KR100770424B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 발광 다이오드 패키지의 구조 및 제조 방법을 개선하여 제조를 용이하게 하고, 박형화를 가능하게 하면서도 광추출률을 향상시켜 발광효율을 높일 수 있게 하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 중앙부에 오목부가 형성된 프레임; 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및 상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 동심원 형태의 연속된 요철로 형성된 평평한 Encapsulant 렌즈 일체형 구조;를 포함하는 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공한다.
발광 다이오드 패키지, 평판형 렌즈, 프레넬 렌즈, 평판형 돔 렌즈, LED 칩

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법{Light emitting diode package and manufacturing method thereof}
도 1a는 종래 기술에 따른 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지를 나타낸 평면도.
도 1b는 도 1a의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 평판형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지들의 광추출률을 비교하여 나타낸 그래프.
도 4a는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 반구형 렌즈의 광추출 구조를 나타낸 구성도.
도 4b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 원뿔형 렌즈의 광추출 구조를 나타낸 구성도.
도 4c는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 프레넬 렌즈 원리의 평판형 렌즈를 나타낸 구성도.
도 4d는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 각도 분할 기법이 적용된 평판형 돔 렌즈를 나타낸 구성도.
도 4e는 본 발명의 원리가 적용된 발광 다이오드 패키지들을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도.
도 6은 도 5의 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 나타낸 공정도.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도.
도 10은 도 9의 단면도.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도.
도 13은 도 12의 단면도.
도 14a와 도 14b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도.
도 15는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지들과 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지들의 광추출률을 비교하여 나타낸 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
111,211,311: 프레임 112,212,312: LED 칩
114,214,314: 렌즈(수지) 114a: 요철
214a: 프레넬 렌즈면 115,215,315: 스탬프
316: 반구형 렌즈
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조가 용이하고, 박형화가 가능하면서도 광추출률이 향상되어 발광효율이 향상될 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자부품이다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때 보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출한다.
이러한 발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있음으로 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화기기 등에 사용된다.
특히, 정보 통신기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, 발광 다이오드도 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB)에 직접 실장하기 위하여 표면실장소자(Surface Mount Device, 이하, SMD라 한다)형으로 만들어지고 있다. 이에 따라, 표시 소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등 요구되는 휘도의 양도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.
이하, 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 종래 기술에 따른 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지를 나타낸 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 단면도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 평판형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지들의 광추출률을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지는 원형의 프레임(11)과, 상기 원형의 프레임(11)의 내부 저면에 장착되 는 복수개의 LED 칩(12)과, 상기 LED 칩(12)을 보호하기 위한 실리콘이나 에폭시 수지 등의 몰딩제(13)와, 상기 원형의 프레임(11)의 상부에 장착되는 반구형 렌즈(14)를 포함하여 구성된다.
이러한 인캡슐레이션(encapsulation) 방식의 발광 다이오드 패키지에서 반구형 렌즈(14)는 고굴절률을 갖는 LED 칩(12)과 공기 간의 굴절률차를 줄이는 버퍼 역할을 하여 LED 칩(12)으로부터의 광추출을 극적으로 향상시킬 수 있으며, 근사적 점광원으로 가정할 때 반구형 렌즈(14)와 렌즈의 외측 공기 경계에서의 수직입사를 보장하여 반사를 최소화할 수 있어 광추출을 위해서는 가장 이상적인 구조라 할 수 있다.
그러나, 중, 대형 LCD의 백라이트 유닛(BLU)이나 조명 및 카메라의 플래시용으로 사용하기 위한 고전력 고휘도 발광 다이오드 패키지는 대면적 칩을 사용하거나 기존 LED 칩을 여러 개 사용하는 멀티칩 구조를 취하게 되어 발광원 자체가 커지게 되고 이에 따라 반구형 렌즈는 상당한 반경을 가져야 점광원으로 가정할 수 있게 된다.
따라서, 초박형 구조를 필요로 하는 조명기기나 카메라, 특히 초슬림화를 요구하는 휴대용 단말기의 플래시용으로는 적합하지 않다.
이러한 경우 보통 반구형보다는 도 2에 도시된 바와 같은 평판형 렌즈(24)를 사용한 발광 다이오드 패키지가 적용되나, 상기 평판형 렌즈(24)를 사용할 경우에는 발광 다이오드 패키지의 광추출률이 반구형 렌즈를 사용할 경우에 비해 상당히 저하되는 문제점이 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈가 미장착된 경우와 평판형 렌즈를 장착한 경우 및 반구형 렌즈를 장착한 경우의 발광 다이오드 패키지의 중심에서 LED 칩 간 거리에 따른 광추출률을 비교하여 보면, 각 경우의 광추출률이 최대가 되는 발광 다이오드 패키지와 LED 칩 간 거리는 대략 0.84 mm이며, 이 거리에서 렌즈가 미장착된 경우의 광추출률은 대략 25%이고, 평판형 렌즈가 장착된 경우의 광추출률은 대략 35%이며, 반구형 돔 렌즈가 장착된 경우의 광추출률은 대략 53%이다.
따라서, 반구형 렌즈를 장착할 경우 광추출률이 높으나 사이즈 즉 발광 다이오드 패키지의 높이가 반구형 렌즈의 반경만큼 커지게 되어 휴대용 단말기 등의 플래시용으로는 적합하지 않고, 평판형 렌즈를 장착할 경우 발광 다이오드 패키지의 사이즈는 작아지나 광추출률이 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 발광 다이오드 패키지의 구조 및 제조 방법을 개선하여 제조가 용이하고, 박형화가 가능하면서도 광추출률이 향상되어 발광효율이 높은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 중앙부에 오목부가 형성된 프레임; 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및 상기 오목 부에 충진되고, 그 상면이 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철로 형성된 렌즈;를 포함하는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 원형 프리즘 요철은 상기 렌즈의 상면 중앙에서 외곽으로 동심원을 이루는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 프리즘 요철은 등간격으로 동심원을 이루는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 한 형태에 의하면, 중앙부에 오목부가 형성된 프레임; 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및 상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 프레넬 렌즈면으로 형성된 렌즈;를 포함하는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 한 형태에 의하면, 중앙부에 오목부가 형성된 프레임; 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및 상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 평판형 돔 렌즈;를 포함하는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 한 형태에 의하면, 프레임의 오목부에 하나 이상의 LED 칩을 장착하는 준비 단계; 상기 오목부에 수지를 주입하는 디스펜싱(dispensing) 단계; 상기 수지의 상면을 스탬프로 각인하는 임프린팅(imprinting) 단계; 및 상기 스탬프를 제거하는 분리 단계;를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법이 제공된다.
상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 상기 임프린팅 단계 이후에 수행되고, 상기 스탬프가 각인된 상태로 수지를 굳히는 경화 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 수지와 상기 스탬프 사이에는 분리를 촉진하는 이형제(release agent)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스탬프의 저면은 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철이 음각되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스탬프의 저면은 프레넬 렌즈면이 음각되어 형성될 수도 있다.
또한, 상기 스탬프의 저면은 평판형 돔 렌즈 형상이 음각되어 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 수지는 에폭시 또는 고무 또는 실리콘 계열의 투명한 수지인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
참고로, 본 발명에 따른 실시예들을 설명하기에 앞서 첨부된 도 4a와 도 4b를 참조하여 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위한 반구형 렌즈의 광추출 구조와, 원뿔형 렌즈의 광추출 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 4a는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 반구형 렌즈의 광추출 구조를 나타낸 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 원뿔형 렌즈의 광추출 구조를 나타낸 구성도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 패키지의 광추출에 가장 이상적인 구조는 반구형 렌즈(34)가 장착된 경우이다.
이는, 상기 반구형 렌즈(34)는 그 하부 중앙에 점광원(32)을 가정할 때 반구형 렌즈(34)의 외측 상면과 외부 공기와의 경계에서 광의 수직입사를 보장하여 전반사를 제거할 수 있기 때문이다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 반구형 렌즈(34) 외에 이상적 구조는 원뿔형 렌즈(44)를 들 수 있다.
상기 원뿔형 렌즈(44)는 원뿔의 밑변이나 또는 그 하부 점광원(42)에서 방출되어 올라온 광이 원뿔 부위와 외부 공기와의 경계로 입사시 투과하거나 다중 반사를 통해 원뿔의 상부로 유도된다.
이러한, 다중 반사로 인해 점광원(42)으로부터 방출된 광은 점진적으로 원뿔 부위와 외부 공기와의 경계로의 입사각을 줄여 거의 수직 입사되고 결국 광은 원뿔 부위 외부로 방출되게 된다.
상기 원뿔형 렌즈(44)는 반구형 렌즈(34)와 달리 하부에서 올라오는 대부분의 광에 대해 원뿔 부위에 의한 상부로의 유도가 가능하므로 하부 광원의 위치에 영향을 받지 않는 이점도 있다.
또한, 본 발명은 상술한 이상적인 두 구조 즉 반구형과 원뿔형 렌즈 형태를 평판형으로 적용하는 것이 핵심으로, 먼저 원뿔형 구조는 크기가 작은 다중 원뿔로 이루어진 바둑판식 격자구조의 적용이 가능하다. 물론 인접된 원뿔간의 간섭효과로 인해 약간의 광추출 감소가 예상되나, 이를 최소화 하는 본 발명의 구조로 원형의 반사 프레임을 포함하는 경우 도 5와 도 6에 도시된 동심형 형태의 프리즘 격자구 조로 구현이 가능하다.
한편, 상기 반구형 렌즈 구조를 박형화하기 위한 평판형 렌즈화는 기존의 프레넬 렌즈 기법과 본 발명에서 새롭게 시도되는 각도 분할을 이용하는 평판형 돔 렌즈 구조를 생각할 수 있다.
먼저 프레넬 렌즈를 적용할 경우에는 도 4c에 도시된 바와 같이 볼록 렌즈에서 빛이 꺾이는 부분은 렌즈의 표면이므로 이 부분만을 남겨놓고 내부의 불필요한 부분을 계단식으로 깎아 제거하고 기준 축을 중심으로 각각의 조각들을 연결하여도 일반 볼록 렌즈와 같은 기능을 할 수 있다. 물론 이러한 렌즈는 반구형의 렌즈나 상술한 동심원 프리즘 격자구조에 비해 광추출 효율에는 약간의 손실을 수반하게 된다.
다음은 본 발명에서 새롭게 시도되는 각도 분할 기법의 평판형 돔 렌즈구조이다.
즉, 도 4d에 도시된 바와 같이, 렌즈중심의 점광원(O)을 가정하는 이상적 돔 렌즈에서 돔 중심과 반사형 프레임의 한끝을 잇는 선분으로 일정각도(θ)를 기준으로 반구렌즈의 각을 적당한 개수만큼 분할한다(도 4d에서는 좌측 4개). 이때, 첫번째 분할각은 만들고자 하는 평판렌즈의 높이(H)를 결정하며, 이 높이선과 만나는 점까지의 각도 분할선의 길이로 새로운 반지름의 부분 돔렌즈를 만들고 나머지 중심부는 높이선과 접하는 원으로 렌즈가 형성되어 전체적으로 평판형 돔 렌즈가 만들어진다.
이러한 평판형 돔 렌즈는 이상적인 반구형 렌즈와 원리상 동일하므로 광추출 효율 등의 대부분의 특성이 동일한 이점이 있다.
발광 다이오드 패키지의 제1 실시예
먼저, 첨부된 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 제1 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 중앙부에 오목부가 형성된 프레임(111)과, 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩(112)과, 상기 오목부에 충진되고 그 상면이 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철(114a)로 형성된 렌즈(114)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 오목부의 측면 형상과 테이퍼 경사각은 발광 다이오드 패키지의 사양에 따라 적절하게 설정되지만, 카메라의 플래시 광원과 같이, 어느 정도 일정한 거리에 얼룩 없이 광을 조사시키기 위해서 원형으로 형성되고, 상방을 향해서 40도 ~ 80도의 범위에서 경사지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오목부의 측면은 LED 칩(112)으로부터 방출되는 광을 원하는 방향으로 집광시키기 위한 반사면의 역할을 하는 것으로, 니켈 도금 또는 그 밖의 은색계의 도금 처리하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 프레임(111)의 상단 개구부 즉 오목부의 상단은 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈(114)의 하단 테두리는 이에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈(114)는 투명한 수지 재질로 형성되며, 상기 렌즈(114)의 상면에 형성된 프리즘 요철(114a)은 렌즈(114)의 상면 중앙에서 외곽으로 동심원을 이루는 형상으로 형성된다.
이때, 상기 프리즘 요철(114a)은 등간격으로 동심원을 이루는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법
다음으로, 첨부된 도 7 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 나타낸 공정도이고, 도 8a와 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 준비 단계, 디스펜싱(dispensing) 단계, 임프린팅(imprinting) 단계, 경화 단계, 분리 단계를 포함하여 구성된다.
상기 준비 단계는 프레임(111)의 오목부에 하나 이상의 LED 칩(112)을 장착하는 단계이고, 상기 디스펜싱 단계는 상기 오목부의 내부에 수지(114)를 주입하는 단계이며, 상기 임프린팅 단계는 도 8a에 도시된 바와 같이 상기 오목부의 내부에 주입된 수지(114)의 상면을 스탬프(115)로 찍어 각인하는 단계이고, 상기 경화 단계는 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 스탬프(115)가 각인된 상태에서 상기 수지(114)를 경화시키는 단계이며, 분리 단계는 상기 스탬프(115)를 제거하여 발광 다이오드 패키지의 제작을 완료하는 단계이다.
여기서, 상기 수지(114)와 상기 스탬프(115) 사이에는 분리를 촉진하는 이형제(release agent)가 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 수지(114)로부터 상기 스탬프(115)가 잘 떨어지도록 도와주는 역할로서 오일 성분 등이 함유된 이형제를 수지(114)에 첨가하거나 스탬프(115)의 음각 부위에 발라주는 것이다.
그리고, 상기 스탬프(115)의 저면은 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철(115a)이 음각되어 형성되며, 상기 음각된 프리즘 요철(115a)은 중앙에서 외곽으로 등간격으로 동심원을 이루는 형상으로 형성된다.
따라서, 상기 프리즘 요철(115a)이 음각된 스탬프(115)로 상기 수지(114)를 각인할 경우, 수지(114)의 상면은 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철(114a) 구조의 면으로 형성되는 것이다.
또한, 상기 수지(114)는 에폭시 또는 고무 또는 실리콘 계열의 수지로 형성될 수 있으며, 광이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 형성된다.
발광 다이오드 패키지의 제2 실시예
다음으로, 첨부된 도 9와 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명한다.
도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 중앙부에 오목부가 형성된 프레임(211)과, 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩(212)과, 상기 오목부에 충진되고 그 상면이 프레넬 렌즈면(214a)으로 형성된 렌즈(214)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 상기 제1 실시예에서 렌즈(114)의 상면에 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철(114a)이 형성되는 대신 프레넬 렌즈면(214a)이 형성된 것이다.
상기 프레넬 렌즈면(214a)은 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 대신 두께를 줄인 것으로, 기존 평판형 렌즈와 유사한 슬림형이면서도 월등한 광추출률을 가질 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 오목부의 측면 형상과 테이퍼 경사각은 발광 다이오드 패키지의 사양에 따라 적절하게 설정되지만, 카메라의 플래시 광원과 같이, 어느 정도 일정한 거리에 얼룩 없이 광을 조사시키기 위해서 원형으로 형성되고, 상방을 향해서 40도 ~ 80도의 범위에서 경사지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오목부의 측면은 LED 칩(212)으로부터 방출되는 광을 원하는 방향으로 집광시키기 위한 반사면의 역할을 하는 것으로, 니켈 도금 또는 그 밖의 은 색계의 도금 처리하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 프레임(211)의 상단 개구부 즉 오목부의 상단은 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈(214)의 하단 테두리는 이에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법
다음으로, 첨부된 도 7과 도 11a 및 도 11b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 역시 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 준비 단계, 디스펜싱(dispensing) 단계, 임프린팅(imprinting) 단계, 경화 단계, 분리 단계를 포함하여 구성된다.
상기 준비 단계는 프레임(211)의 오목부에 하나 이상의 LED 칩(212)을 장착하는 단계이고, 상기 디스펜싱 단계는 상기 오목부의 내부에 수지(214)를 주입하는 단계이며, 상기 임프린팅 단계는 도 11a에 도시된 바와 같이 상기 오목부의 내부에 주입된 수지(214)의 상면을 스탬프(215)로 찍어 각인하는 단계이고, 상기 경화 단계는 도 11b에 도시된 바와 같이 상기 스탬프(215)가 각인된 상태에서 상기 수지(214)를 경화시키는 단계이며, 분리 단계는 상기 스탬프(215)를 제거하여 발광 다이오프 패키지의 제작을 완료하는 단계이다.
그러나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법은 상기 제1 실시예와 달리, 스탬프(215)의 저면이 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철이 음각되는 대신 프레넬 렌즈면(215a)이 음각되어 형성된다.
따라서, 상기 프레넬 렌즈면(215a)이 음각된 스탬프(215)로 상기 수지(214)를 각인할 경우, 수지(214)의 상면은 프레넬 렌즈면(214a)으로 형성되는 것이다.
물론, 상기 수지(214)와 상기 스탬프(215) 사이에는 분리를 촉진하는 이형제(release agent)가 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 수지(214)로부터 상기 스탬프(215)가 잘 떨어지도록 도와주는 역할로서 오일 성분 등이 함유된 이형제를 수지(214)에 첨가하거나 스탬프(215)의 음각 부위에 발라주는 것이다.
또한, 상기 수지(214)는 에폭시 또는 고무 또는 실리콘 계열의 수지로 형성될 수 있으며, 광이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다.
발광 다이오드 패키지의 제3 실시예
다음으로, 첨부된 도 12와 도 13을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명한다.
도 12와 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 중앙부에 오목부가 형성된 프레임(311)과, 상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩(312)과, 상기 오목부에 충진되고 그 상면이 평판형 돔 렌즈(314)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 본 발명에서 새롭게 시도되는 각도 분할 기법의 평판형 돔 렌즈를 갖는 구조이다.
보다 상세하게 상기 평판형 돔 렌즈는 그 상면(314a)이, 도 4d를 참조하여 전술한 바와 같이, 렌즈중심의 점광원(O)을 가정하는 이상적 반구형 렌즈(316)에서 반구 중심과 반사형 프레임(311)의 한끝을 잇는 선분으로 일정각도(θ)를 기준으로 반구형 렌즈의 각을 적당한 개수만큼 분할한다(도 4d에서는 좌측 4개).
이때, 첫번째 분할각은 만들고자 하는 평판형 돔 렌즈(314)의 높이(H)를 결정하며, 이 높이선과 만나는 점까지의 각도 분할선의 길이로 새로운 반지름의 부분 돔 렌즈를 만들고 나머지 중심부는 높이선과 접하는 원으로 렌즈가 형성되어 전체적으로 평판형 돔 렌즈(314)가 만들어진다.
이러한 평판형 돔 렌즈(314)는 이상적인 반구형 렌즈(316)와 원리상 동일하므로 광추출 효율 등의 대부분의 특성이 동일한 이점이 있다.
여기서, 상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 오목부의 측면 형상과 테이퍼 경사각은 발광 다이오드 패키지의 사양에 따라 적절하게 설정되지만, 카메라의 플래시 광원과 같이, 어느 정도 일정한 거리에 얼룩 없이 광을 조사시키기 위해서 원형으로 형성되고, 상방을 향해서 40도 ~ 80도의 범위에서 경사지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오목부의 측면은 LED 칩(312)으로부터 방출되는 광을 원하는 방향으로 집광시키기 위한 반사면의 역할을 하는 것으로, 니켈 도금 또는 그 밖의 은 색계의 도금 처리하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 프레임(311)의 상단 개구부 즉 오목부의 상단은 원형상으로 형성되고, 상기 평판형 돔 렌즈(314)의 하단 테두리는 이에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법
다음으로, 첨부된 도 7과 도 14a 및 도 14b를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 14a와 도 14b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 역시 상기 제2 실시예와 마찬가지로, 준비 단계, 디스펜싱(dispensing) 단계, 임프린팅(imprinting) 단계, 경화 단계, 분리 단계를 포함하여 구성된다.
상기 준비 단계는 프레임(311)의 오목부에 하나 이상의 LED 칩(312)을 장착하는 단계이고, 상기 디스펜싱 단계는 상기 오목부의 내부에 수지(314)를 주입하는 단계이며, 상기 임프린팅 단계는 도 14a에 도시된 바와 같이 상기 오목부의 내부에 주입된 수지(314)의 상면을 스탬프(315)로 찍어 각인하는 단계이고, 상기 경화 단계는 도 14b에 도시된 바와 같이 상기 스탬프(315)가 각인된 상태에서 상기 수지(314)를 경화시키는 단계이며, 분리 단계는 상기 스탬프(315)를 제거하여 발광 다이오프 패키지의 제작을 완료하는 단계이다.
그러나, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법은 상기 제2 실시예와 달리, 스탬프(315)의 저면이 프레넬 렌즈면(215a) 대신 평판형 돔 렌즈(314)의 상면 형상이 음각되어 형성된다.
따라서, 상기 평판형 돔 렌즈(314)가 음각된 스탬프(315)로 상기 수지(314)를 각인할 경우, 수지(314)의 상면은 평판형 돔 렌즈(314)로 형성되는 것이다.
물론, 상기 수지(314)와 상기 스탬프(315) 사이에는 분리를 촉진하는 이형제(release agent)가 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 수지(314)로부터 상기 스탬프(315)가 잘 떨어지도록 도와주는 역할로서 오일 성분 등이 함유된 이형제를 수지(314)에 첨가하거나 스탬프(315)의 음각 부위에 발라주는 것이다.
또한, 상기 수지(314)는 에폭시 또는 고무 또는 실리콘 계열의 수지로 형성될 수 있으며, 광이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지들과 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지들의 광추출률을 비교하여 나타낸 그래프로서, 도 15에 도시된 바와 같이, 상면이 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철 구조로 형성된 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지와, 상면이 프레넬 렌즈면으로 형성된 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지의 경우, 모두 기존 평판형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지와 유사한 슬림 사이즈를 가지면서도 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지에 근접한 우수한 광추출률을 가지는 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 프레넬 렌즈면이 장착된 발광 다이오드 패키지의 경우 패키지의 센터에서 LED 칩 간 거리에 대한 성향은 기존 평판형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지와 유사하며, 상기 프리즘 요철 구조로 형성된 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지의 경우 패키지의 센터에서 LED 칩 간 거리에 따른 광추출 의존성이 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지보다 완화된 것을 알 수 있다.
또한, 상기 제3 실시예의 평판형 돔 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지는 이상적인 반구형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지와 동일한 광추출률을 가지면서도 평판형 렌즈가 장착된 발광 다이오드 패키지와 유사한 슬림 사이즈를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 의하면, 초박형 구조를 가지면서도 높은 광추출률을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 간단하게 제조가 가능하여 제조 시간이 단축되고, 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. 중앙부에 오목부가 형성된 프레임;
    상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및
    상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철로 형성된 렌즈;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 요철은 상기 렌즈의 상면 중앙에서 외곽으로 동심원을 이루는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘 요철은 등간격으로 동심원을 이루는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 중앙부에 오목부가 형성된 프레임;
    상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및
    상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 프레넬 렌즈면으로 형성된 렌즈;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 중앙부에 오목부가 형성된 프레임;
    상기 오목부의 저면에 장착되는 하나 이상의 LED 칩; 및
    상기 오목부에 충진되고, 그 상면이 평판형 돔 렌즈;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오목부의 측면은 상향 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프레임의 상단 개구부는 원형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 하단 테두리는 상기 프레임의 상단 개구부 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 렌즈는 투명한 수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  15. 프레임의 오목부에 하나 이상의 LED 칩을 장착하는 준비 단계;
    상기 오목부에 수지를 주입하는 디스펜싱(dispensing) 단계;
    상기 수지의 상면을 스탬프로 각인하는 임프린팅(imprinting) 단계; 및
    상기 스탬프를 제거하는 분리 단계;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 임프린팅 단계 이후에 수행되고, 상기 스탬프가 각인된 상태로 수지를 굳히는 경화 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 수지와 상기 스탬프 사이에는 분리를 촉진하는 이형제(release agent)가 구비되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 스탬프의 저면은 동심원 형태의 연속된 프리즘 요철이 음각되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 스탬프의 저면은 프레넬 렌즈면이 음각되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 스탬프의 저면은 평판형 돔 렌즈 형상이 음각되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 수지는 에폭시 또는 고무 또는 실리콘 계열의 투명한 수지인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
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