KR20130101742A - 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

복수의 엘이디 소자에서 발생하는 빛을 하나의 광원에서 출사되는 것과 같이 방출할 수 있으며, 나아가 엘이디 소자에서 방출되는 빛의 색상을 균일하게 변환하여 색좌표의 분포를 일정하게 유지할 수 있는 엘이디 패키지가 개시된다. 상기 엘이디 패키지는, 상하면을 관통하는 홀이 형성된 기판; 상기 기판의 하면 상의 상기 홀 주변에 배치되는 복수의 엘이디 소자; 및 상기 기판의 하부에 배치되며, 상기 복수의 엘이디 소자를 커버하는 반사면을 갖는 반사수단을 포함하며, 상기 반사면은 수직 단면이 포물선 형상으로 형성되며, 상기 반사면에서 반사된 빛은 상기 홀을 통해 기판 상부 방향으로 방출된다.

Description

엘이디 패키지{LED PACKAGE}
본 발명은 엘이디 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포물선 형상의 반사면을 채용함으로써 복수의 엘이디 소자에서 방출되는 빛을 하나의 광원에서 출사되는 빛과 같이 출사할 수 있는 엘이디 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디(LED: Light Emitting Diode)는 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변화시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자의 일종이다. 엘이디는, 박막 성장 기술 및 소자 재료의 적극적인 개발에 따라, 적색, 녹색뿐만 아니라 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선을 구현하고 있다.
이러한 엘이디는 소자의 사이즈가 소형이므로 전기적 연결을 위한 회로 패턴등이 형성된 기판 상에 적어도 하나 이상의 엘이디를 안착시킨 패키지 형태로 제조 및 판매되고 있다.
종래의 엘이디 패키지는 주로 기판 상에 측벽을 마련하고 측벽으로 둘러싸인 기판 상면에 엘이디를 배치한 후 측벽으로 둘러 싸인 공간을 형광물질을 포함하는 투명수지로 충진하는 형태로 구현된다. 또 다른 종래에 엘이디 패키지는 측벽을 형성하지 않고 기판 상면에 엘이디를 배치한 후 형광물질을 포함하는 투명수지로 엘이디를 둘러싸는 영역에 몰드를 형성하는 형태로 구현되기도 한다.
이러한 종래의 엘이디 패키지는 충진되거나 몰드를 형성하는 투명성 수지 내부에 포함된 형광물질이 불균일하게 분포됨으로써 엘이디 패키지에서 발광되는 빛의 색좌표 분포가 원하는 영역에 집중되지 못하고 넓게 확산된다. 또한, 종래의 엘이디 패키지는 엘이디 소자의 표면에 형광체 물질이 직접 접촉하게 되므로 엘이디 소자에서 발생하는 열에 의해 형광체 물질이 열화되어 원하는 색상의 빛을 출력하지 못하게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 종래의 엘이디 패키지에서 다수의 엘이디 소자를 적용하는 경우 각 엘이디 소자가 배치되는 위치에 따라 방출되는 빛의 강도가 달라지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 엘이디 소자에서 발생하는 빛을 하나의 광원에서 출사되는 것과 같이 방출할 수 있으며, 나아가 엘이디 소자에서 방출되는 빛의 색상을 균일하게 변환하여 색좌표의 분포를 일정하게 유지할 수 있는 엘이디 패키지를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서 본 발명은,
상하면을 관통하는 홀이 형성된 기판;
상기 기판의 하면 상의 상기 홀 주변에 배치되는 복수의 엘이디 소자; 및
상기 기판의 하부에 배치되며, 상기 복수의 엘이디 소자를 커버하는 반사면을 갖는 반사수단을 포함하며,
상기 반사면은 수직 단면이 포물선 형상으로 형성되며, 상기 반사면에서 반사된 빛은 상기 홀을 통해 기판 상부 방향으로 방출되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반사면의 수직 단면이 형성하는 포물선의 초점은 상기 홀의 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 기판의 상면에 상기 홀을 커버하도록 배치되는 투광성 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 투광성 커버의 상면 또는 하면에 형성되어 통과하는 빛의 파장을 변환하는 형광체 필름을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 기판의 상면에 상기 홀을 커버하도록 배치되어, 상기 홀을 통해 방출되는 빛의 지향각을 변환하는 광학렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 투광성 커버의 상부 또는 상기 형광체 필름의 상부에 배치되어, 상기 홀을 통해 방출되는 빛의 지향각을 변환하는 광학렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반사수단은, 상기 반사면이 일면에 오목하게 형성된 입방체 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반사수단은, 상기 반사면이 형성하는 포물선을 상기 포물선의 중심축을 회전축으로 하여 회전시켜 형성된 회전체 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 엘이디 패키지에서 다수의 엘이디 소자를 이용하여 빛을 생성하더라도, 반사면이 갖는 포물선 형상의 초점에 배치된 가상의 일 광원에서 빛이 방출되는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 균일한 형광체 분포를 갖는 균일한 두께의 형광체 필름을 사용함으로써 엘이디 패키지에서 방출되는 빛의 색분포 편차를 감소시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, 엘이디 패키지에 사용되는 엘이디 소자에 직접 형광체 물질을 코팅하지 않으므로, 다수의 엘이디 소자를 사용하는 경우에 형광체 물질을 개별적으로 코팅하는 공정을 생략하여 공정 단순화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 엘이디 소자에서 방출되는 열에 의해 코팅된 형광체 물질이 열화되는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 엘이디 패키지를 도시한 사시도이다.
도 2는 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 엘이디 패키지를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 엘이디 패키지를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 A-A’선을 따라 절개된 엘이디 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 엘이디 패키지는, 상하면을 관통하는 홀(H)이 형성된 기판(11)과, 상기 기판(11)의 하면 상의 상기 홀(H) 주변에 배치되는 복수의 엘이디 소자(12) 및 상기 기판(11)의 하부에 배치되며, 상기 복수의 엘이디 소자(12)를 커버하는 반사면(R)을 갖는 반사수단(13)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기판(11)은 엘이디 소자(12)를 배치하기 위한 기판으로서, 당 기술분야에 통상적으로 사용될 수 있는 다양한 소재의 기판이 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(11)은 FR4와 같은 수지 재료로 이루어진 인쇄회로기판(PCB) 또는 세라믹 기판 또는 열 방출 효율을 고려한 금속 코어 기판 등이 다양하게 채용될 수 있다.
상기 기판(11)의 하면에는 엘이디 소자(12)로 전력을 제공할 수 있도록 엘이디 소자(12)와 전기적 연결을 형성하는 도전 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 기판(11)의 중심부에는 기판(11)의 상하면을 관통하는 홀(H)이 형성될 수 있다. 상기 홀(H)은 상기 기판(11)의 하면에 배치되는 엘이디 소자(12)에서 방출된 빛이 반사면(R)에 의해 반사된 후 출사되는 통로가 될 수 있다.
상기 복수의 엘이디 소자(12)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하여 출력하는 반도체 물질로 제조된 광원으로, 상기 기판(11)의 하면 상에 배치될 수 있다. 특히, 상기 복수의 엘이디 소자(12)는 기판(11) 하면의 홀(H) 주변에 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 상기 엘이디 소자(12)는 기판(11) 하면에 형성된 도전 패턴(미도시)를 통해 엘이디 패키지의 외부로부터 제공되는 전력을 제공받을 수 있다.
상기 반사수단(13)은 상기 복수의 엘이디 소자(12)에서 생성되어 방출되는 빛을 반사하는 반사면(R)을 포함할 수 있다. 상기 반사수단(13)에 형성된 반사면(R)에 의해 반사된 빛은 기판(11)에 형성된 홀(H)을 통해 기판(11)의 상면 방향으로 방출될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반사면(R)은 그 수직 단면이 포물선 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 반사면(R)은 포물선의 중심축을 회전축으로 하는 회전체 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 반사면(R)이 형성하는 포물선의 중심축은, 기판(11)에 형성된 홀(H)의 중심을 기판(11)과 수직을 형성하며 지나도록, 상기 반사수단(13)이 배치될 수 있다.
통상, 엘이디 소자(12)에서 방출되는 빛은 엘이디 소자(12)의 주된 광출사면의 수직 방향으로 주로 출사되는 직선광의 성향을 갖는다. 따라서, 엘이디 소자(12)의 주된 광출사면이 기판(11) 하부 방향을 향하도록 배치되는 경우, 반사면(R) 단면이 갖는 포물선의 중심축과 거의 나란하게 반사면(R)으로 입사되고, 포물선이 갖는 고유한 특징에 의해 반사면(R)에서 반사된 빛은 포물선의 초점(F)을 지나게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 반사면(R)에 의해 반사되어 엘이디 패키지의 외부(기판의 상부 방향)로 방출되는 빛은 반사면(R)이 형성하는 포물선의 초점을 통과하는 빛이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 다수의 엘이디 소자(12)를 이용하여 빛을 생성하더라도, 초점(F)에 배치된 가상의 일 광원에서 빛이 방출되는 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 반사면(R)에 의해 반사된 빛이 기판(11)에 의해 차단되는 것을 방지하기 위해, 상기 반사면(R)이 형성하는 포물선의 초점(F)은 홀(H)의 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태는, 기판(11)의 상면에 배치되는 투광성 커버(15)를 더 포함할 수 있다. 상기 투광성 커버(15)는 기판(11)의 상면 상에 홀(H)을 커버하도록 배치되어 홀(H)을 통해 이물질이 반사면(R)과 기판(11) 사이에 형성된 공간에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 투광성 커버(15)의 상면 또는 하면에 형성된 형광체 필름(17)을 더 포함할 수 있다.
상기 형광체 필름(17)은 빛의 파장을 변환하는 형광체 물질을 포함함으로써 엘이디 소자(12)에서 출사되는 빛의 파장을 변환하여 색상을 변환할 수 있다. 예를 들어, 엘이디 소자(12)가 청색광을 출력하는 청색 엘이디 소자인 경우, 상기 형광체 필름(17)은 황색 계열의 형광체 물질을 포함함으로써 출사되는 빛을 백색광으로 변환할 수 있다.
상기 형광체 필름(17)은 형광체 물질이 균일하게 분포된 균일한 두께를 갖는 필름으로서, 엘이디 소자(12)에서 방출되는 빛이 통과되는 형광체 물질의 두께를 균일하게 유지할 수 있으므로, 엘이디 패키지가 원하는 색좌표를 벗어나지 않는 균일한 색상의 빛을 방출할 수 있다.
도 2에 도시된 실시형태는 투광성 커버(15)의 상면에 형광체 필름(17)이 부착된 형태를 도시하고 있으나, 다른 실시형태에서는 투광성 커버(15)의 하면에 형광체 필름(17) 부착될 수도 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시형태들에 따른 엘이디 패키지의 단면도이다.
도 3에 도시된 실시형태는, 투광성 커버(15) 및 형광체 필름(17)이 결합된 구조물 상에 추가적으로 광학 렌즈(19)를 더 포함하는 엘이디 패키지를 도시한다. 상기 광학 렌즈(19)는 홀(H) 및 투광성 커버(15) 및 형광체 필름(17)의 구조물을 투과한 빛을 적절한 각도로 굴절시켜 빛이 출사되는 지향각을 변경할 수 있다.
도 3은 투광성 커버(15) 및 형광체 필름(17)이 결합된 구조물 상에 광학 렌즈(19)를 구비한 실시형태를 도시하고 있으나, 도시하지 않은 다른 실시형태에서는 투광성 커버(15) 및 형광체 필름(17)으로 이루어진 구조물을 생략하고 기판(11) 상에 직접 홀(H)을 커버하는 광학 렌즈(19)가 배치될 수도 있다.
도 4에 도시된 실시형태는, 도 2 및 도 3에 도시된 실시형태와 비교하여 반사 수단(13’)이 다른 형상으로 형성된 실시형태이다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시형태에서, 반사 수단(도 2 및 도 3의 13)은 기본적으로 입방체 형상을 가질 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시형태에서, 반사 수단(도 2 및 도 3의 13)은 입방체 구조물의 일면의 일부를 제거하여 단면이 포물선 형상을 갖는 홀 형태의 반사면을 형성한다. 예를 들어, 도 2 및 도 3의 실시형태는, 수지 재질의 입방체 일면에 단면이 포물선 형상을 갖는 홀을 제작하고, 홀의 내면에 반사성 물질을 코팅하여 반사면을 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 실시형태에서, 반사 수단(13’)은 반사면(R)이 형성하는 포물선을, 포물선의 중심축을 회전축으로 하여 회전시켜 형성된 회전체 형상을 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 실시형태는 반사 수단(13’)이 반구와 유사항 외관을 갖도록 제작될 수 있다.
이상에서 설명한 다양한 본 발명의 다양한 실시형태에 따르면, 엘이디 패키지에서 다수의 엘이디 소자를 이용하여 빛을 생성하더라도, 반사면이 갖는 포물선 형상의 초점에 배치된 가상의 일 광원에서 빛이 방출되는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시형태에 따르면, 균일한 형광체 분포를 갖는 균일한 두께의 형광체 필름을 사용함으로써 엘이디 패키지에서 방출되는 빛의 색분포 편차를 감소시킬 수 있다. 더하여, 엘이디 소자에 직접 형광체 물질을 코팅하지 않으므로, 다수의 엘이디 소자를 사용하는 경우에 형광체 물질을 개별적으로 코팅하는 공정을 생략하여 공정 단순화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 엘이디 소자에서 방출되는 열에 의해 코팅된 형광체 물질이 열화되는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 기판 12: 엘이디 소자
13, 13’: 반사 수단 15: 투광성 커버
17: 형광체 필름 19: 광학커버
H: 홀 R: 반사면

Claims (8)

  1. 상하면을 관통하는 홀이 형성된 기판;
    상기 기판의 하면 상의 상기 홀 주변에 배치되는 복수의 엘이디 소자; 및
    상기 기판의 하부에 배치되며, 상기 복수의 엘이디 소자를 커버하는 반사면을 갖는 반사수단을 포함하며,
    상기 반사면은 수직 단면이 포물선 형상으로 형성되며, 상기 반사면에서 반사된 빛은 상기 홀을 통해 기판 상부 방향으로 방출되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사면의 수직 단면이 형성하는 포물선의 초점이 상기 홀의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상면에 상기 홀을 커버하도록 배치되는 투광성 커버를 더 포함하는 엘이디 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투광성 커버의 상면 또는 하면에 형성되어 통과하는 빛의 파장을 변환하는 형광체 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상면에 상기 홀을 커버하도록 배치되어, 상기 홀을 통해 방출되는 빛의 지향각을 변환하는 광학렌즈를 더 포함하는 엘이디 패키지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 투광성 커버의 상부 또는 상기 형광체 필름의 상부에 배치되어, 상기 홀을 통해 방출되는 빛의 지향각을 변환하는 광학렌즈를 더 포함하는 엘이디 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사수단은,
    상기 반사면이 일면에 오목하게 형성된 입방체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반사수단은,
    상기 반사면이 형성하는 포물선을, 상기 포물선의 중심축을 회전축으로 하여 회전시켜 형성된 회전체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
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