KR100713582B1 - 키패드용 고효율 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대폰 등의 이동 통신 단말기의 키패드를 조명하는 칩형 발광 다이오드의 몰딩부 상부에 홈을 형성하여 발광 칩으로부터 입사되는 광을 측면으로 전반사되게 하여 측면 발광량을 향상시킴으로써 키패드에 구비되는 키버튼을 통하여 나오는 광도를 높이고 광 이용효율을 높일 수 있는 키패드용 칩형 발광 다이오드에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드는 기판과, 기판 상에 실장되는 발광칩 및 발광칩을 밀봉하며, 상부에 홈이 형성되어 발광칩으로부터의 광을 측면으로 전반사시키는 몰딩부를 포함하며, 몰딩부의 홈은 발광칩의 중심부에 대응하여 형성된 제1 경사부와 제1 경사부에서 연장되며, 제1 경사부 보다 완만한 기울기를 갖는 제2 경사부로 이루어진다.

발광 다이오드, 전반사, 몰딩부, 홈, 돔

Description

키패드용 고효율 발광 다이오드 {High-efficiency LED for key pads}

도1a 및 도1b는 종래의 키패드용 인쇄회로기판의 구성을 나타낸다.

도2a 및 도2b는 종래의 키패드용 인쇄회로기판에 사용되는 칩형 발광 다이오드를 확대한 단면도 및 사시도를 나타낸다.

도2c는 도2a 및 도2b의 칩형 발광 다이오드의 각도별 발광 광도 분포를 나타내는 그래프이다.

도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 키패드용 칩형 발광 다이오드의 단면도 및 사시도를 나타낸다.

도3c는 본 발명의 칩형 발광 다이오드의 각도별 발광 광도 분포를 나타내는 그래프이다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

도5a 및 도5b는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

도6a 및 도6b는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

도7a 및 도7b는 각각 종래와 도3a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드의 방사각에 따른 광도의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

31 : 기판 32 : 발광 칩

33 : 몰딩부 34a,34b : 광경로

35,35a,35b,35c,35d : 홈

본 발명은 휴대폰 등의 이동 통신 단말기에 사용되는 키패드용 칩형 발광 다이오드(LED)에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 휴대폰 등의 이동 통신 단말기의 키패드를 조명하는 칩형 발광 다이오드의 몰딩부 상부에 홈을 형성하여 발광 칩으로부터 입사되는 광을 측면으로 전반사되게 하여 측면 발광량을 향상시킴으로써 키패드에 구비되는 키버튼을 통하여 나오는 광도를 높이고 광 이용효율을 높일 수 있는 키패드용 칩형 발광 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 발광 칩은 적용되는 시스템의 사용 용도에 부합하는 여러 형태로 패키징되어 발광 다이오드로 형성된다.

휴대폰 등의 휴대 장치에 데이터 입력용으로 사용되는 키패드에는 필수적으로 광원이 요구되며, 통상적으로 키패드용 광원으로 박형인 칩형 발광 다이오드가 사용된다.

통상적으로, 칩형 발광 다이오드는 전기적 신호를 입력받는 전극이 형성된 인쇄회로기판 상에 발광 칩을 실장한 다음, 발광 칩을 봉지하는 몰딩부를 형성하여 제조한다.

도1a 및 도1b는 종래의 휴대폰 등의 이동 통신 단말기의 키패드용 인쇄회로기판의 구성을 나타낸다.

도1a에 도시된 바와 같이, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기의 키패드용 인쇄회로기판(13)에는 키버튼(미도시)에 대응하여 배치되는 접점 스위치(12)들 사이에 칩형 발광 다이오드(11)들이 배치된다. 인쇄회로기판(13) 상부에는 키버튼들을 구비하는 키패드가 배치되어 칩형 발광 다이오드(11)들을 덮으며, 이로 인해 칩형 발광 다이오드의 측면에서 방출되는 광들만이 실제적으로 키패드를 조명하는 광원으로서 기여하게 된다.

즉 도1b에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(11)의 전면으로 출사되는 광(14a)은 키패드의 광원으로서 거의 기여하지 못하고 대부분 손실로 이어지며, 측면으로 출사되는 광(14b,14c)이 실제로 키패드의 광원으로서 기여하게 된다.

도2a 및 도2b는 도1a 및 도1b에 도시된 종래의 키패드용 인쇄회로기판에 사용되는 칩형 발광 다이오드의 단면도 및 사시도를 나타낸다.

도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 종래의 칩형 발광 다이오드는 기판(21)에 발광 칩(23)이 실장되고 실장된 발광 칩(23)을 봉지하는 몰딩부를 포함하며, 전술한 바와 같이, 이러한 종래의 칩형 발광 다이오드에서 방출되는 빛은 전면 및 측면 모두로 방사된다.

종래에는 휴대폰의 키패드용 광원으로 지향각 120~140도를 가지는 도2b의 칩형 발광 다이오드를 도1a와 같이 키패드 하부에 배치되는 인쇄회로기판에 실장하여 사용하였다. 이러한 구조는 접점 스위치와 접점 스위치 사이에 칩형 발광 다이오드가 위치하기 때문에 칩형 발광 다이오드에서 발광하는 빛 중 칩형 발광 다이오드의 전면으로 발산되는 빛이 키패드에 구비되는 키버튼을 통하여 바로 출사되지 못하므로 광의 활용도가 떨어지게 된다.

도2c는 도2a 및 도2b의 칩형 발광 다이오드의 각도별 발광 광도 분포를 나타내는 그래프이다. 지향각 0도 즉 칩형 발광 다이오드의 전면에서는 광도가 최대가 되고, 지향각 90도 즉 칩형 발광 다이오드의 측면에서는 광도가 최저가 된다.

즉, 종래 칩형 발광 다이오드의 발광 광도 분포를 보면 칩형 발광 다이오드의 전면 (지향각 0도)에서 발산되는 광이 가장 크므로, 이러한 칩형 발광 다이오드를 휴대폰 키패드용 광원으로 적용할 경우, 도1a와 같은 키패드와 칩형 발광 다이오드의 배치 구조상 칩형 발광 다이오드에서 발산되는 빛을 최대한 활용하지 못하고 광손실을 초래하게 되는 문제점을 가지게 된다.

본 발명은 기존 칩형 발광 다이오드의 몰딩부 형상 변경을 통한 발광 분포를 개선하여 휴대폰 키패드 조명용에 적용시 광효율을 극대화 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 키패드용 칩형 발광 다이오드에서 정면으로 발광되는 광량을 감소 시키고 측면 발광되는 광량을 증가시킴으로써 광손실을 줄일 수 있는 칩형 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판과, 상기 기판 상에 실장되는 발광칩; 및 상기 발광칩을 밀봉하며, 상부에 홈이 형성되어 상기 발광칩으로부터의 광을 측면으로 전반사시키는 몰딩부를 포함하며, 상기 몰딩부의 홈은 상기 발광칩의 중심부에 대응하여 형성된 제1 경사부와 상기 제1 경사부에서 연장되며, 상기 제1 경사부 보다 완만한 기울기를 갖는 제2 경사부로 이루어진다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 키패드용 칩형 발광 다이오드의 단면도 및 사시도를 나타낸다.

도3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드는 기판(31), 상기 기판 상에 실장되는 발광 칩(32), 및 상기 발광 칩을 밀봉하며, 상부에 원뿔형상의 홈(35)이 형성되어 상기 발광 칩으로부터의 광을 측면으로 전반사시키는 몰딩부(33)를 포함한다.

기판(31)은 통상적인 인쇄회로기판(PCB) 제조 공정을 통해 생성될 수 있으며, 다수의 유닛이 형성되는 하나의 패널에 에칭 및 도금 등의 회로 패턴 형성 공정을 통해 필요한 회로 패턴을 형성한 후에 소잉 공정을 통해 유닛 별로 절단하게 된다.

기판(31)에는 발광 칩(32)이 실장된다. 발광 칩(32)은 발광 다이오드 소자로서 양극과 음극을 가지며, 기판(31)에는 발광 칩(32)의 양극과 음극(미도시)이 각각 접속될 수 있는 전극이 마련되어 있어야 한다.

전극은 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정에서 사용되는 패턴 도금 방법에 의해 형성할 수 있다. 실장되는 발광 칩의 개수 및 연결 방식에 따라서 다수 개의 전극을 형성할 수 도 있다.

발광 칩(32)의 양극과 음극을 기판(31)에 전기적으로 접속시킬 때는 도전성 접착제(미도시) 또는) 와이어(미도시)로 연결시키는 것이 바람직하다.

기판 상부에는 발광 칩(32) 및 와이어를 덮도록 몰딩부(33)가 형성된다. 몰딩부(33)의 상부에는 발광 칩(32)의 중심에 해당하는 부분을 중심으로 하는 뒤집힌 원뿔 형태의 홈(35)이 형성된다. 홈(35)은 발광 칩(32)으로부터 입사되는 광을 전반사시켜 측면으로 향하게 해준다. 이러한 현상은 몰딩부와 공기와의 굴절률 차이로 인한 전반사 원리를 이용한 것이다.

전반사는 광학적으로 밀한 매질(굴절률이 큰 물질)에서 소한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때 입사각이 임계각 이상일 때 입사광이 경계면에서 100% 반사되는 현상을 말하는데, 몰딩부(33)를 구성하는 수지는 공기보다 밀한 재질이므로 경계면이 전반사가 이루어 질 수 있는 임계각으로 형성되면 전반사가 일어나게 되고, 몰딩부(33)의 상방으로 출사되는 광은 거의 없게 되어 광이용효율을 매우 높일 수 있다.

전반사를 이루기 위해 몰딩부(33)에 형성된 원뿔 형상의 각이 몰딩부(33)의 하면으로부터 입사하는 평행광에 대한 임계각 보다 크도록 형성되어야 한다.

발광 칩(32)에서 출사되는 광들은 그 출사 방향에 따라 서로 다른 광경로를 갖게 된다. 발광 칩(32)에서 출사되는 광 중 홈(35)에 입사되는 광(34a)은 전반사되어 측면으로 향하게 되고, 홈(35)에 입사되지 않고, 칩형 발광 다이오드의 측면으로 출사되는 광(34b)은 몰딩부(33)의 표면에서 굴절되거나 투과하여 칩형 발광 다이오드의 측면으로 방출된다.

도3a 및 도3b에 도시된 실시예에서 발광 다이오드의 전면으로 방출되는 광이 전혀 없는 것은 아니다. 홈(35)의 내벽이 발광 칩(32)으로부터 출사되는 모든 광들에 대해 전반사를 일으키기 위한 입사각을 형성하여 줄 수 없기 때문이다. 따라서, 발광 다이오드의 전면을 향하여 출사되는 광도 소량 존재하게 된다. 그러나, 이는 종래의 칩형 발광 다이오드에서 전면으로 출사되는 광의 양에 비하면 무시할 수 있는 정도이다.

몰딩부(33)의 재질은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 사용하는 것이 바람직하나, 성형에 적합하고 가벼우며, 공기와의 접촉면에서 전반사를 일으킬 수 있는 수지라면 어느 것이든 몰딩부(33)로 사용할 수 있으며, 수지에 형광체 또는 확산제를 포함할 수도 있다.

몰딩부(33)는 열이나 자외선에 의해 경화가 되는 수지를 사용할 수 있으며, 트랜스퍼 몰딩 방식으로 필요한 형태, 예컨대 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같은 육면체 형태로 성형한 뒤에 열이나 자외선에 의하여 경화시켜서 형성할 수 있다.

몰딩부(33) 형성에는 이 밖에 스크린 인쇄, 인젝션 몰딩 등 제조 방법에 따라 다양한 몰딩 방법이 사용될 수 있다.

실시예에 따라서는, 백색광을 구현하기 위해 청색을 발광하는 발광 칩(32)을 사용하고 몰딩부(33)에 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 혼합하여 백색광을 출력하는 발광 다이오드를 만들 수 있고 적색, 녹색, 청색 등을 발광하는 칩을 사용해 다양한 컬러를 출력하는 발광 다이오드를 구현할 수도 있다.

도3c는 본 발명의 발광 다이오드 패키지에 칩형 발광 다이오드에 의해 출사되는 광의 광도를 출사 각도에 따라 시각화하여 나타낸 그래프이다.

도3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 칩형 발광 다이오드에 따른 발광 광도 분포를 보면 발광 칩(32)의 중심부로부터 발산하는 빛을 측면 방향으로 편향시켜 휴대폰 키패드에 적용시 광손실을 줄일 수 있어 광효율을 극대화 시킬 수 있다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 또다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

본 실시예도 이전 실시예와 마찬가지로 기판(31), 상기 기판 상에 실장되는 발광 칩(32), 및 상기 발광 칩을 밀봉하며, 상부에 원뿔형상의 홈(35)이 형성되어 상기 발광 칩으로부터의 광을 측면으로 전반사시키는 몰딩부(33)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 몰딩부(33)는 돔형 또는 반구형태를 가지며, 몰딩부(33)에 형성된 홈은 중심부의 제1 경사부(35a)와 상기 제1 경사부에서 연장되며, 상기 제1 경사부 보다 완만한 기울기를 갖는 제2 경사부(35b)로 구성된다.

본 실시예의 구성에 따르면, 발광 칩(32)에서 출사되는 광의 각도에 따라서 전반사되는 광량을 증가시키기 위하여 발광 칩의 중심에 대응하여 제1경사부를 형성하고 이에 연장되어 형성되는 제2 경사부를 형성한다.

즉, 본 실시예에 따르면, 몰딩부(33)의 홈에 입사되는 광의 입사각에 따라 맞는 전반사면을 제공하여 측면발광의 효율을 보다 높일 수 있다. 또한, 몰딩부(33)의 측면이 원형이기 때문에 몰딩부(33)의 측면에서도 약간의 굴절이 형성되어 측면 발광을 넓게 확산시킬 수 있다.

도4a 및 도4b의 몰딩부(33)는 도 3의 실시예와 동일한 방법으로 성형틀을 변경하여 몰딩함으로써 형성할 수 있다.

도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 또다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

본 실시예도 이전 실시예와 마찬가지로 기판(31), 상기 기판 상에 실장되는 발광 칩(32), 및 상기 발광 칩을 밀봉하며, 상부에 타원 형상의 홈(35)이 형성되어 상기 발광 칩으로부터의 광을 측면으로 굴절시키는 투명 몰딩부(33)를 포함하여 구성된다.

본 실시예는 몰딩부(33)에 형성된 홈의 내벽(35c)이 타원 형상이고, 그 외벽(35d)은 돔 형상을 띤다. 입사되는 광의 입사각에 따라 연속적인 전반사면을 제공하여 측면발광의 효율을 보다 높일 수 있다. 또한, 몰딩부(33)의 외벽(35d)이 타원형이기 때문에 몰딩부(33)의 측면에서도 광이 굴절이 보다 더 되어 측면 발광을 넓게 확산시킬 수 있다.

도6a 및 도6b는 본 발명의 또다른 실시예의 단면도와 사시도이다.

본 실시예도 이전 실시예와 마찬가지로 기판(31), 상기 기판 상에 실장되는 발광 칩(32), 및 상기 발광 칩을 밀봉하며, 상부에 원뿔형상의 홈(35)이 형성되어 상기 발광 칩으로부터의 광을 측면으로 굴절시키는 몰딩부(33)를 포함하여 구성된다.

몰딩부(33)는 돔형상 또는 반구 형상이며, 그 중앙에 원뿔 형상의 홈(35) 형성되어 있다.

본 실시예에 따르면 몰딩부(33)의 외벽이 타원형이기 때문에 몰딩부(33)의 측면에서도 광의 굴절이 보다 더 되어 측면 발광을 넓게 확산시킬 수 있다.

도7a 및 도7b는 각각 종래와 도3a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드의 방사각에 따른 광도의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 종래의 칩형 발광 다이오드에 비해 본 발명에 따른 칩형 발광 다이오드에 의해서는 발광 다이오드의 중심부(지향각 0도)로 출사되는 광도가 현저히 줄어들고, 측면으로 방사되는 광의 광도가 상승하였음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면 종래 칩형 발광 다이오드의 몰딩부 형상을 변경함으로써 변경을 통한 발광 광도 분포를 개선하여 휴대폰 키패드에 적용시 광효율을 극대화할 수 있다.

본 발명에 따르면 키패드용 발광 다이오드 패키지에서 정면으로 발광되는 광을 측면 발광으로 전환시킴으로써 광손실을 줄일 수 있다.

이상 본 발명을 실시예를 참조하여 설명하였으나, 이상의 설명한 실시예들은 하나의 예시로서, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 정해지고, 당업자들은 본 발명의 범위에 속하는 범위 내에서 위 실시예 들에 다양한 변형 가할 수 있음을 이해할 것이며, 이들은 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 기판;

   상기 기판 상에 실장되는 발광칩; 및

   상기 발광칩을 밀봉하며, 상부에 홈이 형성되어 상기 발광칩으로부터의 광을 측면으로 전반사시키는 몰딩부를 포함하며,

   상기 몰딩부의 홈은 상기 발광칩의 중심부에 대응하여 형성된 제1 경사부와 상기 제1 경사부에서 연장되며, 상기 제1 경사부 보다 완만한 기울기를 갖는 제2 경사부로 이루어진 발광 다이오드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 몰딩부는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성된 발광 다이오드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 몰딩부의 홈은 원뿔형인 발광 다이오드.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 몰딩부는 돔(dome)형 또는 타원형인 발광 다이오드.

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