KR20100070248A - 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 엘이디 패키지는 몸체부; 상기 몸체부 상에 장착되는 엘이디 칩; 상기 엘이디 칩과 전기적으로 연결되도록 상기 몸체부에 장착되는 리드 프레임; 및 상기 엘이디 칩을 내측에 수용하는 캐비티가 형성되고, 상기 엘이디 칩에서 발광되는 빛을 외부로 반사시키기 위한 반사부;를 포함하고, 상기 반사부는 그 단면의 외곽선이 곡선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 패키지{LED PACKAGE}
본 발명은 엘이디 패키지에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 전자기기에 전기적으로 장착되어 광원을 방출하기 위한 엘이디 패키지에 관한 것이다.
최근에 GaAs, GaN, AlgAInP 등의 화합물 반도체 재료를 사용하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자가 개발되어 다양한 색의 발광원을 구현할 수 있게 되었다.
LED 제품의 특성을 결정하는 요소로는 색, 휘도 및 광변환 효율 등이 있다. 이러한 LED 제품의 특성은 1차적으로는 LED 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료와 그 구조에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 LED 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.
특히, 고휘도를 요구하는 LED 응용분야(조명용, 전장용 소자) 시장에서는 엘이디 칩에서 발생된 광을 외부로 최대한 추출해 내는 것이 중요한 기술적인 사상이며, 이러한 기술적인 요구를 구현하기 위해서 엘이디 칩의 광원을 최대한 외부로 방출해내는 기술들이 요구된다.
또한, 엘이디 패키지의 사용 범위가 실내외 조명 장치, 자동차 헤드 라이트, LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(back light unit) 등 다양한 분야로 확대됨에 따라, 고효율 및 높은 열방출 특성이 필요하게 되었다.
엘이디 칩에서 발생되는 열이 엘이디 패키지에서 효과적으로 방출되지 못하며, 엘이디 칩의 온도가 높아져서 엘이디 칩의 특성이 열화되고, 수명이 줄어들게 된다. 따라서, 고출력 엘이디 패키지에 있어서, 엘이디 칩으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 엘이디 칩의 광원을 최대한 외부로 방출해내는 광방출 효율이 높으면서 넓은 방사 범위를 가지는 엘이디 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 엘이디 패키지는 몸체부; 상기 몸체부 상에 장착되는 엘이디 칩; 상기 엘이디 칩과 전기적으로 연결되도록 상기 몸체부에 장착되는 리드 프레임; 및 상기 엘이디 칩을 내측에 수용하는 캐비티가 형성되고, 상기 엘이디 칩에서 발광되는 빛을 외부로 반사시키기 위한 반사부;를 포함하고, 상기 반사부는 그 단면의 외곽선이 곡선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지는 상기 반사부의 단면은 반원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지의 상기 반사부에서 상기 반사부에서 양측은 둥근 형상이며, 중앙은 플랫한 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지의 상기 몸체부는, 외주면에 방사형으로 돌출된 다수개의 방열핀을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지는 상기 방열핀들 사이에 몰딩재 충진 공간이 형성되고, 상기 충진 공간과 상기 몸체부 하면 및 상기 몸체부 상면과 상기 리드 프레임 사이에 몰딩재가 충진되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지의 상기 몰딩재는 상기 방열핀의 단부를 노출시키도록 상기 몰딩재 충진 공간의 일부에 충진되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지의 상기 리드프레임은, 상기 몸체부의 상부에 구비되는 안착부, 상기 안착부의 끝단에서 수직방향으로 연장 절곡되는 외측 절곡부 및, 상기 외측절곡부의 끝단에서 수직방향으로 연장 절곡되는 하단 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지의 상기 리드프레임의 상면에는 상기 리드프레임을 고정하기 위한 몰딩고정부가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 엘이디 패키지는 반사부의 단면의 외곽선이 곡선으로 형성되어 엘이디 칩에서 방열되는 광을 외측으로 방출하는 효율이 높으며 넓은 방사 범위로 반사시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 패키지는 방열체 외주면에 방사형으로 돌출된 다수개의 방열핀을 구비하여 외부 공기와 접촉되는 면적을 증가시킴으로써, 엘이디 패키지의 열방출 효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 엘이디 패키지에 관하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지를 설명하기 위한 측면도이고, 도 2a는 도 1의 엘이디 패키지에서 몰딩부를 채우기 전의 도면이고, 도 2b는 도 1의 엘이디 패키지에서 몰딩부를 채우고 난 후에 도면이다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 엘이디 패키지(100)는 몸체부(110), 엘이디 칩(140), 리드 프레임(130), 몰딩재(117), 몰딩 고정부(135) 및 반사부(120)를 포함한다.
몸체부(110)는 외주면에 방사형으로 돌출된 다수개의 방열핀(113)을 포함한다. 다수개의 방열핀(113)들 사이에는 몰딩재 충진 공간이 형성되며, 상기 충진 공간(115)에는 몰딩재(117)가 충진된다. 몰딩재(117)를 도포 시에는 몰딩재(117)의 형상을 유지하고 몸체부(110)의 외측에 별도로 제작된 외형금형을 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 몸체부(110)에 형성된 다수개의 방열핀(113)들은 외부 공기와 접촉되는 접촉 면적을 증가시켜 엘이디 칩(140)에서 발생되는 열을 외부로 쉽게 방출할 수 있는 역할을 한다.
그리고, 몸체부(110)는 측면에 리드 프레임(130)이 장착되어 리드 프레임(130)과 엘이디 칩(140)이 전기적으로 안정적인 연결이 되도록 프레임 역할을 한다.
엘이디 칩(140)은 몸체부(110) 상에 장착되는 데, 캐비티(123)에 수용되도록 장착되며, 이러한 구조에 의해서 엘이디 칩(140)에서 발광하는 빛은 캐비티(123)를 이루는 반사부(120)에 의해서 외측으로 반사된다.
엘이디 칩(140)은 통상적인 방식의 엘이디 칩이 적용되며 바람직하게는 GaN 계열의 LED 칩이 사용될 수 있다.
엘이디 칩(140)과 리드 프레임(130)은 그 상면들에 와이어(150) 본딩에 의해서 서로 전기적으로 접속시킨다. 이때, 와이어(150)는 몰딩 고정부(135)를 제외한 리드 프레임(130) 일부분에 연결되는 것이 바람직하며 와이어(150)는 주로 금(Ag)으로 이루어진다.
그러나, 와이어의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다양한 재질을 적용할 수 있다.
리드 프레임(130)은 몸체부(110)의 상부에 구비되는 안착부(131), 안착부(131)의 끝단에서 수직방향 즉, 몸체부(110)의 외측 길이방향을 따라 연장 절곡되는 외측절곡부(132), 외측절곡부(132)의 끝단에서 수직방향으로 연장절곡되는 하단절곡부(133)로 이루어져 있다.
리드 프레임(130)은 캐비티(123) 내에 실장되는 엘이디 칩(140)에서 발생된 열을 효과적으로 방출시키기 위해 열전도 특성이 우수한 Cu로 이루어지는 것이 바 람직하다.
또한, 엘이디 칩(140)과 와이어(150)에 의해 연결된 리드 프레임(130)의 안착부(131)를 덮는 즉, 몸체부(110)의 상부에는 엘이디 칩(140)으로부터 발생되는 빛을 넓은 지향각으로 발산해주기 위한 렌즈(160)가 결합된다.
도 2a에서 도시된 바와 같이, 몸체부(110)에 구비된 방열핀(113)들 사이에 형성된 몰딩재 충진 공간(115)이 형성된다.
그리고, 도 2b에서 도시된 바와 같이, 이러한 충진 공간(115)들과 몸체부(110) 하면 및 몸체부(110) 상면과 리드 프레임(130) 사이에 몰딩재(117)가 충진된다.
또한, 리드 프레임(130)의 안착부(131) 상면에는 리드 프레임(130)을 일체로 고정시키는 몰딩 고정부(135)가 더 형성된다.
이때, 방열핀들(113) 사이에 형성된 몰딩재 충진 공간(115)에 충진되는 몰딩재(117)는 외형금형이 안착되는 공간에 의해서 몰딩재 충진 공간의 일부에만 충진되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지에서 반사부를 설명하기 위한 부분 측면도이다.
도 3을 참조하면, 캐비티(123) 내에는 엘이디 칩(140)을 보호하는 충진재(143)가 도포되고, 충진재(143)는 빛의 투광성이 우수한 투광성 수지, 예를 들어 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 충진재(143) 상부에는 백라이트 유닛에 제공되는 광원이 백색광으로 나타나도록 적어도 하나 이상의 형광체(145)가 더 도포될 수 있다.
또한, 충진재(143)도 형광체(145)와 동일한 형광 재질로 구성될 수 있다. 그리고 이러한 경우에는 엘이디 칩(140)과 반사부(120) 사이를 충진재와 형광체로 채우지 않고 엘이디 칩(140)의 표면에만 얇게 형광체로 도포할 수 있다.
반사부(120)는 금속 재질로 이루어지며 엘이디 칩(140)의 수용 공간인 캐비티(123)의 내측면이 엘이디 칩(140)에 의해 고온에 장시간 노출된다 하더라도 변식이 쉽게 이루어지지 않으므로, 엘이디 패키지의 휘도가 저하되는 것을 방지하여 엘이디 패키지의 수명을 연장시킬 수 있다.
반사부(120)의 하면에는 기판(125)이 형성되며, 기판(125)은 캐비티(123) 내에 실장되는 엘이디 칩(140)이 발광할 때 발생되는 열을 몸체부(110)로 전달해주는 역할을 한다. 이때, 기판(125)은 열전도성이 우수한 금속, 예를 들면 구리, 은, 알루미늄, 철, 니켈 및 텅스텐으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 반사부(120)의 단면은 반원형으로 형성되는 데, 반원형은 엘이디 칩(140)과 마주하는 반사면의 단면이 곡선인 하나의 형태일 수 있다.
엘이디 칩(140)과 마주하는 반사면의 단면의 외곽선이 곡선을 형성하는 경우는 일정각도로 플랫하게 경사진 것보다 광 방출 효과가 더 뛰어나고, 지향각에 대한 값이 보다 크게 형성되게 된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지에서 반사부의 형상에 따라 달라지는 실험값을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 반사부(120)의 형상을 다르게 한 모습을 설명하는 데, 단면의 외곽선이 플랫(flat)하며 기울기가 20도인 경우(반대편을 기준으로 하면 70도임)(①), 플랫하며 기울기가 45도인 경우(②), 반지름이 0.3mm인 반원의 형상인 경우(③), 반지름이 0.4mm인 반원의 형상인 경우(④), 반지름이 0.5mm인 반원의 형상인 경우(⑤), 반지름이 0.4mm이고 반원 형태이지만 그 중심이 엘이디 칩(140)보다 아래로 시프트되는 경우(⑥), 반지름이 0.5mm이고 반원 형태이지만 그 중심이 엘이디 칩(140)보다 아래로 시프트(shift)되는 경우(⑦) 총 7가지의 형태를 대상으로 Intensive(강도) 실험과 지향각에 대한 실험을 실시하였다.
도 5는 도 4의 엘이디 패키지 중에서 반사부의 형태에 따라 형성된 강도 실험 데이터 값인 표 1을 따라 도시한 그래프이다.
0.0001 0.05 0.10 0.15 0.20
flat 20도 0.30548 0.30226 0.30872 0.31021 0.31249
flat 45도 0.31112 0.30993 0.31646 0.31788 0.31872
반원형 R0.3 0.30513 0.30416 0.31175 0.31440 0.31697
반원형 R0.4 0.30163 0.30522 0.30753 0.31014 0.31278
반원형 R0.5 0.29879 0.29711 0.30403 0.30692 0.30897
반원형 R0.4(시프트) 0.30616 0.30467 0.31152 0.31356 0.31578
반원형 R0.5(시프트 0.30915 0.30685 0.31312 0.31480 0.31644
표 1에서 기재된 바에 따라, 도 5에서 도시된 그래프의 X-축은 반사부의 형상을 의미하고, Y-축은 반사부의 형상에 따라 외측으로 반사되는 광의 세기를 의미한다. 그리고, 그래프 모양의 종류는 엘이디 칩(140)의 높이에 따라 각각 도시된다.
이때, 엘이디 칩(140)의 높이 차이는 반사부(120)의 형상에 따라 강도나 지향각을 변화시키는 요인이 아님을 알 수 있다.
또한, 반사부의 형태가 ②의 경우와 ⑥, ⑦의 경우에 강도 값이 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 구체적으로, 엘이디 칩의 높이가 0.2mm일 때, 반사부의 형태가 ②인 경우가 0.31872로 ⑥이나 ⑦의 경우보다(0.31578, 0.31644) 약간 높지만 그 정도의 차이는 무시할 수 있는 차이이다.
도 6은 도 4의 엘이디 패키지 중에서 반사부의 형태에 따라 형성된 지향각 실험 데이터 값인 표 2을 따라 도시한 그래프이다.
0.001 0.05 0.10 0.15 0.20
flat 20도 142 138 142 152 158
flat 45도 120 106 104 104 112
반원형 R0.3 134 140 146 156 162
반원형 R0.4 132 132 136 156 146
반원형 R0.5 128 124 130 132 134
반원형 R0.4(시프트) 130 134 138 146 150
반원형 R0.5(시프트) 128 132 132 154 156
표 2에서 기재된 바에 따라, 도 6에서 도시된 그래프의 X-축은 반사부의 형상을 의미하고, Y-축은 반사부의 형상에 따라 지향각(Radiation angle)에 해당하는 값을 의미한다. 그리고, 막대 그래프의 종류는 엘이디 칩(140)의 높이 따라 각각 도시된다. 여기서, 지향각에 대한 값이 크다는 것은 보다 넓은 방사범위를 가진다는 것을 의미한다.
이때, 엘이디 칩(140)의 높이가 0.2mm일 때, 반사부의 형태가 ②인 경우는 112도이므로 ⑥이나 ⑦의 경우(150, 156도)보다 현저하게 값이 떨어지며, 이에 따라 보다 넓은 범위에 엘이디 칩(140)의 광을 반사시키지 못한다.
따라서, 반사부(120)의 단면의 외곽선이 반원형으로 형성되는 경우가(⑥,⑦) 플랫한 형상으로 형성되는 경우보다 광방출 효율을 높이면서도 넓은 범위에 광을 반사시킬 수 있다.
그러나, 반사부(120) 단면의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며 보다 엘이디 칩(140)과 마주하는 면인 반사면을 둥근 형태로 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용하여 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 엘이디 패키지(100)는 몸체부, 엘이디 칩, 리드 프레임, 몰딩재, 몰딩 고정부 및 반사부(120)를 포함한다.
이때, 몸체부, 엘이디 칩, 리드 프레임, 몰딩재 및 몰딩 고정부는 본 발명의 일 실시예와 실질적으로 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략할 수 있다.
그리고, 반사부(220)는 금속 재질로 이루어지며 엘이디 칩(140)의 수용 공간인 캐비티(123)의 내측면이 엘이디 칩(140)에 의해 고온에 장시간 노출된다 하더라도 변식이 쉽게 이루어지지 않으므로, 엘이디 패키지의 휘도가 저하되는 것을 방지하여 엘이디 패키지의 수명을 연장시킬 수 있다.
반사부(220)의 하면에는 기판(125)이 형성되며, 기판(125)은 캐비티(123) 내에 실장되는 엘이디 칩(140)이 발광할 때 발생되는 열을 몸체부(110)로 전달해주는 역할을 한다. 이때, 기판(125)은 열전도성이 우수한 금속, 예를 들면 구리, 은, 알루미늄, 철, 니켈 및 텅스텐으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 반사부(220)에서 양측은 둥근 형상으로 형성되며 중앙은 플랫한 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 반사부(220)의 캐비티(123) 내에 충진재(145) 및 형광체(143)를 충진할 때, 반사부(220)의 상면이 플랫한 형상이므로 충진 높이를 확인하기 용이하며, 이에 따라 형광체(143) 및 충진재(145)를 충진할 때 보다 용이하게 충진할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지를 설명하기 위한 측면도이다.
도 2a는 도 1의 엘이디 패키지에서 몰딩부를 채우기 전의 도면이다.
도 2b는 도 1의 엘이디 패키지에서 몰딩부를 채우고 난 후에 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지에서 반사부를 설명하기 위한 부분 측면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지에서 반사부의 형상에 따라 달라지는 실험값을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110.... 몸체부 120.... 반사부
130.... 리드 프레임 140.... 엘이디 칩
135.... 몰딩 고정부 117.... 몰딩재

Claims (8)

  1. 몸체부;
    상기 몸체부 상에 장착되는 엘이디 칩;
    상기 엘이디 칩과 전기적으로 연결되도록 상기 몸체부에 장착되는 리드 프레임; 및
    상기 엘이디 칩을 내측에 수용하도록 캐비티가 형성되고, 상기 엘이디 칩에서 발광되는 빛을 외부로 반사시키기 위한 반사부;를 포함하고,
    상기 반사부는 그 단면의 외곽선이 곡선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부의 단면은 반원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사부에서 양측은 둥근 형상이며, 중앙은 플랫한 형상인 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는,
    외주면에 방사형으로 돌출된 다수개의 방열핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열핀들 사이에 몰딩재 충진 공간이 형성되고,
    상기 충진 공간과 상기 몸체부 하면 및 상기 몸체부 상면과 상기 리드 프레임 사이에 몰딩재가 충진되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 몰딩재는 상기 방열핀의 단부를 노출시키도록 상기 몰딩재 충진 공간의 일부에 충진되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임은,
    상기 몸체부의 상부에 구비되는 안착부, 상기 안착부의 끝단에서 수직방향으로 연장 절곡되는 외측 절곡부 및, 상기 외측절곡부의 끝단에서 수직방향으로 연장 절곡되는 하단 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임의 상면에는 상기 리드프레임을 고정하기 위한 몰딩 고정부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
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