KR20130014755A - 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

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KR20130014755A
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조현석
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 패키지 바디, 상기 패키지 바디 상에 배치되는 복수의 발광소자, 상기 복수의 발광소자 외곽에 배치되는 외부댐 및 상기 복수의 발광소자 사이에 배치되는 내부댐을 포함하고, 상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사하는 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

발광 소자 패키지 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING SYSTEM}
실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드는 인가된 전류에 의한 PN 반도체 접합에서 전자와 정공이 서로 결합하는 것에 의해 빛을 방출하는 광원을 의미하며, 통상 패키지 구조로 제작되고 있다. 이러한 발광다이오드는 기존 광원에 비해 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 작은 전력으로 큰 효율을 낼 수 있는 이점을 갖는다.
최근, 발광 다이오드의 구조를 개선하는 것을 통해 광 효율을 증가시키고자 하는 노력이 계속되고 있으며, 한편으로 발광 소자 패키지의 구조를 개선하는 것을 통해 광 효율을 증가시키고자 하는 노력도 계속되고 있다.
한국특허공개공보 제10-2006-0135498호 (공개일: 2006년 12월 29일)
실시 예는 광효율을 높일 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 복수의 광원소자가 배치되는 경우 서로 간의 광간섭을 최소화하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 복수의 광원소자의 측면에서 나오는 광을 반사시켜 광손실을 최소화하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디 상에 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자 외곽에 배치되는 외부댐; 및 상기 복수의 발광소자 사이에 배치되는 내부댐을 포함하고, 상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디 상에 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자 전체를 둘러싸며 배치되는 외부댐; 및 상기 복수의 발광소자 각각을 둘러싸며 배치되는 복수의 내부댐을 포함하고, 상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사할 수 있다.
또한, 상기 외부댐의 높이는 상기 내부댐의 높이보다 높을 수 있다.
또한, 상기 내부댐은 상기 외부댐으로부터 연장되어 이루어질 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 캐비티를 포함하는 패키지 바디; 상기 캐비티 내에 배치되는 복수의 발광소자; 및 상기 복수의 발광소자 사이에 배치되는 내부댐을 포함하고, 상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사할 수 있다.
또한, 상기 내부댐의 폭은 하부에서 상부로 갈수록 좁아질 수 있다.
또한, 상기 내부댐은 TiO2 를 함유하고, TiO2 의 함유율은 65% 이상 75% 이하일 수 있다.
또한, 상기 내부댐의 수직단면은 유선형일 수 있다.
또한, 상기 내부댐의 높이는 상기 복수의 발광소자보다 높을 수 있다.
상기 복수의 발광소자를 덮도록 배치되는 봉지재를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 조명 장치는 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 상술된 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
실시 예는 광효율을 높일 수 있는 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시 예는 복수의 광원소자가 배치되는 경우 서로 간의 광간섭을 최소화할 수 있다.
실시 예는 복수의 광원소자의 측면에서 나오는 광을 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있다.
도 1 은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 A-A 선의 단면도를 도시한다.
도 3 은 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도를 도시한다.
도 4 는 도 3 의 B-B 선의 단면도이다.
도 5 는 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다.
도 6 은 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다.
도 7 은 도 6 의 C-C 선의 단면도이다.
도 8 은 실시 예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 도시한다.
이하 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)" 으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
[실시 예]
도 1 은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도를 도시한다. 또한, 도 2 는 도 1 의 A-A 선의 단면도를 도시한다.
도 1 을 참조하면, 발광 소자 패키지 (100) 는 패키지 바디(110), 복수의 발광 소자 (120), 복수의 발광 소자 (120) 모두를 둘러싸는 외부댐 (130), 복수의 발광 소자 사이에 배치되는 내부댐 (140) 및 봉지재 (150) 를 포함할 수 있다.
상기 패키지 바디 (110) 는 PCB, 세라믹 기판, 수지재로 형성될 수 있으며, 실시 예에서는 PPA(Polyphthalamide) 수지로 형성된 것이 예시되어 있다. 패키지 바디 (110) 상에는 서로 전기적으로 분리된 제 1 및 제 2 전극 (미도시) 이 형성될 수 있다. 패키지 바디 (110) 상의 제 1 및 제 2 전극은 통상적인 방법에 의해 배치될 수 있다. 발광 소자 (120) 는 와이어 (160) 등을 통해 제 1 및 제 2 전극에 연결되어, 외부 전원을 공급받을 수 있다.
와이어 (160) 는 전기 전도성이 좋은 물질, 예를 들어, 금(Au), 구리 (Cu) 또는 금 (Au) 과 은 (Ag) 의 합금 물질 등이 사용될 수 있다.
상기 발광 소자 (120) 는 다양한 형태로 패키지 바디 (110) 상의 제 1 및 제 2 전극과 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 와이어 없이 플립 본딩 방식으로 전기적으로 연결되거나, 제 1 및 제 2 전극 상에 다이 본딩되어 전기적으로 연결되거나, 도시된 바와 같이 와이어 (160) 를 통해 전기적으로 연결될 수도 있다.
발광 소자 (120) 는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩이 될 수 있다.
패키지 바디 (110) 의 상면에는 복수의 발광 소자 (120) 전부를 둘러싸는 외부댐 (130) 이 배치될 수 있다. 외부댐 (130) 은 평평한 패키지 바디 (110) 상에 형성되어, 이후에 봉지재 (150) 가 수용될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
또한, 외부댐 (130) 의 높이는 발광 소자 (120) 의 높이보다 높게 형성될 수 있으며, 외부댐 (130) 은 발광 소자 (120) 로부터 방출되는 빛을 일부 반사하는 기능도 수행할 수 있다.
외부댐 (130) 은 주로 실리콘 계열의 재질로 이루어질 수 있으며, 반사 기능을 수행하기 위해 TiO2 를 함유할 수 있다. TiO2 의 함유율은 외부댐 (130) 이 반사체로서 기능해야하는 정도와 외부댐 (130) 의 견고성에 따라 정해질 수 있으며, 중량% 로 60% 내지 80% 가 함유될 수 있다.
복수의 발광 소자 (120) 가 패키지 기판 (110) 상에 인접하여 배치되는 경우, 각각의 발광 소자 (120) 의 측면으로부터 방출되는 빛에 의해 간섭 현상이 일어나고, 이에 따라 광효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 외부댐 (130) 의 안쪽에는 복수의 발광 소자 (120) 사이에 내부댐 (140) 이 배치되어, 각각의 발광 소자 (120) 에서 방출되는 빛을 반사시켜 인접 발광 소자 (120) 로부터의 광 간섭을 최소화할 수 있다.
도 2 에서 내부댐 (140) 의 수직단면은 사각형태로 도시되었으나, 발광 소자 (120) 로부터 방출되는 빛이 상부로 반사되어 확산되도록 하기 위해 내부댐 (140) 의 단면은 유선형으로 형성될 수 있다.
다만, 내부댐 (140) 의 형상은 유선형 뿐만 아니라, 내부댐 (140) 의 하부의 폭보다 상부의 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 형태는 내부댐 (140) 의 수직단면이 사다리꼴 또는 삼각형인 경우도 포함할 수 있다.
상술된 바와 같은 내부댐 (140) 의 배치로 인해 복수의 발광 소자 (120) 사이에서의 광 간섭이 최소화됨에 따라, 복수의 발광 소자 (120) 가 배치되는 발광 소자 패키지 (100) 의 전체 광효율은 증대될 수 있다.
외부댐 (130) 의 폭은 700 ~ 900 um 일 수 있으며, 높이는 400 ~ 500 um 일 수 있다. 발광 소자 (120) 사이에 배치되는 내부댐 (140) 의 폭은 200 ~ 300 um 일 수 있으며, 높이는 100 ~ 200 um 일 수 있다.
내부댐 (140) 의 높이는, 발광 소자 (120) 의 측면부로 방출되는 빛을 보다 많이 반사하기 위해 발광 소자 (120) 의 높이보다 높게 설정될 수 있다. 내부댐 (140) 의 높이는 발광 소자 (120) 가 갖는 지향각 및 복수의 발광 소자 (120) 사이의 거리 등에 따라 정해질 수 있다.
또한, 도 1 에 도시된 바와 같이, 내부댐 (140) 은 외부댐 (130) 으로부터 연장되어 이루어질 수도 있다. 발광 소자 패키지 (100) 의 제조과정에서 디스펜서 등을 통해 외부댐 (130) 을 형성하며 동일한 재료를 이용하여 내부댐 (140) 을 형성할 수 있다.
내부댐 (140) 또한 주로 실리콘 계열의 물질을 사용할 수 있으며, 반사성을 높이기 위해 TiO2 등을 함유할 수 있다. TiO2 의 함유율은 내부댐 (140) 이 반사체로서 기능해야하는 정도와 내부댐 (140) 의 견고성에 따라 정해질 수 있으며, 중량% 로 60% 내지 80% 가 함유될 수 있다.
TiO2 의 함유율이 60% 미만이면 댐의 반사성이 저하되어 발광 소자 (120) 로부터 방출되는 빛을 충분히 반사하지 못할 수 있으며, TiO2 의 함유율이 80% 초과하면, 내부댐 (140) 의 열에 의한 변색 등의 문제가 생길 수 있다.
외부댐 (130) 으로 둘러싸인 내부에는 봉지재 (150) 가 채워질 수 있다. 발광 소자 (120) 가 청색 발광 다이오드일 경우, 봉지재 (150) 를 구성하는 투광성 수지에 포함된 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
투광성 수지에 황색 계열의 형광체만을 포함되도록 하여 자연광(백색광)을 구현할 수 있지만, 연색지수의 향상과 색온도의 저감을 위해 녹색 계열의 형광체나 적색 계열을 형광체를 더 포함할 수 있다.
또한, 투광성 수지에 여러 종류의 형광체들이 혼합된 경우, 형광체의 색상에 따른 첨가 비율은 적색 계열의 형광체보다는 녹색 계열의 형광체를, 녹색 계열의 형광체보다는 황색 계열의 형광체를 더 많이 사용할 수 있다.
황색 계열의 형광체로는 가넷계의 YAG, 실리케이트계, 옥시나이트라이드계를 사용하고, 녹색 계열의 형광체로는 실리케이트계, 옥시나이트라이드계를 사용하고, 적색 계열의 형광체는 나이트라이드계를 사용할 수 있다.
투광성 수지에 여러 종류의 형광체들이 혼합된 것 이외에도, 적색 계열의 형광체를 갖는 층, 녹색 계열의 형광체를 갖는 층 및 황색 계열의 형광체를 갖는 층이 각각 별개로 나뉘어 구성될 수 있다.
도 3 은 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도를 도시한다. 도 4 는 도 3 의 B-B 선의 단면도이다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (200) 는 패키지 바디(210), 복수의 발광 소자 (220), 복수의 발광 소자 (220) 모두를 둘러싸는 외부댐 (230), 복수의 발광 소자 각각을 둘러싸도록 배치되는 내부댐 (240) 및 봉지재 (250) 를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (200) 에서 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (100) 와 동일한 부분은 생략하고, 차이가 있는 내부댐 (240) 에 관한 부분에 대해 이하에서 설명한다.
도 3 에 도시된 바와 같이 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (200) 는 내부댐 (240) 이 각각의 발광 소자 (220) 를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 따라서, 발광 소자 (220) 가 네 개 라면 네 개의 별개의 내부댐 (240) 이 배치된다.
도 3 에서 도시된 바와 같이 내부댐 (240) 은 외부댐 (230) 과 별개로 배치될 수 있다.
각각의 발광 소자 (220) 는 각각의 내부댐 (240) 에 의해 둘러싸여 발광 소자 (220) 에서 발생되는 측면부의 빛이 모두 반사되고, 발광 소자 (220) 간의 간섭이 최소화된다.
이에 따라, 발광 소자 패키지 (200) 의 전체적인 광효율인 최대화가 된다.
도 5 는 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (300) 의 평면도이다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (200) 에서는 복수의 내부댐 (240) 각각이 복수의 발광 소자 (220) 각각에 배치되었으나, 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (300) 에서는 발광 소자 (320) 사이의 부분에는 하나의 내부댐 (340) 이 배치되도록 구성된다.
도 6 은 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (400) 의 평면도이다. 도 7 은 도 6 의 C-C 의 단면도이다.
또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (400) 는 캐비티를 포함하는 패키지 바디(410), 캐비티 내에 배치되는 복수의 발광 소자 (420), 복수의 발광 소자 (420) 사이에 배치되는 내부댐 (440) 및 봉지재 (450) 를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (400) 에서는 캐비티의 존재에 따라 외벽이 형성되므로, 별도로 외곽에 댐이 형성될 필요가 없다. 여기서, 캐비티의 면 부분에는 반사체가 배치되거나, 캐비티의 면이 반사물질로 도포되어, 발광 소자 (420) 로부터의 빛이 반사되어 캐비티 밖으로 방출될 수 있도록 한다.
또한, 패키지 바디 (410) 의 캐비티에는 봉지재 (450) 가 채워진다. 상기 봉지재 (450) 는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투광성 수지재로 형성될 수 있으며, 상기 투광성 수지재에 전체적으로 또는 부분적으로 분산된 형광체를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지 (400) 에서도 발광 소자 (420) 사이에는 내부댐 (440) 이 배치된다. 내부댐 (440) 으로 인해 발광 소자 (420) 로부터 나오는 측면부의 빛이 반사되어 발광 소자 (420) 간의 광간섭이 최소화된다.
이에 따라, 발광 소자 패키지 (400) 의 전체 광효율은 최대화될 수 있다.
상술된 바와 같은 발광 소자 패키지는 복수 개가 조명 장치의 지지부재 상에 어레이될 수 있으며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지를 사용해 라이트 유닛이 제조될 수 있다.
또 다른 응용 예는 상술한 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 백라이트 유닛, 조명 장치 등으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 8 은 실시 예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치 (1500) 이다.
도 8 을 참조하면, 조명 장치 (1500) 는 케이스 (1510), 케이스 (1510) 내에 배치되는 발광 소자 패키지 (30), 보드 (1532) 및 케이스 (1510) 내에 배치되며 외부 전원 공급원으로부터 전력을 공급받는 접속 터미널 (1520) 을 포함할 수 있다.
케이스 (1510) 는 금속 및 레진 물질과 같은 방열성이 좋은 물질로 형성될 수 있다. 발광 소자 패키지 (30) 가 수납되는 케이스 (1510) 등의 구성은 하우징이라 지칭될 수 있다.
발광 소자 패키지 (30) 는 매트릭스 구조로 서로 일정한 거리로 이격되어 배열된 복수의 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 발광 소자 패키지 (30) 가 보드 (1532) 의 일면에 배치될 수 있다. 이러한 보드 (1532) 상에 배치된 발광 소자 패키지 (30) 들을 발광 모듈 (1530) 이라고 지칭할 수 있다.
발광 소자 패키지 (30) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드 (LED) 칩을 포함할 수 있다. LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색을 방출하는 LED 및 UV 를 방출하는 UV LED 를 포함할 수 있다.
조명 장치 (1500) 는 원하는 색 및 휘도를 얻도록 다양한 발광 소자 패키지의 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 패키지 (30) 는 높은 CRI 를 얻도록 백색, 적색, 녹색 LED 의 조합을 가질 수 있다.
접속 터미널 (1520) 은 전력 공급을 위해 발광 모듈 (1530) 에 전기적으로 연결될 수 있다. 접속 터미널 (1520) 은 외부 전력에 소켓 타입으로 나사식으로 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 접속 터미널 (1520) 은 핀 타입으로 만들어져 외부 전력에 삽입될 수 있으며, 전력선을 통해 외부 전력에 접속될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서, 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 300, 400: 발광 소자 패키지
110, 210, 310, 410: 패키지 바디
120, 220, 320, 420: 발광소자
130, 230, 330 : 외부댐
140, 240, 340, 440 : 내부댐
150, 250, 450 : 봉지재

Claims (12)

  1. 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 배치되는 복수의 발광소자;
    상기 복수의 발광소자 외곽에 배치되는 외부댐; 및
    상기 복수의 발광소자 사이에 배치되는 내부댐을 포함하고,
    상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사하는,
    발광소자 패키지.
  2. 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광소자;
    상기 복수의 발광소자 전체를 둘러싸며 배치되는 외부댐; 및
    상기 복수의 발광소자 각각을 둘러싸며 배치되는 복수의 내부댐을 포함하고,
    상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사하는,
    발광소자 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외부댐의 높이는 상기 내부댐의 높이보다 높은,
    발광소자 패키지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부댐은 상기 외부댐으로부터 연장되어 이루어지는,
    발광소자 패키지.
  5. 캐비티를 포함하는 패키지 바디;
    상기 캐비티 내에 배치되는 복수의 발광소자; 및
    상기 복수의 발광소자 사이에 배치되는 내부댐을 포함하고,
    상기 내부댐은 상기 복수의 발광소자로부터의 광을 반사하는,
    발광소자 패키지.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부댐의 폭은 하부에서 상부로 갈수록 좁아지는,
    발광소자 패키지.
  7. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부댐은 TiO2 를 함유하는,
    발광소자 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 TiO2 의 함유율은 60% 이상 80% 이하인,
    발광소자 패키지.
  9. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부댐의 수직단면은 유선형인,
    발광소자 패키지.
  10. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부댐의 높이는 상기 복수의 발광소자보다 높은,
    발광소자 패키지.
  11. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자를 덮도록 배치되는 봉지재를 더 포함하는,
    발광소자 패키지.
  12. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 발광소자 패키지를 포함하는,
    조명 시스템.

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