KR20160062495A - 발광다이오드 패키지 및 다파장 발광다이오드 모듈 - Google Patents

발광다이오드 패키지 및 다파장 발광다이오드 모듈 Download PDF

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KR20160062495A
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Abstract

발광다이오드 패키지 및 다파장 발광다이오드 모듈이 개시된다. 본 발명의 발광다이오드 패키지는, 서브마운트 기판 상부의 발광다이오드 칩과, 서브마운트 기판 상부에서, 발광다이오드 칩을 둘러싸는 캡구조에 의해, 발광다이오드 칩을 둘러싸도록 채워지는 몰딩부와, 몰딩부의 상부에 배치되는 형광체 필름을 포함한다.

Description

발광다이오드 패키지 및 다파장 발광다이오드 모듈{LED PACKAGE AND LED MODULE HAVING MULTI-WAVELENGTH}
본 발명은 발광다이오드 패키지 및 다파장 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 파장변환형 발광다이오드는 형광체 분말을 이용하여 고유 발광색의 파장을 변환시켜 원하는 발광색을 얻는 광원을 말한다. 특히, 백색 구현을 위한 파장변환형 발광다이오드는, 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트를 대체할 수 있는 고출력, 고효율 광원으로서 적극적으로 개발되고 있다.
도 1은 종래의 백색 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 백색 발광다이오드 패키지는, 2개의 리드프레임(130, 135)이 형성된 서브마운트(110)와, 서브마운트 기판(110)의 캡구조(120) 내에 실장된 청색 발광다이오드 패키지(100)를 포함하며, 청색 발광다이오드 패키지(100)는 발광다이오드(150)와 패키지 기판(160)을 포함한다. 패키지 기판(160)에 형성되어 발광다이오드(150)의 양전극(미도시)에 각각 연결된 전극부(미도시)는 각각 리드프레임(130, 135)의 상단에 와이어(140, 145)로 연결된다.
캡구조(120)의 내부에는 청색 발광다이오드(150) 주위를 둘러싸도록 Y-Al-Ga(YAG)계 형광체를 함유한 몰딩부(190)가 형성된다. 몰딩부(190)에 분포한 형광체분말(180)은 청색 발광다이오드(150)로부터 방출되는 청색광의 일부를 황색광으로 변환하고, 변환된 황색광은 변환되지 않은 청색광과 조합되어 원하는 백색광으로 발산된다.
파장변환용 몰딩부(190)는 형광체분말(180)이 균일하게 분산된 액상수지를 디스펜싱공정을 이용하여 형성된다.
그러나 위와 같은 공정은, 복잡성을 가지며, 형광체 분말(180)이 균일하게 몰딩부(190)에 분포하지 않게 되는 문제점이 있다.
한편, 위와 같이 구성되는 종래의 발광다이오드 제품의 경우, 다파장을 구현하기 위해서는, 파장의 개수만큼 발광다이오드 패키지를 인쇄회로기판에 실장하는 구조로 구현되었다.
그러나, 이와 같은 구조에서는, 패키지간의 구조에 따라 광원의 광학적 세기(광량)의 차이로 인해 광학적 불균일이 발생하게 되는 문제가 있고, 또한 광학적 암흑부가 존재할 수 있으므로, 고른 광학성능을 유지하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 형광체 필름을 이용하여 간단하게 제작되는 발광다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 칩온보드(COB) 방식으로 단일 파장에 의해 다파장을 구현하는 발광다이오드 모듈을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드 패키지는, 서브마운트 기판 상부의 발광다이오드 칩; 상기 서브마운트 기판 상부에서, 상기 발광다이오드 칩을 둘러싸는 캡구조에 의해, 상기 발광다이오드 칩을 둘러싸도록 채워지는 몰딩부; 및 상기 몰딩부의 상부에 배치되는 형광체 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은, 소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은, 상기 몰딩부의 형상을 따라 접착될 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드 모듈은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 상부에 실장되는 복수의 발광다이오드 칩; 상기 복수의 발광다이오드 칩 각각의 상부에서, 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 복수의 몰딩부; 및 상기 복수의 발광다이오드 칩이 실장된 상기 인쇄회로기판 상부에 배치되는 형광체 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은, 상기 인쇄회로기판의 상부의 형상을 따라 적층될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은, 상기 인쇄회로기판의 상부에서, 소정 간격 떨어진 상태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은, 소정 수지 내에 형광체 분말이 균일하게 혼합되어 필름 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은 소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성되며, 상기 형광체 분말의 농도가 상기 형광체 필름의 일단에서 타단에 이르기까지 일정하게 증가하게 분포될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 형광체 필름은 소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성되며, 상기 형광체 분말의 농도가 소정 패턴을 형성하도록 분포될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 발광다이오드 칩에 동일한 파장이 인가되어, 다파장 빛을 출력할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 형광체 분말이 균일하게 분산되는 형광체 필름을 발광다이오드 패키지의 상부에 배치하여, 광의 균일도를 향상하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 복수의 발광다이오드 칩에서 동일한 파장의 빛을 입력하여도, 복수의 발광다이오드 칩의 상부에 배치되는 형광체 분말의 농도에 따라 출력되는 빛의 파장이 변화하므로, 다파장의 빛을 출력하게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 백색 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 다파장 발광다이오드 모듈을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 형광체 필름을 개략적으로 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 백색 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시에에 의한 백색 발광다이오드 패키지(1)는, 2개의 리드 프레임(13a, 13b)이 형성된 서브마운트 기판(11)과, 서브마운트 기판(11)의 캡구조(12)내에 실장되는 패키지 기판(16), 패키지 기판(16) 상부에 배치되는 청색 발광다이오드 칩(15)을 포함한다.
패키지 기판(16)에 형성되어 발광다이오드 칩(15)의 양전극에 각각 연결된 전극부(도시되지 않음)는 각각 리드 프레임(13a, 13b)의 상단과 와이어(14a, 14b)에 의해 연결될 수 있다.
캡구조(12)의 내부에는 청색 발광다이오드 칩(15)의 주위를 둘러싸도록 액상수지로 구성되는 몰딩부(19)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 몰딩부(19)의 상부에, 필름 형태의 형광체(phosphor)(20)가 부착될 수 있다.
도 1의 경우, 형광체 분말(180)이 몰딩부(190)에 분포되어 있는 것으로서, 그 분포가 균일하지 않고, 침전현상이 발생하는 문제점이 있는 점에 착안하여, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드 패키지(1)는 몰딩부(19)에 형광체 분말을 분포시키지 않고, 액상수지를 채워 넣어 몰딩부(19)를 형성한 후, 필름 형태인 형광체 필름(20)을 몰딩부(19)의 상부에 부착하여, 형광체 분말을 액상수지에 분산시키는 공정을 제거하여 그 공정을 단순화하고, 또는 형광체 분말의 분포가 균일하지 않게 되거나 침전현상이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 몰딩부(19)의 중심은 함몰되어 있을 수도 있다. 본 발명의 형광체 필름(20)은 필름 형태이므로, 몰딩부(19)의 형상을 따라 손쉽게 부착할 수 있다.
형광체 필름(20)에 포함되는 형광체 분말은, 청색 발광다이오드 칩(15)으로부터 방출되는 청색광의 일부를 황색광으로 변환하고, 변환된 황색광은 변환되지 않은 청색광과 조합되어 원하는 백색광으로 발산될 수 있다.
본 발명에서, 형광체 필름(20)은, 경화성 고분자 수지에 형광체 분말을 혼합하여 필름 형상으로 형성할 수 있다. 경화성 고분자 수지는, 폐놀계 수지, 멜라닌계 수지, 폴리비닐카보네이트, 실리콘계 수지, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리카보네이트, 폴리술폰 및 에폭시 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 다양한 수지가 형광체 필름의 형성에 사용될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 형광체 필름(20)는 형광체 분말의 분산을 균일하게 미리 형성할 수 있으며, 필름의 두께가 일정하므로, 광의 균일도가 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 다파장 발광다이오드 모듈을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드 모듈(2)은, 인쇄회로기판(30), 인쇄회로기판(30)의 상부에 실장되는 발광다이오드 칩(31), 발광다이오드 칩(31)을 몰딩하는 몰딩부(32)를 포함할 수 있으며, 이때 발광다이오드 칩(31)은 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding) 등 다양한 방식에 의해 실장될 수 있다. 이와 같은 구조를 칩온보드(chip on board, COB) 방식이라 한다. 인쇄회로기판(30)의 상부에는, 다른 다양한 구성이 배치될 수 있지만, 본 발명과 무관한 것이므로, 생략하기로 한다.
COB 방식으로 실장되는 복수의 발광다이오드 칩(31)은, 각각에 대한 온오프 및 디밍제어가 가능하다. 이에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 사항이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 인쇄회로기판(30)에 실장되는 발광 다이오드 칩(31)의 개수는, 출력하기를 원하는 파장의 개수에 대응할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 발광다이오드 칩(31)이 실장된 인쇄회로기판(30)의 상부에는, 형광체 필름(33)이 적층될 수 있다.
도 3의 실시예에서는, 형광체 필름(33)이 인쇄회로기판(30) 상부의 형상을 따라 적층되어 있는 예를 나타내고 있으나, 스페이서(spacor) 등에 의해 인쇄회로기판(30)의 상부에서 소정 간격 떨어진 상태로, 평평하게 배치되는 것도 가능하다 할 것이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 형광체 필름(33)을 개략적으로 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 일실시예의 형광체 필름(33)은, 경화성 고분자 수지(40)에 형광체 분말(41)을 혼합하여 필름 형상으로 형성한 것으로서, 형광체 분말(41)이 도 4와 같이 경화성 고분자 수지(40) 내에서 균일하게 분포될 수도 있고, 형광체 분말(41)이 도 5와 같이 경화성 고분자 수지(40) 내에서, 형광체 필름(33)의 일단(33A)에서는 형광체 분말(41)의 농도가 가장 적고, 타단(33B)에서는 형광체 분말(41)의 농도가 가장 많으며, 일단(33A)에서 타단(33B)으로 진행할수록 동일한 기울기로 형광체 분말(41)의 분포가 증가하게 분포되도록 형성될 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 동일한 기울기로 일단(33A)에서 타단(33B)으로 갈수록 형광체 분말(41)의 농도가 증가하는 것뿐 아니라, 다양한 패턴으로 형성될 수도 있을 것이다.
또한, 경화성 고분자 수지(40)는, 폐놀계 수지, 멜라닌계 수지, 폴리비닐카보네이트, 실리콘계 수지, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리카보네이트, 폴리술폰 및 에폭시 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있음은, 이미 설명한 바와 같다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 다양한 수지가 형광체 필름(33)의 형성에 사용될 수 있을 것이다.
이와 같이 형성되는 형광체 필름(33)이 발광다이오드 칩(31)이 실장된 인쇄회로기판(30)의 상부에 배치되면, 각각의 발광다이오드 칩(31)에서 동일한 파장의 빛(예를 들어 450nm)을 출력하여도, 해당 발광다이오드 칩(31)의 상부에 배치되는 형광체 분말의 농도에 따라 출력되는 빛의 파장이 변화하므로, 다파장의 빛을 출력하는 발광다이오드 모듈을 형성할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 발광다이오드 패키지 2: 발광다이오드 모듈
15, 31: 발광다이오드 칩 20, 33: 형광체 필름
30: 인쇄회로기판 32: 몰딩부
40: 고분자 수지 41: 형광체 분말

Claims (10)

  1. 서브마운트 기판 상부의 발광다이오드 칩;
    상기 서브마운트 기판 상부에서, 상기 발광다이오드 칩을 둘러싸는 캡구조에 의해, 상기 발광다이오드 칩을 둘러싸도록 채워지는 몰딩부; 및
    상기 몰딩부의 상부에 배치되는 형광체 필름을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형광체 필름은,
    소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성되는 발광다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형광체 필름은,
    상기 몰딩부의 형상을 따라 접착되는 발광다이오드 패키지.
  4. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 상부에 실장되는 복수의 발광다이오드 칩;
    상기 복수의 발광다이오드 칩 각각의 상부에서, 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 복수의 몰딩부; 및
    상기 복수의 발광다이오드 칩이 실장된 상기 인쇄회로기판 상부에 배치되는 형광체 필름을 포함하는 발광다이오드 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 형광체 필름은, 상기 인쇄회로기판의 상부의 형상을 따라 적층되는 발광다이오드 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 형광체 필름은, 상기 인쇄회로기판의 상부에서, 소정 간격 떨어진 상태로 배치되는 발광다이오드 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 형광체 필름은,
    소정 수지 내에 형광체 분말이 균일하게 혼합되어 필름 형상으로 형성되는 발광다이오드 모듈.
  8. 제4항에 있어서, 상기 형광체 필름은 소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성되며,
    상기 형광체 분말의 농도가 상기 형광체 필름의 일단에서 타단에 이르기까지 일정하게 증가하게 분포되는 발광다이오드 모듈.
  9. 제4항에 있어서, 상기 형광체 필름은 소정 수지 내에 형광체 분말이 혼합되어 필름 형상으로 형성되며,
    상기 형광체 분말의 농도가 소정 패턴을 형성하도록 분포되는 발광다이오드 모듈.
  10. 제4항에 있어서, 상기 복수의 발광다이오드 칩에 동일한 파장이 인가되어, 다파장 빛을 출력하는 발광다이오드 모듈.
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