KR100959910B1 - Ｌｅｄ 기판 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 LED 기판 모듈은 금속 소재의 방열판, 상기 방열판의 상면에 도포된 제1절연막 및 상기 제1절연막의 상면에 패터닝된 회로배선을 포함하는 기판, 상기 회로배선에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 기판에 실장된 적어도 하나의 LED 소자, 및 상기 LED 소자 각각에서 방출되는 광을 외부로 확산시키기 위하여 상기 기판에 결합된 적어도 하나의 확산렌즈를 포함하되, 상기 확산렌즈의 바닥면은 기판에 대향하는 둥근 장방형 평면이고, 상기 바닥면의 중앙에는 LED 소자 각각의 발광부가 삽입되는 반원 형상의 삽입홈이 단측 길이방향으로 형성되며, 상기 바닥면의 상부는 삽입홈의 중심축 부분은 오목하고 중심축 양측 부분은 볼록한 봉우리 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LED 기판 모듈은 복수의 LED 소자가 실장되는 기판과 방열판을 일체로 간결하게 형성함으로써 제품의 제조비용 및 두께를 감소시킬 수 있고, 각각의 LED 소자에서 방출되는 광을 광범위하게 확산시킬 수 있는 확산렌즈를 구비함으로써 상기 LED 기판 모듈이 조명등에 사용될 경우 균일한 조도와 광범위한 광 조사 영역을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
LED, LED 기판, 조명, 방열, 광 확산
Description
본 발명은 LED 기판 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED가 실장되는 기판의 구성이 간결하고 상기 LED로부터 방출되는 광을 넓게 확산시킬 수 있는 확산렌즈를 구비한 LED 기판 모듈에 관한 것이다.
종래에 사용된 조명등의 경우 가정이나 사무실에 사용되는 실내 조명등은 광원으로서 백열전구나 형광등을 주로 사용하였고, 가로등이나 보안등과 같은 실외 조명등은 광원으로서 수은등이나 나트륨등을 주로 사용하였다.
그러나, 종래의 상기 광원들은 밝기에 비하여 에너지 소비가 크다는 문제점과 수명이 짧아 시간경과에 따라 광량이 급격하게 저하되어 주기적인 관리가 필요하다는 문제점이 있으며, 특히 내부에 수은가스를 이용하고 있으므로 폐기시 환경오염의 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.
따라서, 근래에는 이를 해결하기 위하여 전력소모가 적고 수명이 긴 발광다이오드(이하, 'LED'라 한다.)를 광원으로 하는 조명등이 급속하게 개발되어 출시되고 있는데, 이러한 LED는 개별 소자의 조도가 낮아서 이를 조명용으로 이용하기 위해서는 일반적으로 하나의 기판에 복수 개의 LED 소자를 실장한 LED 기판 모듈의 형태로 주로 사용된다.
상기와 같이 복수 개의 LED 소자를 하나의 기판에 실장하여 사용할 경우 발광시 각각의 LED 소자에서 발생되는 열로 인하여 반도체 소자인 LED 소자의 수명을 현저하게 단축시키게 되는 단점이 있기 때문에, 종래의 LED 기판 모듈의 경우 일반적으로 LED 소자가 실장된 기판의 배면에 별도의 방열판이 구비되도록 구성되었다.
그러나, 이와 같은 종래의 LED 기판 모듈의 경우 LED 소자가 설치된 기판(예를 들어, PCB 기판)에 방열판을 추가로 부착하는 방식이기 때문에 별도의 결합구조를 필요로 하게 되며, 그로 인하여 전체 구성이 복잡해져 제조비용이 증가됨은 물론 전체적인 LED 기판 모듈의 두께가 두꺼워져 슬림한 제품에 적용되기 곤란하다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 LED 기판 모듈의 경우 각각의 LED 소자가 방출하는 광의 조사 영역이 좁아서 점발광 형태를 띠기 때문에, 이를 이용한 LED 조명등의 경우 LED 소자가 실장된 부분은 밝고 나머지 부분은 어둡게 되는 현상으로 인하여 전체적인 조도가 불균일해지고 광의 조사 영역이 좁아지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED 소자가 실장되는 기판과 방열판을 간결하게 일체로 구성함으로써 제품의 제조비용과 전체적인 두께를 현저하게 감소시킬 수 있는 LED 기판 모듈을 제공 하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 LED 기판 및 상기 기판에 실장된 각각의 LED 소자에 용이하게 결합될 수 있고, LED 소자에서 방출되는 광의 조사 영역을 광범위하게 확산시킬 수 있는 확산렌즈를 구비한 LED 기판 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LED 기판 모듈은 금속 소재의 방열판, 상기 방열판의 상면에 도포된 제1절연막 및 상기 제1절연막의 상면에 패터닝된 회로배선을 포함하는 기판, 상기 회로배선에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 기판에 실장된 적어도 하나의 LED 소자, 및 상기 LED 소자 각각에서 방출되는 광을 외부로 확산시키기 위하여 상기 기판에 결합된 적어도 하나의 확산렌즈를 포함하되, 상기 확산렌즈의 바닥면은 기판에 대향하는 둥근 장방형 평면이고, 상기 바닥면의 중앙에는 LED 소자 각각의 발광부가 삽입되는 반원 형상의 삽입홈이 단측 길이방향으로 형성되며, 상기 바닥면의 상부는 삽입홈의 중심축 부분은 오목하고 중심축 양측 부분은 볼록한 봉우리 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바닥면의 장측 양단에는 각각 바닥면의 수직방향으로 연장된 레그부와, 상기 레그부의 단부에서 바닥면의 외측 방향으로 상기 기판에 대향되도록 절곡되어 연장된 평면부가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바닥면의 중앙에는 상기 LED 소자의 본체 프레임 양측 테두리가 끼움 결합되는 가이드부가 상기 삽입홈의 양측에서 바닥면의 수직방향으로 연장되 어 형성되되, 상기 가이드부의 연장길이는 레그부의 연장길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평면부 각각에 형성된 제1결합공과, 상기 LED 소자의 양측 테두리가 가이드부에 끼움 결합될 경우 상기 제1결합공에 대응되도록 상기 기판에 형성된 제2결합공을 더 구비하되, 상기 확산렌즈는 제1결합공과 제2결합공 사이의 나사 결합에 의하여 상기 기판에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평면부 각각에 형성된 결합돌기와, 상기 LED 소자의 양측 테두리가 가이드부에 끼움 결합될 경우 상기 결합돌기에 대응되도록 상기 기판에 형성된 결합홈을 더 구비하되, 상기 확산렌즈는 상기 결합돌기와 결합홈의 결합에 의하여 상기 기판에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 회로배선의 상면에 형성된 제2절연막을 더 구비하되, 상기 제2절연막은 상기 LED 소자와 회로배선의 접합부를 제외한 부분에 대해서 형성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 LED 기판 모듈은 복수의 LED 소자가 실장되는 기판과 방열판을 일체로 간결하게 형성함으로써 제품의 제조비용 및 두께를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 기판 모듈은 각각의 LED 소자에서 방출되는 광을 광범위하게 확산시킬 수 있는 확산렌즈를 구비함으로써 상기 LED 기판 모듈이 조명 등에 사용될 경우 균일한 조도와 광범위한 광 조사 영역을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
(
제1실시예
)
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 기판 모듈의 구성을 나타낸 사시도, 도2는 도1의 A-A선에 대한 단면도, 도3은 도1의 LED 기판 모듈에 결합된 확산렌즈를 나타낸 저면도, 도4는 도3의 확산렌즈가 기판에 결합된 상태를 나타낸 단면도, 및 도5는 도3에 도시한 확산렌즈의 발광특성을 나타낸 배광곡선이다.
본 실시예에 따른 LED 기판 모듈은 회로배선을 구비한 기판(10), 상기 기판(10)에 실장되는 복수의 LED 소자(20), 및 상기 LED 소자(20) 각각에서 방출되는 광을 확산시키기 위하여 기판(10)에 결합된 복수의 확산렌즈(30)를 포함하여 구성된다.
도1에서는 도시의 편의를 위하여 하나의 LED 소자(20)에 대해서만 확산렌즈(30)가 결합된 경우를 도시하였으나, 실제로는 전체 LED 소자(20)에 대하여 상기 확산렌즈(30)가 결합되도록 구성된다.
또한, 상기 기판(10)은 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속 소재로 이 루어진 방열판(11), 상기 방열판의 상면에 도포된 제1절연막(12), 상기 제1절연막(12) 상면에 패터닝된 회로배선(13), 및 상기 회로배선(13)의 상면에 형성된 제2절연막(14)으로 구성된다.
이때, 상기 제1절연막(12)은 방열판(11) 상부 전체에 도포됨으로써 그 상부에 형성되는 회로배선(13)과 방열판(11)을 전기적으로 절연시킴과 동시에, 상기 회로배선(13)에 연결된 LED 소자(20)에서 발생되는 열을 상기 방열판(11)으로 전달하게 된다.
따라서, 상기 제1절연막(12)은 열전도성 세라믹과 같은 열전도성 절연체로 구성되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 버키스트사의 열전도성 실리콘 소재를 이용하여 상기 제1절연막(12)을 형성하였다.
또한, 상기 제1절연막(12)은 소재의 종류 및 상태에 따라 진공증착법, 회전도포에 의한 코팅법, 또는 졸겔법과 같은 공지된 박막 형성 방법 중 어느 하나에 의하여 바람직하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 회로배선(13) 및 제2절연막(14)은 포토레지스트 처리와 에칭처리로 구성되는 통상의 리소그래피 기술을 이용하여 바람직하게 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 인쇄기법과 같은 기타 공지된 패턴 형성방법에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다.
이때, 상기 회로배선(13)은 동을 이용하여 0.003 내지 0.006mm의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제2절연막(14)은 제1절연막(12)과 동일한 소재 또는 기타 공지된 다른 절연소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2절연막(14)은 회로배선(13) 중 LED 소자(20)의 실장시 리드프레임의 단자부(미도시)가 상기 회로배선(13)에 접합되는 부분을 제외한 부분에 대하여 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 확산렌즈(30)의 바닥면(31)은 기판(10)에 대향하는 둥근 장방형 평면이고, 상기 바닥면(31)의 중앙에는 LED 소자(20) 각각의 발광부(21)가 삽입되는 반원 형상의 삽입홈(32)이 단측 길이방향으로 형성되어 있다.
또한, 상기 바닥면(31)의 중앙에는 상기 LED 소자(20)의 본체 프레임(22) 양측 테두리가 끼움 결합되는 가이드부(33)가 상기 삽입홈(32)의 양측에서 바닥면(31)의 수직방향으로 연장되어 형성되는데, 상기 가이드부(33)는 확산렌즈(30)가 LED 소자(20)에 고정되도록 하는 역할과 후술하는 바와 같이 확산렌즈(30)를 기판(10)에 결합할 경우 결합위치를 미리 잡아주는 역할을 수행한다.
또한, 상기 바닥면(31)의 장측 양단에는 각각 바닥면(31)의 수직방향으로 연장된 레그부(34)와, 상기 레그부(34)의 단부에서 바닥면(31)의 외측 방향으로 상기 기판(10)에 대향되도록 절곡되어 연장된 평면부(35)가 더 형성되어 있다.
이때, 상기 레그부(34)의 연장길이는 확산렌즈(30)의 결합을 위하여 전술한 가이드부(33)의 연장길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평면부(35) 각각에는 제1결합공(36)이 형성되어 있고, 상기 기판(10)에는 LED 소자(20)의 양측 테두리가 가이드부(33)에 끼움 결합될 경우 상기 제1결합공(36)에 대응되는 위치에 제2결합공(16)이 형성되어 있는데, 상기 확산렌 즈(30)는 제1결합공(36)과 제2결합공(16) 사이의 나사 결합에 의하여 상기 기판(10)에 결합된다.
한편, 상기 바닥면(31)의 상부는 삽입홈(32)의 중심축(37) 부분은 오목하고 중심축(37)의 양측 부분은 볼록한 봉우리 형상으로 구성되는데, 이와 같은 구성에 의하여 후술하는 바와 같이 LED에서 방출되는 광이 넓은 영역으로 확산될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 확산렌즈(30)의 배광특성을 살펴보면, 본 발명에 따른 확산렌즈(30)의 경우 LED 소자(20)의 발광부(21)의 중심에 대응되는 삽입홈(32)의 중심축(37) 부분은 오목렌즈와 같이 형성되고 중심축(37)의 양측은 볼록렌즈와 같이 형성되기 때문에 상기 중심축(37) 부분에 집중되어 방출되는 빛이 확산렌즈(30)를 통과하는 과정에서 페르마의 원리(Fermat's principle)에 의하여 도4에 화살표로 도시한 바와 같이 확산렌즈(30)의 바깥쪽 방향으로 꺽여져서 방출된다.
따라서, 본 발명에 따른 확산렌즈(30)는 LED 소자(20)의 특성상 발광부(21)의 중심 영역에 집중하여 방출되는 빛을 넓게 확산시켜주기 때문에 조명등의 광원으로 사용할 경우 LED 소자의 배치에 관계없이 전체적으로 균일한 조도를 유지할 수 있음은 물론, 조명등 자체의 조사 영역을 넓게 확장시킬 수 있게 된다.
도5는 본 발명에 따른 확산렌즈를 LED 소자에 적용한 경우의 발광특성을 나타낸 배광곡선이다.
또한, 상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 확산렌즈(30)는 기판(10) 에 결합할 경우 가이드부(33)가 LED 소자(20)의 본체 프레임(22) 양측 테두리에 먼저 끼움 결합됨으로써 LED 소자(20) 및 기판(10)에 쉽게 가체결되어 나사결합을 위한 위치를 미리 잡아주는 구성이기 때문에, 조립이 간편하여 생산시 작업량이 크게 감소된다는 장점이 있다.
(
제2실시예
)
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 확산렌즈의 구성을 나타낸 저면도이고, 도7은 도6의 확산렌즈가 기판에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 LED 기판 모듈의 구성은 확산렌즈(30)와 기판(10)의 결합방식을 제외한 부분은 전술한 제1실시예와 동일하기 때문에 여기에서는 중복되는 설명을 생략하며, 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.
본 실시예에 따른 확산렌즈(30)는 평면부(35)에 형성된 결합돌기(136)와 상기 결합돌기(136)에 대응되는 위치에서 기판(10)에 형성된 결합홈(116)의 결합에 의하여 기판(10)에 결합된다.
이때, 상기 결합돌기(136)는 결합홈(116)에 억지 끼움결합됨으로써 상기 기판(10)에 고정되도록 구성되거나, 접착제 등에 의하여 상기 기판(구체적으로는, 결합홈)(10)에 고정되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 결합돌기(136)와 결합홈(116)의 단면 형상이 반원형으로 이루어지도록 구성하였으나, 이에 한정되지 아니하며 원형, 다각형 또는 세레 이션 형상 등 여러 가지 다양한 형상으로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 LED 기판 모듈은 제1실시예와 대비할 때 별도의 체결도구(나사 등) 없이 확산렌즈(30)가 직접 기판(10)에 결합되는 구성이기 때문에 제조비용 및 시간을 더욱 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 기판 모듈의 구성을 나타낸 사시도,
도2는 도1의 A-A선에 대한 단면도,
도3은 도1의 LED 기판 모듈에 결합된 확산렌즈를 나타낸 저면도,
도4는 도3의 확산렌즈가 기판에 결합된 상태를 나타낸 단면도,
도5는 도3에 도시한 확산렌즈의 배광특성을 나타낸 배광곡선,
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 확산렌즈의 구성을 나타낸 저면도, 및
도7은 도6의 확산렌즈가 기판에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
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- 금속 소재의 방열판, 상기 방열판의 상면에 도포된 제1절연막, 상기 제1절연막의 상면에 패터닝된 회로배선을 포함하는 기판;상기 회로배선에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 기판에 실장된 적어도 하나의 LED 소자; 및상기 LED 소자 각각에서 방출되는 광을 외부로 확산시키기 위하여 상기 기판에 결합된 적어도 하나의 확산렌즈를 포함하되,상기 확산렌즈의 바닥면은 기판에 대향하는 둥근 장방형 평면이고, 상기 바닥면의 중앙에는 LED 소자 각각의 발광부가 삽입되는 반원 형상의 삽입홈이 단측 길이방향으로 형성되며,상기 바닥면의 장측 양단에는 각각 바닥면의 수직방향으로 연장된 레그부와, 상기 레그부의 단부에서 바닥면의 외측 방향으로 상기 기판에 대향되도록 절곡되어 연장된 평면부가 더 형성되고,상기 바닥면의 중앙에는 상기 LED 소자의 본체 프레임 양측 테두리가 끼움 결합되는 가이드부가 상기 삽입홈의 양측에서 바닥면의 수직방향으로 연장되어 형성되되,상기 가이드부의 연장길이는 레그부의 연장길이보다 짧고,상기 평면부 각각에 형성된 결합돌기;와상기 LED 소자의 양측 테두리가 가이드부에 끼움 결합될 경우 상기 결합돌기에 대응되도록 상기 기판에 형성된 결합홈을 더 구비하되,상기 확산렌즈는 상기 결합돌기와 결합홈의 결합에 의하여 상기 기판에 결합되는 것을 특징으로 하는 LED 기판 모듈.
- 제5항에 있어서,상기 기판은 회로배선의 상면에 형성된 제2절연막을 더 구비하되,상기 제2절연막은 상기 LED 소자와 회로배선의 접합부를 제외한 부분에 대해서 형성된 것을 특징으로 하는 LED 기판 모듈.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090108349A KR100959910B1 (ko) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | Ｌｅｄ 기판 모듈 |
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| KR100959910B1 true KR100959910B1 (ko) | 2010-06-01 |
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ID=42369401
Family Applications (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR101126556B1 (ko) | 2010-07-30 | 2012-03-22 | 주식회사 탑엔지니어링 | 탈모관리기 |
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| KR20210115808A (ko) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | (주) 헥사이노힐 | 저출력 레이저 치료 요법(lllt)을 위한 일체형 칩온보드 타입의 의료용 발광 소자 제조 방법 및 이를 이용한 의료용 발광 소자 |
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2009
- 2009-11-11 KR KR1020090108349A patent/KR100959910B1/ko active IP Right Grant
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