KR100873458B1

KR100873458B1 - 조명용 ｌｅｄ 모듈

Info

Publication number: KR100873458B1
Application number: KR20070064652A
Authority: KR
Inventors: 윤영노; 강우석
Original assignee: (주)대신엘이디
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2008-12-11

Abstract

본 발명은 조명용 LED 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 전극 패턴이 형성되는 절연 기판의 두께를 최소화하고, 절연 기판의 저면에 방열 성능이 향상된 히트파이프 플레이트를 일체로 부착함으로써, LED 소자에서 발생하는 열을 히트파이프 플레이트를 통하여 효율적으로 방출시킬 수 있는 동시에, LED 소자에서 방출되는 광으로부터 효율적으로 백색광을 발생시키고 이를 최대한 외부로 조사시킬 수 있는 발광 구조를 구비하여 발광 효율을 개선한 조명용 LED 모듈에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조명용 LED 모듈은, 상부에 전극 패턴이 형성되어 있는 절연 기판과, 상기 절연 기판의 하부에 일체로 접착되는 히트파이프 플레이트와, 상기 절연 기판에 실장되는 다수의 LED 소자들과, 중심부에 상하면을 관통하는 관통부가 형성되고 상기 관통부 내에 상기 LED 소자들이 위치하도록 상기 절연 기판 상에 결합되는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 구비되는 렌즈를 포함하여 구성되되, 상기 관통부 내부에는 투명 재질로 이루어진 하부 발광막 및 상부 발광막이 순차적으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈을 제공한다.

LED 모듈, 조명 장치, 방열, 발광막, 히트파이프

Description

조명용 ＬＥＤ 모듈{LED module for illumination}

도 1은 질화물계 청색 LED 소자의 일반적인 구조를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명용 LED 모듈의 분해사시도.

도 3은 도 2에 도시된 조명용 LED 모듈의 정단면도.

도 4는 도 2에 도시된 조명용 LED 모듈의 히트파이프 플레이트를 통한 방열 과정을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명용 LED 모듈의 정단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 111 : 전극 패턴 12, 112 : 기판

13, 113 : 히트파이프 플레이트 20, 120 : 케이스

22, 122 : 관통부 30, 130 : 렌즈

41, 141 : 하부 발광막 42, 142 : 형광막

43, 143 : 상부 발광막 51, 151 : LED 소자

52, 152 : 전선 114 : 반사막

본 발명은 조명용 LED 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 전극 패턴이 형성되는 절연 기판의 두께를 최소화하고, 절연 기판의 저면에 방열 성능이 향상된 히트파이프 플레이트(heat pipe plate)를 일체로 부착함으로써, LED 소자에서 발생하는 열을 히트파이프 플레이트를 통하여 효율적으로 방출시킬 수 있는 동시에, LED 소자에서 방출되는 광으로부터 효율적으로 백색광을 발생시키고 이를 최대한 외부로 조사시킬 수 있는 발광 구조를 구비하여 발광 효율을 개선한 조명용 LED 모듈에 관한 것이다.

발광다이오드(light emitting diode; LED)는 화합물 반도체에 전압을 가할 때 발광 현상이 일어나는 특성을 이용하여 개발되었으며, 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명이 길며, 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 효율이 뛰어나다. 특히, 최근에 반도체 기술의 발전으로 고휘도의 백색 LED에 대한 상용화가 이루어짐에 따라, 이를 이용한 다양한 조명 장치가 등장하고 있는 실정이다.

조명용으로 널리 사용되는 질화물계 LED 소자는 크게 사파이어 기판 구조를 가지는 LED 소자와 금속 합금(metal alloy) 기판 구조를 가지는 LED 소자로 구분된다.

먼저, 사파이어 기판 구조의 LED 소자는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판위에 질화물 반도체인 질산갈륨(GaN)을 성장시켜 p-n 접합하도록 구성되는데, p 전극과 n 전극이 모두 절연체인 사파이어 기판의 상부에 구비되므로, LED 소자가 실장되는 기판이 도체인 경우에도 정상적으로 작동하게 된다.

반면, 금속합금 기판 구조의 LED 소자는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 열 전도도가 보다 좋은 금속합금 기판 위에 질산갈륨을 성장시켜 발생한 열이 금속합금 기판을 통해 효과적으로 방출될 수 있는 구조로서, 하부의 금속합금 기판 저면이 p 전극으로 동작하기 때문에 LED 소자가 실장되는 기판을 반드시 절연기판으로 구성해야 한다.

이와 같은 LED 소자를 직·병렬로 다수 배열하는 형태로 고밀도로 집적하여 LED 모듈을 구성하면 단위 면적당 광도, 즉 휘도가 증가하여 충분히 먼 거리를 효율적으로 조명할 수 있는데, 최근 이러한 고밀도 집적 방식의 조명용 LED 모듈에 대한 연구·개발이 활발하게 진행되고 있다.

그러나, LED 모듈의 집적 밀도가 증가할수록 동일 면적에서 발생하는 열도 증가하게 되므로, LED 소자에서 발생하는 대량의 열로 인해 LED 소자에 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 조명용 LED 모듈로는 일반 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)보다 방열 효과가 우수한 메탈 PCB(metal-printed circuit board)에 LED 소자를 집적시켜 방열 성능을 높인 LED 모듈이 있다. 메탈 PCB는 열전도도가 높은 금속 성분의 방열체 상부에 합성수지 필름으로 구성된 플렉시블 PCB(flexible PCB)를 접착제를 통해 부착시켜 방열 성능을 향상시킨 인쇄회로기판이다.

그러나, LED 소자로부터 하부의 방열체까지의 열전달은 그 중간에 위치한 열전도도가 낮은 플렉시블 PCB와 접착제에 의하여 방해를 받기 때문에, LED 소자를 고밀도로 집적하여 발생하는 대량의 열을 충분히 방열시키는 데에는 한계가 있으며, 결국 발광시 수반되는 열로 인해 LED 소자에 손상이 발생할 위험성이 높은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 조명용 LED 모듈의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 상부에 전극 패턴이 형성되는 절연 기판의 두께를 최소화하고, 방열 성능이 향상된 히트파이프 플레이트를 일체로 부착함으로써, 조명용으로 요구되는 고휘도의 광을 발생시키기 위해 고밀도로 집적 배열된 조명용 LED 모듈의 방열 성능을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.

또한, LED 소자에서 방출되는 광으로부터 효율적으로 백색광을 발생시키고 이를 최대한 외부로 조사시킬 수 있는 발광 구조를 구비함으로써, LED 모듈의 발광 효율을 개선시키는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 상부에 전극 패턴이 형성되어 있는 절연 기판과, 상기 절연 기판의 하부에 일체로 접착되는 히트파이프 플레이트와, 상기 절연 기판에 실장되는 다수의 LED 소자들과, 중심부에 상하면을 관통하는 관통부가 형성되고 상기 관통부 내에 상기 LED 소자들이 위치하도록 상기 절연 기판 상에 결합되는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 구비되는 렌즈를 포함하여 구성되되, 상기 관통부 내부에는 투명 재질로 이루어진 하부 발광막 및 상부 발광막이 순차적으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈 을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명용 LED 모듈의 분해사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 조명용 LED 모듈의 정단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명용 LED 모듈은 다수의 LED 소자(51)들을 실장하는 절연 기판(12)과, 절연 기판(12)의 저면에 일체로 부착되는 히트파이프 플레이트(heat pipe plate; 13)와, 중심부에 상하면을 관통하는 관통부(22)가 형성되고 관통부(22) 내에 LED 소자(51)들이 위치하도록 절연 기판(12) 상에 결합되는 케이스(20) 및 케이스(20)의 상부에 구비되는 렌즈(30)를 포함하여 구성된다.

렌즈(30)는 투명한 소재인 에폭시 수지나 유리 또는 투명 실리콘(clear silicon)으로 이루어져 LED 소자(51) 측에서 방출되는 광을 상부 공간으로 균일하게 조사해 주는데, 조사 범위 및 용도에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

LED 소자(51)는 질화물계 청색 LED 소자로서 후술하여 설명할 형광막(phosphor; 42)이 도포되어 백색광을 발광시키게 되는데, 사파이어 기판 구조나 금속합금 기판 구조를 갖는 LED 소자를 모두 사용할 수 있으나, 열 전도도가 보다 좋은 금속합금 기판 구조의 LED 소자를 사용함으로써, 소자 저면의 금속재 기판을 통해 LED 소자(51)에서 발생한 열이 하부의 히트파이프 플레이트(13)로 보다 효과 적으로 방출되도록 한다.

절연 기판(12)은 상부에 LED 소자(51)들과 전기적으로 연결되는 전극 패턴(11)이 직렬 및 병렬 구조가 혼합된 매트릭스 형태로 형성되어 있는데, 앞서 설명한 도 1의 (b)와 같은 금속합금 기판 구조의 LED 소자를 사용하는 경우, 전극 패턴(11)의 각 양전극 상에 LED 소자(51)를 탑재하고 음전극과 LED 소자(51)를 전선(52)으로 연결하여 전기를 도통시키게 된다. 여기서, 절연 기판(12)은 두께를 약 35 μm 이하로 최소화하여 LED 소자(51)에서 발생하는 열이 히트파이프 플레이트(13)로 보다 잘 전달되도록 하는 것이 좋다.

LED 소자(51)를 전극 패턴(11)에 탑재하기 위해서는 열전도도가 좋은 실버 에폭시(silver epoxy)를 매개체로 사용하여 전극 패턴(11) 상에 LED 소자(51)를 부착시키는 방법과, 공정접합(eutectic bonding)에 의해 전극 패턴(11) 상에 LED 소자(51)를 접합시키는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 공정접합(eutectic bonding)은 접합 대상이 되는 금속의 고체 형태를 유지시키면서 금속 표면에서 금속-기체의 공정반응(eutectic reaction)에 의하여 표피 부분에만 액상피막을 형성시킴으로써 금속과 세라믹을 유리질 등의 중간층이나 가압 과정 없이 접합시키는 직접접합법이다. 이와 같이 열 전도도가 좋은 매개체를 이용하거나 별도의 매개체 없이 LED 소자(51)를 전극 패턴(11) 상에 부착시킴으로써, LED 소자(51)에서 발생한 열이 히트파이프 플레이트(13) 측으로 효율적으로 전달되도록 할 수 있다.

전극 패턴(11)의 재질로는 일반적인 동(Cu)이 사용될 수도 있으나, 열전도도 가 높은 동시에 반사 특성이 좋은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 사용하여 LED 소자(51)에서 발생된 광에 대한 반사율을 높여줌으로써 광 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

절연 기판(12)의 저면에는 절연 기판(12) 상에 탑재된 LED 소자(51)들로부터 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 히트파이프 플레이트(13)가 일체로 부착되는데, 일체로 부착된 절연 기판(12)과 히트파이프 플레이트(13)에는 후술하여 설명할 케이스(20)의 고정핀(26)이 삽입될 수 있도록 고정핀(26)과 대향하는 위치에 장착홀(16)이 형성되어, 고정핀(26)과 장착홀(16)의 결합을 통해 절연 기판(12) 및 히트파이프 플레이트(13)를 케이스(20)에 장착하게 된다.

히트파이프 플레이트(13)는 방열성능이 뛰어난 히트파이프의 일종으로서, 얇고 넓은 평판 형태로 제작되어 다수의 열원에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있다. 여기서, 히트파이프란 작은 열 차이에도 많은 양의 열을 이송시킬 수 있도록 제작된 방열체로서, 내부의 액상 작동유체가 내벽면에 형성된 모세관(wick)을 따라 이동하다가 열을 받아 기화되면 온도가 낮은 부분으로 이동하며, 열을 발산하여 다시 액화되면 다시 모세관으로 회귀되는 순환 사이클을 통해 외부로 열을 전달하게 된다. 본 발명에 따른 히트파이프 플레이트(13)는 내부에 작동유체가 포함된 중공부(13b)가 형성되고, 중공부(13b)를 둘러싸는 내벽의 상면과 측면 상에 모세관(13a)이 형성되어 있는 구조로서, 상부의 절연 기판(12) 측으로부터 전달되는 열을 하부로 효과적으로 방출시키게 되는데, 구체적인 작동 과정에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.

케이스(20)는 상면에 렌즈(30)가 안착되는 렌즈홈(21)이 형성되어 있고, 저면으로부터 렌즈홈(21)의 바닥면 중심부를 수직으로 관통하는 장방형의 관통부(22)가 형성되어 있는 육방체로서, 저면부 가장자리에 중공 원통형으로 형성되어 있는 네 개의 고정핀(26)을 절연 기판(12) 및 히트파이프 플레이트(13)의 장착홀(16)에 삽입시킴으로써, 절연 기판(12) 및 히트파이프 플레이트(13)를 저면에 부착시킬 수 있다. 여기서, 관통부(22)는 케이스(20)의 저면에 절연 기판(12)이 부착되었을 때 절연 기판(12) 상부의 LED 소자(51)들이 모두 그 내부에 위치할 수 있도록 구성하여, LED 소자(51)에서 방출되는 광이 케이스(20)의 관통부(22)를 통하여 상방으로 조사되도록 한다.

절연 기판(12)의 청색 LED 소자(51)로부터 조명용으로 가장 적합한 백색광을 얻기 위해서, LED 소자(51)에 의해 방출된 청색광을 여기광으로 흡수하여 백색광을 발광시키는 형광체(phosphor)를 포함하는 형광막(42)이 LED 소자(51)의 상부에 도포되는데, 형광막(42)이 도포된 후 경화되는 과정에서 내부의 형광체가 상당수 밑으로 가라 앉아 형광체의 밀도 분포가 하부에 집중되는 경우가 많이 발생한다. 따라서, 형광층이 절연 기판(12)의 상면에 바로 형성되어 LED 소자(51)를 둘러싸게 되면, 상당량의 형광체가 LED 소자(51)의 측면 또는 하측에 분포하게 되어, LED 소자(51)의 상면에서 상부 방향으로 발광되는 청색광으로부터 백색광을 생성하는 효율이 상대적으로 저하된다.

본 실시예에서는 절연 기판(12)이 케이스(20)의 저면에 부착되어 절연 기판(12)의 상면과 관통부(22)의 하단이 밀착하게 되면, 관통부(22) 내부에 위치하게 되는 절연 기판(12)의 상면에 먼저 투명 재질로 이루어진 하부 발광막(41)을 도포하여 LED 소자(51)들을 둘러싸도록 하고, 하부 발광막(41)의 상부에 형광체(phosphor)를 포함하는 형광막(42)을 도포하여 형광체가 LED 소자(51)의 상면보다 상측에 위치하도록 구성함으로써, 형광막을 기판 상면에 바로 도포한 경우에 비하여 보다 효과적인 백색 발광을 일으킬 수 있다.

여기서, 하부 발광막(41)의 재질로는 에폭시 수지나 투명 실리콘(clear silicon)을 사용할 수 있는데, 에폭시 수지의 경우 열에 장시간 노출되면 투명색에서 황색으로 변색되는 황변(yellowing) 현상이 일어날 수 있어 미리 블루밍제를 첨가해 둠으로써 향후 황변 현상에 의한 변색을 보상할 수 있도록 해야 하므로, 비투명 재질인 첨가재로 인해 광투과율이 저하된다. 따라서, 바람직하게는 에폭시 수지보다 광투과율 및 열전도도가 높은 투명 실리콘을 하부 발광막(41)의 재질로 사용하는 것이 좋다.

하부 발광막(41) 상부에 도포된 형광막(42)을 통해 상부로 조사되는 백색광은 케이스(20) 상부에 구비된 렌즈(30) 내부로 진입하여 상부 공간으로 조사되기 전에 형광막(42)과 렌즈(30) 사이의 빈 공간을 통과하게 되는데, 빈 공간과 투명 재질의 렌즈 사이의 매질 차이로 인하여 렌즈(30) 내부로의 광 전달이 방해를 받을 수 있다. 따라서, 렌즈(30)의 재질과 유사한 에폭시 수지나 투명 실리콘을 형광막(42) 상부와 렌즈(30)의 저면 사이에 형성된 공간에 완전히 충진하여 상부 발광막(43)을 형성함으로써, 매질의 차이를 최소화하여 광 전달 효율을 개선할 수 있다.

이와 같이, 하부 발광막(41), 형광막(42) 및 상부 발광막(43)을 관통부(22) 내부에 위치하게 되는 절연 기판(12)의 상면에 순차적으로 도포함으로써, 조명용으로 요구되는 고휘도의 백색광을 효율적으로 조사시킬수 있다.

일반적으로 청색 LED 소자와 형광체를 이용하여 백색광을 발광시키는 조명용 LED 모듈에서는 조명되는 광의 연색성(演色性), 즉 조명이 물체의 색감에 영향을 미치는 성질을 향상시키기 위하여 여러 색상이 혼합된 형광체를 사용하게 된다. 예를 들어, 청색 LED로부터 발생한 여기광을 황색 형광체를 통과시켜 백색광을 방출하도록 구성하는 경우, 황색 형광체와 적색 형광체를 혼합하여 사용함으로써 순수한 백색광에 주황색이 혼합된 조명광을 조사시키면, 물체의 색감을 보다 선명하게 나타나도록 조명할 수 있다. 그러나, 이와 같이 연색성을 향상시키기 위해 다른 색상의 형광체를 혼합하는 경우 단색 형광체를 사용한 경우보다 광손실률이 30 내지 40%에 육박하게 되어 조명 성능이 떨어지게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 조명 성능의 저하를 방지하기 위하여, 형광막(42) 내에 다른 색상의 형광체를 포함시키는 대신 렌즈(30)에 주황색 등의 색상을 띄는 유색 코팅 물질을 증착하여 형광막(42)에서 발생된 백색광이 렌즈(30)를 투과하면서 백색과 주황색이 혼합된 색을 띄도록 만들어줌으로써, 광손실률을 10% 이내로 줄여주면서도 충분히 연색성을 향상시킬 수 있도록 한다.

한편, 하부 발광막(41) 상부에 형광막(42)을 도포하는 대신 상부 발광막(43)을 바로 도포하게 되면 LED 소자(51)에서 방출되는 광을 색상 변화 없이 그대로 상부로 조사시키게 되는데, 이 경우 사용되는 LED 소자(51)의 종류에 따라 적색, 청 색, 녹색 등 다양한 단색의 조명광을 발하는 조명 장치로 구성할 수 있다. 이 경우, 각각의 LED 소자(51)에서 방출되는 광은 어느 정도 거리까지는 서로 분리되어 진행하게 되므로 발광 상태의 LED 소자(51)들이 개별적으로 눈에 인지되어 미관상 좋지 않을 뿐만 아니라 조명 효율도 떨어지게 된다.

따라서, 단색의 조명광을 발하는 용도로 본 발명에 따른 LED 모듈을 사용하는 경우에는 상부 발광막(43)의 재질로 실리카겔(silicagel)과 같이 빛을 확산시키는 기능을 가지는 확산제가 첨가된 확산 실리콘을 사용하여, 각 LED 소자(51)들로부터 방출되는 광을 확산시킴으로써 발광 상태의 LED 소자(51)가 눈에 띄지 않게 해주는 동시에 조명 효율을 높여주는 것이 바람직하다.

케이스(20)의 상면에는 고정핀(26)의 중공부와 연결되는 나사 삽입구(27)가 형성되어 있는데, 나사 삽입구(27)를 통해 벽면이나 구조물 등과 같이 LED 모듈이 부착되는 위치에 나사를 체결함으로써 LED 모듈을 안정되게 고정시킬 수 있다. 이러한 케이스(20)의 재질로는 다양한 열가소성 수지가 이용될 수 있는데, 바람직하게는 빛에 대한 반사 성능이 우수하고 내열·내충격성이 뛰어난 폴리카보네이트(polycarbonate)를 사용하여, LED 소자(51)에서 발생하는 광을 효과적으로 반사시켜 주는 것이 좋다.

도 4는 도 2에 도시된 조명용 LED 모듈의 히트파이프 플레이트를 통한 방열 과정을 나타내는 도면이다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 히트파이프 플레이트(13)는 절연 기 판(12)의 저면에 일체로 부착되고, 중공부(13b)를 둘러싸는 내벽의 상면과 측면 상에 모세관(13a)이 형성되어 있는 구조이다.

히트파이프 플레이트(13)의 방열 과정을 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부의 액상 작동유체가 내벽의 상면 측에 형성된 모세관(13a)을 따라 이동하면서 그 상부의 LED 소자(51)로부터 방출되어 전열 기판(12)을 통해 전달되는 열을 흡수하여 기화되면, 모세관(13a)으로부터 이탈하여 중공부(13b)를 지나 온도가 낮은 히트파이프 플레이트(13)의 저면 측으로 이동하게 된다. 저면에 근접한 위치에서 기상의 작동유체는 외부로 열을 방출하면서 액화되고 내벽의 측면에 형성된 모세관(13a)으로 스며들어 다시 모세관(13a)을 따라 내벽의 상면 측으로 순환된다.

이와 같은 순환 사이클을 통하여 히트파이프 플레이트(13) 상부의 LED 소자(51)로부터 방출되는 열을 히트파이프 플레이트(13) 하부의 대기 또는 히트파이프 플레이트(13) 하부에 추가적으로 부착된 냉각핀 등의 냉각 장치로 효과적으로 전달시키게 된다.

여기서, 모세관(13a)은 그루브(groove), 금속 메쉬(metal mesh), 소결 분말(sintered powder)에 의해 형성될 수 있으나, 모세관(13a)을 따라 이동하는 작동유체의 이동 방향에 제한이 없고, 증발면적이 커서 많은 열을 전달할 수 있는 소결 분말로 형성하는 것이 가장 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에서는 발광 기능을 하는 LED 소자로 금속합금 기판 구조나 사파이어 기판 구조를 갖는 질화물계 LED 소자를 모두 사용 할 수 있는데, 사파이어 기판 구조를 갖는 LED 소자를 사용하는 경우 소자에서 발생하는 열이 절연체인 사파이어 기판을 통해 하부의 히트파이프 플레이트로 전달되므로 금속합금 기판 구조의 LED 소자인 경우에 비하여 방열 성능이 떨어지게 된다.

본 발명의 제2 실시예에서는 사파이어 기판 구조를 갖는 LED 소자를 사용하되, LED 소자로부터 히트파이프 플레이트로의 열전달을 보다 개선시킨 조명용 LED 모듈에 대하여 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명용 LED 모듈의 정단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명용 LED 모듈은 히트파이프 플레이트(113)와, 히트파이프 플레이트(113)의 상면 양측에 각각 부착되는 한 쌍의 기판(112)과, 한 쌍의 기판(112) 사이에 직·병렬로 배열되도록 히트파이프 플레이트(113)의 상면에 직접 부착되는 다수의 LED 소자(151)들과, 중심부에 상하면을 관통하는 관통부(122)가 형성되고 관통부(122) 내에 LED 소자(151)들이 위치하도록 기판(112) 상에 결합되는 케이스(120) 및 케이스(120)의 상부에 구비되는 렌즈(130)를 포함하여 구성된다.

LED 소자(151)는 사파이어 기판 구조를 갖는 질화물계 청색 LED 소자로서, 그 저면에 구성된 사파이어 기판이 전류를 절연시켜주므로 도체인 히트파이프 플레이트(113)의 상면에 직접 부착되어도 히트파이프 플레이트(113)로의 누전이 발생하지 않고 정상적으로 작동된다.

따라서, 본 실시예에서는 LED 소자(151)를 기판(112)의 상면에 부착하는 대신 양 기판(112) 사이에서 히트파이프 플레이트(113)의 상면과 직접 접촉하도록 부 착함으로써, LED 소자(151)를 고밀도로 집적하여 배열하는 경우에도 LED 소자(151)에서 발생하는 열을 하부의 히트파이프 플레이트(113)를 통하여 효과적으로 방출할 수 있게 된다.

여기서, LED 소자(151)를 히트파이프 플레이트(113)의 상면에 부착시키는 방법으로는, 전술한 제1 실시예에서 LED 소자를 전극 패턴 상에 부착시키는 방법과 마찬가지로, 열전도도가 좋은 실버 에폭시(silver epoxy)를 매개체로 한 방법과, 공정접합(eutectic bonding)에 의한 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

히트파이프 플레이트(113) 상면에 배열된 LED 소자(151)들을 전기적으로 도통시켜주기 위하여 히트파이프 플레이트(113)의 상면 양측에 한 쌍의 기판(112)이 구비되는데, 양 기판(112) 상에는 서로 다른 극성의 전극 패턴(111)이 형성되어 있다. LED 소자(151)들과 기판(112) 간의 전기적 연결 구조를 살펴보면, 양 기판(112)에 형성된 전극 패턴(111)의 전극과 양 기판(112) 사이에 일렬로 배치되어 있는 일군의 LED 소자(151)들 끼리를 각각 전선(152)으로 직렬 연결하고, 이러한 직렬 회로들을 병렬로 연결시키도록 양 기판(112)의 전극 패턴(111)을 형성함으로써 직·병렬 구조의 전기 회로를 구성할 수 있다. 여기서, 히트파이프 플레이트(113)의 상면 양측에 구비되는 한 쌍의 기판(112)은, 전술한 제1 실시예와 달리, LED 소자(151)가 직접 탑재되지 않으므로 일반적인 페놀수지 재질의 PCB 기판을 사용하여 원가를 절감할 수 있다.

히트파이프 플레이트(113)는, 전술한 제1 실시예와 같이, 내부의 작동유체가 기화 및 액화되는 순환 사이클을 통하여 히트파이프 플레이트(113) 상부의 LED 소 자(151)로부터 방출되는 열을 하부로 배출시키게 되는데, 상면에 은도금 또는 알루미늄 증착에 의한 반사막(114)을 형성하여 LED 소자(151)에서 발생된 광에 대한 반사율을 높여주는 동시에, 히트파이프 플레이트(113) 상에 LED 소자(151)를 용이하게 부착할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그 외에 케이스(120)와, LED 소자(151) 상부에 도포되는 하부 발광막(141), 형광막(142) 및 상부 발광막(143)의 구조는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 조명용 LED 모듈은 방열 기능이 우수한 히트파이프 플레이트를 방열체로 사용하고, LED 소자와 히트파이프 플레이트 사이의 열저항을 최소화하여 방열 성능을 향상시킴으로써, LED 소자의 수명이 연장되어 장치의 유지 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 발광 효율이 개선되어 소비 전력 대비 조명 성능이 뛰어난 LED 조명 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

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히트파이프 플레이트와;

상기 히트파이프 플레이트의 상면 양측에 각각 부착되는 한 쌍의 기판과;

상기 한 쌍의 기판 사이에 직·병렬로 배열되도록 상기 히트파이프 플레이트의 상면에 직접 부착되는 다수의 LED 소자들과;

중심부에 상하면을 관통하는 관통부가 형성되고 상기 관통부 내에 상기 LED 소자들이 위치하도록 상기 기판 상에 결합되는 케이스; 및

상기 케이스의 상부에 구비되는 렌즈;

를 포함하여 구성되되,

상기 관통부 내부에는 투명 재질로 이루어진 하부 발광막 및 상부 발광막이 순차적으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 3항에 있어서,

상기 히트파이프 플레이트는,

상면에 은도금 또는 알루미늄 증착에 의한 반사막이 형성되고,

상기 반사막 표면에 상기 LED 소자들이 부착되는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 3항에 있어서,

상기 LED 소자들은,

상기 히트파이프 플레이트 상에 실버 에폭시(silver epoxy)를 매개체로 부착 되거나, 또는 공정접합(eutectic bonding)에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 3항에 있어서,

상기 하부 발광막과 상부 발광막 사이에는,

형광체를 포함하는 형광막이 도포되는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 6항에 있어서,

상기 렌즈에는,

유색의 코팅 물질이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 3항에 있어서,

상기 상부 발광막은,

확산제가 첨가된 확산 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.
제 3항에 있어서,

상기 히트파이프 플레이트는,

내부에 작동유체가 포함된 중공부가 형성되고, 상기 중공부를 둘러싸는 내벽의 상면과 측면 상에 모세관(wick)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 모듈.