KR101433261B1 - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 캐비티가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 캐비티에 일부가 노출되며, 상호 이격된 제1 리드 프레임 및 제2 리드프레임과, 상기 제1 리드 프레임 상에 실장된 LED 칩과, 상기 LED 칩의 측면을 덮는 제1 커버층과, 상기 LED 칩 및 제1 커버층을 덮는 제2 커버층을 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광다이오드(LED : light emitting diode)를 이용한 LED 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED : Light emitting diode)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자로서 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaN 계열의 청색 LED가 개발되었다. 이러한 LED 분야의 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광통신 수단의 송신모듈, LCD 표시 장치의 백라이트, 형광등이나 백열등을 대체하는 광원으로 사용되고 있다. 발광 다이오드가 이처럼 여러가지 광원으로 사용되기 위해서 패키지 형태로 제조되며, 패키지 형태로 제조시 형광체를 사용함으로써 실제 LED 칩에서 발광되는 색을 사용자가 필요한 색으로 변환시킬 수 있다.
도 1은, 일반적으로 사용되는 LED 패키지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 LED 패키지(100)는 캐비티가 형성된 하우징(110)에 리드프레임(120, 130)이 배치되고 상기 리드프레임 상에 LED 칩(140)이 실장될 수 있다. 그리고 하우징의 캐비티 내에 상기 LED 칩(140)을 덮도록 형광체를 포함한 몰딩물질(160)을 채울 수 있다. 상기 LED 칩(140)을 GaN 계열의 청색 발광칩을 사용하고, 상기 형광체는 황색 계열의 형광체를 사용하여 상기 LED 패키지에서 출력되는 광의 색깔은 백색을 얻을 수 있다.
상기 LED 칩(140)은 수직형 칩일 수 있으며, 일면이 제1 리드프레임(120)과 직접 연결되고, 와이어를 통해 제2 리드프레임(130)과 연결되어 전기적으로 도통될 수 있다.
상기 LED 칩은 상면뿐만 아니라 측면으로도 광이 출광되므로 상기 LED 칩 측면에서 방출되는 광을 효율적으로 하우징 전면부로 반사시켜야 LED 패키지의 광출력 향상을 도모할 수 있다. 일반적으로는 상기 하우징(110)에 형성된 캐비티 내부 벽면 및 하부의 반사성을 좋게 함으로써 광을 최대한 외부로 방출시킬 수 있다. 또한, 상기 LED 칩에서 출광된 광 중 일부는 상기 몰딩 물질(160) 내에서 형광체에 의해 난반사되어 다시 상기 LED 칩(140)의 측면으로 흡수되는 경우가 있다. 이러한 패키지 내부에서 LED 칩으로 재흡수되는 광을 줄이는 것도 LED 패키지의 출력을 높이기 위한 방법이 될 수 있다. 이처럼 상기 LED 패키지 단에서의 광출력을 향상시키기 위해 상기 LED 칩(140)에서 출광되는 광을 최대한 외부로 방출시키는 LED 패키지 내부 구조에 대한 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국특허공개 2011-0106445, 일본 공개특허공보 특개 2005-026401 호 등에 기재되어 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국특허공개 2011-0106445, 일본 공개특허공보 특개 2005-026401 호 등에 기재되어 있다.
본 발명은 LED 패키지 단에서의 광출력을 향상시키기 위해 상기 LED 칩에서 출광되는 광 중 LED 패키지 내부에서 상기 LED 칩의 측면으로 재흡수되는 것을 방지함으로써, LED 칩에서 출광된 빛을 최대한 하우징의 외부로 방출시키는 LED 패키지의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양은, 캐비티가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 캐비티에 일부가 노출되며, 상호 이격된 제1 리드 프레임 및 제2 리드프레임과, 상기 제1 리드 프레임 상에 실장된 LED 칩과, 상기 LED 칩의 측면을 덮는 제1 커버층과, 상기 LED 칩 및 제1 커버층을 덮는 제2 커버층을 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 칩에서 출광된 광 중 LED 패키지 내부에서 상기 LED 칩의 측면으로 재흡수되는 것을 방지함으로써, LED 패키지의 광효율을 높일 수 있다.
도 1은, 종래기술에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 4는, 종래기술에 따른 LED 패키지와 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 광 시뮬레이션결과를 비교한 실험예이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 4는, 종래기술에 따른 LED 패키지와 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 광 시뮬레이션결과를 비교한 실험예이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자(200)는 하우징(210), 리드프레임(220, 230), LED 칩(240), 제1 커버층(250) 및 제2 커버층(260)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(210)은 PC 계열의 수지를 사용하여 제조할 수 있다. 본 실시형태에서의 하우징(210)은 전면에 캐비티가 형성되어 상기 캐비티가 LED 칩 실장을 위한 장소로 사용될 수 있다. 상기 하우징(210)은 리드 프레임을 고정시키는 역할을 할 수 있다. 일반적으로 상기 하우징은 백색계열의 수지를 사용하나, 사용 용도에 따라 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC : Epoxy Moding Compound)를 이용한 투명재질의 수지를 사용할 수도 있다.
상기 리드 프레임(220, 230)은 제1 리드프레임(220) 및 제2 리드프레임(230)으로 구분될 수 있다. 상기 제1 리드 프레임(220) 및 제2 리드프레임(230)은 상기 하우징에 형성된 캐비티에 일부가 노출되도록 형성될 수 있다. 상기 캐비티 내에서 노출된 제1 리드 프레임은 상기 LED 칩의 실장영역이 될 수 있다. 상기 캐비티 내에서 노출된 제2 리드 프레임은 상기 LED 칩과 전기적으로 연결하기 위한 영역이 될 수 있다. 상기 제1 리드프레임(220) 및 제2 리드프레임(230)은 각각 단자가 상기 하우징(210)의 외부로 연장되어 상기 발광소자(200)를 기판상에 전기적으로 연결할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 리드프레임과 제2 리드프레임의 외부 단자는 하우징의 하면을 따라 연장된 형태로 도시하였으나, LED 패키지의 형태에 따라 상기 리드프레임의 단자는 하우징으로부터 돌출되는 형태일 수도 있다. 상기 리드 프레임(220, 230)은 반사율이 좋은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 알루미늄 합금을 이용할 수 있다.
상기 LED 칩(240)은, 제1 리드 프레임(220)에 실장될 수 있다. 본 실시형태에서 LED 칩(240)은 수직형 LED 칩일 수 있다. 즉, 상기 LED 칩의 양면이 각각 p전극 및 n전극이 될 수 있다. 본 실시형태에서의 LED 칩(240)은, 제1 리드 프레임(220)과 직접 접하는 일면이 상기 제1 리드 프레임과 전기적으로도 연결되며, 상기 제2 리드 프레임(230)과는 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 커버층(250)은, LED 칩(240)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 커버층(250)은 반사 물질이 포함된 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다. 상기 반사 물질은 고반사율 특성을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 또한, 고내열 특성을 갖는 반사물질이 사용될 수 있다. 상기 반사 물질의 일예로는 Al2O3, SiO2, MgO, TiO2, CaCO3, MgCO3, BaSO4, CaSO4 등 고반사율 특성을 가지면서 고내열 특성을 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 제1 커버층(250)에 포함된 반사물질은 LED 칩(240)에서 출광된 광이 상기 LED 패키지의 몰딩영역(260)에서 반사되어 다시 LED 칩의 측면으로 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 커버층(250)이 없이 LED 칩(240)을 직접 제2 커버층(260)으로 덮은 경우에는, 상기 LED 칩에서 출광된 광이 상기 제2 커버층(260)에 포함된 형광체 입자에 의해서 반사될 수 있다. 이렇게 되면, 상기 반사된 광 중 일부가 상기 LED 칩의 측면으로 향하여 흡수될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 LED 칩이 수직형 칩인 경우는 상기 LED 칩의 하부에 위치하는 반사판의 측면으로 광흡수가 일어날 수 있다. 본 실시형태에서는 이처럼 LED 패키지의 내부에서 LED 칩(240) 측면으로 광이 재흡수되는 것을 줄이기 위해서 LED 칩(240) 측면에 제1 커버층(250)을 형성하였다. 상기 제1 커버층(250)은 반사물질을 포함하고 있어 상기 LED 패키지 내부에서 다시 LED 칩 쪽으로 향하는 광을 반사시켜 LED 패키지 외부로 향하도록 할 수 있다. 따라서, LED 패키지 전체의 광출력을 높일 수 있다.
본 실시형태에서 상기 제1 커버층(250)은 상기 LED 칩(240)의 측면높이와 동일한 높이로 균일하게 형성된 것으로 도시하였으나 상기 제1 커버층(250)의 형태는 상기 LED 칩(240)의 측면을 덮는 한 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 커버층은 LED 칩의 측면으로부터 상기 캐비티의 측벽까지 일정한 기울기를 갖도록 형성할 수도 있다.
상기 제2 커버층(260)은, 상기 LED 칩(240) 및 제1 커버층(250)을 덮도록 상기 하우징(210)의 캐비티에 채워질 수 있다. 상기 제2 커버층(260)은 형광체가 포함된 광투과성 수지일 수 있다. 상기 제2 커버층(260)은, LED 칩(240)의 상부로 출력되는 광 및 상기 제1 커버층(250)에 의해 반사된 광을 입력받아 상기 형광체에 의해 변환된 광을 출력할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 LED 칩(240)은 청색광을 발광하고, 상기 형광체는 황색계열의 형광체를 사용하여 발광소자의 출력광을 백색으로 할 수 있다. 상기 형광체는 야그(YAG), 실리케이트(Silicate), 나이트라이드(nitride) 계열 형광체 중 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자(300)는 하우징(310), 리드프레임(320, 330), LED 칩(340), 제1 커버층(350) 및 제2 커버층(360)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(310)은 PC 계열의 수지를 사용하여 제조할 수 있다. 본 실시형태에서의 하우징(310)은 전면에 캐비티가 형성되어 상기 캐비티가 LED 칩 실장을 위한 장소로 사용될 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 캐비티 내에 장착되는 리드프레임의 형태에 맞게 하부방향으로 개방된 형태일 수 있다. 상기 하우징(310)은 리드 프레임을 고정시키는 역할을 할 수 있다. 일반적으로 상기 하우징은 백색계열의 수지를 사용하나, 사용 용도에 따라 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC : Epoxy Moding Compound)를 이용한 투명재질의 수지를 사용할 수도 있다.
상기 리드 프레임(320, 330)은 제1 리드프레임(320) 및 제2 리드프레임(330)으로 구분될 수 있다. 상기 제1 리드 프레임(320) 및 제2 리드프레임(330)은 상기 하우징에 형성된 캐비티에 일부가 노출되도록 형성될 수 있다. 상기 캐비티 내에서 노출된 제1 리드 프레임은 상기 LED 칩의 실장영역이 될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 리드 프레임(320)은 상기 LED 칩의 실장영역에 리세스(recess)가 형성된 형태일 수 있다. 즉, 실장되는 LED 칩의 높이에 해당하는 만큼의 깊이로 움푹 들어간 형태일 수 있다. LED 칩이 실장되는 리드프레임에 이러한 리세스를 형성함으로서 LED 칩으로부터 발광되는 빛을 상부 방향으로 반사시키는데 유리할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 리세스가 형성된 제1 리드프레임(320)은 리세스 부분의 하면이 하우징(310)의 하면에 노출될 수 있다. LED 칩이 실장된 리드프레임이 직접 하우징의 외부로 노출됨으로써 방열 효과를 높일 수 있다. 상기 리세스 부분의 하면은 하우징의 하면과 동일 평면으로 형성할 수도 있고, 하우징의 하면과 단차를 갖도록 형성할 수도 있다.
상기 캐비티 내에서 노출된 제2 리드 프레임(330)은 상기 LED 칩과 전기적으로 연결하기 위한 영역이 될 수 있다. 상기 제1 리드프레임(320) 및 제2 리드프레임(330)은 각각 단자가 상기 하우징(310)의 외부로 연장되어 상기 발광소자(300)를 기판상에 전기적으로 연결할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 리드프레임과 제2 리드프레임의 외부 단자는 하우징에서 돌출된 형태로 도시하였으나, 상기 하우징의 하면을 따라 연장된 형태일 수도 있다. 상기 리드 프레임(320, 330)은 반사율이 좋은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 알루미늄 합금을 이용할 수 있다.
상기 LED 칩(340)은, 제1 리드 프레임(320)에 실장될 수 있다. 본 실시형태에서는 제1 리드 프레임(320)의 리세스 영역에 실장될 수 있다. 본 실시형태에서 LED 칩(340)은 수직형 LED 칩일 수 있다. 즉, 상기 LED 칩의 양면에 각각 p전극 및 n전극이 형성될 수 있다. 본 실시형태에서의 LED 칩(340)은, 제1 리드 프레임과 직접 접하는 일면이 상기 제1 리드 프레임과 전기적으로도 연결되며, 상기 제2 리드 프레임과는 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 커버층(350)은, LED 칩(340)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 LED 칩(340)이 실장된 제1 리드프레임(320)의 리세스 영역에 제1 커버층(350)이 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 커버층(350)은 반사 물질이 포함된 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다. 상기 반사 물질은 고반사율을 갖는 물질일 수 있다. 또한, 고내열 특성을 갖는 반사물질이 사용될 수 있다. 상기 반사 물질의 일예로는 Al2O3, SiO2, MgO, TiO2, CaCO3, MgCO3, BaSO4, CaSO4 등 고반사율 특성을 가지면서 고내열 특성을 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 제1 커버층(350)에 포함된 반사물질은 LED 칩(340)에서 출광된 광이 상기 LED 패키지의 몰딩영역(360)에서 반사되어 다시 LED 칩의 측면으로 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 커버층(350)이 없이 LED 칩(340)을 직접 제2 커버층(360)으로 덮은 경우에는, 상기 LED 칩에서 출광된 광이 상기 제2 커버층(360)에 포함된 형광체 입자에 의해서 반사될 수 있다. 이렇게 되면, 상기 반사된 광 중 일부가 상기 LED 칩의 측면으로 향하여 흡수될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 LED 칩이 수직형 칩인 경우 칩 하부에 위치하는 반사판의 측면에서 상기 광흡수가 일어날 수 있다. 본 실시형태에서는 이처럼 LED 패키지의 내부에서 LED 칩(340) 측면으로 광이 재흡수되는 것을 줄이기 위해서 LED 칩(340) 측면에 제1 커버층(350)을 형성하였다. 상기 제1 커버층(350)은 반사물질을 포함하고 있어 상기 LED 패키지 내부에서 다시 LED 칩 쪽으로 향하는 광을 반사시켜 LED 패키지 외부로 향하도록 할 수 있다. 따라서, LED 패키지 전체의 광출력을 높일 수 있다.
본 실시형태에서 상기 제1 커버층(350)은 상기 LED 칩(340)의 측면높이와 동일한 높이로 균일하게 형성된 것으로 도시하였으나 상기 제1 커버층(350)의 형태는 상기 LED 칩(340)의 측면을 덮는 한 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 커버층은 LED 칩의 측면으로부터 상기 리세스 영역의 측벽까지 일정한 기울기를 갖도록 형성할 수도 있다.
상기 제2 커버층(360)은, 상기 LED 칩(340) 및 제1 커버층(350)을 덮도록 상기 하우징(310)의 캐비티에 채워질 수 있다. 상기 제2 커버층(360)은 형광체가 포함된 광투과성 수지일 수 있다. 상기 제2 커버층(360)은, LED 칩(340)의 상부로 출력되는 광 및 상기 제1 커버층(350)에 의해 반사된 광을 입력받아 상기 형광체에 의해 변환된 광을 출력할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 LED 칩(340)은 청색광을 발광하고, 상기 형광체는 황색계열의 형광체를 사용하여 발광소자의 출력광을 백색으로 할 수 있다. 상기 형광체는 야그(YAG), 실리케이트(Silicate), 나이트라이드(nitride) 계열 형광체 중 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
도 4는, 종래기술에 따른 LED 패키지와 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 광 시뮬레이션 결과를 비교한 비교예이다.
본 비교예에서, 종래기술에 따른 LED 패키지와 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지의 하우징(410), 제1 리드프레임(420) 및 제2 리드프레임(430)은 모두 동일한 형태로 구현하였다. 종래기술에 따른 LED 패키지에서는 제1 커버층이 형성되지 않은 반면, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 패키지에서는 제1 리드프레임 내에 형성된 리세스 영역에 제1 커버층(450)을 형성하였다. 본 비교예에 대해서 광시뮬레이션한 결과, 제1 커버층을 형성하지 않은 경우에 비해 제1 커버층을 형성한 경우 광출력이 증가한 것을 볼 수 있다. 따라서, 제1 커버층의 유무 및 그 성분에 따라 LED 패키지의 광출력을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시형태에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
210 : 하우징 220 : 제1 리드프레임
230 : 제2 리드프레임 240 : LED 칩
250 : 제1 커버층 260 : 제2 커버층
230 : 제2 리드프레임 240 : LED 칩
250 : 제1 커버층 260 : 제2 커버층
Claims (7)
- 캐비티가 형성된 하우징;
상기 하우징의 캐비티에 일부가 노출되며, 상호 이격된 제1 리드 프레임 및 제2 리드프레임;
상기 제1 리드 프레임 상에 실장된 LED 칩;
상기 LED 칩의 측면의 전체면을 덮는 제1 커버층;
상기 LED 칩 및 제1 커버층을 덮는 제2 커버층;
을 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 리드 프레임은,
상기 LED 칩이 실장되는 리세스(recess)부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 리드 프레임은,
리세스부 하면이 상기 하우징의 하부에 노출되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 커버층은,
상기 리세스부에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 커버층은,
반사 물질이 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 커버층은,
형광체가 포함된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 LED 칩은 수직형 칩인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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