KR20070094247A - 반사기를 구비하는 측면 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

반사기를 구비하는 측면 발광 다이오드 패키지 Download PDF

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Abstract

반사기를 구비한 측면 발광 다이오드 패키지가 개시된다. 이 측면 발광 다이오드 패키지는 서로 이격된 제1 리드단자 및 제2 리드단자를 포함한다. 패키지 본체가 제1 및 제2 리드단자들을 지지한다. 이 패키지 본체는 발광 다이오드 칩 실장 영역과 제1 및 제2 리드단자들을 노출시키는 기다란 형상의 개구부를 갖는다. 반사기들이 발광 다이오드 칩 실장 영역과 개구부의 장축 방향의 측벽들 사이에 각각 위치한다. 반사기들은 개구부 측벽들보다 낮은 높이를 갖는다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩에서 방출된 광을 반사기를 이용하여 반사시킴으로써 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
발광 다이오드, 측면 발광 다이오드, 가시각, 발광 효율, 반사기

Description

반사기를 구비하는 측면 발광 다이오드 패키지{SIDE-VIEW LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE HAVING A REFLECTOR}
도 1은 종래기술에 따른 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위해 간략화된 평면도 및 사시도이다.
도 7은 본 발명의 반사기의 다양한 형상을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 8(a) 내지 (d)는 본 발명의 반사기의 사용에 따른 광의 공간분포를 설명하기 위한 그래프들이다.
본 발명은 측면(side-view) 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패키지 내부에 반사기를 구비하여 광효율을 극대화할 수 있는 측면 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드 칩을 이용하는 광원 시스템은 사용하고자 하는 용도에 따라 여러 형태의 패키지에 발광 다이오드(LED) 칩을 실장하여 형성한다. 측면 발광 다이오드 패키지는 도광판의 측면에 배치되어, 도광판에 평행하게 빛을 제공하기 때문에 디스플레이용 백라이트 조명에 주로 사용된다.
도 1 및 도 2는 종래의 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도 및 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 측면 발광 다이오드 패키지는 한 쌍의 리드 단자 즉, 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 포함한다. 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 패키지 본체(15)에 의해 지지된다. 패키지 본체(15)는 리드단자들을 삽입몰딩하여 형성될 수 있다.
설명의 편의상, 패키지 본체(15)는 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)의 위치를 기준으로 상부 패키지 본체(15a)와 하부 패키지 본체(15b)로 구분될 수 있다.
상부 패키지 본체(15a)는 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 노출시키는 개구부(16)를 갖는다. 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 개구부(16)의 바닥, 즉 하부 패키지 본체(15b) 상에 위치하며, 개구부 내에서 서로 이격되어 있다. 또한, 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 외부 전원에 전기적으로 연결되기 위해 각각 패키지 본체(15)의 외부로 돌출되어 있다. 외부로 돌출된 리드단자들(11, 13)은 다양한 형 상을 가질 수 있으며, 다양한 형상으로 절곡될 수 있다. 도 1 및 도 2는 표면 실장을 위해 패키지 본체(15)의 하부면에서 측면으로 절곡된 리드단자들(11, 13)을 도시하고 있다.
개구부(16) 내의 제1 리드단자(11) 상에 발광 다이오드 칩(17)이 실장되어 전기적으로 연결되며, 본딩와이어에 의해 제2 리드단자(13)에 전기적으로 연결된다. 개구부(16)는 투광성 수지로 채워질 수 있으며, 투광성 수지 내에 형광체들이 함유될 수 있다.
종래의 측면발광 다이오드 패키지는 기다란 형상의 개구부(16)를 마련하고, 측벽들, 특히 장축방향의 측벽들(15w)을 경사지게 형성하여 장축 방향의 가시각을 넓힌다. 이에 따라, 디스플레이용의 백라이트에 적합한 측면발광 다이오드 패키지가 제공되며, 발광 다이오드 칩 및 형광체의 적절한 선택에 의해 백색광을 방출하는 측면 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
그러나, 종래기술에 따른 측면 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩에서 방출된 광이 패키지 본체 내부에서 흡수, 산란 등에 의하여 발광 광도가 낮아지며 광효율이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 측면발광 다이오드 패키지의 발광효율을 향상시키기 위한 지속적인 노력이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광효율을 향상시킬 수 있는 측면 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 반사기를 구비한 측면 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 이 측면 발광 다이오드 패키지는 서로 이격된 제1 리드단자 및 제2 리드단자를 포함한다. 패키지 본체가 상기 제1 및 제2 리드단자들을 지지한다. 상기 패키지 본체는 발광 다이오드 칩 실장 영역과 상기 제1 및 제2 리드단자들을 노출시키는 기다란 형상의 개구부를 갖는다. 반사기들이 상기 발광 다이오드 칩 실장 영역과 상기 개구부의 장축 방향의 측벽들 사이에 각각 위치한다. 상기 반사기들은 상기 개구부 측벽들보다 낮은 높이를 갖는다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩에서 방출된 광을 반사기를 이용하여 반사시킴으로써 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 반사기들의 높이 및 경사각을 조절하여 가시각을 조절할 수 있다.
상기 반사기들은 상기 패키지 본체와 일체로 통합될 수 있다. 따라서, 상기 패키지 본체 및 반사기들을 몰딩기술을 사용하여 쉽게 형성할 수 있다.
상기 반사기들의 단면들은 원테, 타원테 또는 사각테의 적어도 일부를 이룰 수 있다. 이러한 형상은 방출되는 광을 대칭적으로 방출되도록 한다.
한편, 상기 발광 다이오드 칩 실장 영역에 발광 다이오드 칩이 실장되며, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩은 상기 제1 리드단자 상에 실장될 수 있으며, 본딩와이어가 상기 발광 다이오드 칩과 상기 제2 리드단자를 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 개구부는 투광성 수지로 채워질 수 있으며, 상기 투광성 수지는 형광체들을 함유할 수 있다.
상기 패키지 본체의 측벽들 및 상기 반사기들의 내벽면들은 산란 반사면을 가질 수 있다. 산란 반사면은 일반적인 거울 반사면에 비해 발광 효율을 향상시킨다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기들(21a, 21b)을 구비하는 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다. 여기서, 지시번호(H)는 측면 발광 다이오드 패키지를 실장했을때의 높이를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 측면 발광 다이오드 패키지는 한 쌍의 리드 단자 즉, 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 포함한다. 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 패키지 본체(15)에 의해 지지된다. 패키지 본체(15)는 리드단자들을 삽입몰딩하여 형성될 수 있다. 또한, 패키지 본체(15)는 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)의 위치를 기준으로 상부 패키지 본체(15a)와 하부 패키지 본체(15b)로 구분될 수 있다.
상부 패키지 본체(15a)는 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 노출시키는 개구부(16)를 가지며, 개구부(16)에 의해 발광 다이오드 칩 실장 영역이 노출된다. 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 개구부(16)의 바닥, 즉 하부 패키지 본체(15b) 상에 위치하며, 개구부(16) 내에서 서로 이격되어 있다. 또한, 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 외부 전원에 전기적으로 연결되기 위해 각각 패키지 본체(15)의 외부로 돌출되어 있다. 외부로 돌출된 리드단자들(11, 13)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 다양한 형상으로 절곡될 수 있다. 여기서는 표면 실장을 위해 패키지 본체(15)의 하부면에서 측면으로 절곡된 리드단자들(11, 13)을 도시하고 있다. 상기 리드단자들(11, 13)을 다양하게 절곡할 수 있으므로, 측면발광 다이오드 패키지 이외에 다른 발광 다이오드 패키지, 예컨대 탑형 발광 다이오드 패키지에도 적용할 수 있다.
개구부(16) 내의 발광 다이오드 칩 실장 영역에 발광 다이오드 칩(17)이 실장되어 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)에 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드 칩(17)은, 도시한 바와 같이, 제1 리드단자(11) 상에 실장될 수 있으며, 본딩와이어(19)에 의해 제2 리드단자(13)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 발광 다이오드 칩(17)은 하부 패키지 본체(15b) 상에 실장되고, 본딩와이어들에 의해 제1 및 제2 리드단자들에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 패키지는 반사기들(21a, 21b)을 구비한다. 이 반사기들(21a, 21b)은 각각 발광 다이오드 칩 실장 영역과 개구부(16)의 장축 방향의 측벽들(15w) 사이에 위치한다. 반사기들(21a, 21b)은 발광 다이오드 칩(17)에서 방출된 광을 반사시키도록 경사진 반사면을 가지며, 개구부(16)의 측벽들 예컨대 장축 방향의 측벽들(15w)보다 낮은 높이를 갖는다.
반사기들(21a, 21b)은 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 삽입몰딩하여 패키 지 본체(15)를 형성하는 동안 함께 형성될 수 있다. 따라서, 반사기들(21a, 21b)은 패키지 본체(15)와 동일한 플라스틱, 예컨대 폴리프탈아미드(Polyphthalamide; PPA)로 형성될 수 있다.
상기 본딩와이어(19)는 반사기(21a) 상부를 가로질러 제2 리드단자(13)와 발광 다이오드 칩(17)을 연결할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위해 상부 패키지 본체(15a)를 간략화한 평면도이고, 도 6은 도 5의 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반사기들(21a, 21b)은 발광 다이오드 칩 실장 영역과 장축 방향의 측벽들(15w) 사이에 위치하여 발광 다이오드 칩 실장 영역을 둘러싼다. 즉, 발광 다이오드 칩 실장 영역은 반사기들(21a, 21b)과 단축방향의 측벽들에 의해 둘러싸인다.
반사기들(21a, 21b)은 패키지 본체(15)와 일체로 통합되어 형성될 수 있다. 반사기들(21a, 21b)은 서로 이격되어 패키지 본체(15)에 연결될 수 있으며, 도시한 바와 같이, 반사기들(21a21b)의 하부부분이 서로 연결되고, 상부부분은 상부 패키지 본체(15a)에 연결될 수도 있다.
도 7 (a) 내지 (c)는 반사기들(21a, 21b)의 형상을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 7을 참조하면, 반사기들(21a, 21b)의 단면은 원형(a), 타원형(b) 또는 사각형(c)의 테두리의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 예컨대, 반사기들(21a, 21b)이 서로 연결되어 발광 다이오드 칩 실장 영역을 둘러싸는 폐곡면을 형성하는 경우, 반사기들(21a, 21b)의 단면은 원테, 타원테 또는 사각테를 형성하며, 반사기들(21a, 21b)이 서로 이격되어 상부 패키지 본체(15a)에 연결된 경우, 반사기들(21a, 21b)의 단면은 원테, 타원테 또는 사각테의 양측 부분들을 구성한다.
다시 도 4를 참조하면, 개구부(16)는 투광성 수지(23), 예컨대 에폭시 또는 실리콘 수지로 채워질 수 있다. 투광성 수지(23)는 발광 다이오드 칩(17)에서 방출된 광을 파장변환시키는 형광체가 함유될 수 있다. 발광 다이오드 칩(17)에서 방출된 광, 예컨대 청색광을 황색광으로 변환시키는 형광체가 투광성 수지(23) 내에 함유될 수 있으며, 이에 따라 백색광을 방출하는 측면발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 발광 다이오드 칩 실장영역과 개구부(16)의 장축방향 측벽들(15w) 사이에 반사기들(21a, 21b)을 배치하여 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반사기들(21a, 21b)의 높이를 장축방향 측벽들(15w)보다 낮은 높이를 갖도록 함으로써 가시각을 좁히지 않으면서 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 종래기술의 측면발광 다이오드 패키지와 본 발명의 실시예들에 따른 측면발광 다이오드 패키지의 발광 성능을 비교하기 위해 시뮬레이션을 한 결과를 설명한다. 여기서, 종래기술의 측면발광 다이오드 패키지는 서울반도체 주식회사로부터 입수가능한 두 종류의 측면발광 다이오드 패키지(모델명: SWTS907가 SWTS905)를 사용하였다. SWTS907(0.6T) 및 SWTS905(0.8T)는 높이(H)가 각각 0.6mm 및 0.8mm이고, 상부 패키지 본체(15a)의 측벽의 높이는 각각 0.65mm 및 0.75mm이다. 한편, 본 발명의 실시예들에 따른 측면 발광 다이오드 패키지는 상기 각 패키지들에 반사 기들이 형성된 것으로 가정하였으며, 이때 반사기들의 높이는 0.25mm이고, 하부 내경이 0.22mm, 상부 내경이 0.4mm인 것으로 가정하였다.
또한, 발광 다이오드 칩은 크리사(Cree, Inc.)로부터 입수가능한 두 종류의 발광 다이오드 칩들(모델명: XT-24, XB-24)을 사용하였다. XB-24는 SiC 기판 상에 발광소자가 형성된 발광 다이오드 칩이고, XT-24는 SiC 기판 상에 발광소자를 형성한 후, SiC 기판을 분리하여 제거한 발광 다이오드 칩이다. 한편, 측면발광 다이오드 패키지의 개구부(16)은 에폭시 수지로 채워진 것으로 가정하였다.
한편, 시뮬레이션을 위해, 에폭시 수지의 굴절률(nepoxy)은 1.5, 대기의 굴절률(nair)은 1.0, SiC의 굴절률(nSiC)은 2.55, GaN의 굴절률(nGaN)은 2.5로 가정하였으며, 50만 광선의 진행 경로를 추적하여 데이터를 얻었다. 한편, 패키지 본체 및 반사기들은 PPA로 형성되고, 발광 다이오드 패키지의 노출된 각 면들 및 반사기들의 내부 및 외부 벽면들은 거울 반사면 또는 산란 반사면을 형성하는 것으로 가정하여 발광 다이오드 패키지에서 방출된 총 광속 및 발광 휘도를 시뮬레이션하여 데이터를 얻었다.
표 1은 시뮬레이션에 사용된 각종 조합을 정리한 것이다.
(비교예 또는 실시예) 패키지 발광 다이오드 칩 반사면
예1 0.6T XT-24 거울면
예2 0.6T XT-24 산란면
예3 0.6T XB-24 거울면
예4 0.6T XB-24 산란면
예5 0.8T XT-24 거울면
예6 0.8T XT-24 산란면
예7 0.8T XB-24 거울면
예8 0.8T XB-24 산란면
표1을 참조하면, 각 실시예들은 각 비교예들과 동일한 패키지, 발광 다이오드 칩 및 반사면의 조합을 가지며, 반사기들을 더 구비한다. 상기 반사기들은 패키지와 동일한 반사면을 갖는다.
상기 조합에 의한 비교예 및 실시예의 총광속, 발광 휘도 및 가시각에 대한 시뮬레이션 결과를 표2에 요약하였다. 여기서, 총광속은 구형면에서 집광하여 광속을 측정하는 것으로 시뮬레이션 하였으며, 발광 휘도는 휘도 측정기인 LED430 어댑터를 사용하여 측정하는 것으로 시뮬레이션 하였다. 한편 가시각은 전체 가시각의 1/2로 표시하였다.
총광속(lm) 발광 휘도(mcd) 가시각(2θ1/2°)
비교예 실시예 증가율(%) 비교예 실시예 증가율(%) 비교예 실시예
예1 3.326 4.147 24.7 16.2 18.6 15.2 68 70
예2 4.663 4.709 1 15.2 17.9 17.7 105 95
예3 3.294 3.739 11.3 7.9 9.4 18.9 95 95
예4 4.268 4.326 1.3 9.7 11.3 16.5 120 110
예5 4.178 4.608 10.3 14.9 21.5 44.3 100 80
예6 4.792 4.758 -0.7 16.2 18.2 12.3 100 92
예7 3.845 4.131 7.4 8.3 11.1 33.7 100 100
예8 4.373 4.405 0.7 11.4 13.7 20.2 115 110
표 2를 참조하면, 거의 모든 실시예들에서 비교예들에 비해 총광속이 증가하였으며, 발광 휘도는 비교예들에 비해 상대적으로 더 크게, 적어도 15% 증가하였다. 다만, 가시각은 실시예들에서 대체로 감소하는 것으로 나타났으나, 발광 휘도의 증가율에 비해 상대적으로 가시각의 감소가 작게 나타났다.
도 8은 상기 조합에 의한 비교예들 및 실시예들의 광분포를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 8 (a) 내지 (d)를 참조하면, 동일한 예들에 있어서 실시예들이 비교예들에 비해 광의 공간분포가 상대적으로 좁지 않고, 대체로 넓었으며, 대부분의 시야각에서 발광 휘도가 상대적으로 컸다.
결론적으로, 반사기들을 설치함으로써 가시각이 좁아지는 것에 비해 상대적으로 발광 휘도를 더욱 증가시킬 수 있으며, 거울 반사면의 패키지에 있어서는 총광속 또한 상당히 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 측면발광 다이오드 패키지에 반사기를 추가함으로써 패키지 외부로 방출되는 광의 발광효율을 향상시킬 수 있는 측면 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 발광 다이오드 칩에서 방출된 광을 측면으로 방출하기 위한 측면 발광 다이오드 패키지에 있어서,
    서로 이격된 제1 리드단자 및 제2 리드단자;
    상기 제1 및 제2 리드단자들을 지지하되, 발광 다이오드 칩 실장 영역과 상기 제1 및 제2 리드단자들을 노출시키는 기다란 형상의 개구부를 갖는 패키지 본체;
    상기 발광 다이오드 칩 실장 영역과 상기 개구부의 장축 방향의 측벽들 사이에 각각 위치하는 반사기들을 포함하되, 상기 반사기들은 상기 개구부 측벽들보다 낮은 높이를 갖는 측면 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사기들은 상기 패키지 본체와 일체로 통합된 측면 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사기들의 단면들은 원테, 타원테 또는 사각테의 적어도 일부를 이루는 측면 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩 실장영역에 실장된 발광 다이오드 칩을 더 포함하되,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된 측면 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 제1 리드단자 상에 실장된 측면 발광 다이오드 패키지.
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