KR20070104145A - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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KR20070104145A
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Abstract

개선된 효율과 휘도를 갖는 LED 패키지를 제공한다. 본 발명에 따른 LED 패키지는, LED 칩을 실장하기 위한 마운트부를 갖는 패키지 본체와; 상기 마운트부 상에 실장된 복수의 LED 칩들을 포함하되, 상기 마운트부의 상면은 비평면이고, 상기 마운트부는 위로 볼록한 단면 구조를 가지며, 적어도 2개의 서로 이웃한 LED 칩 사이에서는 칩 측면이 서로 다른 방향을 향한다.
LED, 패키지, 휘도

Description

ＬＥＤ 패키지{LED Package}
도 1은 종래의 LED 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지의 개략적인 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 100', 200, 300: LED 패키지 101, 201: 패키지 본체
110, 120: 마운트부
110a, 110b, 110c, 120a, 120b, 120c, 120d, 120e: 실장면
150a, 150b, 150c, 160a, 160b, 160c, 160d, 160e: LED 칩
170, 180: 수지 포장부 175: 형광체
R: 반사컵
본 발명은 발광 다이오드(LED) 패키지에 관한 것으로, 특히 개선된 발광 효율과 휘도를 갖는 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, LED는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 환경친화적이고 소형화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 LED는 패키지 형태로 전광판, 조명 장치, LCD 백라이트 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 통상, LED 패키지는 패키지 본체에 실장된 LED 칩과, LED 칩을 포장하는 투명한 수지 포장부(encapsulant)를 구비한다. LED 칩은 다양한 구조를 가질 수 있으며, LED 칩의 측면으로부터 방출되는 측방향의 빛이 전체 빛 중 상당부분을 차지한다.
LED 패키지에는 하나의 LED 칩만을 실장할 수도 있으나, 보다 높은 휘도를 얻거나 원하는 색을 얻기 위해 하나의 LED 패키지에 2개 이상의 LED 칩을 실장할 수도 있다. 특히, 백색광을 얻기 위해, 하나의 패키지 내에 청색, 녹색 및 적색 LED를 배치할 수도 있다. 이러한 3원색 LED 칩들을 이용한 패키지는 LCD 디스플레이의 백라이트 광원으로 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 LED 패키지를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, LED 패키지(10)는 상부에 형성된 반사컵(R)을 갖는 패키지 본체(11)와 이 본체(11) 내에 실장된 LED 칩들(15, 16)을 포함한다. LED 칩들(15, 16)은 서로 동일한 색(파장)의 LED일 수도 있고 서로 다른 파장의 LED일 수도 있다. 반사컵(R)의 바닥면(11a)은 평면으로 되어 있으며, 이 평면인 바닥부(11a) 상에 2개의 LED 칩(15, 16)이 실장되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED 칩들(15, 16)들은 동일한 평면, 즉 반사컵 바닥면(11a)에 실장되어 있기 때문에, 각 LED 칩(예컨대, 15)의 마주보는 측면에서 방출된 빛이 이웃한 상대방 LED 칩(예컨대, 16)에 의해 가로막혀 버리게 된다. 통상, LED 칩의 측면으로부터 추출되는 광량은 전체 광량에서 상당한 비율을 차지하기 때문에, 이웃한 상대방 LED 칩으로 인한 측면광의 손실은 LED 패키지(10) 전체의 휘도를 저감시킬 뿐만 아니라 패키지 전체의 발광효율을 크게 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 2개 이상의 LED 칩을 구비하는 LED 패키지에 있어서, 이웃한 LED 칩의 가로막음에 의한 측면광의 손실이 억제될 수 있는 고휘도 고효율의 LED 패키지를 제공하는 데에 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LED 패키지는, LED 칩을 실장하기 위한 마운트부를 갖는 패키지 본체와; 상기 마운트부 상에 실장된 복수의 LED 칩들을 포함하되, 상기 마운트부의 상면은 비평면이고, 상기 마운트부는 위로 볼록한 단면 구조를 가지며, 적어도 2개의 서로 이웃한 LED 칩 사이에서는 칩 측면이 서로 다른 방향을 향한다.
바람직하게는, 상기 패키지 본체는 상부에 형성된 반사컵을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 마운트부는 상기 반사컵의 바닥부 상에 배치된다.
상기 LED 칩들은 서로 다른 색의 빛을 내는 LED 칩일 수도 있고, 동일한 색의 빛을 내는 LED 칩일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 마운트부는 위로 볼록한 다각형의 단면 구조를 가진다. 이 경우, 상기 LED 칩들은 상기 마운트부의 서로 다른 실장면 상에 실장될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 마운트부는 위로 볼록한 다각형의 단면 구조를 갖되, 상기 마운트부의 상면은 서로 다른 3개의 실장면으로 이루어져 있고, 상기 LED 칩들은 상기 3개의 실장면 상에 각각 실장되어 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 마운트부는 위로 불록한 다각형의 단면 구조를 갖되, 상기 마운트부의 상면은 서로 다른 5개의 실장면으로 이루어져 있고, 상기 LED 칩들은 상기 5개의 실장면 상에 각각 실장되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 LED 패키지는 백색광을 출력하는 LED 패키지일 수 있다. 예를 들어, 백색광을 출력하기 위해, 상기 LED 칩들은 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩 및 적색 LED 칩을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 LED 칩들을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되, 상기 LED 칩들은 청색 LED 칩이고, 상기 수지 포장부에는 황색 형광체(또는, 적색 및 녹색 형광체)가 분산될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 LED 칩들을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되, 상기 LED 칩들은 자외선(UV) LED 칩이고, 상기 수지 포장부에는 적색, 녹색 및 청색 형광체가 분산될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 LED 칩 각각의 길이(L)는 칩의 폭(W)의 10배 이상이다. 이 경우, 상기 LED 칩은 가늘고 긴 형태를 갖게 되며, 특히 측면으로부터 추출되는 광량이 크게 증대된다. 이에 따라, 상기 LED 칩은 (동일 사이즈의 정방형 LED 칩에 비하여) 광추출 효율이 증대된다. 바람직하게는, 상기 길이(L)은 5mm이상이고, 상기 폭(W)은 500㎛ 이하이다. 바람직하게는, 상기 LED 칩들은 상기 마운트부 상에 서로 나란히 배치된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지의 단면도이다. 도 2를 참조하면, LED 패키지(100)는 패키지 본체(101)와, 본체(101) 내에 실장된 LED 칩들(150a. 150b, 150c)을 포함한다. 패키지 본체(101)에는 그 상부에 반사컵(R)이 마련되어 있어, 반사컵(R)에 입사된 빛은 위쪽(패키지의 출사방향)으로 용이하게 반사된다. 반사컵(R)의 바닥에는, LED 칩 실장용 마운트부(110)가 마련되어 있다. 반사컵(R)에 의해 형성된 공간에는 LED 칩들(150a. 150b, 150c)을 포장하는 투명한 수지 포장부(170)가 형성되어 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 마운트부(110)의 상면은 전체적으로 (평평한 평면이 아닌) 비평면으로 되어 있으며, 마운트부(110)는 위로 볼록한 단면 구조(특히, 다각형 구조)를 갖고 있다. 또한, 마운트부(110)의 상면은 서로 다른 3개의 실장면(110a, 110b, 110c)로 이루어져 있으며, 각 실장면(110a, 110b, 110c) 상에 각 LED 칩(150a, 150b, 150c)이 실장되어 있다. 이에 따라, 서로 이웃한 LED 칩(예컨대, 150a와 150b) 사이에서는 칩 측면이 서로 다른 방향을 향하게 된다. 구체적으로는, LED 칩(150b)의 측면은 수평 방향을 향하는데 반하여, 이와 이웃한 LED 칩(150a 또는 150c)의 측면은 가운데 윗쪽 방향을 향하고 있다.
이와 같이 이웃하는 LED 칩들 사이에서 칩 측면이 서로 다른 방향을 향하고 있기 때문에, 종래와 같이 이웃 칩에 의해 측면광이 가로막히게 되는 일이 발생하지 않게 된다. 이에 따라 측면광의 손실을 충분히 억제하여, LED 패키지(100) 전체의 발광 효율과 휘도가 크게 향상된다.
마운트부(110) 상에 탑재된 LED 칩들(150a, 150b, 150c)은 서로 다른 색의 빛을 내는 LED 칩일 수도 있고, 동일한 색의 빛을 내는 LED 칩일 수 있다. 예컨대, 상기 LED 칩들은 모두 청색 LED 칩일 수 있다. 하나의 패키지(100)에 동일색의 LED 칩들을 2개 이상 실장함으로써, 저렴한 비용으로 증대된 휘도를 얻을 수 있다.
또한, LED 패키지(100)는, 동일색의 LED칩들을 사용하는 대신에, 서로 다른 색의 빛을 내는 LED 칩들을 사용함으로써 혼합된 광(특히, 백색광)을 출력할 수 있다. 예컨대, LED 패키지(100)로부터 백색광을 얻기 위해, 상기 LED 칩들은 청색 LED 칩(150a), 적색 LED 칩(150b) 및 녹색 LED 칩(150c) 일 수 있다. 이러한 백색 LED 패키지는, LED 칩들의 측면광의 손실을 최소화함으로써, 개선된 휘도와 효율을 나타낼 수 있다. 원하는 색좌표의 백색광을 구현하기 위해, 3개의 LED 칩(150a, 150b, 150c) 이외에 추가적인 LED칩(예컨대, 추가적인 녹색 LED 칩이 패키지(100) 내에 더 실장될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 패키지(100')의 단면도이다. 도 3의 실시형태에서는, 백색광을 구현하기 위해, 수지 포장부 내에 파장 변환용 형광체가 분산되어 있다. 도 3을 참조하면, 전술한 실시형태와 마찬가지로, LED 칩 실장용 마운트부(110)는 비평면인 상면을 갖고, 그 상면은 서로 다른 3개의 실장면(110a, 110b, 110c)으로 이루어져 있다. 각 실장면(110a, 110b, 110c)에는 청색 LED 칩(150a)이 실장되어 있다. LED 칩들을 보호하는 수지 포장부(170) 내에는 LED 칩(150a)으로부터 방출된 빛을 다른 파장(더 긴 파장)으로 변환시키는 형광체(175)가 분산되어 있다.
백색광을 얻기 위해, 상기 형광체(175)는 예컨대, 황색 형광체일 수 있다. 즉, 청색 LED 칩들(150a)로부터 나온 청색광이 형광체(175)에 흡수되면, 형광체(175)는 황색광을 방출할 수 있다. LED 칩(150a)으로부터 나온 청색광은, 형광체(175)로부터 나온 황색광과 혼합됨으로써, LED 패키지(100')는 백색광을 출력할 수 있다.
다른 예로서, 상기 형광체(175)는 적색 형광체와 녹색 형광체의 혼합물일 수도 있다. 즉, 청색 LED 칩들(150a)로부터 나온 청색광이 적색 및 녹색 형광체 (175)에 흡수되면, 적색 및 녹색 형광체(175)은 적색광과 녹색광을 방출할 수 있다. LED 칩(150a)에서 나온 청색광은 적색 및 녹색 형광체(175)로부터 나온 적색광 및 녹색광과 혼합됨으로써, LED 패키지(100')는 백색광을 출력할 수 있다.
또 다른 예로서, 백색광을 얻기 위해, 자외선 LED와 적, 녹 및 청색 형광체의 조합을 이용할 수도 있다. 즉, 마운트부(110)에 실장된 LED 칩(150a)으로서, 상기한 청색 LED 칩 대신에 자외선 LED 칩을 사용하고, 형광체(175)로서 적색, 녹색 및 청색 형광체의 혼합물을 사용할 수 있다. 적외선 LED 칩으로부터 나온 적외선은 적, 녹 및 청색 형광체를 여기시켜, 이들 형광체로 하여금 적, 녹 및 청색광을 방출하게 할 수 있다. 이 적, 녹 및 청색광이 혼합되어 백색광을 만들게 된다.
도 3의 실시형태에와 같이 적절한 형광체를 사용하는 경우에도, 이웃한 LED 칩에 의해 측면광이 가로막히게 되는 것을 억제할 수 있으므로, LED 패키지(100') 전체의 휘도와 효율은 향상된다. 이에 따라, 고휘도 고효율의 백색 LED 패키지를 용이하게 구현할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 패키지(200)의 단면도이다. 도 4의 실시형태에서도, LED 칩 실장용 마운트부는 위로 볼록한 다각형의 단면 구조를 갖는다. 그러나, 이 실시형태에는, 마운트부의 상면은 서로 다른 5개의 실장면으로 이루어져 있다.
도 4를 참조하면, LED 패키지(200)는 패키지 본체(201)와, 본체 내에 실장된 5개의 LED 칩(160a, 160b, 160c, 160d, 160e)를 포함한다. 반사컵(R)의 바닥에는, LED 칩들(160a~160e)이 실장되는 마운트부(120)가 마련되어 있다. LED 칩 들(160a~160e) 상에는 투명한 수지 포장부(180)가 형성되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마운트부(120)의 상면은 전체적으로 (평평한 평면이 아닌) 비평면으로 되어 있으며, 마운트부(120)는 위로 볼록한 다각형의 단면 구조를 갖는다. 또한, 마운트부(120)의 상면은 서로 다른 5개의 실장면(120a, 120b, 120c, 120d, 120e)으로 이루어져 있으며, 각 실장면(120a~120e)에는 각 LED 칩(160a~160e)이 실장되어 있다. 이에 따라, 서로 이웃한 LED 칩(예컨대, 160b와 160c) 사이에서는 칩 측면이 서로 다른 방향을 향하게 된다. 이에 따라, 이웃 칩에 의해 측면광이 손실되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 휘도 및 효율이 크게 향상된다.
상기 5개의 LED 칩(160a~160e)은 서로 다른 색의 빛을 낼 수도 있으며, 동일 색의 빛을 낼 수도 있다. 예컨대, 백색광을 구현하기 위해, 상기 LED 칩들(160a~160e)은 적, 녹, 청의 3원색 LED 칩들의 조합을 형성할 수도 있다. 다른 예로서, 다수의 LED로 특정색(예컨대, 적색)의 광을 높은 휘도로 출력하기 위해, 상기 LED 칩들(160a~160e)로서 동일색의 LED 칩(예컨대, 적색 LED 칩)을 사용할 수도 있다.
이상 설명한 실시형태에서는, 마운트부(110 또는 120)가 다각형의 단면 구조를 갖고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 마운트부의 상 면은 전체적으로 위로 볼록하되 적어도 일부분에서 곡면을 포함할 수도 있다. 본 발명의 기본적인 원리는, 마운트부를 위로 볼록하게 구성시킴과 동시에 마운트부의 상면을 비평면으로 함으로써 이웃한 LED 칩들 사이에서 마주보는 측면으로 인한 측면광의 손실을 억제한다는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지(300)의 사시도이다. 이 실시형태에서는, LED 칩 자체가, 칩 측면으로부터 추출되는 빛의 양을 크게 증가시킬 수 있는 구조(또는 형태)를 갖는다.
도 5를 참조하면, 도 2에서 설명한 실시형태와 마찬가지로, 위로 볼록한 다각형 단면 구조를 갖는 마운트부(110)의 서로 다른 3개의 실장면에 각각 3개의 LED 칩들(150)이 서로 나란히 실장되어 있다. 그러나, 마운트부(110)에 실장된 각 LED 칩(150)은 가늘고 긴 형상을 갖는다. 특히, 각각의 LED 칩의 길이(L)는 칩의 폭(W)의 10배 이상이다(L≥10W). 여기서 LED 칩의 '길이'란, 칩의 측면들 길이 중 가장 긴 길이를 말하고, LED 칩의 '폭'이란, 칩의 측면들 길이 중 가장 짧은 길이를 말한다.
이와 같이 칩의 길이(L)를 칩 폭(W)의 10배 이상으로 길게 하면, 칩 측면으로부터의 광추출량은 현저하게 증대된다. 측면으로부터 추출되는 광량은 전체 광량 중에서 비교적 큰 비율을 차지한다. 따라서, LED 칩의 발광 면적 또는 사이즈(L× W)가 동일하더라도, 칩 폭에 대한 칩 길이의 비(L/W)가 클수록 칩 자체의 광추출 효율(이에 따라 칩 자체의 외부 양자 효율)은 증가한다. 특히, 본 발명자가 직접 실시한 실험 결과에 의하면, 상기 비(L/W)가 10이상일 경우, 광추출 효율의 증가는 종래의 정방형 LED 칩 (즉, L=W)에 비하여 현저하다. 바람직하게는, 상기 비(L/W)를 10이상으로 만들기 위해, 상기 길이(L)는 5mm이상이고, 상기 폭(W)은 500㎛ 이하이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가늘고 긴 형상의 LED 칩들(150)과 함께 (비평면인 상면을 갖고 위로 볼록한 단면 구조를 갖는) 상기한 마운트부(110)를 사용하면, LED 칩 자체의 광추출 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 이웃한 LED 칩으로 인한 측면광의 손실을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, LED 패키지(300) 전체의 발광 효율 및 휘도는 더욱 더 크게 향상되어 진다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 비평면인 상면 및 위로 볼록한 단 면을 갖는 마운트부를 사용하여 2이상의 LED 칩들을 실장함으로써, 이웃한 LED 칩으로 인한 측면광의 손실을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 이에 따라, LED 패키지 전체의 휘도와 발광 효율은 크게 향상된다.

Claims (15)

  1. LED 칩을 실장하기 위한 마운트부를 갖는 패키지 본체; 및
    상기 마운트부 상에 실장된 복수의 LED 칩들을 포함하되,
    상기 마운트부의 상면은 비평면이고, 상기 마운트부는 위로 볼록한 단면 구조를 가지며, 적어도 2개의 서로 이웃한 LED 칩 사이에서는 칩 측면이 서로 다른 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상부에 형성된 반사컵을 갖고, 상기 마운트부는 상기 반사컵의 바닥부 상에 배치된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩들은 서로 다른 색의 빛을 내는 LED 칩인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩들은 동일한 색의 빛을 내는 LED 칩인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마운트부는 위로 볼록한 다각형의 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마운트부의 상면은 서로 다른 3개의 실장면으로 이루어져 있고, 상기 LED 칩들은 상기 3개의 실장면 상에 각각 실장된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 마운트부의 상면은 서로 다른 5개의 실장면으로 이루어져 있고, 상기 LED 칩들은 상기 5개의 실장면 상에 각각 실장된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED 패키지는 백색광을 출력하는 LED 패키지인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 LED 칩들은 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩 및 적색 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 LED 칩들을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되,
    상기 LED 칩들은 청색 LED 칩이고, 상기 수지 포장부에는 황색 형광체가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 LED 칩들을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되,
    상기 LED 칩들은 청색 LED 칩이고, 상기 수지 포장부에는 적색 및 녹색 형광체가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 LED 칩들을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되,
    상기 LED 칩들은 자외선 LED 칩이고, 상기 수지 포장부에는 적색, 녹색 및 청색 형광체가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩 각각의 길이는 칩의 폭의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 LED 칩들은 상기 마운트부 상에 서로 나란히 배치된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 길이는 5mm이상이고, 상기 폭은 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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