KR20130023269A - 발광 장치 및 발광 방법 - Google Patents

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데이빗 티 에멀슨
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크리,인코포레이티드
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Abstract

고전압용 발광 장치, 예를 들어 발광 다이오드(LED)가 개시된다. LED의 다양한 배열이 여기에 개시된다. 배열은 직렬, 병렬 및/또는 직병렬의 조합으로 연결된 하나 이상의 LED 칩을 포함한다. LED 칩들은 하나 이상의 열전소자 및 하나 이상의 전기적 구성요소를 포함하는 패키지 몸체 내에 배치될 수 있다.

Description

발광 장치 및 발광 방법{LIGHT EMITTING DEVICES AND METHODS}
본 명세서에 개시된 주제는 개괄적으로는 발광 장치들 및 발광 방법들에 대한 것이다. 더 상세하게 본 명세서에 개시된 주제는 고전압 적용들에 사용하기 위한 발광 장치들 및 방법들에 대한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs) 같은 발광 장치들은 백색광(예를 들어 백색 혹은 근백색으로 인지되는 광)을 제공하는 제품에 활용될 수 있고, 백열성 조명장치, 형광성 조명장치 그리고 메탈할라이드 조명장치 대용으로 개발되고 있다. 대표적인 LED 램프는 일부가 예를 들어 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 같은 형광체로 코팅될 수 있는 적어도 하나의 LED 칩을 갖는 패키지를 포함한다. LED 칩은 LED 칩 내에서 원하는 파장의 방출(emission)을 생성할 수 있고, 형광체는 이 방출을 받아 약 550nm의 첨두 파장을 갖는 황색 형광을 방출할 수 있다. LED 칩의 방출의 적어도 일부는 형광체에 흡수되고 적어도 일부는 형광체를 통해 전달될 수 있다. 형광체를 통해 전달되는 광의 일부는 형광체에 의해 방출되는 황색광과 혼합되고, 보는 사람은 혼합된 광의 방출을 백색광으로 인지한다. 형광체-변환 백색광의 대안으로서, 적색, 청색 및 녹색 발광 장치들이 조합되어 백색광으로 인지되는 광을 생성할 수 있다. 일반적으로 백색광을 생성하는 LED들, 칩들 및 방법들은 저전압 적용을 위해 디자인된다.
시중에서 다양한 LED 및 LED 패키지가 유통되고 있지만, 광출력 성능을 향상시키고 열 성능을 향상시키며, 장치 신뢰성을 향상시키고 쉬운 제조를 위해, 예를 들어 고전압 활용 분야들에 적합한 향상된 패키지가 여전히 요구되고 있다.
본 명세서에 개시된 발명 내용 따르면, 다양한 응용처 및 전기적 요구사항에 부응할 수 있는 새로운 발광 장치들 및 발광 방법들이 제공된다.
따라서 본 명세서에 개시된 발명 내용의 목적은 고전압 응용에서 향상된 신뢰성을 갖는 발광 장치들 및 발광 방법들을 제공하는 것이다.
상기 목적 및 본 명세서에 개시된 내용으로부터 명확해지는 본 명세서에 개시된 발명 내용의 다른 목적들은 본 명세서에 개시된 주제에 의해 적어도 전부 또는 일부에 의해서 달성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 발명 내용에 따르면 고전압 응용에서 향상된 신뢰성을 갖는 발광 장치들 및 발광 방법들을 제공할 수 있다.
발명 주제가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 있는 최상의 실시 예를 포함하는, 본 명세서에 개시된 발명 주제가 완전하게 그리고 실시 가능하도록 첨부된 도면을 참조하는 것을 포함하여 본 명세서의 이하에서 더욱 상세히 설명되며, 첨부된 도면에서:
도 1은 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들 및 LED들의 상면 투시도이고;
도 2는 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들의 구성들의 투시도이고;
도 3은 도 2에 도시된 LED 구성들의 단면도이고;
도 4는 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들 및 LED들의 저면 투시도이고;
도 5는 도 1에 도시된 LED 패키지의 상면 단면도이고;
도 6은 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED들의 상면 단면도이고;
도 7은 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED들의 상면 단면도이고;
도 8은 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED들의 상면 단면도이고;
도 9는 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들의 측단면도이고;
도 10은 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들의 횡단면도이고;
도 11a 및 도 11b는 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들을 도시하고;
도 12a 및 도 12b는 본 명세서에 개시된 주제의 일 측면에 따른 LED 패키지들을 도시한다.
이 출원은 2010년 10월 13일 출원된 미국 가출원 출원번호 61/404,985 및 2011년 9월 8일 출원된 미국 일부 계속 출원 출원번호 13/227,961을 우선권 주장하며 그 내용 전체가 본 출원 명세서에 포함된다.
본 명세서에 개시된 발명 주제의 측면들 또는 실시 예들을 상세히 설명될 것이며, 하나 또는 그 이상의 실시 예가 도면들에 도시된다. 각 실시 예는 본 발명 주제를 설명하기 위한 것으로서 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 한 측면 또는 실시 예의 부분으로서 설명 또는 서술된 특징들이 추가의 실시 예를 위해서 다른 실시 예에 사용될 수 있다. 여기에 개시하고 예견한 발명 주제는 그 변경 및 변화를 포함한다.
여러 도면에서 도시되었듯이, 구조 또는 부분의 몇몇 치수는 설명의 목적을 위해서 다른 구조 또는 다른 부분과 비교해서 과장되게 도시되었으며, 따라서 여기에 개시된 발명 주제의 개괄적인 구조를 설명하기 위한 것이다. 또한, 여기에 개시된 발명 주제의 다양한 측면은 다른 구조, 부분 또는 이 둘 모두에 형성된 구조 또는 부분을 참조하여 설명된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해하듯이, 다른 구조 또는 부분의 "위에" 또는 "위쪽에" 형성된 구조라고 언급할 때, 이는 또 다른 구조, 부분 또는 이 둘 모두가 그 사이에 존재할 수 있다는 것도 의미한다. 또 다른 구조, 부분이 그 사이에 존재하지 않는다는 것을 언급할 경우에는 다른 구조 또는 부분 "위에 직접적으로" 형성된 구조라고 언급된다. 비슷하게, 어떤 구성이 다른 구성에 "연결", "부착", 또는 "결합"된다고 언급될 때, 이는 "직접적으로" 연결, 부착, 또는 결합 되거나 그 사이에 또 다른 구성이 개재할 수 있다는 것으로 이해될 것이다. 반대로, 어떤 구성이 다른 구성에 "직접 연결", "직접 부착", 또는 "직접 결합"된다고 언급될 경우에는 그 사이에 또 다른 구성이 없다는 것을 의미한다.
또한, "위에", "위쪽에", "상부", "맨 위", 하부", 또는 "맨 아래" 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 상태에서 어떤 구조 또는 부분이 다른 구조 또는 부분에 대해 가지는 위치.방향 관계를 서술하기 위한 것이다. "위에", "위쪽에", "상부", "맨 위", 하부", 또는 "맨 아래" 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 장치의 위치.방향에 더해서 장치의 다른 위치.방향을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 다른 구조 또는 부분 "위쪽에" 있는 것으로 서술된 구조 또는 부분은 예를 들어 만약에 도면에 도시된 장치가 뒤집어 지면 이제는 다른 구조 또는 부분의 "아래쪽"에 있는 것으로 될 것이다. 비슷하게, 다른 구조 또는 부분의 "위쪽에" 있는 것으로 서술된 구조 또는 부분은 도면에 도시된 장치가 만약 축을 따라 회전하게 되면 다른 구조 또는 부분의 "옆" 또는 "좌측"에 있게 될 것이다. 명세서 전체에서 동일한 참조번호는 동일한 구성을 가리킨다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 발광 장치들은, 노스 캐롤라이나 더럼에 위치한 크리 인코포레이티드에 의해 제조 및 판매되는 것 같이, 탄화규소(silicon carbide) 기판에 제조되는, 그룹 III-V 질화물(예를 들어 질화갈륨)계 발광 다이오드(LED) 또는 레이저를 포함한다. 예를 들어, 여기에 설명되는 탄화규소(SiC) 기판/층은 4H 폴리타입(polytype) 탄화규소 기판/층 일 수 있다. 다른 탄화규소 후보 폴리타입 예를 들어 3C, 6H 및 15R 폴리타입도 사용될 수 있다. 적절한 탄화규소 기판은 여기에 개시된 발명 주제의 출원인인 노스 캐롤라이나 더럼에 위치한 크리 인코포레이티드로부터 입수할 수 있고, 그 같은 기판을 생산하는 방법들은 본 출원인이 권리자인 많은 미국 특허 번호 Re. 34, 861; 4,946,547; 및 5,200,022 (여기에 한정되는 것은 아님) 뿐만 아니라 논문(scientific literature)에 개시되어 있으며 그 개시 내용 모두는 본 명세서에 포함된다.
여기에 사용된 용어 "그룹 III 질화물"은 질소와 주기율표의 그룹 III에 있는 하나 이상의 원소, 대체로 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 그리고 인듐(In)에 의해 형성된 반도체 화합물을 가리킨다. 이 용어는 또한 GaN, AlGaN 및 AlInGaN 같은 이원계, 삼원계 및 사원계 화합물을 가리킨다. 그룹 III 원소는 질소와 결합하여 이원계 화합물(예를 들어 GaN), 삼원계 화합물(예를 들어 AlGaN) 및 사원계 화합물(예를 들어 AlInGaN)을 형성할 수 있다. 이 화합물들은 질소 1 몰(mole)이 그룹 III 원소 전체 1 몰(mole)과 결합하는 실험식(empirical formulas)을 나타낼 수 있다. 따라서, 같은 화학식이 이 화합물들을 서술하기 위해서 종종 사용된다. 그룹 III 질화물의 에피성장 기술들은 상당히 잘 발전 되었으며 적절한 논문 및 본 출원인이 권리자인 미국 특허들(번호 5,210,051, 5,393,993,5,523,589 포함)에 보고되었으며, 그 내용 전체는 본 명세서에 포함된다.
여기에 개시된 다양한 LED 실시 예들이 기판을 포함할 수 있지만, LED를 포함하는 에피층들이 성장되는 결정 에피성장 기판이 제거될 수 있고 독립 에피층들이 원래 기판보다 더 좋은 열적, 전기적, 구조적 및/또는 광학적 특성을 갖는 대체 캐리어 기판 또는 서브마운트 위에 탑재될 수 있다. 여기에 개시된 발명 주제는 결정 에피성장 기판들을 갖는 구조들에 한정되지 않으며 에피층들이 그 원래 성장된 기판들로부터 제거되고 대체 캐리어 기판들에 접착된 구조들에도 사용될 수 있다.
여기에 개시된 발명 주제에 따른 그룹 III 질화물계 LED들은 (LED의 동일한 측에 전기적 접촉들이 형성되는) 수평 소자들 또는 (LED 반대측에 전기적 접촉들이 형성되는) 수직 소자들을 제공하도록 탄화규소 기판들 같은 성장 기판들 위에 제조된다. 또한, 성장 기판은 제조 후에 LED에 유지되거나 또는 (예를 들어 식각, 연삭 또는 연마 등에 의해) 제거될 수 있다. 성장 기판은 예를 들어 제조되는 LED의 두께 감소 및/또는 수직 LED를 통한 순방향 전압 감소를 위해 제거될 수 있다. (성장 기판을 갖는 또는 갖지 않는) 수평 소자는 예를 들어 (예를 들어 땜납(solder)을 사용하여) 캐리어 기판 또는 인쇄회로기판에 플립 칩 방식으로 결합 되거나 와이어 결합 될 수 있다. (성장 기판을 갖는 또는 갖지 않는) 수직 소자는 캐리어 기판 또는 인쇄회로기판에 결합한 제1 말단 땜납 및 제2 말단 와이어(wire)를 구비할 수 있다. 수직 LED 칩 구조 및 수평 LED 칩 구조는 예를 들어 버그만 등에 의한 미국특허출원공개 2008/0258130 및 에드몬드 등에 의한 미국 등록 특허 7,791,061에 개시되어 있으며, 그 개시 내용 전체는 본 명세서에 포함된다.
이제, 도 1 내지 도 12b를 참조하면, 도 1은 일 실시 예 또는 일 측면에 따른 발광 장치 및 패키지, 예를 들어 참조번호 10으로 표시된 LED 패키지의 상면 투시도이다. LED 패키지(10)는 반사 캐비티(reflector cavity)(18)를 정의하고 하나 이상의 LED 칩(14)을 수용하는 몸체(12)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 LED 칩(14)은 하나 이상의 열전소자(thermal element)의 상부 표면 위에 탑재된다. LED 칩(14)들은 열전소자에 직접 탑재되거나 또는 하나 이상의 중간 기재(미도시)를 사이에 두고 열전소자에 탑재될 수 있다. LED 칩(14)들은 하나 이상의 전기적 구성요소(electrical component)에 전기적으로 연결될 수 있다. LED 패키지(10)는 전기적 구성요소의 상부 표면 위에 탑재된 정전기방전소자(16)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 정전기방전소자(16)는 제너 다이오드, 자기 콘덴서, 과도전압억제(TVS) 다이오드, 다층 배리스터, 쇼트키 다이오드 및/또는 이 분야에서 알려진 다른 정전기방전소자를 포함할 수 있다. 정전기방전소자(16)는 예를 들어 와이어접합(wirebonding) 기술을 사용하는 전도성의 전도와이어(20)를 통해서 제1 전기적 구성요소 및 제2 전기적 구성요소와 전기적으로 통신할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 몸체(12)는 상부 면(11), 하부 면(13) 및 적어도 하나의 외부 측벽을 포함할 수 있다. 상부 면(11)은 패키지의 전기적 특성, 예를 들어 음극 및/또는 양극을 포함하는 몸체(12)의 측면의 전기적 특성을 전달하는 모서리 노치(notch)(23)를 포함할 수 있다. 하부 면(13)은 참조번호 80으로 표시된 하나 이상의 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 일 측면에 따르면, 몸체(12)는 네 개의 외부 측벽(15, 17, 19, 21)을 포함할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 몸체(12)는 단지 하나의 외부 측면을 포함할 수 있고 따라서 실질적으로 둥근 몸체를 형성할 수 있다. 외부 측벽들(15, 17, 19, 21)은 실질적으로 비슷한 그리고/또는 실질적으로 동일한 길이 치수를 가져 LED 패키지(10)가 실질적으로 정사각형 풋프린트(footprint)를 포함할 수 있다. 다른 측면들에 따르면, 하나 이상의 외부 측벽의 길이는 동일하지 않아 몸체(12)가 직사각형 풋프린트 그리고/또는 제조자 및/또는 최종 사용자의 요구에 부합하는 다른 임의의 형상의 풋프린트를 포함할 수 있다. 예를 들어 몸체(12)는 실질적으로 둥근 풋프린트 또는 일정한 그리고/또는 일정하지 않은 다각형을 포함하는 풋프린트를 포함할 수 있다.
몸체(12)는 임의의 적절한 재질 예를 들어 성형(molding) 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 열가소성플라스틱, 폴리머, 세라믹, 나일론, 액정 폴리머, 강화 폴리머들(섬유, 세라믹 또는 합성물을 포함하는 폴리머), 폴리프탈아미드로 구성된 그룹에서 선택되는 임의의 재질을 포함할 수 있고 여기서 몸체(12)에 열 구성요소 및 전기적 구성요소가 배치될 수 있고 몸체(12)는 그 같은 요소를 유지한다. 예를 들어 몸체(12)는 대략 열 전달 물질(32)을 포함하는 열전소자를 형성할 수 있다. 동시에 몸체(12)는 대략 적어도 하나 이상의 전기적 구성요소를 예를 들어 제1 전기적 리드 구성요소(lead component)(22) 및 제2 전기적 리드 구성요소(24)를 형성할 수 있다. 일 측면에서, 몸체(12)는 전기적으로 절연성일 수 있는 열경화성 및/또는 열가소성 물질의 사출 성형 같은 성형 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 소결 및/또는 소결과 결합한 성형(molding)을 포함하여 이 분야에서 알려진 임의의 다른 제조 방법이 사용될 수 있다. 몸체(12)는 LED 패키지(10)에 의해서 흡수되는 광을 최소화하기 위해서 백색 또는 밝은 색일 수 있다. 또한, 몸체(12)는 상부 몸체부(12A) 및 하부 몸체부(12B)를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 상부 성형 다이부(미도시) 및 하부 성형 다이부(미도시)에 의해 각각 형성될 수 있다. 반사 캐비티(18)는 예를 들어 상부 성형 다이의 중앙 돌출부의 역(inverse)으로 형성될 수 있다. 몸체의 하나 이상의 분리부가 대응하는 열 구성요소 및 전기적 구성요소 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 분리부(26) 및 제2 분리부(28)가 형성되어 하나 이상의 열전소자를 하나 이상의 전기적 구성요소로부터 전기적으로 그리고/또는 열적으로 분리시킬 수 있다. 몸체의 형성 중에 또는 형성 후에, 하나 이상의 LED 칩(14)은 열 전달 물질(32) 위에 탑재될 수 있고 도전성 와이어(20)를 사용하여 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24) 모두 또는 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
이제, 도 2 및 도 3을 참조하면, 참조번호 30으로 표시된 리드프레임 요소(leadframe element)가 도시된다. 리드프레임 요소(30)는 적어도 하나의 열전소자 및 하나 이상의 전기적 구성요소를 포함할 수 있다. 열전소자는 열 전달 물질(32) 또는 예를 들어 열 슬러그(heat slug) 같은 기판을 포함할 수 있다. 열전소자는 하나 이상의 전기적 구성요소로부터 전기적으로 그리고/또는 열적으로 분리될 수 있다. 전기적 구성요소들은 각각 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)를 포함할 수 있다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 또한 통칭해서 "리드들"로 언급될 수 있다. 열전소자(32)는 선택적으로 제1 리드 구성요소(22)의 안쪽 끝단(38) 및 제2 리드 구성요소(24)의 안쪽 끝단(58) 사이에 배치될 수 있다. 몸체(12)는, 열 전달 물질(32)이 반사 캐비티(18)의 맨 아래 바닥에 배치되도록, 성형, 배치되 또는 이와 다른 방법으로 대략 리드프레임 요소(30)를 형성할 수 있다. 몸체(12)는 리드프레임 요소(30)의 적어도 일부분을 포장할 수 있고, 이에 따라 열 전달 물질(32)의 일부분, 제1 리드 구성요소(22)의 일부분 그리고 제2 리드 구성요소(24)의 일부분을 유지할 수 있다. 열 전달 물질에서 하나 이상의 돌출부(34)가 열 전달 물질(32)의 유지를 돕기 위해서 몸체(12)의 외부 벽들(15, 19)을 따라 노출될 수 있다.
하나 이상의 리드프레임 요소(30)는 초기에는 요소를 위한 시트(미도시)를 포함한다. 리드프레임 요소(30)는 적절한 방법, 예를 들어 시트(sheet) 및/또는 시트 내의 리드프레임 요소(30)의 하나 이상의 부분을 스탬핑(stamping), 절단(cutting) 및/또는 굽힘 가공하는 방법을 사용하여 시트로부터 형성되거나 그리고/또는 개별화(singulate)될 수 있다. LED 패키지(10)의 몸체(12)는 리드프레임 요소(30)의 적어도 일부분을 형성할 수 있고, LED 패키지 서브어셈블리(subassembly) 다발이 리드프레임 요소(30) 시트로 형성될 수 있다. LED 패키지 서브어셈블리 다발이, 외부 벽들(15, 19), 제1 리드 구성요소(22)의 종단, 제2 리드 구성요소(24)의 종단에 인접한 부분에서 절단, 전단가공 또는 이와 다른 분리 방법에 의해서, 요소의 시트로부터 개개의 LED 패키지(10)로 분리될 수 있다. 이 같은 분리로 열 전달 물질(32)의 돌출부(34)가 LED 패키지(10)의 외부 벽들(15, 19)을 따라 노출된다.
다시 도 2 내지 도 3을 참조하면, 리드프레임 요소(30)로부터 형성된 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)를 포함하는 전기적 구성요소들이 개시된다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 발광을 일으키기에 충분한 양의 전류를 LED 칩(14)들에 제공하는 각각 양극 접속부 및 음극 접속부로 작용할 수 있다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 금속 또는 이 분야에서 알려진 다른 전기적으로 전도성이 있는 적절한 물질을 포함할 수 있다. 제1 리드 구성요소(22)는 기판부(36), 내측 끝단(38), 내측 끝단의 맞은편 종단(40), 탭부(tap portion)(42), 적어도 하나의 개구부(44) 및 하나 이상의 벤트(bent), 예를 들어 제1 벤트(46) 및 제2 벤트(48)를 포함한다. 제1개구부(55)는 제1 리드 구성요소(22) 내에 하나 이상의 리드 단편(segment)을 형성한다. 예를 들어, 제1 측면에서, 제1 리드 구성요소(22)는 하나의 개구부(44) 및 두 개의 리드 단편(50, 52)을 포함한다. 제2 리드 구성요소(24)는 제1 리드 구성요소(22)에 인접하고 대칭일 수 있다. 또한, 제2 리드 구성요소(24)는 형태 및 기능 모두에서 제1 리드 구성요소(22)의 특징들과 유사한 특징들을 포함할 수 있다. 예를 들어 제2 리드 구성요소(24)는 기판부(56), 내측 끝단(58), 내측 끝단의 맞은편 끝단(60), 탭부(62), 적어도 하나의 개구부(64) 및 하나 이상의 벤트, 예를 들어 벤트(66) 및 벤트(68)를 포함할 수 있다. 리드 구성요소(22) 및/또는 리드 구성요소(24) 각각은 외부 벽들(15, 19)에서 몸체(12) 내에 유지될 수 있는 하나 이상의 노치(N)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 노치(N)는 LED 패키지(10)를 보조하고 다루고 설치하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 노치(N)는 영역들을 제공할 수 있는데, 이 영역들은, LED 패키지(10)들이 개별화될 때, 패키지 하우징들(housings)의 어레이를 갖는 리 드프레임이 적절한 시간까지 하우징들을 적소에 유지할 수 있게 한다 . 하나 이상의 벤트, 예를 들어 제1 벤트(46), 제1 벤트(66), 제2 벤트(48) 및/또는 제2 벤트(68)는, LED 패키지(10)의 몸체(12) 형성 중에 또는 형성 후에, 리드 구성요소(22) 및 리드 구성요소(24)에 정의될 수 있다. 제2 리드 구성요소(24)를 참조하면, 제2 개구부(64)는 제2 리드 구성요소(24) 내에 하나 이상의 리드 단편을 형성할 수 있다. 예를 들어, 일 측면에 따르면 제2 리드 구성요소(24)는 하나의 개구부(64) 및 두 개의 리드 단편(61, 63)을 포함할 수 있다. 개구부 및/또는 리드 단편은 주어진 전기적 리드 구성요소에서 임의의 개수로 형성될 수 있다
탭부(42) 및 탭부62)는 각각 제1 내측 끝단(38) 및 제2 내측 끝단(58)의 맞은 편에 있다. 몸체(12)를 형성하면, 제1 탭부(42) 및 제2 탭부(62)는 각각 LED 패키지(10)의 중심에서 멀어지면서 바깥으로 신장하여 대응하는 원위단(40) 및 원위단(60)에 다다른다. 리드 구성요소(22, 24)의 대응하는 개구부(44, 64)는 대응하는 기판부(36, 56)를 각각 다수의 전기적인 리드 단편들((50, 52), (61, 63))로 나눌 수 있다. 일 실시 예에서, 리드 구성요소들(22, 24) 각각은 구성요소를 둘 보다 많은(예를 들어 세 개 혹은 그보다 많은) 전기적인 리드 단편으로 분할하는 기능을 하는 다수의 개구부를 포함할 수 있다. 각 개구부(44, 64)의 제1 부분은 몸체(12)를 형성하는 물질과 동일한 물질로 채워질 수 있다. 각 개구부(44, 64)의 제2 부분은, 몸체(12)의 외부 벽들(17, 21)을 따라 개구부들(44, 64)에 의해 전기적인 리드 단편들(50, 52,61, 63)이 각각 다른 리드 단편들(50, 52, 61, 63)로부터 분리되도록, 몸체(12)의 외부 벽들(17,21) 바깥에 배치될 수 있다. 리드 구성요소(22)는 제1 벤트(46) 및 제2 벤트(48)를 리드 구성요소(24)는 제1 벤트(66) 및 제2 벤트(68)를 포함할 수 있다. 벤트들(46, 48)(66, 68)은 각각 제1 벤트부(bent portion)(47) 및 제2 벤트부(67)를 포함할 수 있다. 벤트부(47, 67)는 각각 대응하는 기판부(36, 56) 및 대응하는 리드 구성요소(22, 24)의 탭부(42, 46) 각각에 수직(orthogonal)이다. 벤트부(47, 67)는 대응하는 기판부(36, 56) 및 탭부(42, 62) 사이에 배치될 수 있다. 또한 벤트부(47, 67)는 몸체(12)의 외부 벽(17, 21)을 따라 아래쪽으로 수직의 요소들을 포함할 수 있다. 벤트부(47, 67)는 리드 구성요소(22, 24)의 선형인 기판부(36, 56)를 수직으로 대응하는 선형인 탭부(42,62)로 이행시키는 이행 영역을 포함할 수 있다. 탭부(42, 62)는 평행하게 그리고 대응하는 기판부(36, 56)와 다른 평면을 따라 배치될 수 있다. 벤트부(47, 67)는 대응하는 기판부(36, 56)를 대응하는 탭부(42, 62)로 이행시킬 수 있다.
하나 이상의 개구부 예를 들어 개구부(44) 및 개구부(64)는 대응하는 리드 구성요소의 제1 벤트(48) 및 제1 벤트(68) 내로 적어도 부분적으로 신장할 수 있다. 개구부(44, 64)는 몸체 내에 리드 구성요소(22, 24)를 견고하고 유지하는 것을 촉진하는 것을 포함하여 다수의 이점을 제공한다. 또한, 개구부(44, 64)는 굽혀져서 제1 벤트(46, 66)를 형성하는 리드 물질(예를 들어 금속)의 양을 줄일 수 있다. 이로 인해 전체 패키지 제조 비용을 줄일 수 있고 제1 벤트(46, 66)를 형성하는데 필요한 굽히는 힘을 줄일 수 있다. 벤트는 각 리드 구성요소(22. 24)의 적어도 일부분을 몸체(12)의 제1 테이퍼부(tapered portion)(25) 및 제2 테이퍼부(27)로 위치시킬 수 있다(도 9 참조).
도 3에 도시된 바와 같이, 열 전달 물질(32)은 상부 표면(70), 하부 표면(72) 및 하나 이상의 측면 돌출부, 예를 들어 제1 측면 돌출부(74) 및 제2 측면 돌출부(76)를 포함할 수 있다. 열 전달 물질(32)은 선택적으로 하부 돌출부(78)를 포함할 수 있는 데, 하부 돌출부(78)는 LED 패키지(10)의 하부 면(13)에 배치된 리세스(80)로부터 신장할 수 있는 하부 면(72)을 포함한다. 측면 돌출부(74, 76)는 몸체(12)에 의해 열 전달 물질(32)을 견고하게 유지하는 것을 촉진하고 또한 몸체(12)와 열 전달 물질(32) 사이의 계면을 따라 발생할 수 있는 누설 가능성(즉 납땜 및/또는 봉지제의 누설 가능성)을 줄일 수 있다. 이 같은 측면 돌출부(74, 76)의 개수, 치수, 형태 및/또는 방향은 다양하게 설정될 수 있다(도 12a 및 도 12b 참조). 열 전달 물질(32)은 LED 칩(14) 및 LED 패키지(10)로부터 열을 제거하여 열 방산을 향상시킨다.
도 4는 참조번호 10으로 표시된 LED 패키지의 저면 투시도이다. 저면도는 또한 고전압 LED 패키지(90)(도 6 내지 도 8)를 도시할 수 있다. LED 패키지(10)는 대략 리드프레임 요소(30) 및 열 전달 물질(32)을 를 형성하는 몸체(12)를 포함할 수 있다. 열 전달 물질(32)은 LED 패키지(10)의 하부 면(13)에 형성된 리세스(80)로부터 신장할 수 있다. 일 측면에 따르면 열 전달 물질(32)은 LED 패키지(10)의 리세스(80)와 같은 높이의 바닥면(72)을 포함할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 열 전달 물질(32)은 LED 패키지(10)의 리세스(80)로부터 신장하는 하부 돌출부(78)를 포함할 수 있다. 하부 돌출부(78)는 이 분야에서 알려진 높이 및 너비 치수를 포함할 수 있다. 리세스(80)는 공간을 제공하여 예를 들어 납땜 및/또는 플럭스(flux) 같은 부착 물질(미도시)이 넘칠 경우 리세스(80)로 이동하도록 한다. 이 같은 특징은 예를 들어 "비-세정"(no-clean) 납땜을 사용하여, 부착 공정결과 남은 잔류물을 세정할 필요를 없애거나 줄일 수 있다. 리세스(80)는 또한 세정 공정을 겪어야만 하는 예를 들어 "세정"(clean) 납땜을 사용할 경우 리플로우(reflow) 공정 후 용제가 플럭스를 제거하는 더욱 많은 접촉 기회를 허락한다. 공정 다양성으로 인해서, 열 전달 물질(32) 및 외부 회로(미도시)(예를 들어 인쇄회로기판) 같은 구성요소를 연결하기 위해 분배될 수 있는 납땜 그리고/또는 플럭스의 양은 상당히 변할 수 있다. 납땜 및/또는 플럭스는 PCB 같은 기판에서 제거하는 것이 매우 어려울 수 있으므로, 리세스(80)는 이러한 납땜 및/또는 플럭스가 흘러들어올 수 있는 공간을 제공하여 나중에 세정할 필요가 있는 영역을 형성한다. 열 전달 물질(32) 중에 하나 이상의 노출된 부분(도 10)이 또한 리세스(80) 내에 위치하거나 다른 방식으로 자리를 잡을 수 있다.
계속해서 도 4를 참조하면, 제1 리드 구성요소(22)의 제1 탭부(42) 및 제2 리드 구성요소(24)의 제2 탭부(62)는 LED 패키지(10)의 대략 중앙 부분에서 바깥으로 신장하고 실질적으로 수평 구성요소를 포함하도록 바깥으로 굽을 수 있다. 이와 다르게, 탭부(42, 62)는 LED 패키지(10)로부터 신장하여 서로를 향해 안쪽으로 굽을 수 있다. 따라서, 탭부(42, 62)는 "J-벤트" 및/또는 "걸-윙" 같은 이 분야에 알려진 형태를 포함할 수 있다. 탭부(42, 62)는 LED 패키지의 하부 면(13)과 실질적으로 같은 높이일 수 있다. 탭부(42, 62)는, 임의의 부착 방법 및 필요한 물질을 사용하여 외부 회로 및 열발산판(heat sink)(미도시), 예를 들어 PCT에 전기적으로 연결되고 그 위쪽에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 표준 납땜 기술이 열 전달 요소(32) 뿐만 아니라 탭부(42, 62)를 외부 회로 또는 기판에 연결할 수 있고 이때 납땜은 각 구성요소의 바닥면들을 젖게 할 수 있다. 열 전달 물질(32)은 열적으로 열발산판 및/또는 회부 회로에 연결되고 그 위에 탑재된다. 이 같은 부착 방법은 예를 들어 리플로우 오븐에서 LED 패키지(10) 및 PCB를 납땜하는 것 또는 가열판(hot plate) 위에 LEC 패키지(10) 및 PCB를 두는 것을 더 포함할 수 있다. 필요로 되고, 열 구성요소 및 전기적인 구성요소, 즉 리드 구성요소(22, 24)의 열 전달 물질(32, 42)을 PCB에 고정할 수 있는 물질이라면 어느 것이라도 사용될 수 있다. 예를 들어, 부착 물질은 금, 주석, 은, 납 및/또는 구리로 구성되는 땜납 페이스트(paste), 리플로우 땜납 플럭스 그리고/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어 주석 96.5/은 3.0/구리 0.5 는 주석 95.5/은 3.8/ 구리 0.7 같이 흔한 무연 땜납이다.
열 전달 물질(12)은 도 4에 도시된 바와 같이 하나로 일체로 형성되는 한 개의 구성요소를 포함하거나 또는 원하는 그리고/또는 이 분야에서 알려진 조립 공정을사용하여 함께 조립되는 여러 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어 하부 돌출부(78)는 열 전달 물질(32)의 한 조각으로 일체로 형성될 수 있고 또는 열 전달 물질(32)의 기저부로부터 확장하도록 열 전달 물질(32)에 조립될 수 있다. 일 측면에 따르면, 열 전달 물질(32)은 추가의 열 방산을 위해 열을 다른 구조 예를 들어 열 전달 층 또는 열발산판에 전달하기 위한 중간 열 구조를 포함할 수 있다. 이 경우, 열 전달 물질(32)은 제한된 열 용량을 가지며 실제 열발산판 같은 추가적인 열 전달 소자에 효과적으로 연결되지 않을 경우 빠르게 가열될 수 있는 열 구조를 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 참조번호 10 및 90으로 표시되며 다양한 LED 칩(14) 배열을 포함하는 LED 패키지를 도시한다. 하나 이상의 LED 칩(14)은 예를 들어 열 전달 물질(32) 같은 열 구성요소 위에 배열될 수 있고 이 배열은 응용분야에 따라 다양하게 변할 수 있다. 도 5는 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)와 각각 전기적으로 통신하도록 배치된 하나 이상의 LED 칩(14)을 도시한다. LED 칩(14)은 LED 칩(14)의 제1 부분(82A)이 제1 리드 구성요소(22)에 전기적으로 연결되고 제2 부분(82B)이 제2 리드 구성요소(24)에 전기적으로 연결되도록, 도전성 와이어를 사용하여 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)에 전기적으로 연결될 수 있다. LED 칩(14)의 제1 부분(82A) 및 제2 부분(82B)은 서로 다른 전기적 극성을 포함할 수 있다. 즉 LED 칩(14)의 제1 부분(82A) 및 제2 부분(82B) 중 하나는 양극으로 작용하고 다른 하나는 음극으로 작용하여 전류가 각 LED 칩(14)을 통해 흘러 발광을 생성할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 칩의 하나 이상의 LED 칩 각각을 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)의 각각에 연결하는 것은 제1 배열 또는 전기적 구성(electrical configuration)을 포함한다. 이 같은 전기적 구성에서, 각 LED 칩(14)은 다른 LED 칩과 평행하게 배열될 수 있다. 즉, 각각의 LED 칩(14)은 전원으로부터 대략 동일한 전압 또는 그 이하의 전압을 받아, 낮은 전압 전원이 사용될 수 있도록 한다. 평행하게 배열될 때, LED 칩(14)들은 또한 열 전달 물질(32) 위에 탑재될 수 있다. 일 측면에 따르면, LED 칩들은 열 전달 물질(32)에 직접적으로 탑재될 수 있다. 이와 달리, LED 칩(14)들은 하나 이상의 중간 기판(미도시)을 사이에 두고 열 전달 물질(32) 위에 탑재될 수 있다.
도 5를 참조하여 서술되고 설명된 LED 배치는 패키지가 예를 들어 대략 3.2볼트를 포함하는 전원으로 동작할 수 있도록 한다. 몇몇 응용에서, LED 패키지가 낮은 전압 예를 들어 대략 3.2볼트 보다 낮은 전압, 예를 들어 1.5볼트 내지 2볼트 또는 대략 2볼트 내지 3.2볼트로 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 응용에서 LED 패키지는 높은 전압에서 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 도 6 내지 도 8은 예를 들어 여기에 제한되지 않으며 참조번호 90으로 표시된 LED 패키지를 도시하고 있으며 이 LED 패키지(90)는 대략 3.2볼트보다 높은 전압을 가지는 응용분야를 위해 동작할 수 있다. 예를 들어, 일 측면에 따르면 LED 패키지(90)는 대략 3.2볼트 내지 5볼트 범위에서 동작할 수 있다. 다른 측면에 따르면, LED 패키지(90)는 5볼트 내지 10볼트 범위에서 동작할 수 있다. 다른 측면에 따르면, LED 패키지(90)는 10볼트 내지 20볼트 범위에서 동작할 수 있다. 또 다른 측면에 따르면, LED 패키지(90)는 20볼트 보다 높은 전압에서 동작할 수 있다. LED 패키지(90)는 패키지 내에 다양한 배열의 LED 칩(14)들을 포함할 수 있고, LED 칩(90)의 다른 특징은 LED 칩(10)과 관련하여 서술한 형태 및 기능과 유사하다. 예를 들어, LED 칩(90)은 리드프레임 요소(30)로 성형된 몸체(12)를 포함하며, 이 리드프레임은 열 전달 물질(32), 제1 구성요소(22) 및 제2 구성요소(24)를 포함한다(도 1 내지 도 4 참조).
도 6 내지 도 8은 LED 패키지(90) 같은 고전압 패키지를 도시한다. 여기에 개시된 발명 주제에 따르면, 고전압 패키지는 패키지 내에서 LED 칩(14)의 배열을 또는 전기적 구성을 일부 변경하는 것에 의해서 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 6 내지 도 8은 적어도 하나의 LED 칩(14)과 전기적으로 직렬로 연결된 하나 이상의 칩(14)을 포함하는 LED 패키지(90)를 도시한다. LED 패키지(90)는 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 LED 칩(14)에 전류를 공급하기 위해서 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24) 중 하나는 음극으로 작용하고 다른 하나는 양극으로 작용할 수 있다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 각각 몸체 예를 들어 LED 칩(90)의 측면 및/또는 바닥면으로부터 바깥쪽으로 돌출 및/또는 확장할 수 있다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 아래쪽으로 신장할 수 있는 벤트(47,67) 및 평행한 측면(17,21)을 형성하도록 바깥쪽으로 굽을 수 있다. LED 패키지(90)는 몸체의 중앙에서 신장하고 바깥쪽으로 굽어 선형의 바깥쪽으로 신장하는 제1 탭부(42) 및 제2 탭부(62)를 형성하는 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 LED 칩(14)은 하나 이상의 전기적으로 전도성인 와이어(20)를 사용하여 제1 리드 구성요소(22) 및/또는 제2 리드 구성요소(24)와 전기적으로 통신한다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 또한, 하나 이상의 LED 칩(14)이 직접적으로 또는 간접적으로 탑재될 수 있는 열 전달 물질(32)로부터 전기적으로 그리고/또는 열적으로 분리될 수 있다. LED 패키지(90)의 하나 이상의 분리부(26, 28)는 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)로부터 열 전달 물질(32)을 열적으로 그리고/또는 전기적으로 분리시킬 수 있다.
도 6 내지 도 8은 LED 패키지(90) 내에서 다양한 배열 및 전기적 구성을 포함하는 LED 칩(14)을 도시한다. 즉, 하나 이상의 LED 칩(14)이 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)에 직렬로, 병렬로 그리고/또는 직렬 병렬 조합으로 연결될 수 있다. 이는, 하나 이상의 도전성 와이어(20)를 사용하여 하나 이상의 LED 칩(14)이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있는 와이어본딩 공정을 사용하여, 완수될 수 있다. LED 칩(14)을 통해 전류를 구동하기 위해서, LED 칩들의 직렬 연결에서 첫 번째 LED 칩 및 마지막 LED 칩은 각각 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)에 도전성 와이어(20)를 사용하여 연결될 수 있다. LED 칩(14)이 직렬로 도전성 와이어로 연결된 경우, 전력원으로부터의 전압은 LED 칩(14)들 사이에서 분배되거나 또는 분산될 수 있다. 즉, 전압이 하나 이상의 LED 칩(14) 직렬 연결에서 분배되기 때문에, 높은 전력원이 LED들, LED 패키지들 및 방법들에 사용될 수 있다. 전력원에 의해 생성되는 높은 전압은 개개의 LED 칩을 통과하는 일련의 낮은 전압들을 포함할 수 있다. 앞서 서술하였듯이, 전력원 전압은 몇몇 응용 분야에서는 5 볼트 내지 20 볼트 범위에서 동작할 수 있고 다른 응용 분야에서는 20 볼트 이상에서 동작하는 것이 바람직할 수 있다.
도 6은 LED 칩(14)들의 배열을 도시하며, 배열은 참조번호 92로 표시되어 있다. 배열(92)은 전기적 구성으로 배열된 세 개의 LED 칩(14)을 포함한다. 여기서 LED 칩(14)은 직렬 배열로 전기적으로 연결된 것으로 도시되어 있다. 직렬 배열의 첫 번째 LED 칩(14)은 제1 리드 구성요소(22)에 연결되고 마지막 LED 칩(14)은 제2 리드 구성요소(24)에 연결될 수 있다. 이 같은 전기적 구성은 도 7에 도시된 LED 칩(90) 내의 LED 칩(14)들의 또 다른 배열에서도 유사하며, 여기서 배열은 참조번호 94로 표시되었다. 배열(94)은 LED 패키지(90) 내에서 직렬 배열로 연결된 여섯 개의 LED 칩을 포함한다. 이 직렬 배열의 첫 번째 LED 칩(14)은 제1 리드 구성요소(22)에 전기적으로 연결되고 마지막 LED 칩(14)은 제2 리드 구성요소(24)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도시된 배열(92) 및 배열(94)은 임의의 개수 또는 유형의 LED 칩(14)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 동일한 유형의 LED 칩이 사용된다면 직렬 배열이 보다 효율적이며, 직렬 배열에서 각 칩을 통해 전압이 일관되고 균일하게 분배 또는 이와 다르게 분산된다.
도 8은 직렬 전기적 구성 및 병렬 전기적 구성 조합을 사용하여 탑재한 LED 칩(14)을 포함하는 배열을 도시한다. 예를 들어 도 8은 참조번호 96으로 표시한 배열을 도시한다. 배열(96)은 예를 들어 두 그룹의 LED 칩(14)들을 포함할 수 있는데, 여기서 각 그룹의 적어도 하나의 LED 칩(14)은 해당 그룹에서 적어도 하나의 다른 LED 칩(14)에 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 98A로 표시된 제1 그룹의 LED 칩들은 98B로 표시된 제2 그룹의 LED 칩들과 병렬로 연결될 수 있다. 제1 그룹(98A) 및 제2 그룹(98B)은 각각 첫 번째 LED 칩 및 마지막 LED 칩이 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)에 각각 연결되는 직렬로 연결되는 하나 이상의 LED 칩을 포함할 수 있다. 따라서, 배열(96)은 직렬의 전기적 구성 및 병렬의 전기적 구성 모두를 포함하는 전기적 구성을 활용하며, 여기서 제1 그룹(98A) 및 제2 그룹(98B) 각각은 직렬로 연결된 하나 이상의 LED 칩을 포함하는 한편 제1 그룹(98A)과 제2 그룹(98B)은 병렬로 연결된다. 여기서 도 6 내지 도 8에 도시된 배열(92), 배열(94) 및 배열(96)은 도시된 배열에 한정되지 않고 직렬로 탑재된 임의의 개수의 칩을 포함할 수 있다. 직렬로 연결할 때, 각 LED 칩들의 올바른 LED 단자를 와이어본딩을 통해 전기적으로 칩들에 연결하도록 주의를 해야 한다. 나중에 설명하겠지만, LED 칩(14)은 제1 부분(82A) 및 제2 부분(82B)을 포함하며 이 부분들은 서로 다른 전기적인 극성을 가진다. 즉, 제1 부분(82A)은 음극 단자를 포함하고 제2 부분(82B)은 양극 단자를 포함할 수 있으며 또는 그 극성이 반대일 수 있다. LED 칩들을 직렬로 연결할 때, 이전 LED 칩의 제1 부분(82A)은 바람직하게 와이어결합하여 다음 LED 칩의 제2 부분(82B)에 전기적으로 연결되어야 한다. 그렇지 않으면 전류가 직렬 연결에 적절하게 공급되지 않아, LED 칩(14)은 발광하지 않을 수 있다. 앞서 설명하였듯이, 배열(96)은 임의의 개수로 그룹을 포함할 수 있고 도시된 제1 그룹(98A) 및 제2 그룹(98B)에 한정되는 것은 아니다. 직렬 및 병렬 모두로 탑재된 LED 칩의 직병렬 조합은 응용 분야 및/또는 원하는 전압원을 위해 조절될 수 있다. 따라서, LED 칩(14)들은, 다양한 전압 적용에 적합하도록, 병렬로, 직렬로 또는 직병렬 조합을 통해 연결될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 계속해서 참조하면, 제한하기 위한 것이 아니라 단지 설명의 목적으로, LED 칩(14)들이 지그재그 형태의 직렬 배열로 배열된 것이 도시되었으나, LED 칩들의 다른 적절한 배열 또는 구성이 사용될 수 있다. 제한하기 위한 것이 아니며 예를 들면, LED 칩(14)들이 그리드에서 또는 어레이에서 또는 이 조합에서, 수직 방향으로 및/또는 수평 방향으로 직렬로 배열될 수 있다. 또한 병렬의 객체들이 전력원으로부터 더욱 많은 전류를 끌기 때문에, LED 패지키를 사용하는 다른 응용들에 관해서, 병렬로 객체들을 연결하는 것이 직렬로 연결하는 것에 비해 더욱 빠르게 전원을 소비(drain)할 수 있다. 사용되는 모든 LED 칩들이 동일한 전력 사양을 가진다면 또한 이로울 것이다.
도 9는 참조번호 90으로 표시된 LED 패키지의 측면도이다. 도 9는 또한 LED 패키지(10)를 도시하는데, LED 패키지(10, 90)의 각각은 패키지들 내에 LED 칩(14)의 배열 방식을 제외하고는 비슷한 특징, 형태 및 기능을 포함할 수 있다. 도 9는 몸체(12)를 도시하며, 몸체(12)는 예를 들어 상부 성형 다이부(미도시) 및 하부 성형 다이부(미도시)에 각각 형성될 수 있는 상부 몸체부(12A) 및 하부 몸체부(12B)를 포함한다. 하나 이상의 테이퍼부 예를 들어 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)가 몸체(12)의 외부 측(17, 21)에 의해 정의될 수 있고, 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)가 외부 측벽(17, 21)을 통해 신장하는 위치(예를 들어 아래)에 인접할 수 있다. 이 같은 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)는 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)의 벤트부들(47, 67)을 수용하도록 또는 베트부들(47, 67)의 두께의 적어도 일부를 수용하도록 배치될 수 있다. 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27) 각각은 대응하는 외부 측벽(17, 21)에 대하여 깊이를 포함할 수 있다. 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)의 깊이는 바람직하게는 각각 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)의 평균 두께와 실질적으로 동일하거나 또는 큰 깊이를 포함할 수 있다. 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)는 여러 이점을 제공한다. 예를 들어 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)는 제1 벤트들(46, 66) 아래에 바로 배치되는 물질을 제거하여, 몸체(12) 내에 유지되어 있는 리드프레임 요소(30) 이후에 형성되는 제1 벤트들(46, 66)의 형성 중에 몸체(12)에 몸체(12)에 인가되는 스트레스 양을 줄인다. 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)의 다른 이점은 제1 벤트들(46, 66) 각각이 꼭 맞는 굽힘 반경(tighter bending radius)을 가지도록 하게 할 수 있다는 것이다. 이는, 외부 벽들(17, 21)에 실질적으로 평행하고 하부 면(13) 및 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)에 적어도 실질적으로 수직인 벤트부들(47, 67)의 외측으로의 신장을 감소시키거나 제거할 수 있고 이로 인해 LED 패키지(10)의 유효 풋프린트를 감소시킨다. LED 패키지(10)의 유효 풋프린트 감소는 패키지(10)가 외부 기판(미도시)에 높은 밀도로 탑재되도록 그리고/또는 감소된 구멍 간격(hole spacing)을 갖는 랑베르 반사면 또는 확산체로 선택적으로 오버레이(overlay) 되도록 (예를 들어 LCD 디스플레이 같은 후면 발광 디스플레이 소자 내에) 할 수 있다. 따라서, 제1 테이퍼부(25) 및 제2 테이퍼부(27)는 높은 플럭스 그리고/또는 우수한 광 균일도를 가능하게 하여 LED 패키지(10, 90)가 향상된 광 성능을 나타내도록 할 수 있다.
도 10은 LED 패키지(90)의 횡단면도(cross-sectional view)이다. 반사 캐비티(18)는 봉지제(encapsulant)(E)로 충진되거나 코팅되거나 또는 이와 다르게 덮일 수 있다. 봉지제(E)는 이 분야에서 알려진 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있고 하나 이상의 LED 칩(14)에서 방출되는 광과 상호작용하여 원하는 파장 스펙트럼의 광을 방출하도록 하는 형광체(phosphor) 또는 루미포르(lumiphor)를 선택적으로 포함할 수 있다. 설명의 목적으로, 봉지제(E)는 몸체(12)의 상부 면(11)과 같은 높이가 되도록 반사 캐비티(18)를 채우는 것으로 도시되었다. 봉지제(E)는 그러나 반사 캐비피(18) 내에 임의의 높이로 충진될 수 있고 또는 심지어 반사 캐비티(18) 위를 넘어설 수 있다.
도 10은 열 전달 물질(32) 중에 하나 이상의 노출된 부분을 도시한다. 예를 들어, 열 전달 물질(32)은 LED 패키지(90)의 리세스(80) 내에 배치되고 그로부터 돌출한 노출부들(73, 75, 77, 72, 81, 83)을 포함할 수 있다. 노출부들(73, 75, 77, 72, 81, 83) 각각은 열 전달 물질(32)의 외부면을 포함할 수 있으며 이는 하나로 일체로 형성될 수도 있고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 돌출부(78) 같이 하나 이상으로부터 형성될 수 있다. 도 10은 또한 몸체(12)의 하부(12B)의 전체 두께로 신장하는 열 전달 물질(32)을 도시한다. 제1 리드 구성요소(22) 및 제2 리드 구성요소(24)는 몸체(12)의 하부(12B) 위에 안착하며 몸체(12)의 상부(12A) 및 하부(12B) 사이에 배치될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 리드 구성요소(22, 24)는 대응하는 탭부(42, 62) 위의 평행한 평면에 위치할 수 있고 벤트부(47, 77)에 대해 수직으로 배열되는 기판(36, 56)을 포함할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 LED 패키지(10) 및/또는 LED 패키지(90)를 형성할 수 있는 몸체(12)의 단순화된 개략적인 횡단면도이다. LED 패키지는 바닥(F)에 의해 제한된 반사 캐비티(18)를 포함한다. 바닥(F)은 열 전달 물질(32)의 상부 면(70) 뿐만 아니라 제1 리드 구성요소(22)의 부분 및 제2 리드 구성요소(24)의 부분, 분리 부분들(26, 28)을 포함할 수 있다. 반사 캐비티(18)는 가장자리를 따라 외부 측벽들(15, 17, 19, 21)에 의해 제한될 수 있다. 반사 캐비티(18)는 임의의 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어 반사 캐비티(18)는 둥근 반사 캐비티(18)를 정의하는 둥근 벽을 포함할 수 있고 또는 반사 캐비티(18)는 실질적으로 사각형상의 반사 ㅋ캐비티(18)를 정의하는 내부 벽들을 포함할 수 있다. 반사 캐비티(18)는 이 분야에서 알려진 임의의 치수 및/또는 형태를 포함할 수 있다. 반사 캐비티(18)는 수직 외부 벽들(15, 17, 19,21)을 갖는 경사진 부분들 및/또는 실질적으로 직선인 부분들로부터 이행할 수 있는 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사 캐비티(18)는 바닥(F)에 수직인 면에 대해서 각도(θ)를 갖는 제1 부분을 포함할 수 있다. 비슷하게 그리고 동일한 패키지에서 가능하게, 반사 캐비티(18)는 바닥(F)에 수직인 면에 대해서 각도(φ)를 포함할 수 있다. 일 측면에 따르면, 반사 캐비티(18)는 적어도 20도의 입사각(θ)을 포함한다. 다른 측면에 따르면, 반사 캐비티(18)는 적어도 30도의 입사각(θ)을 포함한다. 또 다른 측면에 따르면, 반사 캐비티(18)는 적어도 40도의 입사각(θ)을 포함한다. 입사각(θ)은 또한 적어도 45도 또는 적어도 50도를 포함할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 반사 캐비티(18)는 적어도 30도, 적어도 40도 또는 적어도 50도의 경사진 각(φ)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 각(φ)은 약 55도, 또는 적어도 60도를 포함할 수 있다. 이 같은 각(θ) 및 각(φ)은 통상적인 LED 패키지에서 일반적으로 채용되는 각보다 클 수 있다. 비록 여기서 서술한 반사 캐비티(18) 부분이 반사 캐비티의 바닥에서 패키지의 상부 가장자리까지 경사진 곧은 벽들을 포함하지만, 다른 실시 예에 따르면 분절 및/또는 곡면 단면을 포함할 수 있다. 즉 바닥(F)로부터 신장하여 패키지의 상부 가장자리에 다다르는 벽이 적어도 일부분을 따라 비-선형(non-linear) 단면을 포함할 수 있다. 만약 그 같은 벽이 굴곡지거나 분절되면, 상술한 입사각은 굴곡진 또는 분절된 벽의 평균 각도 또는 그 같은 벽의 끝단들 사이의 각에 대응할 수 있다. 엇각(alternating angle)을 포함하는 반사 캐비티(18)는 그것의 정면 영역(frontal area)이 사각 형상의 상부 면(11)에 대해서 최대가 되도록 하고, 특히 다중 LED가 반사 캐비티(18) 내에 배치될 때 원하는 방산(diffuse) 출력 빔 특성을 제공한다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 열 전달 물질(32)에 대한 대안 실시 예들이 도시된다. 열 전달 물질(32)은 상부 면(70), 하부 면(72), 하부 돌출부(78), 및 물질의 측벽들에서 돌출하는 측부 돌출부들(74, 76)을 포함할 수 있다. 도 12a는 비-선형으로 위쪽으로 굽은 측부 돌출부들(74, 76)를 도시한다. 도 12b는 열 전달 물질(32)의 측벽으로부터 바깥쪽으로 그리고 위쪽으로 신장하는, 위쪽으로 기울어진 또는 이와 다르게 테이퍼진, 측부 돌출부들(74, 76)을 포함하는 열 전달 물질(32)에 대한 다른 실시 예를 도시한다. 측부 돌출부들(74, 76)은 임의의 치수, 형태 및/또는 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어 아래쪽으로 굽은 그리고/또는 각이진 측부 돌출부들이 채택될 수 있다. 비슷하게, 전술한 측부 돌출부들의 다양한 조합들이 채택될 수 있다. 측부 돌출부는 이 분야에서 알려진 임의의 적절한 제조 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 스탬핑, 단조, 사출, 밀링(milling) 및/또는 기계가공(machining)이 사용되어 측부 돌출부들(74, 76)이 형성될 수 있다. 몇몇의 경우에, 측부 돌출부들(74, 76)은, 비슷한 실링 유틸리티(sealing utility)을 제공하기 위해서, 열 전달 물질(32)의 외부 측벽들에 있는 리세스(미도시)로 대체되거나 또는 보충될 수 있으며, 이 같은 리세스는 앞서 개략적으로 설명한 방법과 비슷하게 형성된다. 열 전달 물질(32)은 하나 이사의 LED 칩(14)이 탑재되는 표면을 포함할 수 있고, 반사 캐비티(18)에 LED 칩들(14)이 배치될 수 있다.
도면들에 도시되고 위에서 상술한 본 발명의 실시 예들은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 만들어지는 다양한 실시 예들 중의 예이다. 고전압 적용이 가능한 LED 장치들, 방법들, 및 패키지들의 구성들은 여기에 개시된 내용 외의 다른 다양한 구성을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 리드프레임 구성요소 및 제2 리드프레임 구성요소를 포함하는 리드프레임;
    상기 제1 리드프레임 구성요소 및 상기 제2 리드프레임 구성요소로부터 분리된 열전소자; 그리고,
    상기 열전소자 위에 배열되고 전기적으로 직렬로 연결된 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 제1 그룹의 LED를 포함하는 LED 배열.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 LED 배열은:
    상기 열전소자의 일부분, 상기 제1 리드구성요소의 일부분 및 상기 제2 리드 구성요소의 일부분을 형성하는 패키지 몸체를 더 포함하는 LED 배열.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 패키지 몸체의 분리부들에 의해서 열적으로 전기적으로 상기 제1 리드프레임 구성요소 및 상기 제2 리드프레임 구성요소로부터 분리되는 LED 배열.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 성형으로 형성된 플라스틱 몸체를 포함하는 LED 배열.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 LED는 제2 그룹의 LED에 전기적으로 병렬로 연결되는 LED 배열.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 그룹의 LED 배열은 전기적으로 직렬로 연결된 선행하는 LED 및 뒤따르는 LED를 포함하는 LED 배열.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 LED는 제1 지그재그 형태로 배열되고 상기 제2 그룹의 LED는 제2 지그재그 형태로 배열되는 LED 배열.
  8. 전기적으로 직렬로 연결된 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 제1 그룹의 LED; 그리고,
    제2 그룹의 LED를 포함하고,
    상기 제1 그룹의 LED는 전기적으로 병렬로 상기 제2 그룹의 LED에 연결되는 LED 배열.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 그룹의 LED는 전기적으로 직렬로 연결된 선행하는 LED 및 뒤따르는 LED를 포함하는 LED 배열.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 LED 및 상기 제2 그룹의 LED는 전기적으로 상기 제1 리드프레임 구성요소 및 상기 제2 리드프레임 구성요소에 연결되는 LED 배열.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 LED 및 상기 제2 그룹의 LED는 열전소자 위에 배열되는 LED 배열.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 LED 배열은, 상기 제1 리드프레임 구성요소의 일부분 및 상기 제2 리드프레임 구성요소의 일부분을 성형하는 패키지 몸체를 더 포함하며,
    상기 패키지 몸체는 상기 열전소자의 측면 돌출부를 성형하고,
    상기 패키지 몸체는 상기 제1 그룹의 LED 및 상기 제2 그룹의 LED가 배치된 캐비티를 형성하는 LED 배열.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 상기 캐비티의 적어도 일부분에 봉지제를 포함하는 LED 배열.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 바닥면에 형성된 리세스를 포함하는 LED 배열.
  15. 전기적으로 직렬로 연결된 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 제1 그룹의 LED를 제공하는 단계;
    제2 그룹의 LED를 제공하는 단계; 그리고,
    상기 제1 그룹의 LED를 전기적으로 병렬로 상기 제2 그룹의 LED에 연결하는 단계를 포함하는 LED 배열 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 그룹의 LED를 제공하는 단계는 전기적으로 직렬로 연결된 선행하는 LED 및 뒤따르는 LED를 포함하는 제2 그룹의 LED를 제공하는 단계를 포함하는 LED 배열 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 LED 배열 방법은 제1 그룹의 LED 및 제2 그룹의 LED를 각각 제1 리드프레임 구성요소 및 제2 리드프레임 구성요소에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 LED 배열 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 LED 배열 방법은 제1 그룹의 LED 및 제2 그룹의 LED 각각이 지그재그 형태로 배열되도록 상기 패키지 몸체 내에 상기 제1 그룹의 LED 및 상기 제2 그룹의 LED를 배열하는 단계를 더 포함하는 LED 배열 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 성형된 플라스틱을 포함하는 LED 배열 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 LED 배열 방법은 형광체를 포함하는 봉지제로 상기 LED 몸체의 적어도 일 부분을 채우는 단계를 더 포함하는 LED 배열 방법.
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