KR100626365B1

KR100626365B1 - 반사형 구조의 발광다이오드

Info

Publication number: KR100626365B1
Application number: KR1020050102330A
Authority: KR
Inventors: 정학근; 정봉만; 한수빈; 송유진; 박석인; 유승원; 김규덕
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2006-09-20

Abstract

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광 추출 효율을 개선한 반사형 구조의 발광다이오드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 광이 투과되는 글라스 기판과; 상기 글라스 기판의 상면에 고정되어 있는 발광다이오드 칩과; 상기 발광다이오드 칩에 전원을 공급하는 리드 프레임과 상기 발광다이오드 칩에 연결된 금속 와이어를 상호 연결하는 전극과; 상기 발광다이오드 칩 및 전극을 커버하도록 글라스 기판의 상면에 패키징 된 투명 재질의 몰드부와; 상기 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 상기 발광다이오드 칩이 고정된 반대 방향으로 반사되도록 상기 몰드부를 감싸는 반사체를 포함하여 구성함으로써, 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 반사체에 의해 반사되면서 집광되어 외부로 조사되므로 광에 대한 집광 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

발광다이오드, 반사, 집광

Description

반사형 구조의 발광다이오드{Light Emitting Diode with Reflective Structure}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 구조의 발광다이오드의 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 반사체의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 구조의 발광다이오드의 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 반사체의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 글라스 기판

2 : 발광다이오드 칩

3 : 접합 부재

4 : 전극

5 : 금속 와이어

6 : 몰드부

61 : 패턴

7 : 반사체

8 : 리드 프레임

10 : 반사형 구조의 발광다이오드

전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체 소자인 발광다이오드(LED)는 일반 전자기기의 표시등이나 숫자 표시에 사용됨으로써 우리 생활과 친숙해졌다. 이동통신 단말기·TV·컴퓨터 모니터용 LCD모듈의 백라이트 유닛을 비롯하여 전광판, A/V기기, 자동차 등에 광범위하게 사용된다.

이와 같이 사용되는 발광다이오드는 저전력, 장수명, 고급화 등의 강점을 바탕으로 기존의 보조 광원 차원에서 벗어나 휴대폰 백라이트, 교통신호등, 전광판, 자동차 조명 등 응용분야가 폭발적으로 확대되고 있다.

이러한 발광다이오드는 초창기에 낮은 휘도와 색깔의 한계가 있었으나, 현재에는 새로운 발광다이오드 원재료와 진보된 생산 기술로 백색을 포함한 가시광선 영역의 모든 색깔의 고휘도 발광다이오드가 생산되고 있다.

이에 따라 현재 생산되고 있는 조명용 발광다이오드는 반영구적인 수명과 낮은 전기소모량, 외부 충격에 잘 견디는 특성 덕분에 조명시장에서 활용분야가 급격히 증가하는 추세이며, 특히 태양빛과 유사한 백색 발광다이오드가 잇따라 상용화 되면서 교통신호등과 가로등, 터널 등처럼 유지 관리가 중요한 공공 조명시설부터 발광다이오드 광원을 적용하는 사례가 늘어나고 있다.

그러나 종래 조명용 발광다이오드는 전술한 바와 같이 외부로 방사되는 광의 휘도가 일반 전구보다 훨씬 높기 때문에 근거리에서 발광다이오드의 정 중앙을 보는 경우 눈에 상당한 부담을 주므로 조명으로 사용하기에는 부적합한 문제점이 있다.

특히 투명 재질인 에폭시로 이루어진 렌즈를 사용하여 발광다이오드 칩에서 발광되는 광을 한 방향으로 집광하는 경우, 광에 대한 집광 효율이 저하되는 문제점이 있다. 왜냐하면 에폭시로 이루어진 렌즈의 굴절률이 공기의 굴절률에 비하여 상대적으로 크기 때문에, 집광되지 않고 퍼지는 형태로 방사되기 때문이다.

즉 발광다이오드의 발광 시 외부로 조사되는 광의 굴절각이 입사각보다 크므로 발광다이오드 칩에서 발광되는 광이 퍼지는 형태로 방사되어 광에 대한 집광 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 발광다이오드에서 외부로 방사되는 광에 대한 집광 효율을 향상시킬 수 있는 반사형 구조의 발광다이오드를 제공하는데 목적이 있다.

또한 눈에 대한 피로감을 저감시킬 수 있는 반사형 구조의 발광다이오드를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 광이 투과되는 글라스 기판과, 상기 글라스 기판의 상면에 고정되어 있는 발광다이오드 칩과, 상기 발광다이오드 칩에 전원을 공급하는 리드 프레임과 상기 발광다이오드 칩에 연결된 금속 와이어를 상호 연결하는 전극과, 상기 발광다이오드 칩 및 전극을 커버하도록 글라스 기판의 상면에 패키징된 투명 재질의 몰드부와, 상기 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 상기 발광다이오드 칩이 고정된 반대 방향으로 반사되도록 상기 몰드부를 감싸는 반사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 종래 발광다이오드와는 달리 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 반사체에 의해 반사되면서 집광되어 외부로 조사됨으로써, 발광다이오드 칩의 발광 시 외부로 조사되는 광에 대한 집광 효율을 향상시키실 수 있다. 또한 렌즈에 의해 발광다이오드 칩에서 발광되는 광이 집광되어 외부로 직접적으로 방사되었던 종래 발광다이오드와는 달리 반사체에 의해 발광다이오드 칩의 광이 반사되어 외부로 조사됨으로써, 글라스 기판 전체에 광이 고르게 투과되어 조명으로 사용할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 구조의 발광다이오드의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드(10)는 현재 상용화되어 있는 발광다이오드를 개선한 것으로, 발광다이오드(10)의 내부를 향하게 배치된 발광다이오드 칩(2)의 후방에는 몰드부(6)를 통과하는 광이 발광다이오드(10)의 전방으로 조사되도록 광을 반사시키는 반사체(7)가 구비되어 있다.

즉 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드(10)는 크게 글라스 기판(1)과, 발광다이오드 칩(2)과, 리드 프레임(8)과 연결되어 발광다이오드 칩(2)에 전원을 공급하는 전극(4) 및 외부에서 가해지는 충격으로부터 발광다이오드 칩(2)을 보호하는 몰드부(6)와, 몰드부를 통해 입사된 발광다이오드 칩(2)의 광을 반사시키는 반사체(7)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 글라스 기판(1)은 일종의 지지대 역할을 수행하는 것으로, 후술하게 될 발광다이오드 칩(2) 및 전극(4)이 고정된다. 이와 같이 지지대 역할을 수행하는 글라스 기판(1)은 반사체(7)에 의해 몰드부(6)로 재입사된 광이 외부로 투과되도록 투명 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 실시예에 있어서 광이 투과되는 글라스 기판의 재질은 반드시 투명한 재질로 한정되지 않고 불투명 재질로 형성할 수도 있다.

그리고 글라스 기판(1)의 상면에 구비되는 발광다이오드 칩(2)은 투명 에폭시(Epoxy) 수지의 접합 부재(3)를 통해 고정되어 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 것으로, 발광다이오드 칩을 구성하는 물질, 즉 발광다이오드 칩의 기판을 구성하는 물질 또는 형광체에 따라 다양한 색을 띠게 된다. 즉 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 발광다이오드 칩(2)은 현재 상용화된 기존의 발광다이오드 칩을 채택한 것으로, 이 발광다이오드 칩에 대한 구조는 본 건 출원일 이전에 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편 전극(4)은 전술한 발광다이오드 칩(2)에 전원을 공급하는 리드 프레임(8)과 발광다이오드 칩에 연결된 금속 와이어(5)를 상호 연결한다. 즉 도면에 도시된 바와 같이 전극(4)은 글라스 기판(2)의 상면에 접합 부재(3)을 통해 고정된 것으로, 각각의 일단은 발광다이오드 칩(2)의 각 전극에 연결된 금속 와이어(5)에 연결되고 타단은 리드 프레임(8)과 연결된다.

이에 따라 본 발명에 따른 발광다이오드 칩은 전극을 통해 리드 프레임과 발광다이오드 칩의 금속 와이어가 전기적으로 연결됨으로써, 발광다이오드 칩에서 광이 발광하게 되는 것이다.

이와 같이 발광다이오드 칩에 전원을 공급하는 전극(4)으로는 다양한 형태의 전극을 사용할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 투명 재질의 산화 인듐 주석(Indium-Tin Oxide, 이하 "ITO"라 한다) 필름을 사용하였다.

이 ITO는 전기 전도가 우수하면서 밴드 갭(Band-gap)이 2.5eV이상으로 가시 광역에서 투명하기 때문에 디스플레이의 투명 전극으로 많이 사용되고 있는 소재이다. 또한 ITO는 다른 투명 전극 재료에 비하여 전극 패턴 가공성이 우수하고 화학적 열적 안전성이 뛰어나며 코팅(Coating)시 막 저항이 낮은 특성이 있다.

이러한 특성을 가지는 ITO필름은 본 건 출원일 이전에 공지된 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이에 따라 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드(10)는 글라스 기판 (1)에 투명 전극인 ITO 필름(4)이 사용됨으로써, 반사체(7)에 의해 몰드부(6)로 재입사된 광이 외부로 조사되는 경우 글라스 기판(1)으로 진행되는 광이 전극(4)에 의해 부분적으로 차폐되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 몰드부(6)는 도면에 도시된 바와 같이 그 선단이 반구 형상의 돔 형상으로 형성된 것으로, 발광다이오드 칩(2) 및 전극(4)을 커버하도록 글라스 기판(1)의 상면에 몰딩된 투명 재질로 형성되어 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드(10)는 몰드부(6)를 통해 발광다이오드 칩(2)의 발광 시 발열하는 열 발산 및 외부에서 가해지는 충격들을 흡수하여 발광다이오드 칩을 보호하게 되는 것이다.

그리고 반사체(7)는 발광다이오드 칩(2)에서 방사되는 광이 글라스 기판(1)을 통해 외부로 투과되도록 몰드부(6)를 통해 입사된 발광다이오드 칩(2)의 광을 반사시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 반사체(7)는 몰드부(6)를 감싸도록 몰드부(6)의 외주면에 부착되는 캡 형상으로 제작될 수 있다. 이 경우 캡(7)의 내면에는 몰드부(6)로부터 입사되는 광을 반사시키는 반사 물질이 코팅되어 있다.

이 때 몰드부(6)의 외주면을 감싸는 캡의 형상은 몰드부(6)의 형상에 대응되게 형성된다. 예를 들어 상술한 바와 같이 몰드부(6)가 돔 형상인 경우 캡 역시 내부가 돔 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 반사체(7)는 상술한 바와 같이 캡 형태로 형성될 수도 있을 뿐만 아 니라 도 2에 도시된 바와 같이 몰드부(6)의 외주면에 코팅될 수도 있다.

이와 같이 몰드부(6)의 외주면 전체를 감싸도록 반사체(7)가 코팅되는 경우, 반사체(7)의 상면에는 외부로부터 반사체를 보호하는 보호층이 더 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 발광다이오드 칩이 외부로 향하게 배치된 종래의 발광다이오드와는 달리 발광다이오드의 내부, 즉 반사체를 향하게 배치됨으로써, 발광 시 발광다이오드 칩에서 발광된 광이 반사체에 의해 반사되면서 집광되어 외부로 조사되므로 발광다이오드 칩에서 방사되는 광에 대한 집광 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

즉 발광다이오드 칩의 후방에 반사체가 구비되어 있음에 따라 발광다이오드 칩에서 발광되는 광이 반사체에 의해 발광다이오드 내부인 몰드부를 통과하면서 글라스 기판을 통해 외부로 조사됨으로써, 종래 발광다이오드보다 발광다이오드 칩에서 발광되는 광을 보다 효율적으로 집광할 수 있어 집광 효율을 높일 수 있다.

한편 발광다이오드 칩(2)에서 발광된 광이 진행되는 몰드부(6)의 형상은 반드시 반구 형상의 돔 형상에 한정되지 않으며, 다양하게 형성될 수도 있다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 몰드부(6)는 상협하광의 원기둥 형상으로 제작될 수도 있다. 이 경우 몰드부(6)의 상면, 즉 후술하게 될 반사체(7)가 밀착되는 면에는 발광다이오드 칩에 대하여 소정의 각도를 가지는 패턴(61)이 형성되어 있다.

즉 본 발명의 실시예에 있어서 몰드부(6)의 상단에 형성된 패턴(61)은 도면 에 도시된 바와 같이 발광다이오드 칩(2)의 중앙과 일치하는 몰드부(6)의 중앙 부위는 플레이트 한 반면에, 몰드부(6)의 상단 중심에서 외각으로 갈수록 발광다이오드 칩(2)에서 방사되는 광이 반사체(7)에 의해 글라스 기판(1)으로 수직으로 투과되도록 소정의 각도로 기울어지게 형성될 수도 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 몰드부의 상단에 형성된 패턴에 의해 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 글라스 기판에 수직으로 투과됨과 동시에 몰드부의 상단을 돔 형상과는 달리 평탄하게 제작할 수 있으므로, 발광다이오드의 부피를 더 줄일 수 있다.

이 실시예에 있어서 반사체(7)는 전술한 실시예와 마찬가지로 구성된다. 즉 반사체(7)는 몰드부(6)를 감싸도록 몰드부(6)의 외주면에 부착되는 캡 형상으로 제작될 수 있다. 이 경우 캡(7)의 내면에는 몰드부(6)를 통과하는 광을 반사시키는 반사 물질이 코팅되어 있다.

이 때 몰드부(6)의 외주면을 감싸는 반사체인 캡(7)의 형상은 몰드부(6)의 형상에 대응되게 형성된다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이 그 내부가 몰드부(6)의 패턴에 대응되는 형상으로 형성된다.

이러한 반사체(7)는 상술한 바와 같이 몰드부를 감싸는 캡 형태로 형성될 수도 있을 뿐만 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 몰드부(6)의 외주면에 코팅될 수도 있다.

이하에서는 도 1을 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드의 작동 상태를 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 리드 프레임(8)을 통해 전원이 인가되면, 인가된 전원은 글라스 기판(1)의 상면에 구비되어 있는 전극(4) 및 금속 와이어(5)를 통해 발광다이오드 칩(2)에 인가된다. 그리고 발광다이오드 칩(2)에 전원이 인가되면, 인가된 전원에 의해 전기 에너지가 빛으로 변환되어 광이 발산된다.

이 때 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드의 발광다이오드 칩(2)이 종래의 발광다이오드와는 달리 반사형 구조의 발광다이오드(10) 내부, 즉 발광다이오드의 후방으로 향하게 배치됨으로써, 발광다이오드 칩(2)에서 방사된 광이 발광다이오드 칩(2)의 후방에 패키징되어 있는 몰드부(6)를 통과하면서 반사형 구조의 발광다이오드의 후방으로 진행된다. 이렇게 반사형 구조의 발광다이오드의 후방으로 진행되는 광은 몰드부(6)의 후방에 구비되어 있는 반사체(7)에 의해 반사되어 다시 몰드부(6)로 입사되어 글라스 기판(1)이 형성된 발광다이오드의 전방으로 진행된다.

즉 몰드부(6)의 외주면에 입사되는 광을 반사시키는 반사체(7)가 감싸고 있음에 따라 발광다이오드 칩(2)에서 방사되는 광은 몰드부(6)를 통해 반사형 구조의 발광다이오드(10) 후방으로 진행하였다가 반사체(7)에 의해 반사되어 다시 전방으로 진행되어 글라스 기판을 통해 외부로 투과되는 것이다.

따라서 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 상기와 같이 반사체에 의해 몰드부를 통과한 광이 다시 몰드부로 반사되어 집광됨으로써, 발광다이오드 칩에서 방사되는 광에 대한 집광 효율을 더 높일 수 있게 되는 것이다.

이 때 발광다이오드 칩에서 방사되는 광이 통과하는 몰드부(6)의 상단은 도 3에 도시된 바와 같이 입사광에 대하여 소정의 각도를 가지는 패턴(61)으로 제작할 수도 있다. 이 경우, 패턴(61)의 경사면에 밀착된 반사체(7)에 의해 입사된 광이 글라스 기판(1)에 대하여 수직으로 반사됨으로써, 몰드부(6)를 통해 진행되는 광을 집광할 수 있을 뿐만 아니라 몰드부의 높이를 작게 제작할 수 있으므로 발광다이오드 전체의 크기를 더 작게 제작할 수 있다.

따라서 상기와 같이 반사체에 의해 반사된 광은 몰드부를 통해 다시 발광다이오드 전방으로 진행하게 되면, 이와 같이 발광다이오드 전방으로 진행되는 광은 글라스 기판을 투과하여 외부로 조사되는 것이다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반사형 구조의 발광다이오드는 종래 발광다이오드와는 달리 발광다이오드 칩에서 발광되는 광이 발광다이오드 칩의 후방에 구비되어 있는 반사체에 의해 반사되어 발광다이오드 칩의 전방, 즉 외부로 조사됨으로써, 발광다이오드 칩의 발광 시 외부로 조사되는 광에 대한 집광 효율을 향상시키실 수 있다.

특히 렌즈에 의해 발광다이오드 칩에서 발광되는 광이 집광되어 외부로 직접적으로 방사되었던 종래 발광다이오드와는 달리 반사체에 의해 발광다이오드 칩의 광이 반사되어 외부로 조사됨으로써, 글라스 기판 전체에 광이 고르게 투과되어 조 명으로 사용할 수 있다.

또한 광이 통과하는 몰드부의 상단에 입사광에 대하여 소정의 각도를 가지는 패턴이 형성됨으로써, 패턴 및 반사체를 통해 몰드부로부터 입사된 광을 글라스 기판에 대하여 수직으로 반사시켜 글라스 기판 전체에 고르게 분포시킬 수 있을 뿐만 아니라 몰드부의 높이를 작게 제작할 수 있으므로 발광다이오드의 크기를 소형화할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims

광이 투과되는 글라스 기판(1)과;

상기 글라스 기판(1)의 상면에 고정되어 있는 발광다이오드 칩(2)과;

상기 발광다이오드 칩(2)에 전원을 공급하는 리드 프레임(8)과 상기 발광다이오드 칩(2)에 연결된 금속 와이어(5)를 상호 연결하는 전극(4)과;

상기 발광다이오드 칩(2) 및 전극(4)을 커버하도록 글라스 기판의 상면에 패키징된 투명 재질의 몰드부(6)와;

상기 발광다이오드 칩(2)에서 방사되는 광이 상기 발광다이오드 칩(2)이 고정된 반대 방향으로 반사되도록 상기 몰드부(6)를 감싸는 반사체(7);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 1 항에 있어서,

상기 전극(4)은 투명 재질의 산화인듐주석(Indium-Tin Oxide, ITO) 필름인 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 몰드부(6)는 그 선단이 반구의 돔 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 3 항에 있어서,

상기 반사체(7)는 상기 몰드부(6)의 외주면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 3 항에 있어서,

상기 반사체(7)는 상기 몰드부(6)의 외주면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 몰드부(6)는 상협하광의 원기둥 형상으로 상단에는 상기 발광다이오드 칩(2)에서 방출되는 광이 상기 글라스 기판(1)에 수직으로 조사되도록 입사되는 광에 대하여 소정의 각도를 가지는 패턴(61)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 6 항에 있어서,

상기 반사체(7)는 상기 몰드부(6)의 외주면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.
제 6 항에 있어서,

상기 반사체(7)는 상기 몰드부(6)의 외주면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 구조의 발광다이오드.