WO2014084693A1 - 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

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Definitions

  • a typical light emitting diode has an N-GaN layer, an active layer, and a P-GaN layer sequentially formed on a substrate such as sapphire, a p-electrode is formed on the P-GaN layer, and n- on the N-GaN layer. It includes a light emitting chip in which an electrode is formed.
  • a transparent electrode layer may be further formed on the P-GaN layer.
  • the transparent electrode layer is formed to uniformly distribute current in the P-GaN layer having a very high resistance component.
  • a light emitting chip is mounted on a substrate including a lead frame, and a transparent mold is formed on the light emitting chip.
  • the mold may include a fluorescent material that converts light generated from the light emitting chip into light having a desired wavelength.
  • the high-efficiency light emitting diode may be driven by a driving current of 1 A / mm 2 or more.
  • Such high-efficiency light emitting diodes have problems such as reduced lifespan and reduced brightness due to heat generated during high current or high voltage driving.
  • the mold region bonded to the light emitting chip does not include any configuration for heat dissipation, and thus heat dissipation is not possible, thereby causing a problem of reliability deterioration due to heat.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode having an excellent heat dissipation structure and a method of manufacturing the same.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a high-efficiency light-emitting diode of high current or high voltage drive by an excellent heat dissipation structure.
  • a substrate including at least one light emitting chip, a lead frame electrically connected to electrodes of the light emitting chip, and a lens disposed on the substrate to enclose the light emitting chip, the lens being enclosed within and inside the substrate. Contains oils.
  • the lead frame includes a first lead frame surrounding one side of the substrate and a second lead frame surrounding the other side of the substrate, wherein the first and second lead frames each include an upper lead and a lower lead, and the substrate It includes a receiving hole for accommodating the oil, the receiving hole is located in the upper lead.
  • the oil is in contact with the outer and inner surfaces of the upper lid and in contact with the inner surface of the lower lid.
  • the shielding member is made of a non-translucent resin, and has a constant elasticity.
  • the shielding member is made of a light-transmissive resin, and has a constant elasticity.
  • the light emitting device may further include a sub-mount substrate positioned below the light emitting chip, and has a support for supporting the sub-mount substrate.
  • the support is made of an insulating material as part of the substrate.
  • the support part is made of a metal material which is easy to dissipate heat, and the substrate further includes an insulating part bonded to the support part.
  • the heat dissipation plate may further include a heat dissipation plate disposed under the substrate, and the heat dissipation plate may have a receiving groove for accommodating the oil.
  • a sub-mount substrate is further provided below the light emitting chip, and a support portion for supporting the sub-mount substrate is protruded from an upper surface of the heat dissipation plate.
  • the heat generating plate includes a first encapsulation resin that is coupled to the substrate and the lens and positioned in an area to which the heat generating plate is coupled.
  • the heat dissipation plate further includes a separate through hole for adjusting the pressure at the time of receiving the oil.
  • the second sealing resin is made of a light-transmissive resin, has a constant elasticity.
  • the oil may be any one of mineral oil and amoco oil.
  • the lead frame extends to the periphery of the light emitting chip, and a plurality of receiving holes are formed on the lead frame adjacent to the light emitting chip.
  • an oil is inserted into the oil-filled container by inserting the substrate on which at least one light emitting chip is mounted and the lens covering the light emitting chip. And shielding the oil in the substrate using a resin having elasticity.
  • Receiving the oil includes the step of coupling the substrate, the lens and the heat dissipation plate.
  • the oil is accommodated inside the substrate or the heat dissipation plate, and the heat dissipation structure by heat dissipation using convection can not only minimize the damage of the light emitting diode due to heat but also has excellent heat dissipation and thus high current.
  • the heat dissipation structure by heat dissipation using convection can not only minimize the damage of the light emitting diode due to heat but also has excellent heat dissipation and thus high current.
  • a high efficiency LED of high voltage driving can be realized.
  • the present invention provides an optimized heat dissipation structure for accommodating oil in the substrate or in the heat dissipation plate, as well as in the lens positioned on the light emitting chip, to cool the heat on the top of the heat dissipation chip by using convection.
  • the present invention has a great heat dissipation effect due to the heat dissipation difference of the upper part of the light emitting chip as compared to the general light emitting diode which is located on the light emitting chip and vulnerable to heat dissipation.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the light emitting diode of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode cut along the line II ′ of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode cut along the line II-II ′ of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the light emitting diode of FIG. 1
  • FIG. 3 is a light emission cut along the line II ′ of FIG. 1. It is sectional drawing which shows a diode.
  • the light emitting diode 100 includes a substrate 110, first and second lead frames 121 and 123, and a sub-mount substrate 121c. , A light emitting chip 150, a lens 140, an oil 170, first and second shielding members 161 and 163, and first and second receiving holes 131 and 133.
  • the sub-mount substrate 121c is formed at the same time when the first and second lead frames 121 and 123 are formed. That is, the sub-mount substrate 121c may be made of the same material as the first and second lead frames 121 and 123. For example, the sub-mount substrate 121c may be made of a conductive material. The sub-mount substrate 121c may be connected to the first lead frame 121. In the first exemplary embodiment of the present invention, a structure in which the submount substrate 121c and the first lead frame 121 are connected to each other is limited, but the present invention is not limited thereto. 1 may be separated from the lead frame 121.
  • the submount substrate 121c may be separated from the first and second lead frames 121 and 123, and the light emitting chip 150 mounted on the submount substrate 121c may be a wire (not shown). ) May be electrically connected to the first and second lead frames 121 and 123.
  • the light emitting chip 150 is mounted on the sub-mount substrate 121c and includes electrodes (not shown). Although not illustrated in detail, the light emitting chip 150 may be electrically connected to the first and second lead frames 121 and 123 by wires (not shown). Not limited to this, in the light emitting chip 150 of the present invention, all wires are omitted according to the type of the light emitting chip 150, and the electrodes of the light emitting chip 150 are formed of the first and second lead frames 121, 123 may be directly connected. In addition, only one of the electrodes may be connected to any one of the first and second lead frames 121 and 123 by a wire.
  • the substrate 110 may provide a base frame for determining the positions of the first and second lead frames 121 and 123, and may include a support 111 supporting the sub-mount substrate 121c. Although not shown in detail in the drawing, the support 111 may be adhered to the sub-mount substrate 121c through an adhesive material.
  • the first and second lead frames 121 and 123 are positioned along the outer surface of the substrate 110, have different polarities, and are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the first and second lead frames 121 and 123 are connected to the electrodes of the light emitting chip 150, respectively.
  • the first lead frame 121 is positioned on a portion of the upper surface of the substrate 110 and a portion of one side of the first upper lead 121a, and a portion of the lower surface of the substrate 110 and another portion of one side of the substrate 110.
  • the first lower lead 121b is included.
  • the second lead frame 123 may include a second upper lead 123a positioned on another portion of the upper surface of the substrate 110 and a portion of the other side of the substrate 110, another portion of the lower surface of the substrate 110, and another portion of the other side of the substrate 110. And a second lower lead 123v positioned at.
  • the first and second receiving holes 131 and 133 may be formed when the substrate 110 and the first and second lead frames 121 and 123 are manufactured.
  • the first and second accommodation holes 131 and 133 may be located inside the substrate 110.
  • the first receiving hole 131 may be formed between the first upper lead 121a and the sub-mount substrate 121c and expose the first lower lead 121b.
  • the second receiving hole 133 may be formed between the second upper lead 123a and the sub-mount substrate 121c and expose the second lower lead 123b. Accordingly, the light emitting diode 100 of the present invention may be exposed to the outside of the inner surface of the first and second lead frames 121 and 123 by the first and second receiving holes 131 and 133.
  • the oil 170 is made of a light-transmitting material having a high light transmittance.
  • the oil 170 may be made of one of a mineral oil and an amoco oil, but is not limited thereto. If the oil has a refractive index of 1.5 to 1.5, it can be used in the configuration of the present invention.
  • the oil 170 includes a fluorescent material 171 that converts light generated from the light emitting chip 150 into light of a specific wavelength band desired by a user.
  • the oil 170 may not only be accommodated on the light emitting chip 150 but also may be accommodated in the substrate 110 through the first and second receiving holes 131 and 133.
  • the oil 170 may contact the upper and inner surfaces of the first and second upper leads 121a and 123a through the first and second receiving holes 131 and 133. In contact with the inner surfaces of the second lower leads 121b and 123b. Heat generated from the light emitting chip 150 and the first and second lead frames 121 and 123 is cooled by convection of the oil 170.
  • the light emitting diode 100 of the present invention has an optimized structure that can maximize cooling performance by convection by widening the contact area between the oil 170 and the first and second lead frames 121 and 123. Have
  • the first and second shielding members 161 and 163 are positioned outside the first and second lead frames 121 and 123, respectively. More specifically, the first shielding member 161 may be formed at a boundary area between the first upper lead 121a and the first lower lead 121b, and the second shielding member 163 may be formed of the first shielding member 163. The upper lead 123a and the second lower lead 123b may be formed in a boundary region.
  • the first and second shielding members 161 and 163 have a function of preventing leakage of the oil 170 accommodated in the substrate 110.
  • first and second shield members 161 and 163 have a constant elasticity. That is, the first and second shield members 161 and 163 are made of a resin having elasticity and have a function of buffering expansion and contraction of the oil 170 by heat.
  • the first and second shielding members 161 and 163 may be made of a light-transmissive resin so as to transmit light, thereby improving lateral light extraction of the light emitting diode 100.
  • the first and second shielding members 161 and 163 are described as being limited to the light-transmissive resin, but the present invention is not limited thereto and may be made of a non-light-transmissive resin.
  • the light emitting diode 100 of the present invention can improve the reliability of the product by buffering the expansion and contraction of the oil 170 by the first and second shielding members (161, 163), It has the advantage of improving the light extraction.
  • the lens 140 is positioned on the substrate 110 and is described as being limited to a hemispherical shape in the present embodiment. However, the lens 140 may have various shapes. For example, a flat lens having a flat image may be included.
  • the lens 140 may be coupled to the substrate 110 through a separate encapsulation resin 180. Not limited to this, the lens 140 may be combined with the substrate 110 without using a separate sealing resin 180.
  • the substrate 110 having the lens 140 coupled to the container in which the oil 170 is accommodated is inserted into the container so that the oil 170 is formed on the substrate. 110 to be accommodated inside.
  • the oil 170 inside the substrate 110 is shielded by using the first and second shielding members 161 and 163.
  • the lens 140 may be combined with the substrate 110 in the container.
  • Another method of manufacturing the light emitting diode 100 according to the first embodiment of the present invention is that the lens 140 is coupled to the substrate 110 and before the first and second shielding members 161 and 163 are installed.
  • the oil may be manufactured by an injection process in which the oil 170 is injected through a shielding hole in which the first or second shielding members 161 and 163 are installed.
  • the oil 170 accommodated in the inside of the substrate 110 may have upper and inner surfaces of the first and second lead frames 121 and 123. Direct contact with the face maximizes convection cooling performance.
  • the light emitting diode 100 has a constant elasticity on the outside of the substrate 110, and the first and second shielding members 161 and 163 made of a light-transmissive resin respectively have a first upper portion. It is installed in the boundary area of the lead 121a and the first lower lead 121b and the boundary area of the second upper lead 123a and the second lower lead 123b to cushion the expansion and contraction of the oil 170. The reliability of the product can be improved, and the lateral light efficiency can be improved.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • the wavelength conversion layer 151 is formed on the light emitting chip 150.
  • the wavelength conversion layer 151 has a function of converting light from the light emitting chip 150 to a specific wavelength. Accordingly, in the light emitting diode 200 according to the second embodiment, the wavelength conversion layer 151 is directly formed on the light emitting chip 150, and thus the oil 170 does not include a fluorescent material.
  • the wavelength conversion layer 151 is the light emitting chip 150. It may be formed in a structure surrounding both the top and side of the).
  • the light emitting diode 200 according to the second embodiment may further include the heat sink 280.
  • the heat sink 280 may be disposed under the submount substrate 121c and may be in contact with the bottom surface of the submount substrate 121c.
  • the heat sink 280 has excellent thermal conductivity, and thus may easily discharge heat from the submount substrate 121c. Therefore, the heat sink 280 may further improve the heat dissipation effect.
  • the insulating part 113 may be formed as a part of a substrate.
  • the insulator 113 has a function of insulating the heat sink 280 from the first and second lead frames 121 and 123.
  • the heat sink 280 is made of a metal material having excellent thermal conductivity. Accordingly, the heat sink 280 should be insulated from the first and second lead frames 121 and 123.
  • the insulating portion 113 has a structure surrounding the heat sink 280.
  • the light emitting diode 200 according to the second embodiment of the present invention has the effect of the light emitting diode (100 of FIG. 1) according to the first embodiment and has a wavelength conversion layer formed on the light emitting chip 150.
  • the reliability may be further improved, and manufacturing time may be reduced by omitting the fixing of the fluorescent material in the oil 270.
  • the light emitting diode 200 according to the second exemplary embodiment of the present invention has a heat sink 280 disposed under the sub-mount substrate 121c, and thus has excellent heat dissipation.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode 300 according to the third exemplary embodiment of the present invention has all configurations except for the first and second lead frames 321 and 323 and the plurality of first and second receiving holes 331 and 333. Since it is the same as the light emitting diode 100 of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention, the same components will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the light emitting diode 300 has a structure in which the first and second lead frames 321 and 323 are extended to a region adjacent to the light emitting chip 150.
  • the first and second lead frames 321 and 323 have a larger contact area with oil than the light emitting diode (100 in FIG. 1) of the first embodiment due to the structure extending to an area adjacent to the light emitting chip 150. Therefore, the light emitting diode 300 according to the third embodiment has an advantage that it is superior to the heat radiation.
  • the plurality of first and second receiving holes 331 and 333 may be formed on the first and second lead frames 321 and 323 extending to an area adjacent to the light emitting chip 150.
  • a plurality of circular leads may be formed.
  • the light emitting diode 300 according to the third embodiment of the present invention is limited to the circular shape of the plurality of first and second receiving holes 331 and 333, but may be changed to other shapes.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fourth exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode cut along the line II-II ′ of FIG. 6.
  • the light emitting diode 400 includes a substrate 410, a plurality of first lead frames 421, and a plurality of second lead frames 423. And a plurality of light emitting chips 450, a plurality of first accommodating holes 431, a plurality of second accommodating holes 433, a lens 440, and a heat dissipation plate 490.
  • the substrate 410 includes a plurality of first and second lead frames 421 and 423 having different polarities from each other. Although not shown in detail in the drawing, the substrate 410 includes a plurality of sub-mount substrates on which a plurality of light emitting chips 450 are mounted, and the sub-mount substrates include the first and second lead frames 421 and 423. At the time of formation, they are formed simultaneously.
  • the plurality of light emitting chips 450 may be electrically connected to the first and second lead frames 421 and 423 by wires (not shown). Not limited to this, in the light emitting chip 450 of the present invention, electrodes may be directly connected to the first and second lead frames 421 and 423 according to the type of the light emitting chip 450. In addition, one of the electrodes of the light emitting chip 450 is connected to one of the first and second lead frames 421 and 423 by a wire, and the other of the light emitting chip 450 is the first and second lead frames 421. Or 423).
  • the heat dissipation plate 490 further includes a plurality of support parts 495 having protruding regions corresponding to the light emitting chips 450.
  • the support part 495 protrudes in an upper direction of the heat dissipation plate 490 and supports a lower portion of the substrate 410 corresponding to the position of the heat dissipation chip 450.
  • the edge of the heat dissipation plate 490 further includes a side protruding upward.
  • the heat dissipation plate 490 may have a recessed groove 493 having an intaglio shape by the plurality of support parts 495 and the side parts.
  • the heat dissipation plate 490 further includes a plurality of uneven parts protruding in the downward direction, and the uneven parts have a function of widening a contact area with external air.
  • the heat dissipation plate 490 further includes a through hole 491 formed to adjust the pressure by the oil 470 accommodated therein when the substrate 410 and the heat dissipation plate 490 are assembled.
  • the adhesive material 461 is used to assemble the substrate 410, the lens 440, and the heat dissipation plate 490, and prevent leakage of the oil 470.
  • the first encapsulation resin 463 is formed to cover the boundary area between the substrate 410, the lens 440, and the heat dissipation plate 490.
  • the light emitting diode 400 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention may further include a second sealing resin 460 for sealing the through hole 491.
  • the second encapsulation resin 460 has a function of preventing leakage of the oil 470 contained in the substrate 410 and the heat dissipation plate 490.
  • the second sealing resin 460 has a constant elasticity. That is, the second sealing resin 460 is made of a resin having elasticity and has a buffer function according to the oil 470 which repeats expansion and contraction by heat.
  • the plurality of first and second receiving holes 431 and 433 may be formed when the substrate 410 is manufactured.
  • the first and second accommodation holes 431 and 433 may be formed through the substrate 410.
  • An interior of the heat dissipation plate 490 may be exposed by the plurality of first and second accommodation holes 431 and 433.
  • the oil 470 is made of a light-transmitting material having a high light transmittance.
  • the oil 470 may be made of one of mineral oil and amoco oil, but is not limited thereto. If the oil has a refractive index of 1.5 to 1.5, it can be used in the configuration of the present invention.
  • the oil 470 includes a fluorescent material 471 for converting light generated from the light emitting chip 450 into light of a specific wavelength band desired by a user.
  • the oil 470 may not only be accommodated on the light emitting chip 450 but also may be accommodated in the heat dissipation plate 490 through the first and second receiving holes 431 and 433.
  • the oil 470 may be in contact with the first and second lead frames 421 and 423 through the first and second receiving holes 431 and 433, and may include an accommodation groove of the heat dissipation plate 490. 495). Thus, the oil 470 may be in contact with the inner surface of the heat dissipation plate 490.
  • the oil 470 contacts the light emitting chip 450, the first and second lead frames 421 and 423, and the heat dissipation plate 490 by convection to cool the heat.
  • the light emitting diode 400 according to the fourth embodiment of the present invention has a convective cooling performance by increasing the contact area between the oil 470, the heat dissipation plate 490, and the first and second lead frames 421 and 423. It has an optimized structure to maximize.
  • the assembly of the lens 440, the substrate 410, and the heat dissipation plate 490 is performed in a container filled with oil 470.
  • the lens 440, the substrate 410, and the heat dissipation plate 490 may be assembled by the adhesive material 461.
  • the substrate 410 and the support portion 493 of the heat dissipation plate 490 may be bonded to each other with a conductive tape or the like to improve the heat dissipation function.
  • the first sealing resin 463 may be removed to prevent leakage of the oil 470.
  • the boundary area between the substrate 410, the lens 440, and the heat dissipation plate 490 is covered.
  • the light emitting diode 400 may seal the through hole 491 using the second sealing resin 460 before covering the first sealing resin 463.
  • the oil 470 of the heat dissipation plate 490 is formed through the first and second receiving holes 461 and 433 of the substrate 410. It is accommodated in the receiving groove 495 can maximize the cooling performance using convection.
  • the light emitting diode 400 according to the fourth embodiment of the present invention may be provided with a second sealing resin 460 capable of buffering the expansion and contraction of the oil 470, thereby improving reliability of the product.
  • FIG 8 is a plan view showing a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention
  • Figure 9 is a cross-sectional view showing a light emitting diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode 500 includes a substrate 510, a plurality of first and second receiving holes 531 and 533, and first and second lead frames. All configurations except for 521 and 523 are the same as the light emitting diode 400 of FIG. 6 according to the fourth embodiment of the present invention, and the same components will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first and second lead frames 521 and 523 have a structure extending to an area adjacent to the light emitting chip 450. Therefore, the light emitting diode 500 according to the fifth embodiment has a larger contact area with oil than the light emitting diode (400 in FIG. 6) of the fourth embodiment.
  • the light emitting diode 500 of the fifth embodiment has an advantage that heat dissipation is better.
  • the plurality of first and second receiving holes 531 and 533 may be formed on the first and second lead frames 521 and 523 extending to an area adjacent to the light emitting chip 450. In order to increase the contact area between the first and second lead frames 521 and 523 and the oil, a plurality of the first and second lead frames 521 and 523 may be formed.
  • the light emitting diode 500 according to the fifth embodiment of the present invention defines the shape of the plurality of first and second accommodating holes 531 and 533 as a circular type, but may be changed to another shape.
  • the wavelength switching layer 651 is formed on the light emitting chip 650.
  • the wavelength conversion layer 651 has a function of converting light from the light emitting chip 650 into a specific wavelength. Accordingly, in the light emitting diode 600 according to the sixth embodiment, the wavelength conversion layer 651 is directly formed on the light emitting chip 650, and thus the oil 670 does not include a fluorescent material.
  • the light emitting diode 600 according to the sixth embodiment is limited to the structure in which the wavelength conversion layer 651 is formed on the light emitting chip 650.
  • the present invention is not limited thereto, and the wavelength conversion layer 651 is the light emitting chip 650. It may be formed in a structure surrounding both the top and side of the).
  • the light emitting diode 60 of the sixth embodiment of the present invention has the effect of the light emitting diode (400 of FIG. 6) according to the fourth embodiment, and the wavelength conversion layer 651 formed on the light emitting chip 650.
  • the reliability can be further improved, and has the advantage of reducing the manufacturing time by omitting the fixed mixing of the fluorescent material in the oil 670.
  • the single-row structure in which a plurality of light emitting chips 650 are provided in a plurality of directions is limited and described.
  • the present invention is not limited thereto and may have a plurality of rows. That is, the light emitting diode of the present invention may include all of the various arrangement structures arranged in a plurality of columns and a plurality of rows in the arrangement structure of the light emitting chip.
  • a sapphire substrate, a spinel substrate, a gallium nitride substrate, a silicon carbide substrate, or a silicon substrate may be used as the base substrate.
  • a gallium nitride substrate may be used as the base substrate to reduce the crystal defect with the grown semiconductor layer and to implement a high efficiency light emitting diode.
  • the light emitting diode of the present invention is limited to the embodiments in which the fluorescent material is included in the oil or the wavelength conversion layer is directly formed on the light emitting chip, but the present invention is not limited thereto.
  • a light emitting diode coated with a fluorescent material and a light emitting diode including a fluorescent material inside the lens may also be included.

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Abstract

본 발명은 우수한 방열 기능을 가지는 발광 다이오드가 개시된다. 개시된 본 발명의 발광 다이오드는 적어도 하나의 발광 칩과, 발광 칩의 전극들과 전기적으로 접속되는 리드 프레임을 포함하는 기판과, 기판상에 위치하여 발광 칩을 감싸는 렌즈와, 렌즈의 내부 및 기판의 내부에 수용된 오일을 포함한다.

Description

발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 우수한 방열 기능을 가지는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 발광 다이오드는 사파이어와 같은 기판상에 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층이 순차적으로 형성되고, 상기 P-GaN층 상에 p-전극이 형성되고, 상기 N-GaN층 상에 n-전극이 형성된 발광 칩을 포함한다.
또한, P-GaN층상에는 투명전극층이 더 형성될 수 있다. 상기 투명전극층은 저항 성분이 매우 큰 P-GaN층에 균일하게 전류를 분산하기 위해 형성된다.
상기 발광 칩을 포함하는 일반적인 발광 다이오드는 리드 프레임을 포함하는 기판상에 발광 칩이 실장되며, 상기 발광 칩 상에는 투명한 몰드가 형성된다. 여기서, 상기 몰드는 상기 발광 칩으로부터 발생된 광을 원하는 파장의 광으로 변환하는 형광 물질을 포함한다.
최근 들어 발광 다이오드는 고전류 또는 고전압 구동에 의한 고효율의 발광 다이오드를 구현하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 여기서, 상기 고효율의 발광 다이오드는 1A/㎟이상의 구동전류에 의해 구동됨을 의미할 수 있다.
이와 같은 고효율 발광 다이오드는 고전류 또는 고전압 구동시에 발생하는 열에 의해 발광 다이오드의 수명저하 및 밝기저하 등의 문제가 있었다. 특히, 상기 발광 칩과 접합되는 상기 몰드 영역은 방열을 위한 어떠한 구성을 포함하지 않아 방열이 불가하므로 열에 의한 신뢰성 저하의 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 우수한 방열 구조를 가지는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 우수한 방열 구조에 의해 고전류 또는 고전압 구동의 고효율 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
적어도 하나의 발광 칩과, 상기 발광 칩의 전극들과 전기적으로 접속되는 리드 프레임을 포함하는 기판과, 상기 기판상에 위치하여 상기 발광 칩을 감싸는 렌즈 및 상기 렌즈의 내부 및 상기 기판의 내부에 수용된 오일을 포함한다.
상기 리드 프레임은 상기 기판의 일측을 감싸는 제1 리드 프레임 및 상기 기판의 타측을 감싸는 제2 리드 프레임을 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드 프레임은 각각 상부 리드 및 하부 리드를 포함하고, 상기 기판에는 상기 오일이 수용될 수 있는 수용홀을 포함하고, 상기 수용홀은 상기 상부 리드에 위치한다.
상기 오일은 상기 상부 리드의 외면 및 내부면과 접촉되고, 상기 하부 리드의 내부면과 접촉된다.
상기 리드 프레임의 외곽을 따라 상기 상부 리드 및 상기 하부 리드 사이에는 상기 오일을 차폐하기 위해 개재된 차폐 부재를 더 포함하고, 상기 차폐 부재는 비투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가진다.
상기 리드 프레임의 외곽을 따라 상기 상부 리드 및 상기 하부 리드 사이에는 상기 오일을 차폐하기 위해 개재된 차폐 부재를 더 포함하고, 상기 차폐 부재는 투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가진다.
상기 발광 칩의 아래에 위치한 서브 마운트 기판을 더 포함하고, 상기 서브 마운트 기판을 지지하는 지지부를 가진다.
상기 지지부는 상기 기판의 일부분으로 절연물질로 이루어진다.
상기 지지부는 방열이 용이한 금속 물질로 이루어지며, 상기 기판은 상기 지지부와 접합된 절연부를 더 포함한다.
상기 기판의 하부에 위치한 방열 플레이트를 더 포함하고, 상기 방열 플레이트는 상기 오일을 수용하는 수용홈을 가진다.
상기 발광 칩의 아래에 위치한 서브 마운트 기판을 더 포함하고, 상기 방열 플레이트의 상부면에는 상기 서브 마운트 기판을 지지하는 지지부가 돌출 형성된다.
상기 발열 플레이트는 상기 기판 및 상기 렌즈와 결합되고, 결합되는 영역에 위치하는 제1 봉합 수지를 포함한다.
상기 방열 플레이트에는 상기 오일의 수용시에 압력을 조절하기 위한 별도의 관통홀을 더 포함한다.
상기 관통홀을 봉합하는 제2 봉합 수지를 더 포함하고, 상기 제2 봉합 수지는 투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가진다.
상기 오일은 미네랄(mineral) 오일, 아모코(amoco) 오일 중 어느 하나일 수 있다.
상기 발광 칩 상에 위치한 파장변환층을 더 포함한다.
상기 리드 프레임은 상기 발광 칩 주변까지 확장 형성되고, 상기 발광 칩과 인접한 상기 리드 프레임 상에 상기 수용홀이 다수개 형성된다.
상기 렌즈의 내부면 또는 외부면상에 위치하거나 상기 렌즈와 혼합된 형광물질을 더 포함한다.
렌즈의 내부 및 기판의 내부에 오일이 수용되는 발광 다이오드의 제조방법은, 상기 오일이 채워진 용기에 적어도 하나 이상의 발광 칩이 실장된 상기 기판 및 상기 발광 칩을 덮는 상기 렌즈를 삽입하여 오일을 수용하는 단계 및 탄성을 가지는 수지를 이용하여 상기 기판 내의 상기 오일을 차폐하는 단계를 포함한다.
상기 오일을 수용하는 단계는 상기 기판 및 상기 렌즈와 방열 플레이트가 결합되는 단계를 포함한다.
상기 렌즈, 상기 기판 및 상기 방열 플레이트의 경계영역을 봉합하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판의 내부 또는 방열 플레이트의 내부에 오일이 수용되고, 대류를 이용한 방열되는 방열 구조에 의해 열에 의한 발광 다이오드의 손상을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 방열이 우수하여 고전류 또는 고전압 구동의 고효율 발광 다이오드를 구현할 수 있는 장점을 가진다.
보다 구체적으로 본 발명은 기판의 내부 또는 방열 플레이트의 내부에 오일이 수용될 뿐만 아니라 발광 칩 상에 위치한 렌즈 내부에도 수용되어 대류를 이용하여 상기 방열 칩의 상부의 열을 냉각하는 최적화된 방열 구조를 포함한다. 따라서, 본 발명은 발광 칩 상에 몰드가 위치하여 방열에 취약한 일반적인 발광 다이오드와 대비하여 발광 칩 상부의 방열 차이에 의해 방열 효과가 큰 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광 다이오드를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 기판(110), 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123), 서브 마운트 기판(121c), 발광 칩(150), 렌즈(140), 오일(170), 제1 및 제2 차폐부재(161, 163), 제1 및 제2 수용홀(131, 133)을 포함한다.
상기 서브 마운트 기판(121c)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123) 형성 시에 동시에 형성된다. 즉, 상기 서브 마운트 기판(121c)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로 상기 서브 마운트 기판(121c)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 서브 마운트 기판(121c)은 상기 제1 리드 프레임(121)과 연결될 수 있다. 상기 본 발명의 제1 실시예에서는 서브 마운트 기판(121c)과 상기 제1 리드 프레임(121)이 서로 연결된 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 상기 서브 마운트 기판(121c)은 상기 제1 리드 프레임(121)으로부터 분리될 수도 있다. 즉, 상기 서브 마운트 기판(121c)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)으로부터 분리될 수 있고, 상기 서브 마운트 기판(121c) 상에 실장된 발광 칩(150)은 와이어(미도시)에 의해 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광 칩(150)은 상기 서브 마운트 기판(121c) 상에 실장되며, 전극들(미도시)을 포함한다. 도면에서는 상세히 도시되지 않았지만, 상기 발광 칩(150)은 와이어(미도시)에 의해 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 한정하지 않고, 본 발명의 발광 칩(150)은 상기 발광 칩(150)의 종류에 따라 와이어가 모두 생략되고, 상기 발광 칩(150)의 전극들이 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)과 직접 연결될 수도 있다. 또한, 상기 발광 칩(150)은 전극들 중 어느 하나만 와이어에 의해 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123) 중 어느 하나와 연결될 수도 있다.
상기 기판(110)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)의 위치를 결정할 수 있는 기본틀을 제공하고, 상기 서브 마운트 기판(121c)을 지지하는 지지부(111)를 포함한다. 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 상기 지지부(111)는 상기 서브 마운트 기판(121c)과 점착물질을 통해 접착될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)은 상기 기판(110)의 외면을 따라 위치하고, 서로 상이한 극성을 가지며, 서로 일정 간격 이격된다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)은 발광 칩(150)의 전극들에 각각 접속된다.
상기 제1 리드 프레임(121)은 상기 기판(110)의 상부면 일부 및 일측면 일부에 위치하는 제1 상부 리드(121a)와, 상기 기판(110)의 하부면 일부 및 일측면 다른 일부에 위치하는 제1 하부 리드(121b)를 포함한다.
상기 제2 리드 프레임(123)은 상기 기판(110)의 상부면 다른 일부 및 타측면 일부에 위치하는 제2 상부 리드(123a)와, 상기 기판(110)의 하부면 다른 일부 및 타측면 다른 일부에 위치하는 제2 하부 리드(123v)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 수용홀(131, 133)은 상기 기판(110)과 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123) 제조시에 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 수용홀(131, 133)은 상기 기판(110) 내부에 위치할 수 있다. 상기 제1 수용홀(131)은 상기 제1 상부 리드(121a)와 상기 서브 마운트 기판(121c) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 제1 하부 리드(121b)를 노출시킨다. 상기 제2 수용홀(133)은 상기 제2 상부 리드(123a)와 상기 서브 마운트 기판(121c) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 제2 하부 리드(123b)를 노출시킨다. 따라서, 본 발명의 발광 다이오드(100)는 상기 제1 및 제2 수용홀(131, 133)에 의해서 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)의 내부면 외부로 노출될 수 있다.
상기 오일(170)은 빛의 투과율이 높은 투광성 물질로 이루어지며, 본 발명에서는 미네랄(mineral) 오일, 아모코(amoco) 오일 중 하나로 이루어질 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 모든 가시광 영역에서 투명하고 1.4 내지 1.5의 굴절률을 가지는 오일이라면, 본 발명의 구성으로 사용할 수 있다.
상기 오일(170)에는 상기 발광 칩(150)으로부터 발생된 광을 사용자가 원하는 특정 파장대의 광으로 변환하는 형광 물질(171)을 포함한다.
상기 오일(170)은 상기 발광 칩(150) 상에 수용될 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2 수용홀(131, 133)을 통해서 상기 기판(110) 내부에 수용될 수 있다.
상기 오일(170)은 상기 제1 및 제2 수용홀(131, 133)을 통해서 상기 제1 및 제2 상부 리드(121a, 123a)의 상부면 및 내부면과 접촉될 수 있고, 상기 제1 및 제2 하부 리드(121b, 123b)의 내부면과 접촉될 수 있다. 상기 발광 칩(150) 및 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)으로부터 발생된 열은 오일(170)의 대류에 의해 냉각된다. 본 발명의 발광 다이오드(100)는 상기 오일(170)과, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)의 접촉 면적을 넓게 함으로써, 대류에 의한 냉각 성능을 극대화할 수 있는 최적화된 구조를 가진다.
상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)는 각각 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)의 외곽에 위치한다. 보다 구체적으로, 상기 제1 차폐 부재(161)는 상기 제1 상부 리드(121a)와 상기 제1 하부 리드(121b)의 경계영역에 형성될 수 있고, 상기 제2 차폐 부재(163)는 상기 제2 상부 리드(123a)와 상기 제2 하부 리드(123b)의 경계영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)는 상기 기판(110) 내부에 수용된 상기 오일(170)의 누수를 방지하는 기능을 가진다.
또한, 상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)는 일정한 탄성을 가진다. 즉, 상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)는 탄성을 가지는 수지로 이루어져 열에 의해 오일(170)의 팽창과 수축을 완충하는 기능을 가진다.
상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)는 광이 투과될 수 있도록 투광성 수지로 이루어져 발광 다이오드(100)의 측 방향 광 추출을 향상시키는 기능을 가진다.
본 발명의 제1 실시예에서는 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)가 투광성 수지로 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 비투광성 수지로 이루어질 수도 있다.
따라서, 본 발명의 발광 다이오드(100)는 상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)에 의해서 오일(170)의 팽창과 수축을 완충시켜 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 측 방향으로의 광 추출을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
상기 렌즈(140)는 상기 기판(110) 상에 위치하며, 본 실시예에서는 반구 형상으로 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상면이 평평한 평면형 렌즈도 포함될 수 있다. 상기 렌즈(140)는 별도의 봉지 수지(180)를 통해서 상기 기판(110)과 결합될 수 있다. 이에 한정하지 않고, 렌즈(140)는 별도의 봉합 수지(180)를 사용하지 않고도 기판(110)과 결합될 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 제조방법은 오일(170)이 수용된 용기에 렌즈(140)가 결합된 기판(110)을 상기 용기에 삽입하여 오일(170)이 상기 기판(110) 내부에 수용되도록 한다. 상기 기판(110) 내부에 오일(170)이 수용되면, 상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)를 이용하여 상기 기판(110) 내부의 오일(170)을 차폐한다. 여기서, 상기 렌즈(140)는 용기 내부에서 상기 기판(110)과 결합될 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 다른 제조방법은 상기 렌즈(140)가 기판(110)과 결합되고, 상기 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)가 설치되기 전에 상기 오일을 상기 제1 또는 제2 차폐 부재(161, 163)가 설치되는 차폐홀을 통해 오일(170)이 주입되는 주입공정으로 제조될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 기판(110)의 내부에 수용된 오일(170)이 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)의 상부면 및 내부면과 직접 접촉되어 대류를 이용한 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 기판(110)의 외측에 일정한 탄성을 가지며, 투광성 수지로 이루어진 제1 및 제2 차폐 부재(161, 163)가 각각 제1 상부 리드(121a) 및 제1 하부 리드(121b)의 경계영역과, 상기 제2 상부 리드(123a) 및 제2 하부 리드(123b)의 경계영역에 설치되어 오일(170)의 팽창 및 수축을 완충시켜 제품의 신뢰도를 향상시키고, 측 방향 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 파장변환층(151), 오일(270), 절연부(113) 및 히트 싱크(280)를 제외한 모든 구성은 상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(도 1의 100)와 동일하므로 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 발광 칩(150) 상에 파장변환층(151)이 형성된다.
상기 파장변환층(151)은 상기 발광 칩(150)으로부터의 광을 특정 파장대로 변환하는 기능을 가진다. 따라서, 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 상기 파장변환층(151)이 발광 칩(150) 상에 직접 형성되어 상기 오일(170)은 형광 물질을 포함하지 않는다.
제2 실시예의 발광 다이오드(200)는 발광 칩(150) 상부에 상기 파장변환층(151)이 형성된 구조만을 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 파장변환층(151)은 발광 칩(150)의 상부 및 측면들을 모두 감싸는 구조로 형성될 수도 있다.
제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 상기 히트 싱크(280)를 더 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크(280)는 서브 마운트 기판(121c)의 하부에 위치하고, 상기 서브 마운트 기판(121c)의 하면과 접촉될 수 있다. 상기 히트 싱크(280)는 열 전도도가 우수하여 상기 서브 마운트 기판(121c)으로부터의 열을 용이하게 배출할 수 있다. 따라서, 상기 히트 싱크(280)는 방열 효과를 더 향상시킬 수 있다.
상기 절연부(113) 는 기판의 일부분으로 이루어질 수 있다. 상기 절연부(113)는 상기 히트 싱크(280)와 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)을 절연시키는 기능을 가진다. 상기 히트 싱크(280)는 열 전도도가 우수한 금속 물질로 이루어지며, 이에 따라 상기 히트 싱크(280)는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(121, 123)과 절연되어야 한다. 따라서, 상기 절연부(113)는 상기 히트 싱크(280)를 감싸는 구조를 가진다
이상에서와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(도 1의 100)의 효과를 가지며, 발광 칩(150) 상에 형성된 파장변환층(151)에 의해 원하는 파장의 광을 구현함에 있어서, 신뢰성이 보다 더 향상될 수 있으며, 오일(270)에 형광물질을 혼합하는 고정을 생략하여 제조 시간을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 서브 마운트 기판(121c)의 하부에 히트 싱크(280)가 구비되어 방열이 보다 더 우수한 장점을 가진다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드(300)는 제1 및 제2 리드 프레임(321, 323)과, 다수의 제1 및 제2 수용홀(331, 333)을 제외한 모든 구성은 상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(도 1의 100)와 동일하므로 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시예에 따른 발광 다이오드(300)는 발광 칩(150)과 인접한 영역까지 제1 및 제2 리드 프레임(321, 323)이 확장된 구조를 가진다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(321, 323)은 상기 발광 칩(150)과 인접한 영역까지 확장된 구조에 의해 제1 실시예의 발광 다이오드(도 1의 100) 보다 오일과의 접촉 면적이 넓다. 따라서, 제3 실시예에 따른 발광 다이오드(300)는 방열에 보다 더 우수한 장점을 가진다.
상기 다수의 제1 및 제2 수용홀(331, 333)은 상기 발광 칩(150)과 인접한 영역까지 확장된 상기 제1 및 제2 리드 프레임(321, 323) 상에 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(321, 323)과 오일의 접촉 면적을 넓히기 위해 원형 타입으로 다수개 형성될 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드(300)는 상기 다수의 제1 및 제2 수용홀(331, 333)의 형상을 원형 타입으로 한정하고 있지만, 다른 형상으로 변경될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(400)는 기판(410), 복수의 제1 리드 프레임(421), 복수의 제2 리드 프레임(423), 복수의 발광 칩(450), 복수의 제1 수용홀(431), 복수의 제2 수용홀(433), 렌즈(440) 및 방열 플레이트(490)를 포함한다
상기 기판(410)은 서로 상이한 극성을 가지는 복수의 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423)을 포함한다. 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 상기 기판(410)은 복수의 발광 칩(450)이 실장되는 복수의 서브 마운트 기판을 포함하고, 상기 서브 마운트 기판은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423) 형성 시에 동시에 형성된다.
상기 복수의 발광 칩(450)은 와이어(미도시)에 의해 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 한정하지 않고, 본 발명의 발광 칩(450)은 상기 발광 칩(450)의 종류에 따라 전극들이 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423)과 직접 연결될 수도 있다. 또한, 상기 발광 칩(450)은 전극들 중 하나는 와이어에 의해 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423) 중 어느 하나와 연결되고, 다른 하나는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423) 중 다른 하나와 직접 연결 수도 있다.
상기 방열 플레이트(490)는 상기 발광 칩(450)과 상응하는 영역이 돌출된 복수의 지지부(495)를 더 포함한다. 상기 지지부(495)는 방열 플레이트(490)의 상부방향으로 돌출되며, 상기 방열 칩(450)의 위치와 상응하는 기판(410)의 하부를 지지한다.
상기 방열 플레이트(490)의 가장자리에는 상부 방향으로 돌출된 측부를 더 포함한다.
상기 방열 플레이트(490)는 상기 복수의 지지부(495)와 측부에 의해 음각 형상의 수용홈(493)이 형성될 수 있다.
상기 방열 플레이트(490)는 상기 하부 방향으로 돌출된 다수의 요철부를 더 포함하고, 상기 요철부는 외부 공기와의 접촉 면적을 넓혀주는 기능을 가진다.
상기 방열 플레이트(490)는 기판(410) 및 방열 플레이트(490)의 조립 시에 내부에 수용되는 오일(470)에 의한 압력을 조절하기 위해 형성된 관통홀(491)을 더 포함한다.
본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드(400)는 기판(410)과 렌즈(440) 및 방열 플레이트(490)의 조립을 위해 점착물질(461)이 이용되고, 오일(470)의 누수를 방지하기 위해 상기 기판(410)과 렌즈(440) 및 방열 플레이트(490)의 경계영역을 덮는 제1 봉합 수지(463)가 형성된다.
또한, 본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드(400)는 상기 관통홀(491)을 봉합하는 제2 봉합 수지(460)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 봉합 수지(460)는 기판(410) 및 방열 플레이트(490)에 수용된 상기 오일(470)의 누수를 방지하는 기능을 가진다.
또한, 상기 제2 봉합 수지(460)는 일정한 탄성을 가진다. 즉, 상기 제2 봉합 수지(460)는 탄성을 가지는 수지로 이루어져 열에 의해 팽창과 수축을 반복하는 오일(470)에 따라 완충 기능을 가진다.
상기 복수의 제1 및 제2 수용홀(431, 433)은 상기 기판(410) 제조시에 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 수용홀(431, 433)은 상기 기판(410)을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 복수의 제1 및 제2 수용홀(431, 433)에 의해 상기 방열 플레이트(490)의 내부가 노출될 수 있다.
상기 오일(470)은 빛의 투과율이 높은 투광성 물질로 이루어지며, 본 발명에서는 미네랄(mineral) 오일, 아모코(amoco) 오일 중 하나로 이루어질 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 모든 가시광 영역에서 투명하고 1.4 내지 1.5의 굴절률을 가지는 오일이라면, 본 발명의 구성으로 사용할 수 있다.
상기 오일(470)에는 상기 발광 칩(450)으로부터 발생된 광을 사용자가 원하는 특정 파장대의 광으로 변환하는 형광 물질(471)을 포함한다.
상기 오일(470)은 상기 발광 칩(450) 상에 수용될 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2 수용홀(431, 433)을 통해서 상기 방열 플레이트(490) 내부에 수용될 수 있다.
상기 오일(470)은 상기 제1 및 제2 수용홀(431, 433)을 통해서 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423)과 접촉될 수 있고, 상기 방열 플레이트(490)의 수용홈(495)에 수용될 수 있다. 따라서, 상기 오일(470)은 상기 방열 플레이트(490)의 내부면과 접촉될 수 있다.
상기 오일(470)은 대류에 의해 상기 발광 칩(450), 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423) 및 방열 플레이트(490)와 접촉되어 열을 냉각시킨다. 본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드(400)는 상기 오일(470)과, 상기 방열 플레이트(490), 상기 제1 및 제2 리드 프레임(421, 423)의 접촉 면적을 크게 함으로써, 대류 냉각 성능을 극대화할 수 있는 최적화된 구조를 가진다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(400)의 제조방법은 오일(470)이 채워진 용기에서 렌즈(440), 기판(410) 및 방열 플레이트(490)의 조립이 수행된다. 여기서, 상기 렌즈(440), 기판(410) 및 방열 플레이트(490)의 조립은 점착 물질(461)에 의해 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 기판(410)과 방열 플레이트(490)의 지지부(493)는 방열기능을 향상시키기 위해 전도성 테이프 등으로 서로 접착될 수 있다.
상기 오일(470)이 수용된 용기 내에서 상기 렌즈(440), 기판(410) 및 방열 플레이트(490)의 조립이 완료되면, 오일(470)의 누수를 방지하기 위해 제1 봉합 수지(463)를 이용하여 상기 기판(410)과 렌즈(440) 및 방열 플레이트(490)의 경계영역을 덮는다.
여기서, 본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드(400)는 상기 제1 봉합 수지(463)를 덮기 전에 상기 제2 봉합 수지(460)를 이용하여 상기 관통홀(491)을 봉합할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(400)는 오일(470)이 기판(410)의 제1 및 제2 수용홀(461, 433)을 통해서 방열 플레이트(490)의 수용홈(495)으로 수용되어 대류를 이용한 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(400)는 오일(470)의 팽창 및 수축을 완충시킬 수 있는 제2 봉합 수지(460)가 구비되어 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 다이오드(500)는 기판(510), 다수의 제1 및 제2 수용홀(531, 533), 제1 및 제2 리드 프레임(521, 523)을 제외한 모든 구성은 상기 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(도 6의 400)와 동일함으로 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(521, 523)은 상기 발광 칩(450)과 인접한 영역까지 확장된 구조를 가진다. 따라서, 제5 실시예에 따른 발광 다이오드(500)는 제4 실시예의 발광 다이오드(도 6의 400) 보다 오일과의 접촉 면적이 크다. 제5 실시예의 발광 다이오드(500)는 방열이 보다 더 우수한 장점을 가진다.
상기 다수의 제1 및 제2 수용홀(531, 533)은 상기 발광 칩(450)과 인접한 영역까지 확장된 상기 제1 및 제2 리드 프레임(521, 523) 상에 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(521, 523)과 오일의 접촉 면적을 넓히기 위해 원형 타입으로 다수개 형성될 수 있다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 다이오드(500)는 상기 다수의 제1 및 제2 수용홀(531, 533)의 형상을 원형 타입으로 한정하고 있지만, 다른 형상으로 변경될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 다이오드(600)는 파장변환층(651) 및 오일(670)을 제외한 모든 구성은 상기 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(도 6의 400)와 동일함으로 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 다이오드(600)는 발광 칩(650) 상에 파장편환층(651)이 형성된다.
상기 파장변환층(651)은 상기 발광 칩(650)으로부터의 광을 특정 파장대로 변환하는 기능을 가진다. 따라서, 제6 실시예에 따른 발광 다이오드(600)는 상기 파장변환층(651)이 발광 칩(650) 상에 직접 형성되어 상기 오일(670)은 형광 물질을 포함하지 않는다.
제6 실시예의 발광 다이오드(600)는 발광 칩(650) 상부에 상기 파장변환층(651)이 형성된 구조만을 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 파장변환층(651)은 발광 칩(650)의 상부 및 측면들을 모두 감싸는 구조로 형성될 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 제6 실시예의 발광 다이오드(60)는 제4 실시예에 따른 발광 다이오드(도 6의 400)의 효과를 가지며, 발광 칩(650) 상에 형성된 파장변환층(651)에 의해 원하는 파장의 광을 구현함에 있어서, 신뢰성이 보다 더 향상될 수 있으며, 오일(670)에 형광물질을 혼합하는 고정을 생략하여 제조 시간을 줄일 수 있는 장점을 가진다.
이상에서는 복수의 발광 칩(650)이 일방향으로 복수개로 구비된 1열 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 복수의 열을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 발광 다이오드는 발광 칩의 배열 구조에 있어서, 복수의 열과 복수의 행으로 배열되는 다양한 배열 구조를 모두 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 칩은 베이스 기판으로 사파이어 기판, 스피넬 기판, 질화갈륨 기판, 탄화실리콘 기판 또는 실리콘 기판이 이용될 수 있다. 본 발명에서는 성장되는 반도체층과의 결정결함을 줄여 고효율의 발광 다이오드를 구현할 수 있도록 베이스 기판으로 질화갈륨 기판을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드는 오일에 형광 물질이 포함되거나, 발광 칩 상에 파장변환층이 직접 형성되는 실시예들을 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 렌즈의 내부면 또는 외부면 상에 형광물질이 도포된 발광 다이오드 및 렌즈 내부에 형광물질이 포함된 발광 다이오드도 모두 포함될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들 및 특징들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 위에서 설명한 실시예들 및 특징들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 발광 칩;
    상기 발광 칩의 전극들과 전기적으로 접속되는 리드 프레임을 포함하는 기판;
    상기 기판상에 위치하여 상기 발광 칩을 감싸는 렌즈; 및
    상기 렌즈의 내부 및 상기 기판의 내부에 수용된 오일을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 기판의 일측을 감싸는 제1 리드 프레임 및 상기 기판의 타측을 감싸는 제2 리드 프레임을 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드 프레임은 각각 상부 리드 및 하부 리드를 포함하고, 상기 기판에는 상기 오일이 수용될 수 있는 수용홀을 포함하고, 상기 수용홀은 상기 상부 리드에 위치하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 오일은 상기 상부 리드의 외면 및 내부면과 접촉되고, 상기 하부 리드의 내부면과 접촉된 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 리드 프레임의 외곽을 따라 상기 상부 리드 및 상기 하부 리드 사이에는 상기 오일을 차폐하기 위해 개재된 차폐 부재를 더 포함하고, 상기 차폐 부재는 비투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가지는 발광 다이오드.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 리드 프레임의 외곽을 따라 상기 상부 리드 및 상기 하부 리드 사이에는 상기 오일을 차폐하기 위해 개재된 차폐 부재를 더 포함하고, 상기 차폐 부재는 투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가지는 발광 다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 칩의 아래에 위치한 서브 마운트 기판을 더 포함하고, 상기 서브 마운트 기판을 지지하는 지지부를 가지는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 지지부는 상기 기판의 일부분으로 절연물질로 이루어지는 발광 다이오드.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 지지부는 방열이 용이한 금속 물질로 이루어지며, 상기 기판은 상기 지지부와 접합된 절연부를 더 포함하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 기판의 하부에 위치한 방열 플레이트를 더 포함하고, 상기 방열 플레이트는 상기 오일을 수용하는 수용홈을 가지는 발광 다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 발광 칩의 아래에 위치한 서브 마운트 기판을 더 포함하고, 상기 방열 플레이트의 상부면에는 상기 서브 마운트 기판을 지지하는 지지부가 돌출 형성된 발광 다이오드.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 발열 플레이트는 상기 기판 및 상기 렌즈와 결합되고, 결합되는 영역에 위치하는 제1 봉합 수지를 포함하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 방열 플레이트에는 상기 오일의 수용시에 압력을 조절하기 위한 별도의 관통홀을 더 포함하는 발광 다이오드.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 관통홀을 봉합하는 제2 봉합 수지를 더 포함하고,
    상기 제2 봉합 수지는 투광성 수지로 이루어지고, 일정한 탄성을 가지는 발광 다이오드.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 오일은 미네랄(mineral) 오일, 아모코(amoco) 오일 중 어느 하나인 발광 다이오드.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 칩 상에 위치한 파장변환층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 발광 칩 주변까지 확장 형성되고, 상기 발광 칩과 인접한 상기 리드 프레임 상에 상기 수용홀이 다수개 형성되는 발광 다이오드.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈의 내부면 또는 외부면상에 위치하거나 상기 렌즈와 혼합된 형광물질을 더 포함하는 발광 다이오드.
  18. 렌즈의 내부 및 기판의 내부에 오일이 수용되는 발광 다이오드의 제조방법은,
    상기 오일이 채워진 용기에 적어도 하나 이상의 발광 칩이 실장된 상기 기판 및 상기 발광 칩을 덮는 상기 렌즈를 삽입하여 오일을 수용하는 단계; 및
    탄성을 가지는 수지를 이용하여 상기 기판 내의 상기 오일을 차폐하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 오일을 수용하는 단계는 상기 기판 및 상기 렌즈와 방열 플레이트가 결합되는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 렌즈, 상기 기판 및 상기 방열 플레이트의 경계영역을 봉합하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 오일을 차폐하는 단계는 상기 방열 플레이트의 하부에 위치한 관통홀을 봉합하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
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