KR100940985B1 - 발광 다이오드 조명 모듈 - Google Patents
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Abstract
개시된 발광 다이오드 조명 모듈은 홀이 형성된 인쇄회로기판과, 홀에 삽입되며, 인쇄회로기판과 접속하는 발광 다이오드 패키지 및 인쇄회로기판과 발광 다이오드 패키지를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 발광 다이오드 패키지는 하우징과 접하는 구조로 발광 다이오드 패키지에서 발생된 열을 하우징을 통해 방열할 수 있다. 이와 같은 구조의 발광 다이오드 조명 모듈에 따르면, 발광 다이오드 패키지로부터 발생된 열을 단일층인 하우징을 통해서 외부로 방열할 수 있으므로, 열저항을 낮춰 방열 효율의 증가 및 이에 의한 발광 다이오드 패키지의 수명 증가와 광효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
조명, 발광 다이오드
Description
본 발명은 조명 장치에 사용되는 조명 모듈에 관한 것으로서, 특히 광원으로 발광 다이오드를 사용한 발광 다이오드 조명 모듈에 관한 것이다.
조명이란 빛을 인간 생활에 유용하게 사용하는 기술로, 자연 광원인 태양광을 이용한 주광 조명과 전등 등의 인공 광원을 이용한 인공 조명으로 구분할 수 있다.
상기 인공 조명으로는 백열등, 수은등, 형광등 등이 있는데, 상기와 같은 인공 조명의 발명은 인간의 삶을 풍요롭게 하는 원동력이 되었다.
최근에는 종래의 조명보다 광 효율이 우수한 발광 다이오드(light emitting diode)를 이용한 조명 장치가 출현하였다.
도 1은 종래의 조명 장치 중 발광 다이오드를 이용한 조명 모듈(lighting module)을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 조명 모듈(10)은 하우징(housing;30) 및 발광 다이오드 패키지(light emitting diode package;20)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(30)은 상기 발광 다이오드 패키지(20)를 수용하도록 수용 공 간(32)을 가지며, 수용 공간(32)의 전방에 발광 다이오드 패키지(20)로부터 발광된 빛을 집광하기 위한 렌즈(lens;50)가 결합한다.
상기 발광 다이오드 패키지(20)는 상기 수용 공간(32)에 장착되는데, 하우징(30)과 발광 다이오드 패키지(20) 사이에는 인쇄회로기판(40)이 개재된다.
상기 인쇄회로기판(40)은 에폭시 수지형인 FR4 인쇄회로기판 또는 메탈(metal) 인쇄회로기판일 수 있다.
상기 발광 다이오드 패키지(20)는 히트 싱크(heat sink;21) 상에 실장된 LED 칩(chip;23) 및 상기 LED 칩(23)과 접속하는 전극(22)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조의 조명 모듈(10)에 의하면, LED 칩(23)으로부터 발생된 열의 외부 방열을 위하여는 히트 싱크(21)와, 인쇄회로기판(40) 및 하우징(30)을 모두 통과해야 하는 다층 구조이므로, 방열 과정 시 열저항이 증가하게 된다.
상기 열저항의 증가는 조명 모듈(10)에서의 방열 효율을 저하시키게 되고, 결과적으로 LED 칩(23)의 수명 단축과 광효율을 떨어뜨리는 문제점이 생기게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열저항을 줄여 LED 칩의 수명 연장 및 광효율 등을 향상시킬 수 있는 개선된 발광 다이오드 조명 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하우징과, 인쇄회로기판 및 발광 다이오드 패키지를 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 하우징 내부에 장착되며, 홀이 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 패키지는 상기 홀에 삽입되어 상기 하우징의 내부에 직접 또는 열전도성 접착제를 매개로 장착될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지로부터 발생된 열을 단일층인 하우징을 통해서 외부로 방열할 수 있으므로, 열저항을 낮춰 방열 효율의 증가 및 이에 의한 발광 다이오드 패키지의 수명 증가와 광효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 종래 다층 구조에 의한 방열 방법을 단일층에 의한 방열로 변경함으로써, 구성 요소가 감소되어 제작 시 경제적이며, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드 조명 모듈(100)은 인쇄회로기판(110)과, 발광 다이오드 패키지(120) 및 수용 공간(132)이 형성된 하우징(130)을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(110)으로는 에폭시 레진(epoxy resin)이 함침된 유리섬유가 여러 겹 쌓인 FR4 인쇄회로기판을 사용할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(110)에는 홀(hole;111)이 형성되며, 열전도성 접착제(미도시) 등에 의하여 상기 하우징(130) 내부에 결합할 수 있다.
상기 발광 다이오드 패키지(120)는 상기 인쇄회로기판(110)과 접속하는 전극(121)과, 상기 전극(121)에 접속하는 LED 칩(122) 및 상기 LED 칩(122)이 실장되는 히트 싱크(123)를 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(122)은 가시광선을 발광하여 생활 조명을 위해 사용할 수 있고, 적외선이나 자외선을 발광하여 특수한 목적을 위해 사용할 수 있다.
상기 히트 싱크(123)는 LED 칩(122)에서 발생된 열을 흡수하여 방열하는 기능을 가진다.
상기 발광 다이오드 패키지(120)는 상기 인쇄회로기판(110)에 형성된 홀(111)에 삽입되어, 상기 인쇄회로기판(110)과는 전기적으로 연결되고, 상기 하우징(130) 내에는 안착될 수 있다.
상기 안착 시, 발광 다이오드 패키지(120)의 히트 싱크(123)와 하우징(130) 은 접하거나, 열전도성 접착제(미도시)에 의하여 접합할 수 있다.
상기와 같이 히트 싱크(123)와 하우징(130)을 접하게 하는 이유는 열저항을 줄여 LED 칩(122)에서 발생된 열의 방열 효율을 향상시키기 위함이다.
상기 하우징(130)은 상기 인쇄회로기판(110) 및 발광 다이오드 패키지(120)를 수용할 수 있는 수용 공간(132)을 가지고 있으며, 전방에 평면 커버(미도시) 또는 상기 발광 다이오드 패키지(120)로부터 발생된 빛을 집광시키거나, 분산시키기 위한 렌즈(140)가 결합할 수 있다.
상기 하우징(130)은 히트 싱크(123)로부터 전도된 열의 방열 효율을 높이기 위하여 열전도체일 수 있다.
상기 하우징(130)은 도면에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 제품의 형태에 따라 여러가지 형태로 변형이 가능하다.
도 3a 내지 도 3c는 발광 다이오드 조명 모듈의 작동 시 발생되는 열에 대한 열해석을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c에서, Tj는 LED 칩의 접합 부분에서의 온도를 나타내고, Trange는 표면의 전체 온도 분포를 나타낸다.
도 3a는 도 1의 구조를 갖는 발광 다이오드 조명 모듈에서 FR4 인쇄회로기판을 사용한 경우로 발광 다이오드 패키지가 FR4 인쇄회로기판 상에 안착되고, 상기 FR4 인쇄회로기판이 하우징에 접하는 형태의 열해석 도면이다.
도 3a를 참조하면, LED 칩에서 발생된 열이 조명 모듈의 중심에 집중되고, 표면의 전체 온도 분포가 49~97.6℃로 높아 냉각 효과가 낮은 것을 알 수 있다.
즉, (m) 및 (n)의 스펙트럼 온도 분포를 참조하면, LED 칩 주변의 온도가 집중적으로 고온으로 나타난 반면, 그 외 지역은 낮은 온도 분포를 나타내고 있어, 결과적으로 LED 칩에서의 방열이 떨어진다.
도 3b는 도 1의 구조를 갖는 발광 다이오드 조명 모듈에서 메탈 인쇄회로기판을 사용한 경우로 발광 다이오드 패키지가 메탈 인쇄회로기판 상에 안착되고, 상기 메탈 인쇄회로기판이 하우징에 접하는 형태의 열해석 도면이다.
도 3b를 참조하면, LED 칩에서 발생된 열이 조명 모듈의 중심에 집중되고, 표면의 전체 온도 분포가 49.4~64.3℃로 높아 냉각 효과가 낮은 것을 알 수 있다.
즉, 상기와 같이 FR4 인쇄회로기판이나 메탈 인쇄회로기판을 사용하여 인쇄회로기판 상에 발광 다이오드 패키지가 안착된 형태의 발광 다이오드 조명 모듈에서는 LED 칩에서 발생된 열이 조명 모듈의 외부로 적절히 방열되지 않는다는 것을 나타낸다.
도 3c는 도 2의 구조를 갖는 발광 다이오드 조명 모듈에서 인쇄회로기판의 홀을 통해 발광 다이오드 패키지가 관통되어 하우징에 접하는 형태의 열해석 도면이다.
도 3c를 참조하면, 발광 다이오드 조명 모듈이 작동하여 발광 다이오드 패키지에서 열이 발생될 때, 열 분포가 발광 다이오드 조명 모듈 전체에 골고루 퍼져 있는 것을 볼 수 있다.
또한, 발광 다이오드 조명 모듈의 표면 전체의 온도 범위가 49.5~58.8℃로 낮은 온도 범위인 것을 알 수 있다.
이는 발광 다이오드 패키지, 즉 LED 칩에서 발생된 열이 외부로 적절하게 방열되어 냉각 효과가 높은 모습을 나타낸 것이다.
이와 같은 구조의 발광 다이오드 조명 모듈에 의하면, LED 칩에서 발생된 열의 전달 경로를 단순화시킴으로서, 전체적인 열저항을 감소시켜 외부로의 방열 효 율 향상 및 발광 다이오드 조명 모듈 내부의 냉각 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 발광 다이오드 조명 모듈을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 발광 다이오드 조명 모듈을 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도 2의 발광 다이오드 조명 모듈의 작동 시 발생되는 열의 열해석을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100... 발광 다이오드 조명 모듈 110... 인쇄회로기판
111... 홀 120... 발광 다이오드 패키지
121... 전극 122... LED 칩
123... 히트 싱크 130... 하우징
Claims (6)
- 홀이 형성된 인쇄회로기판;상기 인쇄회로기판에 접속되는 전극과, 상기 전극에 접속되는 LED 칩 및 상기 LED 칩이 실장되는 히트 싱크를 포함하는 발광 다이오드 패키지; 및상기 인쇄회로기판 및 상기 발광 다이오드 패키지를 수용하며, 열전도성을 가진 하우징을 포함하되,상기 발광 다이오드 패키지는 상기 홀에 삽입되어 상기 히트 싱크가 상기 하우징에 접하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 모듈.
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