KR101035483B1 - 조명용 ｌｅｄ 광원램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED를 광원으로 사용하는 LED 광원램프에서 다수의 고출력 LED를 광원으로 채용하여 조명용으로 사용할 수 있도록 하는 고출력 조명용 LED 광원램프에 관한 것이다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 중앙에 LED고정부가 마련되고 그 주변에 패턴형성부가 마련되어 있는 구리기판과, 상기 LED고정부 중앙에 설치된 원뿔형의 반사판, 상기 구리기판의 LED고정부에서 상기 원뿔형 반사판의 둘레에 종횡으로 배열되어 칩 본딩되고 상호 직병렬로 와이어본딩된 LED 베어칩 어레이, 상기 구리기판의 패턴형성부에 상기 직병렬로 연결된 LED 베어칩과 외부의 전원부 사이에 전기적으로 연결하기 위한 회로패턴과 전극이 형성된 인쇄회로층, 상기 LED 베어칩 어레이와 인쇄회로층의 외표면에 적층되는 투광성 수지층, 상기 투광성 수지층을 형성시킬 두께와 동일한 높이를 갖도록 상기 LED고정부의 둘레 전체에 걸쳐 폐루프형태로 고정된 수지층 외곽틀을 포함하여 이루어져, LED광원램프의 제조공수를 줄여 원가를 절감하고 밝기 효율이 향상된 램프를 제공할 수 있는 효과가 있다.

LED광원, 발광다이오드, 조명, YAG, 야그, 램프

Description

조명용 ＬＥＤ 광원램프{LED LIGHTING SOURCE LAMP FOR ILLUMINATION}

본 발명은 LED를 광원으로 사용하는 LED 광원램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 고출력 LED를 광원으로 채용하여 조명용으로 사용할 수 있도록 하는 고출력 조명용 LED 광원램프에 관한 것이다.

일반적으로 램프에서 사용되는 광원은 진공의 유리구 안에 필라멘트선을 넣고 전원을 인가하면 필라멘트선이 고온으로 가열되면서 온도복사에 의해 빛을 얻는 구조를 많이 채용하고 있는데, 고온에서는 필라멘트가 가늘어져 증발하므로 유리구안에 아르곤과 질소의 혼합가스를 넣어 증발작용을 억제시켜 수명을 연장하고 있다.

이러한 필라멘트를 채용한 통상의 램프는 오랜 세월동안 널리 사용되고 있는 조명등 중의 하나이기는 하지만, 대부분의 에너지가 열로 방출되고 일부만이 빛으로 이용되어 열효율이 낮다는 단점을 가지고 있다.

LED(light emitting diode; 발광다이오드)는 반도체에 전압을 가할 때 발생되는 발광현상을 이용한 광원으로서, 지난 수년간 기술 발전으로 조명용으로 사용할 수 있을 정도로 밝기가 개선되었으며, 이러한 LED를 이용한 램프는 기존 백열전 구에 비해 전력 소모량은 적고, 수명은 길면서 밝고 선명하며, 색상과 휘도에 따라 다양한 조명연출이 가능하여, 신호등, 조명스탠드, 간판, 손전등, 소형램프 등과 같이 다양한 분야에서 일반 조명용으로 사용이 확산될 전망이다.

이와 같은 LED 소자는 좀더 고휘도 LED 소자로 점차 발전시키면서 실내 조명의 다양한 램프로 제작, 판매되고 있는데, 실내조명으로 사용시 적합한 밝기를 갖추기 위해서는 다수의 발광다이오드 소자를 종횡으로 배열하거나, 또는 고휘도 발광다이오드 소자를 하나 또는 다수개 배열하여 하나의 광원으로 사용할 수 있으며, 특히 조명하고자 하는 범위 및 효율을 고려사여 빛을 반사시킬 수 있는 반사판을 추가로 구성할 수도 있다.

이러한 LED광원을 구현하기 위해서는 LED에서 발생되는 열을 효율적으로 방열시키고, 원하는 밝기의 조명을 얻기 위해 다수의 LED를 효율적으로 배열 및 연결하면서 최대한 점광원 형태로 구현할 필요성이 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 다수의 LED 베어칩을 방열판으로 이용될 수 있는 구리기판에 반도체 제조기술인 칩본딩 및 와이어 본딩을 이용해 어레이 형태로 부착하도록 하여, 최소의 면적에 다수의 LED베어칩을 장착할 수 있도록 함으로써 고휘도의 LED광원을 구현할 수 있도록 된 조명용 LED 광원램프를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중앙에 LED고정부가 마련되고 그 주변에 패턴형성부가 마련되어 있는 구리기판과, 상기 LED고정부 중앙에 설치된 원뿔형의 반사판, 상기 구리기판의 LED고정부에서 상기 원뿔형 반사판의 둘레에 종횡으로 배열되어 칩 본딩되고 상호 직병렬로 와이어본딩된 LED 베어칩 어레이, 상기 구리기판의 패턴형성부에 상기 직병렬로 연결된 LED 베어칩과 외부의 전원부 사이에 전기적으로 연결하기 위한 회로패턴과 전극이 형성된 인쇄회로층, 상기 LED 베어칩 어레이와 인쇄회로층의 외표면에 적층되는 투광성 수지층, 상기 투광성 수지층을 형성시킬 두께와 동일한 높이를 갖도록 상기 LED고정부의 둘레 전체에 걸쳐 폐루프형태로 고정된 수지층 외곽틀을 포함하여 이루어져 있다.

상기에 있어서, 상기 수지층 외곽틀의 내측면에는 반사층이 형성됨과 아울러 내측에서 외측방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 구리기판의 가장자리에는 구리기판을 외부와 결합하기 위한 다수의 장방향 체결공이 형성되고, 상기 장방향 체결공들의 장축방향은 서로 다른 방향을 향하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 인쇄회로층에서 LED 베어칩과 연결되는 부위와 전극에는 전해 은도금층이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 원뿔형의 반사판은 내부가 비어 있고 반사판의 밑면에 대응되는 구리기판에는 관통홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

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상기한 바와 같은 본 발명은 좁은 면적의 광원에서 고휘도의 조명을 구현할 수 있고, 고출력 다이오드에서 발생되는 열의 방열처리가 용이하며, 고출력 다이오드의 발열에 기인하는 열변형이 발생되더라도 방열판과의 접촉불량을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 LED광원램프의 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도를 나타낸다.

본 발명에 따른 광원의 베이스 프레임이 되는 구리기판(10)은 소정의 두께를 가지며, 소정의 중앙부위에 LED고정부(11)가 배치되고, 상기 LED고정부(11)를 제외한 나머지 둘레에는 패턴형성부(12)가 배치되며, 구리기판(10)의 각 모서리에는 상기 구리기판(10)을 램프본체에 고정하기 위한 체결홈(13)이 형성된다. 본 발명에 도시된 구리기판(10)이나 후술되는 LED 베어칩 어레이는 사각형상의 구조로 이루어진 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 원형, 타원형, 직사각형 등 다양한 형태로 변형하여 실시할 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.

상기 구리기판(10)의 LED고정부(11)에는 발광체인 LED 베어칩(21)이 장착된다. 이때 LED 베어칩(21)은 다수 개가 가로와 세로 방향으로 각각 배치되어 LED 베어칩 어레이(20)를 이루면서 칩본딩에 의해 각각 구리기판(10)의 LED고정부(11)에 장착된다.

아울러, LED 베어칩(21)들은 종방향 또는 횡방향의 동일 방향으로 인접된 베어칩들끼리 와이어 본딩에 의해 직렬로 연결되고, 다수의 LED 베어칩(21)들이 직렬로 연결되어 있는 LED 베어칩 직렬군은 구리기판(10)의 상면에 배치되는 인쇄회로패턴층(30)에 형성되어 있는 회로패턴(31)에 각각 연결되어 서로 병렬로 연결됨으로써 LED 베어칩 어레이(20)를 이룬다. 참조부호 22는 LED 베어칩(21)들을 직렬로 연결하고 LED 베어칩 직렬군을 상기 회로패턴(31)에 연결하는 와이어를 나타낸다.

상기 구리기판(10)의 둘레 일측에는 상기 LED 베어칩 어레이(20)를 외부 전원부(도시되지 않음)와 연결하기 위한 전극(14)이 형성되며, 상기 전극(14)은 상기 회로패턴(31)에 연결된다.

여기서 직렬 또는 병렬로 연결되어 LED 베어칩 어레이를 이루는 LED 베어칩(21)의 직렬연결 갯수와 병렬로 연결되는 LED 베어칩 직렬군은 구현하고자 하는 광원에 인가될 전압과 광원의 밝기를 고려하여 결정된다.

상기 LED 베어칩 어레이(20)와 회로패턴(31) 층의 외표면에는 LED 베어칩 어레이(20)와 회로패턴(31) 층의 보호와 형광을 위해 투광성 수지층(40)이 적층된다. 본 발명에 따른 투광성 수지층(40)으로서는 야그(YAG: Yttrium Aluminum Garnet)와 실리콘 혼합물을 사용한다. 야그는 황색형광을 발산하며, 실리콘의 혼합양이 많아지면 점차 백색광원에 가깝게 된다.

상기 투광성 수지층(40)은 액상형태의 혼합물을 상기 LED 베어칩 어레이(20)와 회로패턴(31) 층의 외표면에 부은 후 열처리에 의해 경화시키게 되는데, 액상의 혼합물을 상기 LED 베어칩 어레이와 인쇄회로층의 외표면 위에 부으면 임의의 형태로 퍼져 나가므로 이를 방지하고 필요한 범위 안에서만 소정 높이로 적층되도록 하기 위해 수지층 외곽틀(41)을 설치한다. 따라서 투광성 수지층(40)은 수지층 외곽틀(41) 안에서 수지층 외곽틀(41)의 높이와 같게 형성된다.

구리기판(10)의 각 모서리에 형성되는 체결홈(13)은 LED광원램프의 베이스프레임인 상기 구리기판(10)을 램프본체에 고정하기 위한 것으로, 상하관통되어 형성된다. 또한, 구리기판(10)의 각 모서리에 형성되는 체결홈(13)들은 장방형으로 형성되며, 특히 도시된 예에서와 같이 네모서리에 형성하는 경우 장방형 홈의 장축방향이 시계방향으로 90도씩 돌아가게 형성될 수 있다.

상기와 같이 체결홈(13)의 형성각도를 서로 다르게 형성하는 것은 상기 구리 기판(10)의 후면에 방열판(도시되지 않음)을 부착하였을 때 상기 LED 베어칩 어레이(20)에서 발생하는 열에 의해 구리기판(10)이 열변형되더라도 후면에 설치된 방열판과의 접촉면적이 줄어드는 것을 최대한 방지하기 위함이다. 이는 구리기판(10)에 열변형이 발생될 때 임의의 방향으로 변형될 수 있으므로 체결홈(13)의 형성각도를 다양하게 형성하여 이에 대응할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 위와 같은 체결홈(13)의 형성각도는 이에 한정된 것은 아니고 상기 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 구리기판(10)의 형상이나 체결홈(14)의 수에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

위와 같이 구성된 본 발명에 따른 LED광원램프에 대해 도 3 내지 도 5에 의거 각 층별로 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 구리기판에 LED 베어칩 어레이(20)가 장착된 상태를 나타낸다. 구리기판(10)은 본 발명에 따른 LED광원의 베이스 프레임을 형성하는 것으로, 도시된 바와 같이 구리기판(10)의 중앙부위에 마련된 LED고정부(11)에는 다수의 LED베어칩(21)들이 직병렬로 연결되어 LED 베어칩 어레이(20)를 이루고 있다.

또한, 구리기판(10)의 모서리 인접부위에는 장방형의 체결홈(13)들이 그 홈의 장축방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 형성되어 있다.

도 4는 도 3의 구리기판에 적층되는 인쇄회로기판을 나타내는 것으로, 도 4의 (a)는 전반적인 회로패턴을 설명하기 위한 도면이고 도 4의 (b)는 회로패턴 중 에서 전해 은도금층을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 인쇄회로패턴층(30)은 바람직하기로, 얇은 합성수지필름에 동박의 회로패턴(31)이 형성되어 있는 연성회로기판으로 이루어져 있다. 또한, 회로패턴(31) 중에서 LED 베어칩(21)과 연결될 부위 및 전극(14)으로 사용될 부위에는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 은도금층(32)이 형성된다. 상기 은도금층(32)은 원활하게 은도금이 이루어지게 하기 위하여 주지된 바와 같이 동박의 회로패턴(31)에 니켈도금을 한 후 형성하여 이루어진 것이다. 위와 같이 은도금층(32)을 형성하는 이유는 기본적으로 구리는 빠르게 산화되므로 쉽게 납땜이 되지 않기 때문에 LED 베어칩(21)과의 와이어 본딩을 수월하게 하고, 전극(14)에서는 추후 외부의 전원부에 연결할 전선과의 연결이 잘 이루어지도록 하기 위함이다. 상기 은도금층(32)은 전해 도금으로 형성된 것이다. 상기 은도금층(32)은 소프트 골드층으로 형성하여도 동일한 효과를 달성할 수 있다.

도 5는 수지층 외곽틀의 사시도를 도시한 것으로, 도시된 수지층 외곽틀(41)은 LED 베어칩 어레이(20)와 회로패턴(31)을 둘러싸는 크기로 형성되며, 형성하고자 하는 투광성 수지층(40)의 높이와 대응되는 높이로 형성된 것이다. 상기 수지층 외곽틀(41)은 합성수지재로 형성됨이 바람직하다. 또한 상기 수지층 외곽틀(41)의 내측면에는 반사층(42)이 형성되어 있다. 이는 LED베어칩(21)에서 발광된 빛을 최대한 외부로 방사하기 위한 것으로, 이를 위해 수지층 외곽틀(41)의 내측면은 내측에서 외측으로 경사지게 형성함이 바람직하다.

전극(14)에는 외부의 전원부에 연결된다. 연결수단으로는 LED 베어칩 어레이(20)에서 발생되는 열을 감안하여 테프론 와이어를 사용함이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED광원램프의 사시도를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 B-B선 단면도를 나타낸다.

도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 일실시예에서 원뿔형의 반사판(50)이 추가로 설치된 것이다.

즉, 구리기판(10)의 LED고정부(11) 중앙에는 원뿔형의 반사판(50)이 설치되고, 상기 반사판(50) 둘레에 다수의 LED 베어칩(21)들로 이루어진 LED 베어칩 어레이(20)가 배치된 것이다. 상기 반사판(50)은 LED 베어칩 어레이(20)의 중앙부위에 열이 집중됨을 감안하여 열을 외곽으로 발산시킨다.

또한, 반사판(50) 둘레에 설치되어 있는 LED 베어칩(21)들로부터 방사되는 빛이 반사판(50)에 의해 소정각도 반사되어 외부로 방사되도록 한다. 이에 따라 LED광원램프에서 발생되는 빛은 넓게 확산된 상태로 방사됨으로써 보다 광범위한 영역을 비출 수 있게 된다.

상기 반사판(50)은 원뿔형의 반사판 둘레에 소정 크기의 플랜지(51)가 형성되어 있어서 구리기판(10)에 원활하게 고정시키도록 되어 있다.

상기 반사판(50)은 구리기판(10)에 고정된 상태에서 수지층 외곽틀(41)내로 액상의 수지를 부어 굳혀서 투광성 수지층(40)을 형성하게 되므로 반사판(50)의 플랜지(51)는 투광성 수지층(40) 내에 매립된다.

또한, 원뿔형으로 형성된 상기 반사판(50)은 내부가 비어 있는 형태로 형성되고, 반사판(50)의 밑면에 대응되는 구리기판(10)에는 관통홈(10a)을 형성할 수 있다. 상기 관통홈(10a)은 반사판(50)의 내부공간을 외기와 소통시켜 LED 베어칩(21)에서 발광된 빛을 외부로 반사시킬 때 흡수된 열을 방출시키기 위함이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 조명용 LED 광원램프는 제조공수를 줄여 원가를 절감하고 밝기 효율이 향상된 램프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED광원램프의 사시도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 구리기판에 LED 베어칩 어레이가 장착된 상태를 나타내는 도면,

도 4는 도 3의 구리기판에 적층되는 인쇄회로기판을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 수지층 외곽틀의 사시도,

도 6은 본 발명의 다른실시예에 따른 LED광원램프의 사시도,

도 7은는 도 6의 B-B선 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 -- 구리기판, 11 -- LED고정부,

12 -- 패턴형성부, 13 -- 체결홈,

14 -- 전극, 20 -- LED 베어칩 어레이,

21 -- LED 베어칩, 22 -- 본딩 와이어,

30 -- 인쇄회로패턴층, 31 -- 회로패턴,

32 -- 금도금층, 40 -- 투광성 수지층,

41 -- 수지층 외곽틀.

Claims (6)

1. 중앙에 LED고정부가 마련되고 그 주변에 패턴형성부가 마련되어 있는 구리기판과, 상기 LED고정부 중앙에 설치된 원뿔형의 반사판, 상기 구리기판의 LED고정부에서 상기 원뿔형 반사판의 둘레에 종횡으로 배열되어 칩 본딩되고 상호 직병렬로 와이어본딩된 LED 베어칩 어레이, 상기 구리기판의 패턴형성부에 상기 직병렬로 연결된 LED 베어칩과 외부의 전원부 사이에 전기적으로 연결하기 위한 회로패턴과 전극이 형성된 인쇄회로층, 상기 LED 베어칩 어레이와 인쇄회로층의 외표면에 적층되는 투광성 수지층, 상기 투광성 수지층을 형성시킬 두께와 동일한 높이를 갖도록 상기 LED고정부의 둘레 전체에 걸쳐 폐루프형태로 고정된 수지층 외곽틀을 포함하며,

   상기 원뿔형의 반사판은 내부가 비어 있고 반사판의 밑면에 대응되는 구리기판에는 관통홈이 형성되고 상기 관통홈은 상기 반사판의 내부공간을 외기와 소통시켜 열을 방출시키는 것을 특징으로 하는 조명용 LED 광원램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지층 외곽틀의 내측면에는 반사층이 형성됨과 아울러 내측에서 외측방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 조명용 LED 광원램프.
3. 제1항에 있어서, 상기 구리기판의 가장자리에는 구리기판을 외부와 결합하기 위한 다수의 장방향 체결공이 형성되고, 상기 장방향 체결공들의 장축방향은 서로 다른 방향을 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 조명용 LED 광원램프.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄회로층에서 LED 베어칩과 연결되는 부위와 전극에는 전해 은도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 조명용 LED 광원램프.
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