KR100671545B1 - Ｌｅｄ 어레이 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 LED 어레이 모듈은, 다수의 LED; 및 상기 LED가 실장되며 LED 냉각을 위한 냉각장치가 내장된 기판;을 포함한다. 상기 냉각장치는 상기 기판에 형성된 방열공간과 이 방열공간에 히트 파이프로 작동하는 다수의 미세통로를 형성하도록 설치되는 윅 또는 메시 구조의 미세통로부재를 포함한다. 이에 의하면, LED가 실장된 기판에 히트 파이프 원리를 이용한 냉각장치가 일체로 내장되므로, LED 방열 성능을 높일 수 있어 LED의 발광효율을 향상시킬 수 있으며, 장시간 동안 안정적으로 LED를 작동시킬 수 있다.
유체, 냉각, LED, 발광, 소자, 패키지, 어레이, 모듈, 백라이트유닛

Description

ＬＥＤ 어레이 모듈{LED ARRAY MODULE}
도 1은 일반적인 LED 어레이 모듈의 한 예를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 LED 어레이 모듈에 구비되는 냉각장치의 한 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3의 조립상태 확대 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 사시도,
도 9는 도 8의 단면도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10;LED 11;도전성 접착제
20;기판 21;절연층
22;도전패턴 23,23A,23B,23C;방열공간
24;커버 30;렌즈
40,40A,40B,40C;미세통로부재
40D;미세통로 50,75;히트 싱크
60,76;팬 70;유체순환유닛
71;순환 유로 72;유체 저장통
73;펌프 230;기판 유로
230A,230B; 기판 유로 입구 및 출구
본 발명은 액정표시장치(LCD) 등의 백 라이트 유닛(Back Light Unit)이나 조명용으로 사용 가능한 발광소자(Light Emitting Diode;이하 "LED"라 한다) 어레이 모듈에 관한 것이다.
LED는 수명이 길고 소비전력이 적다는 잇점이 있어 전기,전자분야 뿐만 아니라 광고분야에서도 많이 사용되고 있다. 최근 LED를 예컨대, 액정표시장치의 백 라이트 유닛으로 이용하려는 시도가 활발히 진행되고 있으며, 향후 옥내외 조명으로 일상 생활에서도 널리 사용될 것이다.
LED를 액정표시장치의 백 라이트 유닛이나 조명용으로 사용하기 위해서는 높은 파워(High Power)가 요구된다. 그러나, LED의 성능은 온도 상승에 따라 지수 함수적으로 급격히 감소하기 때문에, LED의 방열은 매우 중요하게 다루어져 한다.
도 1은 일반적인 LED 어레이 모듈의 한 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 일반적인 LED 어레이 모듈은 다수의 LED(1)가 실장된 기판(2)과 상기 LED(1)의 구동시 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각모듈(3)을 포함한다. 상기 냉각모듈(3)은 접착제(Thermal Interface Material)(4)의 개재하에 상기 기판(2)에 부착된다. 상기 냉각모듈(3)은 냉각유닛을 구비하며, 이러한 냉각유닛으로는 보통 히트 파이프(Heat Pipe)가 많이 사용된다.
히트 파이프(5)는 잠열에 의해 열을 수송하기 때문에 금속류에 비해 빠른 시간에 많은 열량을 축방향으로 전달할 수 있는 고성능 열전달기기이다. 히트 파이프의 내부에는 작동 유체가 액상 혹은 기상으로 포화상태를 이루고 있으며, 응축부와 증발부 간의 유동은 기상 간의 압력 차이와 액상의 표면장력에 의해 형성되어 별도의 동력 공급없이 열전달이 이루어진다. 이러한 히트 파이프는 구조가 간단하고 경량이며 유지 및 보수에 비용이 거의 들지 않는 등 많은 장점이 있어 냉각유닛으로 널리 사용된다.
한편, 상기 냉각유닛으로 도 2에 나타낸 바와 같은 냉각수 순환장치(6)가 사용될 수도 있다. 이 냉각수 순환장치(6)의 냉각수 입구(6a)와 출구(6b)를 통한 냉각수의 순환에 의해 기판(2)에 실장된 다수의 LED(1) 구동시 발생되는 열은 냉각된다.
그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 LED 어레이 모듈은 LED(1)가 실장된 기판(2)과 냉각모듈(3) 사이에 접착제(4)가 존재하는데, 일반적으로 접착제(4)의 열전도도는 기판(2)과 냉각모듈(3)을 구성하는 물질에 비해 현저하게 낮다. 그러므로 이 접착제(4)에 기인한 열저항 상승에 의해 LED 모듈의 방열 성능이 저하되어 LED의 온도가 상승하기 때문에, LED의 발광효율이 저하되고 작동 수명이 단축되는 요인이 되고 있다.
또한, 접착제(4)로 기판(2)과 냉각모듈(3)을 접착할 때 두께 균일성 확보가 어렵고 보이드 트랩(void trap) 등이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, LED가 실장되는 기판에 냉각장치를 일체로 구성시킴으로써 방열 성능을 높인 LED 어레이 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LED 어레이 모듈은, 다수의 LED; 및 상기 LED가 실장되며 상기 LED 구동시 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치가 내장된 기판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는 히트 파이프 원리를 이용한 장치나 유체 순환구조를 이용한 장치로 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, LED 어레이 모듈은 다수의 LED; 상기 LED가 실장되며 내부에 방열공간이 형성된 기판; 및 상기 방열공간에 설치되며 히트 파이프로 작동하는 다수의 미세통로를 제공하는 미세통로부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방열공간은 1개 또는 다수개로 구성될 수 있다.
또한, 상기 미세통로부재는 윅(wick) 또는 메쉬(mesh)구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 LED 어레이 모듈은 상기 기판에 상기 방열공간을 밀폐하도록 부착되는 커버를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판에는 절연체의 개재하에 도전 패턴이 형성되고, 이 도전 패턴과 상기 LED가 전기적으로 연결된다.
또한, 본 발명의 LED 어레이 모듈은, 상기 LED를 보호함과 아울러 이 LED에서 발산하는 광을 소요의 방향으로 유도하기 위한 렌즈를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 LED 어레이 모듈은 상기 기판의 길이 방향의 양측 중 적어도 일측에 부착된 기판 방열을 위한 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크를 냉각하는 팬;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, LED 어레이 모듈은 다수의 LED; 상기 LED가 실장되며 내부에는 히트 파이프로 작동하는 다수의 미세통로가 형성된 기판; 및 상기 미세통로를 밀폐하도록 상기 기판에 부착되는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 미세통로는 100㎛ 이내의 폭을 갖는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, LED 어레이 모듈은, 다수의 LED; 상기 LED가 실장되며, 내부에는 유체 순환을 위한 기판유로와 유로입구 및 출구가 형성된 기판; 및 상기 기판유로로 유체를 순환시키는 유체순환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유체순환유닛은, 순환 유로에 의해 상기 기판에 형성된 기판 유로와 연결된 유체 저장통; 상기 순환 유로의 도중에 설치된 펌프; 및 상기 유체 저장통의 방열을 위한 쿨링유닛;을 포함한다.
또한, 상기 쿨링유닛은, 상기 유체 저장통에 부착된 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크를 냉각하는 팬;을 포함한다.
본 발명의 상기와 같은 목적 및 다른 특징들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 어레이 모듈은 다수의 LED(10) 및 이 LED(10)가 실장되며 LED(10) 구동시 발생되는 열을 냉각시키는 냉각장치가 내장된 기판(20)을 포함한다.
상기 LED(10)는 도전성 접착제(11) 등에 의해 기판(20)에 본딩된다. 상기 기판(20)에는 절연층(21)의 개재하에 도전패턴(22)이 형성된다. 상기 LED(10)는 금속 와이어(12)에 의해 상기 도전패턴(22)에 전기적으로 연결된다. 상기 도전성 접착제(11)로는 실버-에폭시(Silver-Epoxy), 실버 페이스트(Silver paste) 및 솔더(Solder) 등이 이용될 수 있다.
렌즈(30)는 상기 LED(10)를 보호함과 아울러 LED에서 발산하는 광을 소요의 방향으로 유도하기 위하여 LED(10)를 에워 싸도록 상기 기판(20)에 설치된다. 이 렌즈(30)는 대략 반구형으로 형성된다. 그리고, 상기 LED(10)는 레드(Red), 그린 (Green), 블루(Blue) LED의 조합이나 다수의 백색 LED로 구성 가능하다.
한편, 상기 기판(20)은 그 내부에 소정의 방열공간(23)이 길이방향으로 형성된다. 이러한 방열공간(23)은 일측이 개방된 홈 형태로 형성되며, 상기 개방부에는 커버(24)가 부착된다.
또한, 상기 방열공간(23)에는 히트 파이프로 작동하는 미세통로를 제공하기 위한 미세통로부재(40)가 설치된다. 상기 미세통로부재(40)는 윅(wick) 이나 메쉬(mesh) 구조를 가진다. 따라서, 미세통로를 통과하는 유체에 의한 히트 파이프 구동원리에 의해 기판(20)에는 온도 강하가 유도되며, 이에 따라 LED(10) 구동시 발생되는 열은 상기 기판(20)과 열교환 된다. 이 때, LED(10)는 냉각장치가 내장된 기판(20)에 열전도도가 양호한 도전성 접착제에 의해 설치되므로 열저항이 감소되어 LED(10)를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 LED 어레이 모듈의 기본적인 구조는 앞서 설명한 일 실시예와 유사하다. 다만, 본 실시예는 기판(20)의 내부에 다수의 방열공간(23A,23B,23C)이 형성되고, 이 각각의 방열공간(23A,23B,23C)에 미세통로부재(40A,40B,40C)가 설치된 구성만이 상이하다. 다른 구성은 일 실시예와 같으므로 동일한 참조부호를 부여하여 구체적인 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 LED 어레이 모듈은 기판(20)에 히트 파이프로 작동하는 다수의 미세통로(40D)가 직접 형성되어 있다는 것을 제외하고는 앞서 설명한 실시예들과 동일한 구성을 가진다. 여기서, 상기 미세통로(40D)는 100㎛ 이내의 폭을 가지는 크기로 형성된다. 따라서, 각각 미세통로(40D)의 모서리에서 표면장력이 형성됨으로써 앞서 설명한 바와 같은 히트 파이프 구동원리에 의한 냉각작용이 유도된다. 본 실시예에서도 앞의 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 사시도이다. 본 실시예의 경우는 히트 파이프 원리를 이용한 냉각장치를 가지는 상술한 바와 같은 여러 실시예에서 방열을 촉진시키기 위하여 히트 싱크(50)와 팬(60)을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 히트 싱크(50)는 2개가 상기 기판(20)의 하부, 즉 LED(10)가 설치된 반대면 양측에 부착되어 있으며, 이 히트 싱크(50)에 팬(60)이 각각 부착되어 히트 싱크(50)를 냉각시키도록 되어 있다. 이와 같이 히트 싱크(50)에 의한 넓은 방열 면적을 가지며 또한, 팬(60)으로 히트 싱크(50)를 강제 냉각하므로 방열 성능을 더욱 높일 수 있다. 본 실시예에서 구체적으로 도시하지 않았으나, 기판(20)의 내부에는 앞에서 설명한 도 4, 도 5 및 도 6에 나타낸 구조의 냉각장치 중 어느 하나의 구조가 구성되어 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LED 어레이 모듈을 나타낸 도면들이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 LED 어레이 모듈은 기판(20)의 내부에 다수의 기판 유로(230)가 형성되어 있으며, 이 기판 유로(230)로 유체를 순환시키 기 위한 유체순환유닛(70)을 구비한다. LED 방열을 위해 기판(20)에 내장된 기판 유로(230)를 통해 순환되는 유체로는 물, 알코올, 또는 FC-72(상품명), FC-77(상품명) 등의 불활성 액체(Fluorinert)를 사용한다.
상기 기판 유로(230)는 원활한 냉각을 위해 상기 기판(20)의 내부를 순환하는 형태의 통로로 형성되며, 커버(24)에 의해 하부는 막혀 있다. 또한, 상기 기판(20)의 일측에는 기판 유로 입구(230A)와 출구(230B)가 각각 형성되어 있다.
상기 유체순환유닛(70)은 상기 기판 유로 입구(230A)와 출구(230B)에 각각 연결된 순환 유로(71)와 상기 순환 유로(71)에 의해 상기 기판 유로(230)와 연결된 유체 저장통(72)과 상기 순환 유로(71)의 도중에 설치된 펌프(73)를 포함한다.
상기 펌프(73)가 작동함에 따라 상기 유체 저장통(72)의 유체가 기판 유로 입구(230A)를 통하여 기판 유로(230)로 들어가고, 기판 유로(230) 내의 유체는 출구(230B)를 통하여 나와 유체 저장통(72)으로 회수된다.
상기 유체 저장통(72)에는 그 외부에 방열을 위한 히트 싱크(75)가 부착되어 있으며, 상기 히트 싱크(75)를 강제로 냉각시키는 팬(76)이 상기 히트 싱크(75)에 부착되어 있다.
따라서, 기판 유로(230) 내의 비교적 온도가 높은 유체는 유체 저장통(72)으로 회수되어 상기 히트 싱크(75) 등에 의해 냉각된 후 펌프(73)에 의해 다시 기판 유로(230)로 들어가는 유체 순환구조에 의해 LED(10) 구동시 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, LED 냉각을 위해 유체 순환을 이용한 냉각장치가 일체로 구성된 기판에 LED를 실장함으로써, LED에서 발생한 열을 외부로 효과적으로 발산시킬 수 있으므로 작동중 LED의 온도를 낮게 유지할 수 있다. 따라서, LED의 발광 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 장시간 동안 안정적으로 LED를 작동시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 다수의 LED;
    상기 LED가 실장되며, 내부에 방열공간이 형성된 기판; 및
    상기 방열공간에 설치되며, LED 방열을 위한 히트 파이프로 작동하는 윅(wick) 또는 메쉬(mesh)구조의 다수 미세통로를 제공하는 미세통로부재;를 포함하는 LED 어레이 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방열공간은 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판에 상기 방열공간을 밀폐하도록 부착되는 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판에는 절연체의 개재하에 도전 패턴이 형성되고, 이 도전 패턴과 상기 LED가 전기적으로 연결되며,
    상기 LED를 보호함과 아울러 이 LED에서 발산하는 광을 소요의 방향으로 유도하기 위한 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판의 양측에 부착된 기판 방열을 위한 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크를 냉각하는 팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  10. 다수의 LED;
    상기 LED 및 상기 LED를 보호함과 아울러 이 LED에서 발산하는 광을 소요의 방향으로 유도하기 위한 렌즈가 실장되며, 내부에는 LED 방열을 위한 히트 파이프로 작동하는 다수의 미세통로가 형성된 기판; 및
    상기 미세통로를 밀폐하도록 상기 기판에 부착되는 커버;를 포함하는 LED 어레이 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 미세통로는 1㎛ 이상 100㎛ 이하의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판에는 절연체의 개재하에 도전 패턴이 형성되고, 이 도전 패턴과 상기 LED가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판의 양측에 부착된 기판 방열을 위한 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크를 냉각하는 팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레 이 모듈.
  14. 다수의 LED;
    상기 LED 및 상기 LED를 보호함과 아울러 이 LED에서 발산하는 광을 소요의 방향으로 유도하기 위한 렌즈가 실장되며, 내부에는 LED 방열을 위해 유체가 순환되는 기판 유로가 형성된 기판; 및
    상기 기판 유로로 유체를 순환시키는 유체순환유닛;을 포함하는 LED 어레이 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 유체순환유닛은,
    순환 유로에 의해 상기 기판 유로와 연결된 유체 저장통;
    상기 순환 유로의 도중에 설치된 펌프; 및
    상기 유체 저장통의 방열을 위한 쿨링유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 유로로 순환되는 상기 유체는 물, 알코올 및 불활성 액체 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 쿨링유닛은,
    상기 유체 저장통에 부착된 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크를 냉각하는 팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판에는 절연체의 개재하에 도전 패턴이 형성되고, 이 도전 패턴과 상기 LED가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.
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