KR20200001203U - Led 발광장치 - Google Patents

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시아먼 산안 옵토일렉트로닉스 테크놀로지 캄파니 리미티드
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Abstract

본 실용신안은, 오목홈을 갖는 기판을 포함하고 상기 오목홈 내에는 LED 칩 및 정전기 방지 소자가 설치되고, 상기 기판의 상부 표면은 전도성 층을 구비하고, 갭을 통해 적어도 2개의 전기적으로 고립된 영역으로 분할되고, 상기 갭은 적어도 하나의 코너를 가짐으로써 상기 갭을 연결되지만 동일한 직선 상에 있지 않는 제1 부분 및 제2 부분으로 분할하고, 상기 LED 칩은 갭의 제1 부분에 설치되고, 상기 정전기 방지 소자는 갭의 제2 부분에 설치되는 LED 발광장치를 공개했다.

Description

LED 발광장치
본 실용신안은 반도체 기술분야에 관한 것으로, 특히 LED 발광장치에 관한 것이다.
발광다이오드(영문약칭 LED)는, 고체 반도체 발광소자이다. LED 기술의 발전에 따라, LED의 모듈 파장대역은 근자외선, 더 나아가 심자외선 방향으로 점차 발전하고 있다.
최근에는 심자외선(DUV)LED가 공기 정화, 살균 및 소독 등 분야에서 널리 사용되고 있다. p-GaN의 흡수로 인해, DUV LED는 일반적으로 플립 칩 방식으로 후면에서 빛을 방출하고, 일반적인 블루 플립 칩에 비해, DUV플립 칩의 사파이어층이 더 두꺼우며, 이로 인해 DUV LED의 측면 발광 강도가 쉽게 증가하고, 또한 칩 크기의 영향을 받으며, 칩 크기가 작을 수록 정면에 비해 측면에서 방출되는 빛의 양이 더 많아, 전체적인 광 강도 분포가 고르지 않게 된다. 다음으로, DUV LED의 경우, 외부 양자 효율이 낮고, 출광 강도가 약하므로, 대부분의 전기 에너지가 열 에너지로 변환되게 하고, 현재 단계에서 DUV-LED는 블루 칩에 비해 정전기 방지 능력이 떨어지므로, ESD 방지 전자소자를 별도로 설치해야 하는 경우가 많으나, 일반적인 ESD 방지 전자소자는 열 및 자외선으로 인해 고장날 가능성이 있다. 현재, 기존의 DUV패키징은 일반적으로 ESD 방지 전자소자와 DUV광원 간의 상호 작용을 고려하지 않았다. 또는 DUV-LED 플립 칩 측면 출광에 대한 ESD 방지 전자소자의 흡수를 고려하여 ESD 방지 전자소자를 기판에 직접 매입하는 설계를 사용하였고, 이러한 설계는 ESD 방지 전자소자 자체의 열 방출에 도움이 되지 않아, 열 복사의 영향으로 인해 ESD 방지 능력을 잃기 쉽다.
따라서 출광 강도를 증가시키고, 출광 균일성을 개선하여, 패키징 부품의 DUV 광원에 대한 과도한 추가 흡수를 방지하는 동시에, 패키징 부품의 고장 가능성을 줄이는 것은 후단 패키징의 주요 과제가 되었다.
종래 기술의 문제점을 극복하기 위해, 본 실용신안은 LED 발광장치를 제공한다.
본 실용신안의 기술방안은, 오목홈을 갖는 기판을 포함하고 상기 오목홈 내에는 LED 칩 및 정전기 방지 소자가 설치되는 LED 발광장치에 있어서, 상기 기판의 상부 표면은 전도성 층을 구비하고 또한 갭을 통해 적어도 2개의 전기적으로 고립된 영역으로 분할되고, 상기 갭은 적어도 하나의 코너를 가짐으로써, 상기 갭을 연결되지만 동일한 직선 상에 있지 않는 제1 부분 및 제2 부분으로 분할하고, 상기 LED 칩은 갭의 제1 부분에 설치되고, 상기 정전기 방지 소자는 갭의 제2 부분에 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 갭은 S자형이고, 중간 부분은 상기 LED 칩을 배치하기 위한 제1 부분이고, S자형의 상부 또는 하부는 상기 정전기 방지 소자를 배치하기 위한 제2 부분이다.
바람직하게는, 상기 갭은 L자형이고, 제1 부분은 상기 LED 칩을 배치하는데 사용되고, 제2 부분은 상기 정전기 방지 소자를 배치하는데 사용된다.
바람직하게는, 상기 기판의 오목홈은 직사각형 또는 직사각형과 비슷한 형상이고, 상기 갭의 제1 부분은 상기 오목홈의 대각선 상에 위치한다.
바람직하게는, 상기 갭의 제1 부분 및 제2 부분이 이루는 협각(α)은 60~120°이다.
바람직하게는, 상기 LED 칩 및 정전기 방지 소자는 모두 직사각형이고, 상기 갭의 제1 부분 및 제2 부분이 이루는 협각은 α로 정의하고, 상기 정전기 방지 소자의 길이 및 폭은 각각 a1, a2로 정의하고, 상기 LED 칩의 길이 및 폭은 각각 b1, b2로 정의하면, 상기 갭의 제1 부분의 길이는 d1≥b2+(b1+a1*cosα-b1*sin2α)/(2*sinα*cosα)이고, 상기 갭의 제2 부분의 길이는 d2≥(b1+a1*cosα)/(2*sinα)+a2+a1/[2*tan(α-45°)]이다.
바람직하게는, 상기 LED 칩 및 상기 정전기 방지 소자는 모두 직사각형 형상이고, 상기 정전기 방지 소자는 첫번째 정점에서 상기 LED 칩의 가장 가까운 하나의 정점을 가지는 거리만이 다른 임의의 하나의 정점에서 상기 LED 칩까지의 거리보다 작다.
바람직하게는, 상기 LED 칩의 하나의 꼭지각(頂角)과 상기 정전기 방지 소자의 하나의 꼭지각은 대향한다.
바람직하게는, 상기 정전기 방지 소자의 꼭지각과 상기 LED 칩의 꼭지각 사이의 간격은 d≥0.2mm이다.
바람직하게는, 상기 LED 칩의 평면 내 기하학적 중심을 원심으로, 상기 정전기 방지 소자의 제1 정점과 인접한 제2, 제3 정점이 이루는 확장각(field angle)은 β≤36°이다.
바람직하게는, 상기 정전기 방지 소자의 표면에 반사층이 있고, 예를 들면 금속(Al)이 도금되어 있다.
바람직하게는, 상기 정전기 방지 소자는 플립 칩 구조이고, 4개의 측면 및 표면에 반사층이 있고, 예를 들면 BaSO4, MgO 등이 피복된다.
바람직하게는, 상기 LED 칩은 직사각형이고, 기판의 오목홈의 중심 위치에 위치하고, 30~60° 회전시켜 설치된다.
바람직하게는, 상기 LED 칩은 플립 칩이고, 발광 파장은 200~380nm이다.
종래 기술과 비교하여, 본 실용신안에 의해 제공되는 LED 발광장치는, 적어도 다음과 같은 기술효과를 포함한다:
(1) 정전기 방지 소자의, LED 플립 칩의 측면에서 방출되는 빛에 대한 흡수를 감소시켜, 전체적인 출광량을 향상시킨다.
(2) 정전기 방지 소자의 열 및 광선 복사로 인한 고장 가능성을 줄였다.
(3) 평면 유리를 사용한 LED 패키징의 출광 균일성을 향상시킨다.
본 실용신안의 다른 특징 및 장점은 이하 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로 상세한 설명을 통해 명백해지거나, 본 고안을 실시함으로써 이해될 것이다. 본 고안의 목적 및 기타 장점은 설명서, 실용신안등록청구범위 및 도면에서 특별히 제시된 구조에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
도면은 본 실용신안에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 사용되며, 명세서의 일부분을 구성하고, 본 실용신안의 실시예와 함께 본 실용신안을 설명하기 위해 사용될 뿐, 본 실용신안을 제한하지 않는다. 또한, 도면의 데이터는 설명을 요약한 것이며, 실제 비율대로 그려지지 않았다.
도 1은 실시예 1에 따른 LED 발광장치의 단면 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 LED 발광장치의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상기 LED 칩과 정전기 방지 소자의 설치 위치의 개략도이다.
도 4는 LED 칩과 정전기 방지 소자의 서로 다른 두 가지 배치 방식의 상호작용에 대한 개념도를 각각 보여준다.
도 5는 실시예 2에 따른 LED 발광장치의 평면도이다.
도 6은 실시예 3에 따른 LED 발광장치의 평면도이다.
이하에서는 개략도를 결합하여 본 실용신안의 LED 발광장치에 대해 상세하게 설명할 것이며, 본 실용신안을 추가로 설명하기 전에 이해해야 할 것은, 특정 실시예에 대한 변경이 가능하므로, 본 실용신안은 이하 특정 실시예에 의해 제한되지 않는다. 또한 이해해야 할 것은, 본 실용신안의 범위는 첨부된 실용신안 청구범위에 의해서만 한정되므로, 사용된 실시예는 소개를 위한 것일 뿐이며, 제한하기 위한 것은 아니다.
이해해야 할 것은, 본 실용신안에서 사용한 용어는 구체적인 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 실용신안을 한정하기 위한 것은 아니다. 본 실용신안에서 사용된 바와 같이, 문맥 상 명백하게 보여주는 것을 제외하고, 단수형태인 "하나", "일 종의" 및 "상기"는 복수 형태도 포함한다. 이해해야 할 것은, 본 실용신안에서 사용된 "포함", "함유"라는 용어는, 설명되는 특징, 전체, 단계, 동작, 소자, 및/또는 패키징 부재의 존재를 설명하기 위한 것이고, 하나 또는 하나 이상의 다른 특징, 전체, 단계, 동작, 소자, 패키징 부재, 및 /또는 이들 조합의 존재 또는 증가를 배제하지 않는다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 실용신안에서 사용되는 모든 용어(기술용어 및 과학 용어 포함)는 본 실용신안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 실용신안에서 사용되는 용어는, 본 설명서의 문맥 및 관련 분야에서의 이러한 용어의 의미와 일치한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 하며, 본 고안에서 명확하게 정의한 것을 제외하고, 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 이해되어서는 안 된다.
실시예 1
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의해 제공되는 LED 발광장치는, 주로 기판(10), LED 칩(40), 정전기 방지 소자(50) 및 상부 유리 커버(70)등 4개 부분을 포함한다.
구체적으로, 기판(10)은 기판 하부층(11), 보울 구조(12)로 구성됨으로써 상부 표면에 오목홈(13)을 형성한다. 기판 하부층(11)은 세라믹 재료와 같은 절연 재료를 포함하도록 선택할 수 있다. 세라믹 재료는 동시 소성되는 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 또는 고온 동시 소성 세라믹(HTCC)을 포함하고, 본 실시예에서는, 패키징이 보다 우수한 3차원 기밀성을 가지면서 동시에 비용을 감소시키도록 3D 성형된 DPC세라믹 기판을 사용하여 제조 및 성형하는 것이 바람직하다. 보울(12)의 재료는 금속인 것이 바람직하고, 보울 벽의 폭은 0.3mm 보다 큰 것이 바람직하다.
기판의 오목홈(13) 바닥의 상부 표면에 전도성 층(20)을 형성한다. 누전을 방지하기 위해, 보울(12)과 전도성 층(20) 사이에 채널(80)을 형성할 수 있고, 폭은 0.12mm이상인 것이 바람직하다. 상기 전도성 층(20)은 갭(30)을 통해 적어도 2개의 전기적으로 고립된 영역(21, 22)으로 분할된다. 상기 갭(30)은 적어도 하나의 코너(31)를 가짐으로써, 상기 갭(30)을 연결되지만 동일한 직선 상에 있지 않는 제1 부분(D1) 및 제2 부분(D2)으로 분할하고 제1 부분(D1)은 LED 칩을 설치하는데 사용되고, 제2 부분(D2)은 정전기 방지 소자를 설치하는데 사용되고, 제1 부분(D1)과 제2 부분(D2)이 이루는 협각(α)은 60~120°인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 기판의 오목홈은 직사각형 또는 직사각형과 비슷한 설계에 있어서, LED 칩(40)은 특정 각도로 회전시켜 설치될 수 있고, 이로써 기판 오목홈(13)의 공간 이용률을 향상시키며, 회전각도는 30~60°인 것이 바람직하고, 대응하는 갭의 제1 부분(D1)은 오목홈(13)의 변에 대해 특정 각도로 경사(비평행)지고, 상기 경사각도는 즉 LED 칩의 회전각도이며, 하나의 구체적인 응용에서, LED 칩은 직사각형 오목홈의 대각선 상에 직접 설치될 수 있고, 즉 갭의 제1 부분(D1)은 오목홈의 대각선 상에 위치한다. 갭(30)의 제1 부분, 제2 부분의 길이는 주로 협각(α), LED 칩(40) 및 정전기 방지 소자(50)의 크기에 의해 결정된다. 이하에서는 일반적인 정사각형 오목홈(13)을 예로 들어, 갭(30)의 제1 부분, 제2 부분의 바람직한 길이 설계를 간단하게 설명할 것이며, 정전기 방지 소자(50)의 길이 및 폭은 각각 a1, a2로 정의하고, LED 칩(40)의 길이 및 폭은 각각 b1, b2로 정의하면, LED 칩의 바람직한 설치방식은, 45°회전시켜 오목홈의 중심에 설치되고, 갭(30)의 제1 부분(D1)의 길이(d1) 및 제2 부분(D2)의 길이(d2)는 하기 식을 통해 설치될 수 있다: d1≥b2+(b1+a1*cosα-b1*sin2α)/(2*sinα*cosα); d2≥(b1+a1*cosα)/(2*sinα)+a2+a1/[2*tan(α-45°)]. LED 칩 및 정전기 방지 소자는 모두 정사각형인 것을 예로 들면, a는 정전기 방지 소자의 측면 길이로 정의하고, b는 LED 칩의 측면 길이로 정의하면, D1부분의 길이는 d1≥b+(b+a*cosα-b*sin2α)/(2*sinα*cosα)이고, D2부분의 길이는 d2≥(b+a*cosα)/(2*sinα)+a+a/[2*tan(α-45°)]이다. 협각(α)이 90°인 경우, 즉 d1≥b+1/2a, d2≥3/2a+1/2b이다.
본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 갭(30)은 S자형이고, 중간 부분은 D1부분이고, 주로 LED 칩을 배치하는데 사용되고, S자형의 상부 또는 하부는 D2부분이고, 주로 정전기 방지 소자를 배치하는데 사용되고, 전체 발광 장치의 발광 기하학적 중심은 S자형 갭의 중심과 중첩되고, 상기 S자형 코너 각도는 직각인 것이 가장 바람직하고, 즉 협각(α)은 90°이다.
LED 칩(40)의 파장은 200~380nm인 것이 바람직하고, 구체적으로 장파(코드 UV-A, 파장 315~380nm), 중파(UV-B, 280~315nm), 단파(UV-C, 200~280nm)일 수 있고, 발광 파장은 실제 용도의 필요에 따라 선택할 수 있고, 예를 들면 표면 살균, 표면 경화 등에 사용된다. 도 3은 LED 칩(40)과 정전기 방지 소자(50)의 상대적인 설치 방식을 개략적으로 보여줬고, 정전기 방지 소자(50)는 첫번째 정점(A1)에서 LED 칩(40)의 가장 가까운 하나의 정점(B1)까지의 거리만이 다른 임의의 하나의 정점(A2 내지 A4)에서 LED 칩(40)까지의 거리보다 작고, 구체적으로 LED 칩(40)의 하나의 꼭지각과 정전기 방지 소자의 하나의 꼭지각(50)는 대향하고, LED 칩의 평면 내 기하학적 중심을 원심으로, 정전기 방지 소자의 제1 정점(A1)과 인접한 제2 정점(A2), 제3 정점(A3)이 이루는 확장각(ß)은 36°이하인 것이 바람직하고, 대향하는 2개의 꼭지각 사이의 간격(d)은 0.2mm이상인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, LED 칩(40)은 플립 칩 구조를 사용하고, 기판(10)의 순방향 위치에 대해 45°회전된 대각선의 중심 위치에 위치한다.
도 4는 LED 칩(40)과 정전기 방지 소자(50)의 일반적인 배치 방식의 상호 작용에 대한 개념도 및 실시예 1의 LED 칩과 정전기 방지 소자의 배치방식의 상호작용에 대한 개념도를 각각 보여줬다. 도면을 통해 알 수 있듯이, 도 4(b)에 도시된 방식으로 배치할 경우(즉 LED 칩(40)의 하나의 꼭지각과 정전기 방지 소자의 하나의 꼭지각(50)은 대향한다), 칩과 ESD 방지 전자소자를 평행하게 배치하면, 정전기 방지 소자의 플립 칩 LED 칩 측면 출광에 대한 흡수를 개선함과 동시에, 정전기 방지 소자의 LED 칩 측면 열 복사 및 광 조사로 인한 고장 가능성도 줄이고, 발광 장치의 전체적인 출광 효율을 효과적으로 향상시킨다.
상부 유리 커버(70)는 LED 칩(40) 및 정전기 방지 소자(50)를 상기 기판(10)의 오목홈(13) 내부에 밀봉하는데 사용되고, LED에 의해 방출된 광에 대해 높은 투과율을 갖는 재료를 선택한다. 변형 예로서, 다른 방식으로 LED 칩(40) 및 정전기 방지 소자(50)를 밀봉할 수도 있고, 예를 들면 패키징 접착제로 유리 커버를 대신할 수 있다. 추가적으로, 유리 커버의 상부에 렌즈 구조를 더 설치할 수 있다.
실시예 2
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1과의 차이점은, 본 실시예의 LED 칩(40)은 순방향으로 상기 오목홈 내에 설치되고, 갭(30)은 L자형인 점이고, 제1 부분(D1)과 제2 부분(D2) 사이의 코너 각도는 90°인 것이 바람직하고, 정전기 방지 소자의 길이 및 폭은 각각 a1, a2로 정의하고, LED 칩의 길이 및 폭은 각각 b1, b2로 정의하면, 갭의 D1부분의 길이는 d1≥1/2a1+b2이고, d2부분의 길이는 D2≥a2+1/2b1이다.
실시예3
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, LED 칩은 동일하게 특정 각도로 회전시킨 후 기판의 중심에 설치되고, 실시예 1과의 차이점은, 본 실시예의 갭은 L자형이고, LED 칩의 설치에 더 용이한 점이다.
이해해야 할 것은, 상기 구체적인 실시예는 본 실용신안의 일부 바람직한 실시예일뿐이고, 상술한 실시예는 다양한 방식으로 조합 및 변경될 수 있다. 본 실용신안의 범위는 상술한 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 실용신안에 따른 임의의 변경은, 모두 본 실용신안의 보호범위 내에 속한다.
10: 기판
11: 기판 하부층
12: 보울 구조
13: 오목홈
20: 기판 상부 표면 전도성 층
30: 갭(gap)
40: LED 칩
50: 정전기 방지 소자
60: 유리 커버
70: 기판 하부 표면 전도성 층

Claims (13)

  1. 오목홈을 갖는 기판을 포함하고 상기 오목홈 내에는 LED 칩 및 정전기 방지 소자가 설치되는 LED 발광장치에 있어서,
    상기 기판의 상부 표면은 전도성 층을 구비하고 또한 갭을 통해 적어도 2개의 전기적으로 고립된 영역으로 분할되고, 상기 갭은 적어도 하나의 코너를 가짐으로써 상기 갭을 연결되지만 동일한 직선 상에 있지 않는 제1 부분 및 제2 부분으로 분할하고, 상기 LED 칩은 갭의 상기 제1 부분에 설치되고, 상기 정전기 방지 소자는 갭의 상기 제2 부분에 설치되는,
    LED 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 갭은 S자형이고, 중간 부분은 상기 LED 칩을 배치하기 위한 제1 부분이고, S자형의 상부 또는 하부는 상기 정전기 방지 소자를 배치하기 위한 제2 부분인, LED 발광장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 갭은 L자형이고, 제1 부분은 상기 LED 칩을 배치하는데 사용되고, 제2 부분은 상기 정전기 방지 소자를 배치하는데 사용되는, LED 발광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 오목홈은 직사각형 또는 직사각형과 비슷한 형상이고, 상기 갭의 제1 부분은 상기 오목홈의 대각선 상에 위치하는, LED 발광장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 갭의 제1 부분 및 제2 부분이 이루는 협각(α)은 60~120°인, LED 발광장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩 및 정전기 방지 소자는 모두 직사각형이고, 상기 갭의 제1 부분 및 제2 부분이 이루는 협각은 α로 정의하고, 상기 정전기 방지 소자의 길이 및 폭은 각각 a1, a2로 정의하고, 상기 LED 칩의 길이 및 폭은 각각 b1, b2로 정의하면, 상기 갭의 제1 부분의 길이는 d1≥b2+(b1+a1*cosα-b1*sin2α)/(2*sinα*cosα)이고, 상기 갭의 제2 부분의 길이는 d2≥(b1+a1*cosα)/(2*sinα)+a2+a1/[2*tan(α-45°)]인, LED 발광장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩 및 상기 정전기 방지 소자는 모두 직사각형 형상이고, 상기 정전기 방지 소자는 첫번째 정점에서 상기 LED 칩의 가장 가까운 하나의 정점까지의 거리만이 다른 임의의 하나의 정점에서 상기 LED 칩까지의 거리보다 작은, LED 발광장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 LED 칩의 하나의 꼭지각과 상기 정전기 방지 소자의 하나의 꼭지각은 대향하는, LED 발광장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정전기 방지 소자의 꼭지각과 상기 LED 칩의 꼭지각 사이의 간격은 d≥0.2mm인, LED 발광장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 LED 칩 평면 내 기하학적 중심을 원심으로, 상기 정전기 방지 소자의 제1 정점과 인접한 제2, 제3 정점이 이루는 확장각은 β≤36°인, LED 발광장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은 직사각형이고, 기판의 오목홈의 중심 위치에 위치하고, 30~60°회전시켜 설치하는, LED 발광장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩 플립 칩은, 발광 파장이 200~380nm인, LED 발광장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 정전기 방지 소자는 플립 칩 구조이고, 측면 및 상부 표면에 반사층이 설치되어 있는, LED 발광장치.
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