KR102051616B1 - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드 패키지가 개시된다. 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 연색성이 우수하면서 조사각을 넓게 조절할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드 패키지는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 서로 이격되게 설치된 복수의 발광 다이오드 칩, 상기 베이스 기판에서 소정의 높이로 돌출되어 형성되고, 상기 발광 다이오드 칩과 이격되면서 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 댐부, 상기 발광 다이오드 칩을 덮고 형광체를 포함하는 제1 수지부 및 상기 제1 수지부 상에 위치하고, 상부면은 볼록하고, 테두리 부분은 상기 댐부와 결합되는 제2 수지부를 포함하고, 상기 제2 수지부의 테두리 부분의 상부면의 접선과 상기 제2 수지부 내측 방향의 베이스 기판 사이의 각도가 100°를 초과한다.

Description

발광 다이오드 패키지{Light emitting diode package}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 연색성이 우수하고 조사각을 넓게 조절할 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드는 P-N접합 반도체의 특성을 이용한 발광소자로서, 종래의 형광등, 백열전구 등에 비해서 전력소비가 낮고, 수명이 길며, 수명이 길다는 장점이 있다. 과거에는 비싼 가격으로 인해 널리 사용되는데 한계가 있었지만 최근에는 가격이 상당히 하락하였고, 친환경적이라는 이유 등으로 인해 형광등, 백열전구 등을 빠르게 대체하고 있다.
발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 패키지를 수지재가 봉지하는 형태가 주로 적용된다. 수지재는 발광 다이오드 패키지를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 기능을 할 뿐만 아니라 빛을 굴절시켜 발광 다이오드 패키지의 조사각을 조절하는 역할을 수행한다. 이를 위해 수지재는 보통 기판 상에서 반구형으로 형성된다. 이러한 형태는 대한민국 등록특허공보 제10-1253079호(2013년 4월 4일 등록)에 개시되어 있다.
그러나 수지재가 기판에서 반구형을 형성하지 못하고 퍼져버리는 현상으로 인해 원하는 형태의 수지재를 형성하는 것이 어려웠다. 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 기판에 홈을 형성하여 홈 내부에 발광 다이오드 칩을 실장하고, 수지재를 충진하는 것이 제안되었다. 이러한 형태는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0067541호(2012년 6월 26일 공개)에 개시되어 있다.
그러나 이러한 구조의 경우 기판에 홈을 형성하는 가공 과정이 추가되어야 하고, 발광 다이오드 패키지의 소형화가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1253079호(2013년 4월 4일 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0067541호(2012년 6월 26일 공개)
본 발명이 해결하려는 과제는, 발광 다이오드 칩을 봉지하는 수지재의 형상을 반구 형태로 형성할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 연색성이 우수하면서 조사각을 넓게 조절할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 발광 다이오드 패키지는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 서로 이격되게 설치된 복수의 발광 다이오드 칩, 상기 베이스 기판에서 소정의 높이로 돌출되어 형성되고, 상기 발광 다이오드 칩과 이격되면서 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 댐부, 상기 발광 다이오드 칩을 덮고 형광체를 포함하는 제1 수지부 및 상기 제1 수지부 상에 위치하고, 상부면은 볼록하고, 테두리 부분은 상기 댐부와 결합되는 제2 수지부를 포함하고, 상기 제2 수지부의 테두리 부분의 상부면의 접선과 상기 제2 수지부 내측 방향의 베이스 기판 사이의 각도가 100°를 초과한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 440nm 내지 465nm의 범위에서 피크 파장을 가지는 빛을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 수지부는 515nm 내지 545nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제1 형광체, 500nm 내지 530nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제2 형광체 및 620nm 내지 660nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제3 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 댐부의 표면에는 소수성 코팅이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 수지부의 상기 베이스 기판으로부터의 높이는 상기 댐부의 상기 베이스 기판으로부터의 높이보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 수지부의 상부면은 평평하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 수지부는 상기 발광 다이오드 칩이 방출하는 빛의 파장 대역 및 상기 형광체가 발광하는 파장 대역에 대해 투광성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 수지부는 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩을 봉지하는 수지재의 형상을 반구 형태로 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 연색성이 우수하면서 조사각을 넓게 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 베이스 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 댐부(300), 제1 수지부(400) 및 제2 수지부(500)를 포함한다.
베이스 기판(100)은 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 바닥면을 형성하는 것으로, 상부에 후술할 발광 다이오드 칩(200), 댐부(300), 제1 수지부(400) 및 제2 수지부(500)가 위치하게 된다. 베이스 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)로 형성될 수 있다. 베이스 기판(100)은 상면과 하면에 각각 전기적인 신호의 입출력이 가능한 단자(110, 120)를 포함한다. 구체적으로, 베이스 기판(100)의 상면 단자(110)는 발광 다이오드 칩(200)과 전기적으로 연결되어, 발광 다이오드 칩(200)에 전원 또는 전기적 신호를 제공할 수 있다. 또한, 베이스 기판(100)의 하면 단자(120)는 상기 상면 단자(110)와 전기적으로 연결된 것이며, 외부에서 전원 또는 전기적 신호를 제공 받는데 사용될 수 있다.
발광 다이오드 칩(200)은 베이스 기판(100)의 상면 상에 설치된다. 발광 다이오드 칩(200)은 베이스 기판(100)의 상면에 형성된 단자(110)와 전기적으로 연결되어 전원 또는 전기적 신호 등을 제공받을 수 있다. 발광 다이오드 칩(200)과 베이스 기판(100)은 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 와이어 본딩 방식, 리드 프레임 결합 방식 및 표면 실장 방식(SMT) 등이 사용될 수 있으며, 본 발명은 특정한 결합 형태에 한정되는 것은 아니다.
발광 다이오드 칩(LED; Light Emitting Diode)(200)은 전원을 공급받아 빛을 방출하는 발광 소자이다. 구체적으로, 발광 다이오드 칩(200)은 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로, PN접합 구조로 형성된다. 발광 다이오드 칩(200)은 BN, SiC, ZnSe, GaN, InGaN, InAlGaN, AlGaN, BAlGaN, BInAlGaN 등으로 이루어질 수 있으며, Si 또는 Zn 등으로 도핑할 수 있다. 본 실시예에서는 발광 다이오드(LED)를 예로 들었으나, 이 외에도 전원을 공급받아 빛을 방출하는 발광 소자라면 어느 것이나 이용 가능하다.
발광 다이오드 칩(200)은 소재 등의 종류에 따라 미리 정해진 파장 대역의 빛을 방출한다. 구체적으로, 본 발명의 발광 다이오드 칩(200)은 블루(blue) 계열에서 피크 파장을 가지는 빛을 방출한다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 발광 다이오드 칩(200)은 440nm 내지 465nm의 범위에서 피크 파장을 가지는 빛을 방출한다.
본 발명의 발광 다이오드 칩(200)은 복수 개가 베이스 기판(100) 상에 서로 이격되어 설치될 수 있다. 첨부한 도면은 발광 다이오드 칩(200)이 가로, 세로 4개씩 총 16개가 설치된 것이 도시되어 있지만, 발광 다이오드 칩(200)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
댐부(300)는 베이스 기판(100)에서 발광 다이오드 칩(200)을 둘러싸는 위치에 소정의 높이로 돌출되어 형성되는 구조물이다. 댐부(300)는 발광 다이오드 칩(200)을 둘러싸지만, 발광 다이오드 칩(200)과는 이격되어 위치할 수 있다. 댐부(300)는 폐곡선을 이루는 형태로 형성되어, 내부에 복수의 발광 다이오드 칩(200)이 위치하게 할 수 있다. 댐부(300)는 대략 원형으로 형성될 수 있다.
댐부(300)는 발광 다이오드 칩(200)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 댐부(300)는 후술할 제1 수지부(400)의 높이보다도 높게 형성될 수 있다.
제1 수지부(400)는 발광 다이오드 칩(200)을 덮도록 형성된다. 제1 수지부(400)는 형광체를 포함한다. 구체적으로, 제1 수지부(400)는 실리콘계 수지 또는 에폭시계 수지 등의 수지재에 적어도 하나의 종류의 형광체 분말 등이 혼합된 것이 수 있다.
제1 수지부(400)는 베이스 기판(100) 상에서 발광 다이오드 칩(200)을 직접 덮도록 도포된다. 제1 수지부(400)는 상술한 댐부(300)의 내부에 한정되어 도포될 수 있다. 제1 수지부(400)의 상면을 평평하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 수지부(400)의 상부면은 베이스 기판(100)의 상면과 평행하도록 형성될 수 있다. 제1 수지부(400)는 소정의 높이로 발광 다이오드 칩(200)을 덮도록 도포되되, 댐부(300)의 높이보다는 작은 두께로 도포되는 것이 바람직하다. 따라서 댐부(300)의 상면은 제1 수지부(400)에 의해 덮이지 않게 된다.
제1 수지부(400)는 2종류 및 3종류의 형광체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 수지부(400)는 적어도 제1 형광체(410), 제2 형광체(420) 및 제3 형광체(430)를 포함할 수 있다. 제1 형광체(410)는 515nm 내지 545nm의 범위에서 발광 파장을 가질 수 있다. 제2 형광체(420)는 500nm 내지 530nm의 범위에서 발광 파장을 가질 수 있다. 제3 형광체(430)는 620nm 내지 660nm의 범위에서 발광 파장을 가질 수 있다. 이러한 형광체는 모두 상술한 발광 다이오드 칩(200)이 방출하는 빛을 흡수 파장으로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상술한 형광체들은 적어도 440nm 내지 465nm의 범위의 파장 대역을 흡수 파장으로 포함한다.
이러한 발광 다이오드 칩(200)과 형광체의 조합에 의해서 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 우수한 연색성을 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 R9 대역이 풍부한 빛을 방출할 수 있다.
제2 수지부(500)는 제1 수지부(400) 상에 위치한다. 구체적으로, 제2 수지부(500)는 하부면이 제1 수지부(400)의 상부면과 맞닿도록 형성될 수 있다. 제2 수지부(500)의 상부면은 볼록한 형태로 형성된다. 따라서 제2 수지부(500)는 대략적으로 반구형 형태로 형성될 수 있다.
제2 수지부(500)는 본 발명의 발광 다이오드 패키지에서 렌즈 기능을 수행한다. 구체적으로, 제2 수지부(500)는 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 빛이 굴절되어 외부로 조사되도록 한다. 이를 위해, 제2 수지부(500)는 방출되는 빛에 대해서 투광성이 우수해야 하고, 적절한 형태로 형성되어야 한다.
제2 수지부(500)는 발광 다이오드 칩(200)이 방출하는 빛의 파장 대역 및 형광체가 발광하는 파장 대역에 대해 투광성인 재질로 형성된다. 예를 들어, 제2 수지부(500)는 실리콘계 수지 또는 에폭시계 수지 등으로 형성될 수 있다.
그리고 제2 수지부(500)의 상부면은 볼록한 형태로 형성된다. 더 넓은 범위에 빛을 조사하기 위해서 제2 수지부(500)의 상부면은 최대한 볼록하게 형성되는 것이 필요하다. 제2 수지부(500)의 상부면의 형태는 자체의 점성의 및 제2 수지부(500)와 베이스 기판(100) 또는 댐부(300)의 관계에 의해서 결정된다. 제2 수지부(500)의 상부면의 형태에 대해서는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 일 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 수지부(500)는 대략 물방울 형상(droplet)으로 형성되되, 테두리 부분이 댐부(300)의 상면에 걸치게 형성된다. 제2 수지부(500)는 베이스 기판(100)의 상면과 평행한 측방향으로 끝단이 댐부(300)를 초과하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 수지부(500)의 테두리의 하단부는 댐부(300)의 상면에 걸치지만, 측방향의 끝단은 댐부(300)보다 발광 다이오드 패키지의 외부 방향으로 초과하여 위치하는 것을 의미한다.
댐부(300)는 그 표면이 소수성(hydrophobic)이 되도록 형성될 수 있다. 이를 위해서 댐부(300)의 재질 자체를 소수성 재질로 형성하는 것도 가능하며, 댐부(300)의 표면에 소수성 코팅(310)을 형성하는 것도 가능하다. 댐부(300)의 소수성은 특히 후술할 제2 수지부(500)와의 사이에서 소수성인 것이 바람직하다. 이에 따라 제2 수지부(500)는 댐부(300)와 맞닿는 부분에서 큰 접촉각(θ)을 가지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제2 수지부(500)의 접촉각(θ)은 90°를 초과하도록 형성되고, 더욱 바람직하게는 100°를 초과하도록 형성된다. 여기서, 제2 수지부(500)의 접촉각(θ)이란 제2 수지부(500)의 테두리 부분의 상부면의 접선과 제2 수지부(500) 내측 방향의 베이스 기판(100) 사이의 각도를 의미한다.
제2 수지부(500)의 접촉각(θ)이 100°를 초과하도록 형성하기 위해서는, 제2 수지부(500) 자체가 점성이 있는 재질이어야 한다. 또한, 제2 수지부(500)와 댐부(300)의 표면이 소수성이어야 한다. 또한, 제2 수지부(500)를 도포하는 과정에서 접촉각(θ)이 크게 될 수 있도록 천천히 수지재가 도포되는 것이 도움이 될 수 있다.
제2 수지부(500)는 통상적으로 디스펜서(dispenser)를 사용하여 도포될 수 있다. 제2 수지부(500)를 형성하는 과정에서, 제2 수지부(500)의 접촉각(θ)이 한계에 가까워질 경우에 디스펜서의 토출량을 작게 설정하여 접촉각(θ)을 극대화할 수 있다.
이상, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 베이스 기판 200: 발광 다이오드 칩
300: 댐부 400: 제1 수지부
410: 제1 형광체 420: 제2 형광체
430: 제3 형광체 500: 제2 수지부
θ: 접촉각

Claims (8)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 서로 이격되게 설치된 복수의 발광 다이오드 칩;
    상기 베이스 기판에서 소정의 높이로 돌출되어 형성되고, 상기 발광 다이오드 칩과 이격되면서 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 댐부;
    상기 발광 다이오드 칩을 덮고 형광체를 포함하는 제1 수지부; 및
    상기 제1 수지부 상에 위치하고, 상부면은 볼록하고, 테두리 부분은 상기 댐부와 결합되는 제2 수지부를 포함하고,
    상기 댐부의 높이는 상기 제1 수지부의 높이보다 더 높게 형성되고,
    상기 제1 수지부는 상기 댐부의 내부에 한정되어 도포되며,
    상기 제1 수지부의 상부면은 상기 베이스 기판의 상면과 평행하도록 평평하게 형성되고,
    상기 댐부 및 제2 수지부의 표면은 소수성이고, 그리고 상기 제2 수지부는 점성이 있는 재질로 형성되며,
    상기 제2 수지부의 테두리 부분의 상부면의 접선과 상기 제2 수지부 내측 방향의 베이스 기판 사이의 각도가 100°를 초과하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 440nm 내지 465nm의 범위에서 피크 파장을 가지는 빛을 방출하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수지부는 515nm 내지 545nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제1 형광체, 500nm 내지 530nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제2 형광체 및 620nm 내지 660nm의 범위에서 발광 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 댐부의 표면에는 소수성 코팅이 형성된 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수지부의 상기 베이스 기판으로부터의 높이는 상기 댐부의 상기 베이스 기판으로부터의 높이보다 작은 발광 다이오드 패키지.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 수지부는 상기 발광 다이오드 칩이 방출하는 빛의 파장 대역 및 상기 형광체가 발광하는 파장 대역에 대해 투광성인 발광 다이오드 패키지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 수지부는 실리콘 재질로 형성되는 발광 다이오드 패키지.
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