효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 탑재면으로부터 상기 상부면쪽으로 멀어질수록 상기 캐비티의 폭이 증가하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 반사면으로부터 반사된 광이 외부로 방출된다.
또한, 상기 볼록한 반사면은 일정한 곡률을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 두 개 이상의 곡률을 가질 수도 있다. 다만, 일정한 곡률은 상기 반사컵의 형상을 제어하는 것을 용이하게 한다.
한편, 발광 다이오드 칩이 상기 탑재면 상에 탑재된다. 이때, 상기 패키지에서 방출된 광의 지향각은, 상기 반사면을 평평한 반사면으로 했을 때의 지향각 ± 3 % 범위 이내에 있도록 상기 볼록한 반사면의 곡률이 결정된다.
상기 발광 다이오드 패키지는 반사컵을 갖는 모든 종류의 패키지에 적용될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 램프일 수 있다. 상기 발광 다이오드 램프는 상기 탑재면 상에 탑재된 발광 다이오드 칩, 상기 반사컵에서 연장된 제1 리드, 상기 반사컵으로부터 이격되어 배치된 제2 리드, 및 상기 제1 및 제2 리드의 일부분들과 상기 반사컵을 둘러싸는 봉지재를 포함한다. 또한, 상기 반사컵은 금속으로 형성된다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지는 반사컵을 갖는 상부 발광 다이오드 패키지, 측면 발광 다이오드 패키지 또는 고출력 발광 다이오드 패키지일 수 있다. 이러한 패키지들은 상기 탑재면에 서로 이격되어 배치된 제1 리드 및 제2 리드를 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드는 상기 반사컵을 관통하여 외부로 연장된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 볼록한 반사면을 갖는 반사컵을 채택함으로써, 종래의 발광 다이오드 패키지와 거의 동일한 지향각 및 광 분포를 구현하면서도 광효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼록한 반사면을 채택한 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 제1 시뮬레이션에 사용된 발광 다이오드 램프의 반사컵을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 상기 제1 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2 시뮬레이션에 사용된 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 상기 제2 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드 램프는 반사컵(23) 및 상기 반사컵(23)에서 연장된 제1 리드(21a)를 포함한다. 또한, 제2 리드(21b)가 상기 반사컵으로부터 이격되어 배치된다.
상기 반사컵(23)은 발광 다이오드 칩(25)을 탑재하기 위한 탑재면을 가지며, 볼록한 반사면(23a)이 상기 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성한다. 한편, 상기 볼록한 반사면(23a)에서 상부면이 연장된다. 상기 상부면은 상기 반사컵(23)의 상부를 이루는 면으로, 탑재면으로부터 그것에 이르는 직선경로가 상기 반사면(23a)에 의해 차단되는 면이다. 따라서, 발광 다이오드 칩(25)에서 방출된 광은 캐비티 내를 진행하여 볼록한 반사면(23a)에 도달할 수 있으나, 상부면에 도달하지는 못한다. 상기 상부면은 대체로 평평한 면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 캐비티는, 도시한 바와 같이, 상기 탑재면으로부터 멀어질수록 폭이 증가하는 것이 바람직하다. 그 결과, 발광 다이오드 칩(27)에서 방출된 광이 반사면(23a)에서 반사된 후, 외부로 쉽게 방출될 수 있다.
상기 탑재면 상에 발광 다이오드 칩(25)이 탑재되고, 본딩 와이어(27)를 통해 제2 리드(21b)에 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 발광 다이오드칩(25)은 전도성 접착제(도시하지 않음)를 사용하여 상기 반사컵(23)에 탑재되어 제1 리드(21a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이와 달리, 다른 본딩 와이어(도시하지 않음)에 의해 상기 제1 리드에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 봉지재(31)가 상기 제1 및 제2 리드들(21a, 21b)의 일부분들과 상기 반사컵(23)을 둘러싼다. 액상 또는 겔상의 수지가 담긴 주형 내에 제1 리드 및 제2 리드를 뒤집어 배치하고 상기 수지를 경화시키어 형성된 것으로 주형의 형상에 따라 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 봉지재(31)는 발광 다이오드 칩(25)을 보호함과 동시에 발광 다이오드 칩(25)에서 방출된 광을 일정한 지향각 내로 굴절시키는 렌즈 기능을 갖는다.
상기 봉지재(31)는, 도시한 바와 같이, 상기 캐비티를 채울 수 있다. 이때, 상기 봉지재(31) 내에 형광체를 함유시킴으로써, 다양한 색을 구현할 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공할 수 있다. 이와 달리, 상기 캐비티 내에 몰딩수지(도시하지 않음)를 형성한 후, 상기 봉지재를 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 몰딩수지 내에 형광체를 함유시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 반사면을 평평한 반사면으로 했을 때의 지향각 및 광분포와 거의 동일한 특성을 가지면서 광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 램프가 제공될 수 있다. 특히, 상기 반사면을 평평한 반사면으로 했을 때의 지향각 ± 3 % 범위 이내에 있는 지향각을 갖도록 상기 볼록한 반사면(23a)의 곡률을 제어함으로써, 상기 반사면(23a)을 평평한 반사면으로 했을 때의 광 분포와 거의 동일한 광 분포를 동시에 구현할 수 있다. 이때, 상기 볼록한 반사면(23a)은 일정한 곡률을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연속된 적어도 두 개 이상의 곡률을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩(57)을 탑재하기 위한 탑재면, 상기 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성하는 볼록한 반사면(53a) 및 상기 볼록한 반사면(53a)에서 연장된 상부면을 갖는 패키지 본체(53)를 포함한다. 여기서, 반사컵은 패키지 본체(53)에 의해 형성되며, 상기 패키지 본체는 열가소성 플라스틱 또는 세라믹 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 탑재면에 제1 리드(51a) 및 제2 리드(51b)가 서로 이격되어 배치된다. 상기 제1 및 제2 리드들(51a, 51b)은 상기 반사컵을 관통하여 외부로 연장된다. 외부로 연장된 상기 제1 및 제2 리드들은 표면실장이 가능하게 절곡될 수 있다.
발광 다이오드 칩(55)은 상기 탑재면 상에 탑재되고, 본딩 와이어들에 의해 제1 및 제2 리드들(21a, 21b)에 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 발광 다이오드 칩(55)은 제1 리드(21a) 상에 전도성 접착체를 사용하여 탑재될 수 있으며, 본딩 와이어(57)를 통해 제2 리드(21b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 발광 다이오드 칩(55)은 패키지 본체(53) 상에 탑재되고, 두 개의 본딩 와이어들에 의해 제1 리드 및 제2 리드에 전기적으로 연결될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 플라스틱 또는 세라믹 등으로 형성된 패키지 본체(53)를 이용하여 볼록한 반사면(53a)을 갖는 반사컵을 형성할 수 있다. 상기 반사면을 평평한 반사면으로 했을 때의 지향각 및 광분포와 거의 동일한 특성을 가지면서 광 효율을 향상시킬 수 있는 다양한 종류의 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다. 특히, 상기 반사면을 평평한 반사면으로 했을 때의 지향각 ± 3 % 범위 이내에 있는 지향각을 갖도록 상기 볼록한 반사면(53a)의 곡률을 제어함으로써, 상기 반사면(53a)을 평평한 반사면으로 했을 때의 광 분포와 거의 동일한 광 분포를 동시에 구현할 수 있다. 이때, 상기 볼록한 반사면(53a)은 일정한 곡률을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연속된 적어도 두 개 이상의 곡률을 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 패키지 본체(53)가 플라스틱 또는 세라믹 등으로 제조되고 캐비티의 바닥면 즉 발광 다이오드 칩(57)을 실장하기 위한 탑재면을 갖는 것으로 설명하였으나, 상기 패키지 본체(53)의 하부에 히트싱크(도시하지 않음)가 결합되고, 상기 히트싱크가 탑재면을 형성할 수 있다. 또한, 상기 볼록한 반사면(53a)에 반사율이 높은 금속층을 코팅할 수도 있다.
이하에서는 반사면의 곡률에 따른 지향각 및 광 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다. 종래기술에 따른 발광 다이오드 램프와 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프의 지향각 및 광 분포 특성을 대비하기 위해, 봉지재를 형성하기 전 리드 프레임 상태에서의 지향각 및 광 분포 특성에 대한 제1 시뮬레이션과 봉지재를 형성한 후의 패키지 상태에서의 지향각 및 광 분포 특성에 대한 제2 시뮬레이션을 수행하였다.
도 4는 제1 시뮬레이션에 사용된 발광 다이오드 램프의 반사컵을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반사컵은 발광 다이오드 칩 탑재면으로부터 상부면까지의 높이(H)를 0.35㎜, 반사컵 상단부의 직경(L1)을 1.0㎜, 그리고, 반사컵 바닥면의 길이를 0.7㎜로 하였다. 상기 반사컵 바닥면의 중앙에 발광 다이오드 칩이 탑재되고, 약 120도의 지향각을 갖도록 평평한 반사면의 기울기를 설정하고, 발광 다이오드 칩 상부에서부터의 각도에 따른 광의 세기를 시뮬레이션하였다. 한편, 다른 조건을 동일하게 하고, 다만 상기 반사면의 곡률반경을 0.5㎜로 하여 본 발명의 반사컵의 각도에 따른 광의 세기를 시뮬레이션하였다.
도 5는 상기 제1 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프로, (a)는 종래의 반사컵에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고, (b)는 본 발명의 반사컵에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 반사컵에 대한 지향각 및 광분포는 종래의 반사컵의 지향각 및 광분포와 대체로 동일한 특성을 나타낸다. 즉, 평평한 반사면을 갖는 종래의 반사컵이 상대강도 0.5 이상의 광 세기를 나타내는 부분인 지향각은 약 120도이었으며, 0.5mm의 곡률반경을 갖는 반사컵 또한 지향각이 약 120도 이었다. 또한, 두 경우에 있어서, 광분포는 대체로 유사한 종형을 나타내었다.
한편, 두 경우에 있어서, 칩 상태에서의 총광량에 대해 반사컵에 발광 다이오드 칩을 탑재한 상태에서의 총광량의 비율을 나타내는 광효율을 시뮬레이션한 결과, 종래의 반사컵의 경우 광효율이 약 7% 상승하였다.
도 6은 제2 시뮬레이션에 사용된 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 반사컵을 둘러싸는 봉지재의 수직부의 높이(H1)를 6.2mm, 반구형상의 렌즈부의 높이(H2)를 2.5mm로 하였으며, 반사컵에 대한 수치는 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하게 설정하여, 종래기술에 따른 발광 다이오드 램프와 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프의 각도에 따른 광의 세기를 시뮬레이션하였다.
도 7은 상기 제2 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프로, (a)는 종래의 발광 다이오드 램프에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 종래의 반사컵을 채택한 발광 다이오드 램프와 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 램프는 거의 동일하게 약 17도의 지향각을 나타내었으며, 최대 피크값을 갖는 각도 및 광 분포 형상이 대체로 동일하였다.
결론적으로, 반사컵의 반사면을 0.5mm의 곡률반경을 갖도록 볼록하게 형성함으로써, 평평한 반사컵을 갖는 종래기술의 발광 다이오드 램프와 동일한 지향각 및 광분포를 구현할 수 있으며, 또한 광효율을 향상시킬 수 있었다.

Claims (8)

  1. 발광 다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩을 실장하는 탑재면을 포함하는 제 1 리드;
    상기 제 1 리드와 이격되어 배치된 제 2 리드; 및
    상기 탑재면을 둘러싸서 캐비티를 형성하는 반사컵을 포함하고,
    상기 반사컵은 탑재면을 둘러싸는 반사면을 포함하며,
    상기 반사면은 볼록한 곡면을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 패키지는 하부에 결합된 히트싱크를 더 포함하며,
    상기 히트싱크는 탑재면을 형성함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사면은 금속층이 코팅된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐비티의 폭은 상기 탑재면으로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사면은 연속된 적어도 두 개 이상의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사면으로부터 연장된 상부면을 추가로 구비함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부면은 평평하지 않은 면인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부면은 평평한 면인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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