KR101111256B1 - Ｌｅｄ 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 ｌｅｄ 패키지 및 상기 ｌｅｄ 패키지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
LED 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 LED 패키지 및 상기 LED 패키지의 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, LED 패키지를 제조하는데 있어서, 뾰족한 상부 에지와 경사진 측벽을 갖는 적어도 두 개의 링형 돌출부와 상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공함으로써, 표면 장력을 이용하여 단일한 공정으로 볼록한 곡면을 갖는 봉지층을 용이하게 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 LED 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 LED 패키지 및 상기 LED 패키지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조가 용이하고 제조 비용을 저감시킬 수 있는 LED 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 LED 패키지 및 상기 LED 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 조명 장치로서 LED는 백열등이나 형광등과 같은 전통적인 조명 장치에 비해 많은 장점을 갖는다. 예를 들어, LED는 수명이 길고, 크기가 작으며, 전력 소비가 적고, 수은 오염이 없다. 이에 따라, 최근에는 기존의 조명 장치를 대체하기 위한 새로운 조명 장치로서 LED를 주로 사용하고 있다.
LED 패키지의 광출력을 향상시키기 위하여, LED 패키지의 바깥쪽 광학층에는 일반적으로 볼록한 렌즈 구조가 도입된다. 종래의 LED 패키지에서, 그러한 볼록 렌즈 구조는 미리 별도로 만들어진 후에 LED 패키지 상에 장착된다. 이러한 볼록 렌즈 구조의 추가적인 제조 및 조립 공정으로 인하여, 추가적인 제조 및 조립 장치들이 요구된다. 뿐만 아니라, 미리 별도로 만들어진 볼록 렌즈 구조를 LED 패키지 상에 장착하는 과정에서, 상기 볼록 렌즈 구조와 LED 패키지 상에 이미 형성되어 있는 봉지층 사이에 원하지 않는 공기층이 형성될 수도 있다. 또한, 종래의 기술의 경우에, LED 다이(die) 위에 LED 다이를 보호하기 위한 봉지층을 형성하는 과정에서 상기 봉지층의 외부 표면에 볼록한 곡률을 만드는 것이 용이하지 않다. 따라서, 종래의 LED 패키지 제조 방법은 제조 수율이 비교적 낮고, 생산 비용이 비교적 많이 소요된다.
한편, 백색광을 발생시키는 백색 LED를 제공하기 위하여, 통상적으로 청색 또는 UV LED 다이 위에 형광층을 직접 도포하는 방식을 사용하고 있다. 예를 들어, 청색 LED 다이를 사용하는 경우, 형광체 재료에서 발생한 다양한 파장의 광이 서로 혼합되거나 또는 상기 다양한 파장의 광이 청색 LED 다이로부터의 청색 여기광과 혼합되어 백색광이 방출될 수 있다. 그런데 LED 다이 위에 형광층을 직접 도포하는 방식의 경우, LED 다이와 형광층이 매우 근접해 있기 때문에, 형광체 재료로부터 발생한 광이 LED 다이로 진행하여 LED 다이에서 흡수되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 LED 다이와 형광층 사이에 투명한 스페이서를 두어, 형광층에서 발생한 광이 LED 다이 또는 그 주변의 기판에 입사하여 흡수될 가능성을 줄이는 기술을 제안되었다. 예를 들어, 도 1은 미국 특허 제5,959,316호에 개시된 그러한 기술의 예를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 기판(62) 위에 LED 다이(60)가 실장되어 있으며, 형광층(66)은 LED 다이(60)를 덮는 투명한 스페이서(64)에 의해 LED 다이(60)로부터 떨어져 있다. 또한 형광층(66)의 바깥쪽으로 보호층(68)이 형성되어 있다. 그러나 이러한 구조에서도 여전히, 형광층(66)에서 발생한 광은 거의 방해 없이 LED 다이(60) 및 그 주변의 기판(62) 위로 입사하여 흡수될 수 있다.
본 발명의 목적은 제조가 용이하고 제조 비용을 저감시킬 수 있는 LED 리드 프레임 패키지 및 이를 이용한 LED 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형광체 재료에서 발생한 광이 LED 다이에 입사하여 흡수되는 광흡수 손실을 저감할 수 있는 LED 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이하고 제조 비용을 저감시킬 수 있는 LED 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 유형에 따른 리드 프레임 패키지는, 방열 베이스; 상기 방열 베이스의 둘레에 배치된 다수의 전극; 상기 방열 베이스와 다수의 전극을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부; 상기 절연성 지지부의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 적어도 두 개의 링형 돌출부; 및 상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 절연성 지지부는 PPA 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 다수의 전극은 일측 단부가 상기 방열 베이스의 측면과 대향하며 타측 단부가 상기 절연성 지지부의 외측벽으로부터 돌출하도록 배치될 수 있다.
상기 방열 베이스는 바닥면이 반사성 재료로 코팅된 반사 컵을 구비할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 링형 돌출부는 뾰족한 상부 에지와 경사진 측벽을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 방열 베이스, 다수의 전극 및 절연성 지지부는 사출 성형 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다.
상기 링형 돌출부와 링형 홈은 이송 성형(transfer molding) 공정을 통해 상기 절연성 지지부의 상부 표면 위에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 유형에 따른 LED 패키지는 상술한 구조의 리드 프레임 패키지를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 LED 패키지는, 상기 방열 베이스의 바닥면 위에 부착된 적어도 하나의 LED 다이(die); 상기 LED 다이와 상기 다수의 전극을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및 상기 LED 다이를 덮도록 형성된 볼록한 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 층을 구비하는 봉지층 구조를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층 각각의 가장자리는 상기 적어도 두 개의 링형 돌출부들 중 대응하는 하나까지 연장되어 있을 수 있다.
상기 LED 다이는 예컨대 UV LED, 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 봉지층 구조는 예컨대 단지 하나의 투명한 봉지층을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층에 제공된 층 재료의 양을 조절함으로써 상기 적어도 하나의 층의 상부 표면의 곡률이 결정될 수 있다.
또한, 상기 봉지층 구조는, 상기 LED 다이를 직접 덮도록 형성된 투명한 제 1 봉지층; 상기 제 1 봉지층 위를 덮는 형광층; 및 상기 형광층 위를 덮는 광학 렌즈층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 봉지층의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 상기 형광층의 유효 굴절률보다 작을 수 있다.
또한, 상기 봉지층 구조는 상기 제 1 봉지층과 상기 형광층 사이에 형성된 투명한 제 2 봉지층을 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 제 2 봉지층의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 상기 제 1 봉지층의 유효 굴절률과 상기 형광층의 유효 굴절률보다 작을 수 있다.
예컨대, 상기 형광층은 유리, PC, PMMA, 또는 실리콘 수지에 형광체 재료를 균일하게 혼합하여 이루어질 수 있다.
상기 형광체 재료는 예컨대 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 가시광을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 상이한 파장의 가시광을 각각 발생시키는 적어도 한 종류의 형광체 재료를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 LED 패키지의 제조 방법은, 방열 베이스, 상기 방열 베이스의 둘레에 배치된 다수의 전극, 상기 방열 베이스와 다수의 전극을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부, 상기 절연성 지지부의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 적어도 두 개의 링형 돌출부, 및 상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈을 포함하는 리드 프레임 패키지를 제공하는 단계; 상기 방열 베이스의 상부 표면 위에 적어도 하나의 LED 다이를 부착시키는 단계; 상기 LED 다이와 상기 다수의 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 LED 다이를 덮도록 볼록한 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 층을 구비하는 봉지층 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층 각각의 가장자리는 상기 적어도 두 개의 링형 돌출부들 중 대응하는 하나까지 연장될 수 있다.
또한, 상기 봉지층 구조를 형성하는 단계는, 상기 LED 다이를 덮도록 방열 베이스 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및 상기 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 제 1 봉지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 봉지층은 상기 링형 돌출부들 중 제 1 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 가질 수 있다.
또한, 상기 LED 패키지의 제조 방법은, 상기 제 1 봉지층을 덮도록 상기 제 1 봉지층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 상기 제 1 봉지층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 제 2 봉지층을 형성하는 단계; 상기 제 2 봉지층을 덮도록 상기 제 2 봉지층 위로 형광체 재료가 균일하게 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 상기 형광체 재료가 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 형광층을 형성하는 단계; 상기 형광층을 덮도록 상기 형광층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및 상기 형광층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 광학 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 봉지층은 상기 링형 돌출부들 중 제 2 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 가지며, 상기 형광층은 상기 링형 돌출부들 중 제 3 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖고, 상기 광학 렌즈층은 상기 링형 돌출부들 중 제 4 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 가질 수 있다.
또한, 상기 LED 패키지의 제조 방법은, 상기 제 1 봉지층을 덮도록 상기 제 1 봉지층 위로 형광체 재료가 균일하게 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 상기 형광체 재료가 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 형광층을 형성하는 단계; 상기 형광층을 덮도록 상기 형광층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및 상기 형광층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 광학 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형광층은 상기 링형 돌출부들 중 제 2 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖고, 상기 광학 렌즈층은 상기 링형 돌출부들 중 제 3 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 패키지를 제조하는데 있어서, 뾰족한 상부 에지와 경사진 측벽을 갖는 적어도 두 개의 링형 돌출부와 상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공함으로써, 표면 장력을 이용하여 단일한 공정으로 볼록한 곡면을 갖는 봉지층을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 백색 LED들 중 한 예의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지에서 절연성 지지부를 제외한 방열 베이스와 다수의 전극들의 배치 관계를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 LED 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 LED 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 LED 패키지 제조 방법의 원리를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지에서 절연성 지지부를 제외한 방열 베이스와 다수의 전극들의 배치 관계를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 LED 리드 프레임 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 LED 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 LED 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 LED 패키지 제조 방법의 원리를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 LED 패키지 및 상기 LED 패키지의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 LED 리드 프레임 패키지(20)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 리드 프레임 패키지(leadframe package)(20)는, 방열 베이스(heat dissipation base)(2), 상기 방열 베이스(2)의 둘레에 배치된 다수의 전극(1), 및 방열 베이스(2)와 다수의 전극(1)을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부(3)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 절연성 지지부(3)는, 예컨대 PPA(poly phthal amid) 플라스틱과 같은 절연성 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다.
상기 LED 리드 프레임 패키지(20)를 위쪽에서 본 구조를 개략적으로 보이는 평면도인 도 3을 참조하면, LED 리드 프레임 패키지(20)는 예를 들어 둘레 방향을 따라 배열된 네 개의 동일한 금속 전극(1)을 구비할 수 있다. 네 개의 전극(1)들은 방열 베이스(2)의 중심 축을 중심으로 하여 약 90도 간격으로 각각 배열될 수 있으며, 상기 방열 베이스(2)의 중심 축에 수직한 방향으로 돌출되어 있다. 절연성 지지부(3)를 제외한 방열 베이스(2)와 전극(1)들의 배치 관계를 개략적으로 보이는 사시도인 도 4를 참조하면, 네 개의 전극(1)들의 상부 표면은 방열 베이스(2)의 가장 높은 지점과 동일한 높이에 형성되어 있다. 또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전극(1)의 일측 단부는 방열 베이스(2)의 측면 둘레와 대향하고 있으며, 타측 단부는 절연성 지지부(3)의 외측벽으로부터 돌출하도록 배치될 수 있다. 이러한 전극(1)의 상부 표면은, 예를 들어 은이나 알루미늄과 같은 고반사성 재료로 코팅될 수 있다. 도면에는 4개의 전극(1)들이 예시적으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 전극(1)들의 개수는 자유로이 선택될 수 있다.
또한 도 4를 참조하면, 방열 베이스(2)는 그의 중심부에 캐비티(cavity) 형태의 반사 컵(reflective cup)(10)을 가질 수 있다. 상기 반사 컵(10)의 바닥면은, 예를 들어 은이나 알루미늄과 같은 고반사성 재료로 코팅될 수 있다. 반사 컵(10)의 상부면은 방열 베이스(2)의 가장 높은 지점에 있다. 즉, 반사 컵(10)의 상부면은 전극(1)들의 상부 표면과 동일한 높이에 형성될 수 있다.
방열 베이스(2)와 다수의 전극(1)들은 도 4와 같이 배치된 상태에서, 그들을 둘러싸는 절연성 지지부(3)에 의해 고정된다. 이를 위하여, 다수의 전극(1), 방열 베이스(2) 및 절연성 지지부(3)는, 예를 들어 사출 성형 공정을 통해 일체로 함께 형성될 수 있다.
또한, LED 리드 프레임 패키지(20)의 단면 구조를 개략적으로 도시하고 있는 도 5 및 전술한 도 2의 사시도를 참조하면, 상기 리드 프레임 패키지(20)는 절연성 지지부(3)의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 적어도 두 개의 링형 돌출부(11, 12,13,14)와 및 상기 링형 돌출부(11,12,13,14)들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈(15,16,17)을 더 포함할 수 있다. 상기 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)들과 링형 홈(15,16,17)들은 절연성 지지부(3)의 상부 표면 위에서 동심원의 형태로 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)들은 뾰족한 상부 에지와 경사진 측벽을 갖도록 형성될 수 있다.
이러한 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)들과 링형 홈(15,16,17)들은 절연성 지지부(3)와 동일한 PPA 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 절연성 지지부(3)의 일부분일 수 있다. 예를 들어, 상기 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)와 링형 홈(15, 16,17)은 이송 성형(transfer molding) 공정을 통해 절연성 지지부(3)의 상부 표면 위에 형성될 수 있다. 또는, 다수의 전극(1), 방열 베이스(2) 및 절연성 지지부(3)를 일체로 함께 형성하는 사출 성형 과정에서 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)와 링형 홈(15,16,17)도 함께 형성될 수 있다. 도 5에는 4개의 링형 돌출부와 3개의 링형 홈이 예시적으로 도시되어 있지만, 그 개수는 실시예에 따라 자유로이 선택될 수 있다.
이렇게 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14)들과 링형 홈(15,16,17)을 갖는 상술한 구조의 LED 리드 프레임 패키지(20)는, LED 패키지(LED package)의 제조에 사용될 때, 다층 구조의 봉지층들의 형성을 용이하게 할 수 있다. 도 6은 상기 LED 리드 프레임 패키지(20)를 이용한 본 발명의 일 예에 따른 LED 패키지(30)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 LED 패키지(30)는 방열 베이스(2)의 바닥면 위에 부착된 LED 다이(die)(4), 상기 LED 다이(4)와 다수의 전극(1)을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어(6), LED 다이(4)를 덮도록 방열 베이스(2)의 반사 컵(10) 위에 형성된 봉지층(7), 상기 봉지층(7)을 덮도록 형성된 형광층(8), 및 상기 형광층(8)을 덮도록 형성된 광학 렌즈층(9)을 포함할 수 있다.
여기서, LED 다이(4)는 예를 들어 다이 접착 재료(5)에 의해 방열 베이스(2)의 바닥면에, 즉 방열 베이스(2)의 반사 컵(10)의 바닥면에 고정될 수 있다. 다이 접착 재료(5)는 예를 들어 은 페이스트(silver paste)나 땜납(solder)를 사용할 수 있다. 방열 베이스(2)의 바닥면에는 단지 하나의 LED 다이(4)가 배치될 수도 있지만, 필요에 따라서는 다수의 LED 다이(4)가 배치되는 것도 가능하다. 예컨대, UV LED, 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 적어도 하나가 방열 베이스(2)의 바닥면에 배치될 수 있다.
봉지층(7), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)은 함께 다층 봉지층 구조를 형성한다. 효율적인 광출력을 위하여 봉지층(7), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)은 볼록한 외부 표면을 가질 수 있다. 또한, 형광층(8)에서 발생한 광이 LED 다이(4)에 입사하여 LED 다이(4)에서 흡수되는 것을 방지하기 위하여, 봉지층(7)의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 형광층(8)의 유효 굴절률보다 작을 수 있다.
형광층(8)은 예컨대 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 가시광을 발생시킨다. 이를 위하여, 상기 형광층(8)은 유리, 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리메틸메탈크릴레이트(poly(methly methacrylate); PMMA) 또는 실리콘 수지와 같은 투명한 재료에 형광체 재료를 균일하게 혼합하여 이루어질 수 있다. 상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 상이한 파장의 가시광을 각각 발생시키는 적어도 한 종류의 형광체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광체 재료는 청색, 녹색, 황색, 오렌지색 및 적색과 같이 상이한 파장의 가시광을 각각 발생시키는 다양한 종류의 형광체 재료들 중에서 적어도 하나일 수 있다. 녹색, 황색, 오렌지색 및 적색 형광체들은 청색광 또는 녹색광을 적어도 부분적으로 흡수하거나 또는 UV 광을 완전히 흡수하여 각각 녹색, 황색, 오렌지색 및 적색에서 피크 파장을 갖는 광 스펙트럼을 방출할 수 있다. 또한, 청색 형광체는 UV 광을 완전히 흡수하여 청색 영역의 피크 파장을 갖는 광 스펙트럼을 방출할 수 있다.
이러한 형광층(8)을 이용하여 백색광을 방출하는 LED 패키지(30)를 제공할 수 있다. 예를 들어, LED 다이(4)가 450nm 내지 480nm 파장 범위의 청색광을 방출하는 경우에, 형광층(8)은 청색광에 의해 여기되어 황색 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 그러면 황색광과 잔여 청색광이 혼합되면서 백색광이 만들어진다. 형광층(8)은 또한, LED 다이(4)에서 방출된 여기 파장의 광에 의해 여기되어 다양한 파장의 광을 방출하는 다양한 종류의 형광체 재료를 포함할 수도 있다. 이 경우, 다양한 파장의 광이 혼합되면서 백색광이 만들어진다. 예를 들어, LED 다이(4)가 380nm 내지 450nm 범위의 근자외선(near-UV)을 방출하는 경우에, 형광층(8)은 근자외선에 의해 여기되어 각각 청색, 녹색 및 적색의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 청색, 녹색 및 적색 형광체 재료를 포함할 수 있다. 그러면 상기 청색, 녹색 및 적색의 광이 혼합되면서 백색광이 만들어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 링형 돌출부(11,12,13,14)와 링형 홈(15,16,17)을 이용하여 상기 봉지층(7), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)의 크기와 상부 표면의 곡률을 용이하게 조정할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 봉지층(7)의 가장자리는 제 1 링형 돌출부(11)까지 연장되어 있으며, 형광층(8)의 가장자리는 제 2 링형 돌출부(12)까지 연장되어 있고, 광학 렌즈층(9)의 가장자리는 제 3 링형 돌출부(13)까지 연장되어 있다. 이렇게 각각의 층(7,8,9)들의 가장자리를 대응하는 링형 돌출부(11,12,13)에 한정시킴으로써, 각각의 층(7,8,9)의 크기를 용이하게 한정할 수 있다. 그리고, 대응하는 링형 돌출부(11,12,13) 내에 한정된 각각의 층(7,8,9)에 제공된 재료의 양을 조절함으로써, 상기 각각의 층(7,8,9)의 상부 표면의 곡률이 용이하게 결정될 수 있다.
이하에서는 상술한 구조의 LED 패키지(30)를 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 먼저, 방열 베이스(2), 상기 방열 베이스(2)의 둘레에 배치된 다수의 전극(1), 방열 베이스(2)와 다수의 전극(1)을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부(3), 상기 절연성 지지부(3)의 상부 표면 위에 형성된 다수의 링형 돌출부(11,12,13,14), 및 상기 링형 돌출부(11,12,13,14)들 사이에 형성된 다수의 링형 홈(15,16,17)을 포함하는 리드 프레임 패키지(20)를 예를 들어 사출 성형 공정 등을 이용하여 마련한다. 그런 후, 다이 접착 재료(5)를 이용하여 방열 베이스(2)의 바닥면 위에 적어도 하나의 LED 다이(4)를 부착시킨 다음, 다수의 와이어(6)를 통해 LED 다이(4)와 다수의 전극(1)을 전기적으로 연결한다.
다음으로, LED 다이(4)를 덮도록 방열 베이스(2)의 반사 컵(10)에 액상의 투명 수지 재료를 채운다. 투명 수지 재료는 예를 들어 실리콘 수지일 수 있다. 이때, 액상의 투명 수지 재료는 예를 들어 제 1 링형 돌출부(11) 내에 한정되는 한도 내에서 충분한 양이 제공될 수 있다. 그러면, 액상의 투명 수지 재료의 외부 표면은 제 1 링형 돌출부(11)의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 볼록하게 형성된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 투명 수지 재료(18)를 제 1 링형 돌출부(11) 내에 한정되는 한도 내에서 충분한 양을 제공하면, 표면 장력에 의해 볼록한 외부 표면이 형성된다. 이러한 볼록한 외부 표면의 곡률은 제공된 투명 수지 재료(18)의 양에 의해 결정될 수 있다. 만약 지나치게 많은 재료가 제공되어 투명 수지 재료(18)가 제 1 링형 돌출부(11)를 넘어 흐르더라도, 도 9에 도시된 바와 같이, 투명 수지 재료(18)는 다시 제 2 링형 돌출부(12) 내에 한정될 수 있다. 이러한 방식으로 외부 표면이 원하는 곡률에 도달한 후에는, 열 또는 UV 조사를 통해 액상의 투명 수지 재료(18)를 경화시키면 봉지층(7)이 형성된다. 따라서, 본 발명에 따르면 봉지층(7)의 크기와 곡률을 용이하게 한정할 수 있다.
그런 후에는, 봉지층(7)을 덮도록 상기 봉지층(7) 위로 형광체 재료가 균일하게 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 제공한다. 예를 들어, 액상의 실리콘 수지와 형광체 재료가 균일하게 혼합된 혼합물을 봉지층(7) 위로 제공할 수 있다. 이때, 이 혼합물은 제 2 링형 돌출부(12) 내에 한정되며, 제 2 링형 돌출부(12)의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 볼록한 외부 표면을 갖게 된다. 상기 혼합물의 외부 표면이 원하는 곡률에 도달한 후에, 열 또는 UV 조사를 통해 액상의 혼합물을 경화시키면 형광층(8)이 형성된다.
마지막으로, 상기 형광층(8)을 덮도록 형광층(8) 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공한다. 예컨대, 액상의 투명 수지 재료는 실리콘 수지일 수 있다. 여기서, 형광층(8) 위의 액상의 투명 수지 재료는 제 3 링형 돌출부(13) 내에 한정되며, 제 3 링형 돌출부(13)의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 볼록한 외부 표면을 갖게 된다. 그런 후, 상기 형광층(8) 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 광학 렌즈층(9)이 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 봉지층(7), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)이 원하는 크기 및 외부 표면의 곡률로 용이하게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 LED 패키지(40)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6에 도시된 LED 패키지(30)와는 달리, 도 7에 도시된 LED 패키지(40)는 형광층(8)의 하부에 2개의 봉지층(7,7a)이 형성되어 있다. 즉, 형광층(8)과 제 1 봉지층(7) 사이에 투명한 제 2 봉지층(7a)이 더 형성되어 있다. 도 7에 도시된 LED 패키지(40)의 나머지 구성은 도 6에 도시된 LED 패키지(30)의 구성과 동일하다. 따라서, LED 패키지(40)의 나머지 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제 1 봉지층(7), 제 2 봉지층(7a), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)이 함께 다층 봉지층 구조를 형성한다. 효율적인 광출력을 위하여 상기 제 1 봉지층(7), 제 2 봉지층(7a), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)은 볼록한 외부 표면을 가질 수 있다. 또한, 형광층(8)에서 발생한 광이 LED 다이(4)에 입사하여 LED 다이(4)에서 흡수되는 것을 방지하기 위하여, 제 2 봉지층(7a)의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 형광층(8)의 유효 굴절률보다 작으며, 또한 제 1 봉지층(7)의 유효 굴절률보다도 작다.
도 7에 도시된 것처럼, 제 1 봉지층(7)의 가장자리는 제 1 링형 돌출부(11)까지 연장되어 있으며, 제 2 봉지층(7a)의 가장자리는 제 2 링형 돌출부(12)까지 연장되어 있고, 형광층(8)의 가장자리는 제 3 링형 돌출부(13)까지 연장되어 있으며, 광학 렌즈층(9)의 가장자리는 제 4 링형 돌출부(14)까지 연장되어 있다. 이렇게 각각의 층(7,7a,8,9)들의 가장자리를 대응하는 링형 돌출부(11,12,13,14)에 한정시킴으로써, 각각의 층(7,7a,8,9)의 크기를 용이하게 한정할 수 있다. 그리고, 대응하는 링형 돌출부(11,12,13,14) 내에 한정된 각각의 층(7,7a,8,9)에 제공된 재료의 양을 조절함으로써, 상기 각각의 층(7,7a,8,9)의 상부 표면의 곡률이 용이하게 결정될 수 있다.
도 7에 도시된 LED 패키지(40)의 봉지층 구조에 대한 제조 방법은 앞서 상세히 설명한 LED 패키지(30)의 제조 방법이 그대로 적용될 수 있다. 다만, 제 1 봉지층(7) 위에 형광층(8)을 형성하기 전에 제 2 봉지층(7a)을 형성한다는 점에서만 차이가 있다. 즉, 앞서 설명한 방식으로 제 1 봉지층(7)을 먼저 형성한 후에, 제 1 봉지층(7)을 덮도록 상기 제 1 봉지층(7) 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공한다. 예를 들어, 액상의 투명 수지 재료는 실리콘 수지일 수 있다. 이때 제공되는 액상의 투명 수지 재료는 제 1 봉지층(7)의 유효 굴절률보다 작도록 형성된다. 예를 들어, 유효 굴절률 조절을 위한 첨가제 등을 액상의 실리콘 수지에 첨가할 수 있다. 제 1 봉지층(7) 위의 액상의 투명 수지 재료는 제 2 링형 돌출부(12) 내에 한정되며, 제 2 링형 돌출부(12)의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 볼록한 외부 표면을 갖게 된다. 그런 후, 제 1 봉지층(7) 위의 액상의 투명 수지 재료를 열 또는 UV 조사를 통해 경화시켜 제 2 봉지층(7a)이 형성될 수 있다. 그 후에는 앞서 설명한 방식과 동일하게, 제 2 봉지층(7a) 위에 형광층(8)과 광학 렌즈층(9)을 차례로 형성한다. 다만, 여기서 형광층(8)의 재료는 제 3 링형 돌출부(13) 내에 한정되도록 채워지며, 광학 렌즈층(9)의 재료는 제 4 링형 돌출부(14) 내에 한정되도록 채워진다.
지금까지는 제 1 봉지층(7), 제 2 봉지층(7a), 형광층(8) 및 광학 렌즈층(9)이 모두 액상의 재료를 이용하여 차례로 형성되는 것으로 설명하였으나, 일부 층을 별도의 과정을 통해 미리 만들어 두는 것도 가능하다.
예를 들어, 형광층(8)을 미리 만들어 둘 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명한 방식으로 LED 다이(4)를 덮도록 방열 베이스(2)의 반사 컵(10)에 제 1 봉지층(7)을 형성한다. 그리고, 오목한 내부와 볼록한 외부를 갖는 형태로 미리 만들어 둔 형광층(8)의 오목한 영역 내에 제 2 봉지층(7a)을 위한 액상의 투명 수지 재료를 제공한다. 그런 후, 투명 수지 재료가 담긴 형광층(8)을 뒤집어 제 1 봉지층(7) 위에 올려 놓은 후, 열 또는 UV 조사를 통해 상기 투명 수지 재료를 경화시킨다. 그러면 제 1 봉지층(7)과 형광층(8) 사이에 제 2 봉지층(7a)이 형성되며, 형광층(8)은 제 1 봉지층(7) 위에 기밀하게 고정될 수 있다. 그런 다음에는, 앞서 설명한 바와 같이 형광층(8) 위에 광학 렌즈층(9)을 형성할 수 있다.
또 다른 방식으로서, 형광층(8)과 광학 렌즈층(9)을 미리 만들어 둘 수도 있다. 이 경우에는, 미리 만들어 둔 형광층(8)을 전술한 방식으로 제 1 봉지층(7) 위에 고정시킨다. 그런 후, 미리 만들어 둔 광학 렌즈층(9)을 형광층(8) 위에 부착할 수 있다. 또한, 광학 렌즈층(9)만을 미리 만들어 둘 수도 있다. 이 경우에는, 제 1 봉지층(7), 제 2 봉지층(7a) 및 형광층(8)을 액상의 재료를 이용하여 차례로 형성한 후에, 미리 만들어 둔 광학 렌즈층(9)을 형광층(8) 위에 부착한다.
백색광 LED 패키지를 제조하고자 하는 경우에는, 위에서 설명한 바와 같이, 형광층(8)을 포함하는 다층 봉지층 구조를 사용할 수 있다. 그러나, 만약 특정한 파장의 광만을 제공하는 컬러 LED 패키지를 제조하고자 하는 경우, 그 파장의 광을 방출하는 LED 다이(4)를 방열 베이스(2)의 바닥면 위에 부착하고, LED 다이(4) 위에는 단지 하나의 투명한 봉지층만을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 투명 수지 재료(18)를 제 1 내지 제 4 링형 돌출부(11~14) 중 어느 하나의 링형 돌출부 내에 한정시키고, 그대로 경화시켜 컬러 LED 패키지를 완성할 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 LED 리드 프레임 패키지, 이를 이용한 LED 패키지 및 상기 LED 패키지의 제조 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
Claims (25)
- 방열 베이스;
상기 방열 베이스의 둘레에 배치된 다수의 전극;
상기 방열 베이스와 다수의 전극을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부;
상기 절연성 지지부의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 적어도 두 개의 링형 돌출부; 및
상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈을 포함하는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연성 지지부는 PPA 플라스틱으로 이루어지는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 전극은 일측 단부가 상기 방열 베이스의 측면과 대향하며 타측 단부가 상기 절연성 지지부의 외측벽으로부터 돌출하도록 배치되는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 방열 베이스는 바닥면이 반사성 재료로 코팅된 반사 컵을 갖는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 링형 돌출부는 뾰족한 상부 에지와 경사진 측벽을 갖는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 방열 베이스, 다수의 전극 및 절연성 지지부는 사출 성형 공정을 통해 일체로 형성되는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 링형 돌출부와 링형 홈은 이송 성형(transfer molding) 공정을 통해 상기 절연성 지지부의 상부 표면 위에 형성되는 리드 프레임 패키지. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 리드 프레임 패키지를 포함하는 LED 패키지.
- 제 8 항에 있어서,
상기 LED 패키지는:
상기 방열 베이스의 바닥면 위에 부착된 적어도 하나의 LED 다이(die);
상기 LED 다이와 상기 다수의 전극을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및
상기 LED 다이를 덮도록 형성된 것으로, 볼록한 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 층을 구비하는 봉지층 구조를 더 포함하며,
상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층 각각의 가장자리는 상기 적어도 두 개의 링형 돌출부들 중 대응하는 하나까지 연장되어 있는 LED 패키지. - 제 9 항에 있어서,
상기 LED 다이는 UV LED, 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 적어도 하나를 포함하는 LED 패키지. - 제 9 항에 있어서,
상기 봉지층 구조는 단지 하나의 투명한 봉지층을 갖는 LED 패키지. - 제 9 항에 있어서,
상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층에 제공된 층 재료의 양을 조절함으로써 상기 적어도 하나의 층의 상부 표면의 곡률이 결정되는 LED 패키지. - 제 9 항에 있어서,
상기 봉지층 구조는:
상기 LED 다이를 직접 덮도록 형성된 투명한 제 1 봉지층;
상기 제 1 봉지층 위를 덮는 형광층; 및
상기 형광층 위를 덮는 광학 렌즈층을 포함하는 LED 패키지. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 봉지층의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 상기 형광층의 유효 굴절률보다 작은 LED 패키지. - 제 13 항에 있어서,
상기 봉지층 구조는 상기 제 1 봉지층과 상기 형광층 사이에 형성된 투명한 제 2 봉지층을 더 포함하는 LED 패키지. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 봉지층의 유효 굴절률은 가시광의 파장 대역에서 상기 제 1 봉지층의 유효 굴절률과 상기 형광층의 유효 굴절률보다 작은 LED 패키지. - 제 16 항에 있어서,
상기 형광층은 유리, PC, PMMA, 또는 실리콘 수지에 형광체 재료를 균일하게 혼합하여 이루어지는 LED 패키지. - 제 17 항에 있어서,
상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 가시광을 발생시키는 LED 패키지. - 제 18 항에 있어서,
상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 상이한 파장의 가시광을 각각 발생시키는 적어도 한 종류의 형광체 재료를 포함하는 LED 패키지. - 방열 베이스, 상기 방열 베이스의 둘레에 배치된 다수의 전극, 상기 방열 베이스와 다수의 전극을 둘러싸 고정하는 절연성 지지부, 상기 절연성 지지부의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 적어도 두 개의 링형 돌출부, 및 상기 링형 돌출부들 사이에 형성된 적어도 하나의 링형 홈을 포함하는 리드 프레임 패키지를 제공하는 단계;
상기 방열 베이스의 바닥면 위에 적어도 하나의 LED 다이를 부착시키는 단계;
상기 LED 다이와 상기 다수의 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 및
상기 LED 다이를 덮도록 볼록한 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 층을 구비하는 봉지층 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 봉지층 구조의 적어도 하나의 층 각각의 가장자리는 상기 적어도 두 개의 링형 돌출부들 중 대응하는 하나까지 연장되는 LED 패키지의 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 봉지층 구조를 형성하는 단계는:
상기 LED 다이를 덮도록 방열 베이스 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및
상기 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 제 1 봉지층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 봉지층은, 상기 링형 돌출부들 중 제 1 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖는 LED 패키지의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 봉지층을 덮도록 상기 제 1 봉지층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계;
상기 제 1 봉지층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 제 2 봉지층을 형성하는 단계;
상기 제 2 봉지층을 덮도록 상기 제 2 봉지층 위로 형광체 재료가 균일하게 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계;
상기 형광체 재료가 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 형광층을 형성하는 단계;
상기 형광층을 덮도록 상기 형광층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및
상기 형광층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 광학 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 패키지의 제조 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 2 봉지층은 상기 링형 돌출부들 중 제 2 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 가지며, 상기 형광층은 상기 링형 돌출부들 중 제 3 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖고, 상기 광학 렌즈층은 상기 링형 돌출부들 중 제 4 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖는 LED 패키지의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 봉지층을 덮도록 상기 제 1 봉지층 위로 형광체 재료가 균일하게 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계;
상기 형광체 재료가 혼합된 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 형광층을 형성하는 단계;
상기 형광층을 덮도록 상기 형광층 위로 액상의 투명 수지 재료를 제공하는 단계; 및
상기 형광층 위의 액상의 투명 수지 재료를 경화시켜 광학 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 패키지의 제조 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 형광층은 상기 링형 돌출부들 중 제 2 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖고, 상기 광학 렌즈층은 상기 링형 돌출부들 중 제 3 링형 돌출부의 뾰족한 상부 에지 내에서 표면 장력에 의해 형성된 볼록한 외부 표면을 갖는 LED 패키지의 제조 방법.
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