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KR101039881B1 - 발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛 - Google Patents

발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛 Download PDF

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KR101039881B1
KR101039881B1 KR1020090128530A KR20090128530A KR101039881B1 KR 101039881 B1 KR101039881 B1 KR 101039881B1 KR 1020090128530 A KR1020090128530 A KR 1020090128530A KR 20090128530 A KR20090128530 A KR 20090128530A KR 101039881 B1 KR101039881 B1 KR 101039881B1
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light emitting
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light
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seating portion
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장기연
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛에 관한 것으로서, 실시예에 따른 발광소자는, 몸체; 상기 몸체에 배치되는 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함한다.
발광소자, LED 패키지, 지향각

Description

발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT UNIT USING THE SAME}
실시예는 발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자이다. 최근 발광다이오드는 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광소자로 구현이 가능하다.
또한, 발광다이오드를 이용한 발광소자의 휘도도 점차 증가하고 있어, 디스플레이용 백라이트, 점등 표시기, 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
실시예는 패키지 내에서 지향각 조정이 가능하고, 광효율이 우수하며 방열 성능이 보장되는 발광소자를 제공한다.
실시예는 광 효율이 우수하고 발광소자의 개수가 절감된 라이트 유닛을 제공한다.
실시예에 의한 발광소자는, 몸체; 상기 몸체에 배치되는 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함한다.
다른 실시예에 의한 발광소자는, 몸체; 상기 몸체의 표면에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함한다.
실시예에 의한 라이트 유닛은, 광을 가이드 하는 도광판; 상기 도광판에 소정 방향으로 편중된 지향각을 갖는 광을 공급하는 하나 이상의 발광소자를 포함하며, 상기 발광소자는, 몸체; 상기 몸체에 배치되는 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발 광다이오드를 포함한다.
다른 실시예에 의한 라이트 유닛은, 광을 가이드 하는 도광판; 상기 도광판에 소정 방향으로 편중된 지향각을 갖는 광을 공급하는 하나 이상의 발광소자를 포함하며, 상기 발광소자는, 몸체; 상기 몸체의 표면에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함한다.
실시예에 의하면, 패키지 내에서 지향각 조정이 가능하고, 광효율이 우수하며 방열 성능이 보장되는 발광소자를 제공할 수 있다.
실시예에 의하면, 광 효율이 우수하고 발광소자의 개수가 절감된 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광소자 및 그를 이용한 라이트 유닛에 대해서 상세하게 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 2는 제1실시예에 따른 발광소자의 단면도이며, 도 3은 제1실시예에 따른 발광소자의 요부확대 사시도로서, 리드 프레임 패키지(Lead farm package) 타입의 발광소자에 본 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다.
제1실시예에 따른 발광소자(100)는, 캐비티(113)가 형성된 몸체(120)와, 몸체(120) 내에 배치되는 제1전극(130) 및 제2전극(132)과, 캐비티(113) 내에 복수개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 안착을 위한 둘 이상의 경사면을 형성하여 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)와 열적(Thermally)으로 연결되는 방열부재(110)를 포함한다. 여기서, 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착된 캐비티(113)는 봉지재(미도시)를 이용하여 밀봉할 수 있다.
몸체(120)의 상부에는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착되는 캐비티(113)가 형성될 수 있다. 이러한 몸체(120)는 세라믹, 실리콘, 수지 등의 다양한 재질로 형성하는 것이 가능하다. 몸체(120)는 사출 성형 방식을 이용하여 일체로 형성하거나, 다수개의 층을 적층하여 형성할 수 있다.
캐비티(113)는 컵 형상이나, 다각형, 타원형, 원형 등의 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있다. 여기서, 캐비티(113)의 둘레면은 안착된 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 배광 각도를 고려하여 수직한 측면 또는 경사진 측면으로 형성될 수 있다. 캐비티(113)의 표면에는 반사 효과가 높은 물질, 예를 들 어 백색의 PSR(Photo Solder Resist) 잉크, 은(Ag), 알루미늄(Al) 등이 코팅 또는 도포될 수 있으며, 이에 따라 발광소자(100)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
제1,2 전극(130, 132)의 일단은 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)와 전기적으로 연결되고, 그 타단은 발광소자(100)가 실장되는 기판(미도시) 등에 전기적으로 연결되어 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에 전원을 공급할 수 있다. 이에, 제1, 2 전극(130, 132)은, 그 일단이 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착된 몸체(120) 내에 배치되고 타단은 몸체(120)의 외측 하단으로 노출되도록 형성될 수 있다. 전극(130, 132)은 구동 및 제어하고자 하는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 개수에 따라 둘 이상 복수개가 형성될 수 있다. 이러한, 제1, 2 전극(130, 132)의 형상은 도면에 도시된 형상에 한정되지 아니하며, 몸체(120)를 감싸는 형상이나, 타단이 여러 갈래로 분기되는 형상 등, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)는 다이(die)(144a, 144c) 상에 발광 칩(chip)(142a, 142c)이 형성된 형태로 제공될 수 있다. 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)는, 적색, 녹색 또는 청색의 빛을 방출하는 적색, 녹색 또는 청색 발광다이오드 중 적어도 어느 하나 일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 본 실시예에서 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)는 둘 이상 복수개가 구비될 수 있음으로, 각기 다른 색상의 광을 발산하는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)를 적용하는 것도 가능하다.
방열부재(110)는 열 전도율이 양호한 금속, 수지 등의 재질로 형성되어 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)와 열적(Thermally)으로 연결된다. 이러한 방열 부재(110)의 상부에는, 복수개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착되는 경사면을 형성하는 방열 안착부(115)가 형성될 수 있다.
방열 안착부(115)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 발광다이오드가 실장되는 실장면을 제공하는 다면체 구조물의 형태로 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 방열 안착부(115)는 4개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 실장을 위해 4개의 경사면(A, B, C, D)를 제공하는 사각뿔의 형태로 형성된 경우를 예시하고 있다.
사각뿔 형상의 방열 안착부(115)의 각 경사면(A, B, C, D)에 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)를 각각 안착하면, 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 발광소자(100)의 실장면에 대해 경사지게 고정된다. 따라서, 각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 지향각 또한 각 경사면(A, B, C, D)의 경사도에 따라 기울어져 특정 방향으로의 지향각이 커지게 된다. 이에, 각 경사면(A, B, C, D)의 경사도를 조절함으로써, 복수개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)를 포함하는 발광소자(100)의 지향각을 확장시키거나 혹은 특정 방향으로 편중시키는 것이 가능하다. 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)는 통상적으로 110°~130°의 광 지향각을 가질 수 있다.
또한, 방열 안착부(115)는 다면체 구조물의 형태로 형성되어 넓은 방열 영역을 확보할 수 있음으로, 각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에서 발생한 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다.
이러한 방열 안착부(115)의 형상은 발광소자(100)의 사이즈, 실장하고자 하는 발광다이오드의 개수 등에 따라 다양한 형태로 변형이 가능하다.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 발광다이오드 실장 상태도로서, 다양한 형태의 방열 안착부(115)를 예시하고 있다.
도 4는 5개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)가 안착되는 방열안착부(115)의 사시도이고, 도 5는 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 방열 안착부(115)는 사각 뿔대의 형상으로 구성되어, 측면에 4개의 경사면(A, B, C, D)을 갖고 바닥면과 평행하는 상면(E)이 형성된다. 이에, 4개의 경사면(A, B, C, D)에 각각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)를 경사지게 실장하고, 상면(E)에는 발광다이오드(140e)가 바닥면과 평행하게 실장할 수 있다.
이러한 구성에 따라, 경사면(A, B, C, D)에 실장된 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에 의해 발광소자의 지향각은 확장될 수 있으며, 상면(E)에 실장된 발광다이오드(140e)에 의해 발광소자의 정면의 광도가 향상될 수 있다.
여기서, 상면(E) 또한, 바닥면에 대해 경사지게 형성하는 것이 가능하다. 상면(E)도 경사지게 형성되는 경우, 발광소자의 지향각은 상면(E)의 경사방향에 따라 특정 방향으로 기울어질 수 있다.
방열 안착부(115)는 5개의 실장면(A, B, C, D, E)을 갖는 다면체 구조물로서 실장면(A, B, C, D, E)에 의해 형성되는 내부 공간이 5개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)에서 발생되는 열은 방출할 수 있는 방열공간으로 기능할 수 있다. 이에, 다수개의 발광다이오드를 실장하면서도 방열 효율을 보장할 수 있다.
도 6은 6개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f)가 안착되는 방열안착부(115)를 예시한 것이다.
도 6에 도시된 방열 안착부(115)는 오각 뿔대의 형상으로 구성되어, 측면에 5개의 경사면(A, B, C, D, E)을 갖고 바닥면과 평행하는 상면(F)이 형성된다. 이에, 5개의 경사면(A, B, C, D, E)에 각각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)를 경사지게 실장하고, 상면(F)에 발광다이오드(140f)가 바닥면과 평행하게 실장할 수 있다.
이와 같이, 다수개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f)를 하나의 발광소자에 집적함으로써 발광소자의 광효율을 향상시킬 수 있으며, 각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f)의 실장면의 경사도를 조절함으로써, 발광소자의 지향각을 조절할 수 있다.
도 7은 4개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착되는 방열안착부(115)를 예시한 것이다.
도 7에 도시된 방열 안착부(115)는 사각 뿔대의 형상으로 구성되어, 측면에 4개의 경사면(A, B, C, D)을 갖고 바닥면과 평행하는 상면(E)이 형성된다. 여기서, 4개의 경사면(A, B, C, D)에는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)를 각각 실장하고, 상면(E)은 비워둘 수 있다.
이러한 구성에 따라, 경사면(A, B, C, D)에 실장된 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에 의해 발광소자의 지향각은 확장될 수 있으며, 상면(E)을 통해서는 각 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에서 발생한 열이 더욱 효과적으로 방출될 수 있다.
이와 같이, 방열 안착부(115)의 실장면 중 소정 개수의 실장면을 발광다이오드가 실장되지 아니한 상태로 비워두는 경우, 방열 안착부(115)의 방열 효율을 더욱 향상될 수 있다.
도 8은 제2실시예에 따른 발광소자의 단면도로서, 렌즈부를 갖는 리드 프레임 패키지(Lead farm package) 타입의 발광소자에 본 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다. 제2실시예를 설명함에 있어서, 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 기 설명한 내용을 참조하여 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제2실시예에 따른 발광소자(100)는, 캐비티(113)가 형성된 몸체(120)와, 몸체(120) 내에 배치되는 제1전극(130) 및 제2전극(132)과, 캐비티(113) 내에 복수개의 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)의 안착을 위한 둘 이상의 경사면을 형성하여 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)와 열적(Thermally)으로 연결되는 방열부재(110)를 포함하며, 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착된 몸체(120)의 발광 영역에는 광을 산란 시키거나 집광할 수 있는 렌즈부(160)가 형성될 수 있다.
캐비티(113)는 투광성 봉지재(미도시)를 이용하여 밀봉할 수 있으며, 봉지재에는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에서 방출된 광을 소정 색상을 갖는 광으로 방출시키는 형광물질이 첨가될 수 있다.
렌즈부(160)는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d) 상에 배치되어 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에서 방출된 빛의 지향각을 변화시킬 수 있다. 렌 즈부(160)는 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)와 직접 접촉하거나 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)로부터 이격 되어 배치될 수 있으며, 광을 산란 혹은 집광시키기 위한 형상을 갖는다. 예컨대, 렌즈부(160)는 상면이 볼록한 반구 형태로 형성되거나, 볼록한 상면에 오목한 함몰부를 갖는 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)가 안착된 경사 방향 및 경사도에 따라, 발광면에 대응되는 영역만 돌출되거나 함몰되는 비대칭형 반구 형태로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 렌즈부(160)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 광투과성 수지 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 적어도 일부분에 형광체를 포함하는 것도 가능하다.
안착부(115)에 실장된 발광다이오드(140a, 140b, 140c, 140d)에서 출광된 광은 렌즈부(160)에 의해 산란 혹은 집광되어 발산될 수 있다.
도 9는 제3실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 10은 제4실시예에 따른 발광소자의 단면도로서, 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer level package) 타입의 발광소자에 본 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다. 도 9 및 도 10의 발광소자에 대해서는 도 7에 도시된 방열안착부를 적용하여 설명하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 발광소자(200)는, 캐비티(213)가 형성된 몸체(210)와, 몸체(210)의 표면에 형성된 절연층(212)과, 몸체(210) 상에 배치되는 제1전극(220) 및 제2전극(222)과, 절연층(212)의 상면에 적어도 일부 영역에 형성되어 광을 반사시키는 반사층(230)과, 복수개의 발광다이오드(240)의 안착을 위한 경사면을 제공하는 방열 안착부(215)를 포함한다. 여기서, 발광다이오 드(240)가 안착된 캐비티(213)는 봉지재(미도시)를 이용하여 밀봉할 수 있다.
몸체(210)의 상부에는 발광다이오드(240)가 안착되는 캐비티(213)가 형성될 수 있다. 이러한 몸체(210)는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄 옥사이드(AlOx), PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO) 등의 다양한 재질로 형성하는 것이 가능하다.
캐비티(213)는 컵 형상이나, 다각형, 타원형, 원형 등의 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있다. 여기서, 캐비티(213)의 둘레면은 안착된 복수개의 발광다이오드(240)의 배광 각도를 고려하여 수직한 측면 또는 경사진 측면으로 형성될 수 있다. 캐비티(213)는 몸체(210)의 재질에 따라 다양한 방법으로 형성이 가능하다. 예컨대, 몸체(210)가 실리콘(Si) 재질로 형성된 경우, 습식 식각(Wet Etching)을 실시하여 캐비티(213)를 형성할 수 있다.
절연층(212)은 몸체(210)가 제1,2 전극(220, 222), 반사층(230) 또는 외부 전원 등과 전기적으로 쇼트되는 것을 방지한다. 이러한 절연층(212)은, 실리콘 옥사이드 (Si02, SixOy) 실리콘 나이트 라이드 (Si3N4, SixNy) ), 실리콘 옥시 나이트 라이드 (SiOxNy) 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2, SixOy)로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 몸체(210) 자체가 AlN, AlOx 등의 절연체로 형성되는 경우, 절연층(212)은 형성되지 않을 수도 있다.
제1 전극(220) 및 제2 전극(222)은 절연층(212) 상에 형성되어 발광다이오 드(240)에 전원을 공급할 수 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(222)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어 형성될 수 있으며, 둘 이상 복수개의 전극을 형성하는 것도 가능하다.
반사층(230)은 발광다이오드(240)의 방출광을 효율적으로 반사시킬 수 있는 위치, 예를 들어, 몸체(210)의 캐비티(213) 내부에 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 반사층(230)은 다층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 티타늄(Ti) 및 은(Ag)이 순차적으로 적층된 Ti/Ag층 일 수 있다.
발광다이오드(240)는 적색, 녹색 또는 청색의 빛을 방출하는 적색, 녹색 또는 청색 발광다이오드 중 적어도 어느 하나 일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 본 실시예에서 발광다이오드(240)는 둘 이상 복수개가 구비됨으로, 각기 다른 색상의 광을 발산하는 발광다이오드(240)를 적용하는 것도 가능하다.
절연층(212) 상에는 복수개의 발광다이오드(240)가 실장되는 복수개의 실장면을 제공하는 다면체 구조물 형태의 방열 안착부(215)가 형성된다.
도 9 및 도 10에 도시된 방열 안착부(215)는 도 7에서 예시하였던 사각 뿔대 형상이 적용된 것이다. 즉, 4개의 발광다이오드(240)의 실장을 위해 4개의 경사면이 형성되고, 바닥면과 평행한 상면에는 발광다이오드를 실장하지 아니한다.
사각 뿔대 형상의 방열 안착부(215)의 각 경사면에는 복수개의 발광다이오드(240)가 발광소자(200)의 실장면에 대해 경사지게 고정된다. 따라서, 각 발광다이오드(240)의 지향각 또한 각 경사면의 경사도에 따라 기울어져 특정 방향으로의 지향각이 커지게 된다. 이에, 각 경사면의 경사도를 조절함으로써, 복수개의 발광 다이오드(240)를 포함하는 발광소자(200)의 지향각을 확장시키거나 혹은 특정 방향으로 편중시키는 것이 가능하다.
도 10은 제4실시예에 따른 발광소자의 단면도로서, 렌즈부를 갖는 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer level package) 타입의 발광소자에 본 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다. 제4실시를 설명함에 있어서, 제3실시예와 동일한 구성에 대해서는 기 설명한 내용을 참조하여 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제4실시예에 따른 발광소자(200)는, 몸체(210)의 캐비티(213) 내에 복수개의 발광다이오드(240)가 실장되는 복수개의 실장면을 제공하는 다면체 구조물 형태의 방열 안착부(215)가 형성된다
발광다이오드(240)가 안착된 캐비티(213)의 발광 영역에는 광을 산란 시키거나 집광할 수 있는 렌즈부(260)가 형성될 수 있다.
캐비티(213)는 투광성 봉지재(미도시)를 이용하여 밀봉할 수 있으며, 봉지재에는 발광다이오드(240)에서 방출된 광을 소정 색상을 갖는 광으로 방출시키는 형광물질이 첨가될 수 있다.
렌즈부(260)는 발광다이오드(240) 상에 배치되어 발광다이오드(240)에서 방출된 빛의 지향각을 변화시킬 수 있다. 렌즈부(260)는 발광다이오드(240)와 직접 접촉하거나 발광다이오드(240)로부터 이격 되어 배치될 수 있으며, 광을 산란 혹은 집광시키기 위한 형상을 갖는다. 예컨대, 렌즈부(260)는 상면이 볼록한 반구 형태로 형성되거나, 볼록한 상면에 오목한 함몰부를 갖는 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 발광다이오드(240)가 안착된 경사 방향 및 경사도에 따라, 발광면 에 대응되는 영역만 돌출되거나 함몰되는 비대칭형 반구 형태로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 렌즈부(260)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 광투과성 수지 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 적어도 일부분에 형광체를 포함하는 것도 가능하다.
방열 안착부(215)에 발광다이오드(240)를 안착시키면, 각각의 발광다이오드(240)의 광 조사방향이 경사면에 따라 기울게 되어, 발광소자(200)의 지향각이 조정될 수 있다.
각 방열 안착부(215)에 실장된 발광다이오드(240)에서 출광된 광은 렌즈부(260)에 의해 산란 혹은 집광되어 발산될 수 있다. 이에, 렌즈부(260)의 형상을 변형시킴으로써, 발광다이오드(200)의 지향각 및 발광 특성을 향상시키는 것이 가능하다.
도 11은 제5실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 12는 제6실시예에 따른 발광소자(300)의 단면도로서, 기판(310) 위에 발광다이오드(340)를 칩 형태로 탑재하는 COB(Chip of board) 타입의 발광소자에 본 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 발광소자(300)는, 기판(310)과, 기판(310) 상에 복수개의 발광다이오드(340a, 340b)의 안착을 위한 경사면을 제공하는 방열 안착부(315)와, 발광다이오드(340)를 밀봉하는 수지물(360)을 포함하며, 발광다이오드(340a, 340b)는 와이어(미도시)를 통해 기판(310) 상에 전기적으로 접속될 수 있다.
기판(310)은 단층 PCB, 다층 PCB, FPCB, 세라믹 기판, 금속 기판 등의 다양 한 기판을 적용할 수 있다. 기판(310)에는 전원 공급을 위한 리드 프레임 혹은 전극층이 패터닝될 수 있으며, 반사층을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 기판(310)에 발광다이오드(340)의 안착을 위한 캐비티를 형성하는 것도 가능하다.
방열 안착부(315)는 복수개의 발광다이오드(340a, 340b)가 실장되는 복수개의 실장면을 제공하는 다면체 구조물 형태로 형성될 수 있다. 도 11의 제5실시예에 따른 발광소자(300)는 방열 안착부(315)가 사각 뿔 형태(도 3 참조)로 형성된 경우를 예시한 것이다. 따라서, 방열 안착부(315)의 경사 영역에는 각각 4개의 발광다이오드가 실장될 수 있다. 이러한 방열 안착부(315)는 기판(310) 자체를 가공하여 실장영역이 경사면을 갖도록 돌출시키거나, 혹은, 발광다이오드(340a, 340b)의 접속이 가능한 소정 구조물을 부착하여 형성하는 것이 가능하다. 또한, 기판(310) 위에 복수개의 방열 안착부(315)를 형성하여 횡 방향 또는/및 종 방향으로 배열할 수 있다.
발광다이오드(340a, 340b)는 방열 안착부(315)에 실장되어 기판(310)과 전기적으로 연결된다. 발광다이오드(340a, 340b)는 방열 안착부(315)가 제공하는 경사면의 경사도에 따라 경사지게 고정된다. 이에, 각 발광다이오드(340a, 340b)의 실장 각도에 따라 발광소자(300)의 지향각이 변화하게 된다. 이러한, 발광다이오드(340a, 340b)는 와이어, 플립 방식 또는 다이 본딩 방식 등을 이용하여 기판(310)과 연결될 수 있다. 발광다이오드(340a, 340b)는 적색, 녹색 또는 청색의 빛을 방출하는 적색, 녹색 또는 청색 발광다이오드 중 적어도 어느 하나 이거나, 혹은, 각기 다른 색상의 광을 발산하는 발광다이오드(340a, 340b)를 적용하는 것도 가능하다.
수지물(360)은 방열 안착부(315)에 안착된 발광다이오드(340, 350)를 밀봉할 수 있다. 수지물(360)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명한 수지를 이용하여, 반구형 형상 또는 볼록 렌즈 형상으로 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 재질 및 형상은 발광소자(300)의 설계방식에 따라 변경될 수 있다. 또한, 수지물(360)의 적어도 일 영역에는 발광소자(300)의 발광 특성을 변화시키는 형광체가 혼합될 수 있다.
도 12에 도시된 제6실시예에 따른 발광소자는 제4실시예의 발광소자와 방열 안착부의 형상이 다르게 설계된 것으로서, 제4실시예의 발광소자와 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 12의 제6실시예에 따른 발광소자(300)의 방열 안착부(315)는 사각 뿔대 형태(도 4 참조)로 형성될 수 있다. 따라서, 방열 안착부(315)는 측면에 4개의 경사면을 갖고 바닥면과 평행하는 상면이 형성된다. 즉, 총 5개의 실장면이 형상되어 각 경사면에 5개의 발광다이오드를 실장할 수 있다.
이러한 구성에 따라, 경사면에는 4개의 발광다이오드(140a, 140c)를 실장할 수 있고, 상면에도 발광다이오드(140b)를 실장할 수 있다. 이와 같이, 방열 안착부(315)에 발광다이오드(140a, 140b, 140c)들을 실장하는 경우, 경사면에 실장된 발광다이오드(140a, 140c)에 의해 발광소자의 지향각은 확장될 수 있으며, 상면에 실장된 발광다이오드(140e)에 의해 발광소자의 정면의 광도가 향상될 수 있다.
이상, 제5실시예 및 제6실시예에 예시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 COB 타입의 발광소자(300)는, 복수개의 실장면을 제공하는 다면체 구조물 형태의 방열 안착부(315)를 형성하여 복수개의 발광다이오드가 안착되도록 하고 있다. 이에, 발광소자(300)의 구조에 큰 변화를 주지 아니하고도 발광소자 자체적으로 광 지향각을 조절할 수 있고, 광효율을 향상시킬 수 있으며, 방열 효율을 보장할 수 있다.
도 13은 제1실시예에 따른 라이트 유닛(500)의 구성도로서, 엣지타입의 백라이트 유닛을 예시한 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 라이트 유닛(500)은 광을 가이드 하는 도광판(510)과, 도광판(510)에 광을 공급하며 적어도 하나 이상의 지향각이 다른 발광소자를 포함하는 광원(520)을 포함한다.
도광판(510)은 일 측면에 배열된 발광소자가 제공하는 광을 제공받아 반사, 굴절 및 산란 시켜 평면광으로 변화시킨다. 도광판(510)은 측면으로 입사된 광을 전면을 통해 평면광으로 제공할 수 있다. 이러한 도광판(510)은 폴리카보네이트-계열 레진(polycarbonate-serises resin, PC), 폴리메틸메타크릴레이트-계열 레진(polymethylmethacrylate-serises resin, PMMA), 메타크릴레이트-스틸렌 코폴리머(methacrylate-styrene copolymer, MS) 등의 물질로 형성될 수 있다.
광원(520)은 복수개의 발광소자(A, B, C, D)를 포함하며, 도광판(510)의 측면에 배열되어 도광판(510)에 광을 제공한다. 각 발광소자(A, B, C, D)는 배열 위치에 따라 각기 다른 지향각을 갖는다. 발광소자(A, B, C, D)들은 둘 이상의 복수개의 발광다이오드를 실장면에 대해 경사를 갖도록 실장함으로써 각 발광소자(A, B, C, D)가 각기 다른 지향각을 갖도록 할 수 있다.
발광소자(A, B, C, D) 중 도광판(510)의 중앙 영역에 배열된 발광소자 B 및 발광소자 C는 지향각을 조절하지 아니하여도 도광판(510) 측으로 광이 전달된다.
반면, 도광판(510)의 양단에 배열된 발광소자 A 및 발광소자 D는 도광판(510)의 외곽으로 광이 누출되는 것을 방지하기 위해, 지향각이 도광판(510)의 중심 방향으로 설정된다.
여기서, 각 발광소자(A, B, C, D)의 패키지는 동일한 평면상에 실장되나, 소자 내의 발광다이오드는 수평면에 따라 각기 다른 지향강의 광을 발산한다. 따라서, 발광소자(A, B, C, D)의 설계 팩터는 변경하지 아니한 상태에서, 각 발광소자(A, B, C, D)의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
또한, 발광소자 A 및 D에 의해 도광판(510)의 중심 측으로 더 많은 광이 공급됨으로, 발광소자 A 와 이웃한 발광소자 B는 상대적으로 넓은 이격 간격을 가지고 배열될 수 있다. 발광소자 D와 이웃한 발광소자 C 또한 상대적으로 넓은 이격 간격을 가지고 배열될 수 있다. 이에 따라, 라이트 유닛(500)에 배열되는 발광소자의 개수를 줄일 수 있다.
도 14는 제2실시예에 따른 라이트 유닛(550)의 구성도로서, 직하형 백라이트 유닛의 단면을 예시한 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 라이트 유닛(550)은 광을 확산시키는 확산판(515)과, 확산판(515)에 광을 공급하며 적어도 하나 이상의 지향각이 다른 발광소자를 포함하는 광원(525)을 포함한다.
확산판(515)은 광원(525)에서 발생한 광을 확산판(515) 상에 위치한 표시패 널(미도시)로 공급할 수 있다. 확산판(515)은 균일한 휘도 및 색도를 보장하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 확산판(515)은 광원(525)과 소정 간격을 두고 배치되며, 확산 시트, 프리즘 시트, 조도 강화 필름, 보호시트 등의 광학시트를 선택적으로 포함할 수 있다.
광원(525)은 복수개의 발광소자(A, B, C, D)를 포함하여 확산판(515)의 일 면에 배열되어 확산판(515)에 광을 제공한다. 각 발광소자(A, B, C, D)는 배열 위치에 따라 각기 다른 지향각을 갖는다.
발광소자(A, B, C, D) 중 확산판(515)의 중앙 영역에 배열된 발광소자 B 및 발광소자 C는 지향각을 넓게 조절함으로써 라이트 유닛(550)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
확산판(515)의 외곽 영역에 배열된 발광소자 A 및 발광소자 D는 확산판(515)의 외곽으로 광이 누출되는 것을 방지하기 위해, 지향각이 확산판(515)의 중심 방향으로 설정된다.
여기서, 각 발광소자(A, B, C, D)의 패키지는 동일한 평면상에 실장되나, 소자 내의 발광다이오드는 실장면에 따라 각기 다른 지향강의 광을 발산한다. 따라서, 발광소자(A, B, C, D)의 설계 팩터는 변경하지 아니한 상태에서, 각 발광소자(A, B, C, D)의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
또한, 발광소자 A 및 D의 지향각이 넓게 설정된 경우, 발광소자 A 와 이웃한 발광소자 B는 상대적으로 넓은 이격 간격을 가지고 배열될 수 있고, 발광소자 D와 이웃한 발광소자 C 또한 상대적으로 넓은 이격 간격을 가지고 배열될 수 있다. 이 에 따라, 라이트 유닛(550)에 배열되는 발광소자의 개수를 줄일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 라이트 유닛(500, 550)은 배열 위치에 따라 각기 다른 지향각을 갖는 발광소자를 배열한다. 이에, 도광판(510), 혹은, 확산판(515)의 외부로 광이 누출되는 것을 방지하여 광효율을 향상시킬 수 있으며, 상대적으로 적은 개수의 발광소자를 이용하여 라이트 유닛(500, 550)을 구성할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광소자의 평면도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 발광소자의 요부확대 사시도이다.도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 발광다이오드 실장 상태도이다.도 8은 제2실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 9는 제3실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 10은 제4실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 11은 제5실시예에 따른 발광소자의 단면도이다
도 12는 제6실시예에 따른 발광소자의 단면도이다 도 13은 제1실시예에 따른 라이트 유닛의 구성도이다.
도 14는 제2실시예에 따른 라이트 유닛의 구성도이다.

Claims (19)

  1. 몸체;
    상기 몸체에 배치되는 전극;
    상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부;
    상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체에 형성되어 일부 영역이 상기 몸체의 배면으로 노출되고, 상기 방열 안착부 및 상기 방열 안착부에 실장된 상기 발광다이오드와 열적으로 연결되는 방열부재를 포함하는 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열 안착부와 상기 방열부재는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성된 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방열 안착부와 상기 방열부재는 동일한 재질로 형성되는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 안착부는,
    적어도 셋 이상의 경사면을 포함하는 다각 뿔, 혹은, 다각 뿔대의 형태를 갖는 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 안착부의 경사면들은, 상기 수평면에 대해 0°보다 크고 30°보다 작거나 같은 경사도를 갖는 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열 안착부의 경사면들은, 상기 발광소자의 지향각에 따라 각각의 경사도가 설정되는 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드 상에 형성된 렌즈부를 포함하는 발광소자.
  9. 몸체;
    상기 몸체의 표면에 형성된 절연층;
    상기 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극;
    상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 경사면을 포함하는 방열 안착부;
    상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함하는 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열 안착부는 상기 절연층 상에 형성되는 발광소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방열 안착부와 상기 절연층은 실리콘 옥사이드(SixOy)로 형성된 발광소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 방열 안착부는, 적어도 셋 이상의 경사면을 포함하는 다각 뿔, 혹은, 다각 뿔대의 형태를 갖는 발광소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 방열 안착부는, 상기 수평면에 대해 0°보다 크고 30°보다는 작거나 같은 경사도를 갖는 발광소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 방열 안착부의 경사면들은, 상기 발광소자의 지향각에 따라 각각의 경사도가 설정되는 발광소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 발광다이오드 상에 형성된 렌즈부를 포함하는 발광소자.
  16. 광을 가이드 하는 도광판;
    상기 도광판에 소정 방향으로 편중된 지향각을 갖는 광을 공급하는 하나 이상의 발광소자를 포함하며,
    상기 발광소자는,
    몸체; 상기 몸체에 배치되는 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함하는 라이트 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도광판의 중앙에 배열되는 상기 발광소자는 균일한 방향의 지향각을 갖는 라이트 유닛.
  18. 광을 가이드 하는 도광판;
    상기 도광판에 소정 방향으로 편중된 지향각을 갖는 광을 공급하는 하나 이상의 발광소자를 포함하며,
    상기 발광소자는,
    몸체; 상기 몸체의 표면에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극; 상기 몸체에 형성되며 수평면에 대해 경사도를 갖는 적어도 둘 이상의 경사면을 포함하는 방열 안착부; 상기 방열 안착부의 각각의 경사면에 실장되어 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광다이오드를 포함하는 라이트 유닛.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도광판의 중앙에 배열되는 상기 발광소자는 균일한 방향의 지향각을 갖는 라이트 유닛.
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