KR101136442B1 - 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

발광소자에서 발생한 열을 효율적으로 방열시켜서 상승을 억제함으로써, 큰 전류가 흘러도 휘도특성이 악화되는 것을 방지하여 고휘도를 얻는다. 반도체 발광모듈(101)은, 방열을 하는 동시에 전극도 되는 방열블록(102), 방열블록(102)을 덮어 절연을 하는 절연막(103), 절연막(103)을 통하여 더욱 적층되며 다른 한쪽 전극이 되는 배전막(104)을 구비한다. 실제로 통전되어 발광하는 반도체 발광소자(111)는, 직접 방열블록(102)에 전기적으로 접속되고, 또한 다른 하나의 단자는 도전성 와이어(112)를 통하여 배전막(104)에 접속된다.

발광모듈, 반도체

Description

반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING MODULE AND DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 큰 전력에 의한 고휘도 발광을 가능하게 하는 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근래, 발광에서의 에너지 효율이 높은 발광 다이오드(LED) 등의 반도체 발광소자가 여러가지 분야에서 사용되게 되어, 반도체 발광소자를 이용한 여러가지 장치가 개발되고 있다. 특히, 큰 전류를 이용함으로써 종래의 형광등이나 백열등 대신에 조명용으로의 이용이 주목을 받고 있어, 큰 전류에 의해 발생하는 발열 문제를 해소하려는 기술이 제안되고 있다.

예를 들어, 발열하는 반도체 발광소자에 직접 접속하는 전극 자체를 방열블록으로 하여 효율적으로 방열을 하는 기술이 제안되고 있다(예를 들어, 일본특허공개공보 제2002-223007호 참조).

한편, 복수개의 반도체 발광소자를 광원으로서 사용하여 높은 광량을 얻는 동시에, 점광원이 아닌 면광원에 가까운 일정한 면적을 가진 조명기구용 반도체 발광유닛의 기술이 제안되고 있다(예를 들어, 일본특허공개공보 제2002-93206호 참 조).

또한, LED를 실장(mount)하는 패턴을 반사효율이 좋은 은도금으로 하는 기술이 제안되고 있으며, 특히 백색광을 구하는 경우에는, 청색이나 근자외의 LED에 형광체를 조합하여 광추출효율을 향상시키는 기술이 제안되고 있다(예를 들어, 일본특허공개공보 평10-242513호 참조).

하지만, 복수개의 반도체 발광소자를 나열하여 광원으로 하는 경우, 종래기술에 의하면, 방열블록과 소자 사이에 기판 등이 개재하기 때문에 효율적으로 방열할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 종래의 제조방법에서는, 기판에 소자를 배치한 후 방열블록 등의 부재를 결합하였기 때문에 제조비용이 든다는 문제가 있다.

더욱이, 통상 은도금은 패턴을 형성한 후에 이루어지기 때문에, 반사율 향상에 한계가 있어서 패턴형성에 기인하는 비반사면도 적잖이 생겨버리고, 또한 은도금면이 산화되기 쉽고 경년변화에 의해 초기반사율을 유지하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 형광체나 확산제의 함유량이 균일하지 않기 때문에, LED로부터 발한 광의 방향에 따라 함유량이 많은 방향으로 발한 광의 손실이 커져서, 추출효율을 향상시킬 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 발광소자에서 발생한 열을 효율적으로 방열시켜서 온도상승을 억제함으로써, 큰 전류가 흘러도 휘도특성이 악화되는 것을 방지하여 고휘도를 얻을 수 있는 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 보다 높은 반사율을 유지하고 균일한 백색광을 얻을 수 있으며, 또한 광추출효율을 향상시켜서 고휘도 발광을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 청구항 8에 기재된 반도체 발광장치는, 반도체 발광소자와, 금속판 위에 반사증대막을 형성함으로써 상기 반도체 발광소자로부터의 광을 반사시키도록 형성한 고반사 플레이트로서, 상기 반도체 발광소자 각각을 표면에 접하여 배치한 고반사 플레이트와, 상기 고반사 플레이트 표면에서의 상기 각 반도체 발광소자를 포함하여 상기 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정 간격을 갖는 표면을 제외한 부분을 덮는 절연막과, 상기 절연막의 표면에 접하여 배치되고 상기 각 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되며 전력을 공급하는 전극이 되는 배전막을 포함하는 반도체 발광모듈; 및 상기 각 반도체 발광소자에 상기 전력을 공급하는 전원과, 상기 반도체 발광모듈을 지지하는 지지수단을 포함하는 케이스체;를 구비한 것을 특징으로 한다.

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청구항 9에 기재된 반도체 발광모듈 제조방법은, 반도체 발광소자를 일체로 조립한 반도체 발광모듈을 제조하는 반도체 발광모듈 제조방법으로서, 반도체 발광소자를, 금속판 위에 반사증대막을 형성함으로써 형성한 고반사 플레이트 표면에 접하도록 배치하는 단계; 절연막에 의해 상기 고반사 플레이트 표면에서의 상기 반도체 발광소자를 포함하여 상기 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정 간격을 갖는 표면을 제외한 부분을 덮는 단계; 및 상기 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되며 전력을 공급하는 전극이 되는 배전막을 상기 절연막의 표면에 접하여 배치하는 단계;를 구비한 것을 특징으로 한다.

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청구항 10에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 반도체 발광모듈 제조방법에 있어서, 반도체 발광소자로부터 발한 광을 반사하여 집광하도록 반도체 발광소자를 배치한 면과 반도체 발광소자로부터 일정 간격 떨어져 돌출한 면 사이의 각이 둔각이 되도록 판금을 프레스 가공함으로써 상기 고반사 플레이트를 제조하는 단계를 더욱 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 반도체 발광모듈 제조방법에 있어서, 판금을 절삭가공하는 것에 의하여 상기 고반사 플레이트를 제조하는 단계를 더욱 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 반도체 발광모듈 제조방법에 있어서, 판금의 일부를 잘라냄으로써 방열블록을 제조하는 단계를 더욱 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 13에 기재된 발명은, 반도체 발광모듈로서, 반도체 발광소자; 금속판 위에 반사증대막을 형성함으로써 상기 반도체 발광소자로부터의 광을 반사시키도록 형성한 고반사 플레이트로서, 상기 반도체 발광소자 각각을 표면에 접하여 배치한 고반사 플레이트; 상기 고반사 플레이트 표면에서의 상기 각 반도체 발광소자를 포함하여 상기 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정 간격을 갖는 표면을 제외한 부분을 덮는 절연막; 및 상기 절연막의 표면에 접하여 배치되고 상기 각 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되어 전력을 공급하는 전극이 되는 배전막;을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 15에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서, 반도체 발광소자로부터 발한 광을 반사하여 집광하도록, 반도체 발광소자가 배치된 면과 반도체 발광소자로부터 일정 간격 이격되어 돌출된 면과의 각이 둔각이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 16에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서, 고반사 플레이트는, 반도체 발광소자를 배치한 면을 제외한 부분에 슬릿구조를 형성함으로써 공기가 대류할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 17에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서,고반사 플레이트는 반도체 발광소자를 배치한 면을 제외한 부분에 홀을 형성함으로써 가열된 공기가 대류할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 18에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서, 절연막 및 배전막은 반도체 발광소자를 배치한 면을 제외한 부분에 홀을 형성함으로써 가열된 공기가 대류할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 19에 기재된 발명은, 청구항 8에 기재된 반도체 발광장치에 있어서, 반사증대막은 반사율 95% 이상의 반사막인 것을 특징으로 한다.
청구항 20에 기재된 발명은, 청구항 8 또는 19에 기재된 반도체 발광장치에 있어서, 반사증대막은 금속판 위에 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
청구항 21에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 반도체 발광모듈의 제조방법에 있어서, 반사증대막은 반사율 95% 이상의 반사막인 것을 특징으로 한다.
청구항 22에 기재된 발명은, 청구항 9 또는 21에 기재된 반도체 발광모듈의 제조방법에 있어서, 반사증대막은 금속판 위에 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
청구항 23에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서, 반사증대막은 반사율 95% 이상의 반사막인 것을 특징으로 한다.
청구항 24에 기재된 발명은, 청구항 13 또는 23에 기재된 반도체 발광모듈에 있어서, 반사증대막은 금속판 위에 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 3a는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성된 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3b는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성된 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3c는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성된 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a는 본 실시예의 판금을 절곡 또는 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4b는 본 실시예의 판금을 절곡 또는 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4c는 본 실시예의 판금을 절곡 또는 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5b는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5c는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 반도체 발광모듈을 나타내는 개념도이다.

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 반도체 발광모듈을 나타내는 개념도이다.

도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 반도체 발광모듈을 나타내는 개념도이다.

도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 반도체 발광모듈을 나타내는 개념도이다.

도 9는 본 실시예의 반도체 발광모듈을 장착한 조명장치를 나타내는 개략도이다.

도 10은 종래의 반도체 발광모듈을 이용한 경우의 방열모습을 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 일실시예를 이용한 경우의 반도체 발광모듈의 방열모습을 나타내는 도면이다.

도 12는 천장용 조명으로서, 종래의 반도체 발광소자를 발광시켰을 경우와 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈을 발광시켰을 경우의 열특성을 나타내 는 도면이다.

도 13은 벽용 조명으로서, 종래의 반도체 발광소자를 발광시켰을 경우와 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈을 발광시켰을 경우의 열특성을 나타내는 도면이다.

도 14는 천장용 조명으로서, 제1 실시예의 반도체 발광소자를 발광시켰을 경우의 열특성을 나타내는 도면이다.

도 15는 벽용 조명으로서, 제1 실시예의 반도체 발광소자를 발광시켰을 경우의 열특성을 나타내는 도면이다.

도 16a는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 16b는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 16c는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 16d는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 17a는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록의 여러가지 방향을 향하고 있는 방열핀의 예를 나타내는 도면이다.

도 17b는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록의 여러가지 방향을 향하고 있는 방열핀의 예를 나타내는 도면이다.

도 17c는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록의 여러가지 방향을 향하고 있는 방열핀의 예를 나타내는 도면이다.

도 17d는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록의 여러가지 방향을 향하고 있는 방열핀의 예를 나타내는 도면이다.

도 18은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈 구조를 나타내는 정면도이다.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조의 일부를 확대한 정면도 및 단면도이다.

도 20은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다.

도 21은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 또 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다.

도 22는 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 또 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다.

도 23은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 또 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다.

도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈 케이스의 일례를 나타내는 도면이다.

도 25a는 본 실시예의 일례의 방법을 채용한 경우의 종래기술에 없는 효과에 대하여 설명하는 경우의 종래의 구성을 나타내는 도면이다.

도 25b는 본 실시예의 일례의 방법을 채용한 경우의 종래기술에 없는 효과에 대하여 설명하는 경우의 본 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.

도 26은 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 3종류의 반사 플레이트의 소재를 이용하여 휘도를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

도 27은 본 실시예의 반사 플레이트의 반사율이 높을수록 반사를 반복한 후의 반사광량의 감쇠가 억제되는 것을 설명하는 도면이다.

도 28은 본 실시예의 반사구조를 전개한 모습을 나타내는 도면이다.

도 29a는 본 실시예의 발광효율의 경년변화(經年變化) 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 29b는 본 실시예의 발광효율의 경년변화 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 29c는 본 실시예의 발광효율의 경년변화 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

(제1 실시예)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

(반도체 발광모듈의 구조)

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이다. 본 실시예의 반도체 발광모듈(101)은, 방열을 하는 동시에 전극도 되는 방열블록(102), 방열블록(102)을 덮어 절연을 하는 절연막(103), 절연막(103)을 통하여 더욱 적층되고 다른 한쪽 전극이 되는 배전막(104)을 구비한다. 실제로 통전되 어 발광하는 반도체 발광소자(111)는 직접 방열블록(102)에 전기적으로 접속되고, 또한 다른 한쪽의 단자는 도전성 와이어(112)를 통하여 배전막(104)에 접속된다.

방열블록(102)은, 방열매체가 되는 일정한 방열특성을 가지고 전극이 되는 전기특성을 가지고 있으면 어느 재료든지 이용할 수 있고, 또한 어느 형상으로든 할 수 있는데, 본 실시예에서는 예를 들어, 철, 은, 동 또는 알루미늄 등의 금속, 및 이것들의 합금, 금속보다 열전도율이 높은 탄소계 재료, 또는 이것들의 복합재료를 여러가지 방법으로 가공하여 작성된다. 예를 들어, 그 형상은 도 3a 내지 도 3c에 나타내는 바와 같이 방열핀(radiation fin)이 돌출한 형상, 또는 방열을 촉진시키는 공기의 대류를 방해하지 않는 슬릿모양의 형상으로 할 수 있으며, 도 4a 내지 도 4c에 나타내는 바와 같이 가로로 보아 물결모양과 같은 형상으로 할 수도 있다. 더욱이, 후술하는 바와 같이, 방열블록은 압출형재에 의해 가공성형할 수도 있고, 또는 판금절곡에 의해 작성할 수도 있는데, 이것들로 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한 본 기술분야에서 알려진 어느 방법이라도 이용할 수 있다.

또한, 방열블록(102)은, 방열을 보다 효과적으로 하기 위하여 기류가 흐르도록 도 3a 내지 도 3c에 나타내는 바와 같은 통기구멍이나 도 4a 내지 도 4c에 나타내는 바와 같은 물결모양을 가질 수 있으며, 이 경우, 절연막(103) 및 배전막(104)은 이와 같은 구조에 맞추어 통기구멍을 설치하도록 되어 있다.

또한, 방열블록(102)은 그 자체가 방열핀(113)의 기능을 가지도록 작성되는데, 이것으로 한정되지 않고, 제조상의 이유 등에 의해 방열핀(113)을 별개로 작성하고 합체시켜서 작성할 수도 있다. 한편, 방열블록(102)의 반도체 발광소자(111) 가 접속되는 부분에는, 본 기술분야에서 알려진 표면도금을 실시해두는 것이 바람직하다. 또한, 개별적으로 작성하는 방열핀(113)의 재질은 반드시 상술한 전극이 되는 전기특성을 가지고 있을 필요는 없고, 예를 들어 세라믹 소재나 플라스틱 소재를 이용할 수도 있다.

절연막(103)은, 적어도 방열블록(102)과 배전막(104)을 전기적으로 절연하고, 그리고 적어도 반도체 발광소자(111)가 발한 광을 외부로 투과시키기 위한 구멍을 가지는 형상이면, 본 기술분야에서 알려진 어느 것이든 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 나타내는 바와 같은 형상의 FR4나 폴리이미드 등의 기판을 작성하여 배전막(104)과 방열블록(102)의 사이에 끼우도록 하여 절연막(103)을 형성시키거나, 절연기능을 가지는 접착제를 이용하여 배전막(104)과 방열블록(102)을 접착하는 동시에 절연하는 절연층을 형성시켜서 절연막(103)으로 할 수도 있다.

배전막(104)은, 반도체 발광소자(111)의 방열블록(102)과 다른 극의 전극을 제공하도록 형성된 것이면, 예를 들어 도 3a에 나타내는 바와 같은 판금을 가공하여 이용할 수도 있고, 또는 방열블록(102)에 형성되고 또는 부착된 절연막(103)에 도금을 실시하여 금속막을 형성하여 사용하는 것도 가능하다. 배전막(104)을 판금에 의해 작성할 때는, 적어도 반도체 발광소자(111)로부터 발하는 광을 차단하지 않도록 반도체 발광소자(111)의 상부에 해당하는 부분에 투과구멍을 형성해 두어야 하는데, 투과구멍의 형상 및 크기는 본 기술분야에서 알려진 방법에 의해 결정된다. 또한, 도금에 의해 배전막(104)을 제공할 때에는 절연막(103)을 덮으면서 투과구멍이 형성되는 본 기술분야의 적당한 방법에 의해 금속막을 형성한다.

물론, 일반적인 프린트 기판을 이용함으로써 절연막(103) 및 배전막(104)을 형성할 수도 있다.

배전막(104)을 형성한 후, 반도체 발광소자(111)와 배전막(104)은 도전성 와이어(112)에 의해 전기적으로 접속되며, 배전막(104) 중 어느 부분에 설치된 단자(114)를 통하여 전원으로부터 공급되는 전력은 도전성 와이어(112)를 통하여 반도체 발광소자(111)의 한쪽 극에 공급된다. 본 실시예에서는 도전성 와이어(112)를 이용하여 반도체 발광소자(111)와 배전막(104)을 접속하였는데, 이것으로 한정되지 않고, 도전성 와이어(112)를 이용하지 않고 배전막(104)을 형성하는 동시에 반도체 발광소자(111)와 전기적으로 접속하는 여러가지 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 적절한 형상의 절연막을 이용하여 도금을 실시함으로써, 그 형상에 따라 금속막이 형성되어 반도체 발광소자(111)에 접속하도록 할 수도 있다. 또한, 단자(114)의 형상이나 구조는 본 기술분야에서 알려진 어느 것을 채용하여도 되고, 또한 배전막(104)에 다른 부품으로서 설치하여도 된다.

또한, 배전막(104)의 도전성 와이어(112)가 접속되는 부분에는, 본 기술분야에서 알려진 표면도금을 실시하여 두는 것이 바람직하다.

배전막(104)에 설치되는 투과구멍은 반도체 발광소자(111)가 발하는 광을 방해하지 않는 한 어느 형상으로도 할 수 있는데, 예를 들어, 도 7에 나타내는 단면도를 참조하면 알 수 있듯이, 반사판과 같은 형상으로 함으로써 광을 집광하도록 할 수도 있다. 이와 같이 하였을 경우, 반도체 발광소자(111)를 보호하기 위하여 수지 등을 투과구멍부에 밀봉할 때, 밀봉이 용이해지는 효과를 기대할수도 있다.

또한, 상술한 배전막(104)에 설치되는 투과구멍의 형상을 반사판과 같은 형상으로 함으로써 광을 집광하기 위하여 배전막(104)에 반사판의 기능을 가지는 부품을 개별적으로 작성하고 합체시켜서 작성할 수도 있다. 이 때, 반사판의 기능을 가지는 부품으로 도전성을 가지는 것을 사용함으로써, 상술한 도전성 와이어(112)와 접속할 수도 있다.

이상, 도 1을 참조하여 본 실시예의 반도체 발광모듈(101)의 기본구조를 설명하였는데, 실제로는 도 2에 나타내는 바와 같이 반도체 발광모듈(101)에 케이스(202)를 씌움으로써 반도체 발광소자(111)에서 발한 광을 집광할 수도 있다. 이와 같은 케이스(202)는 폴리카보네이트, 아크릴 또는 글라스 등의 소재에 의해 작성할 수 있는데, 이것으로 한정되지 않고 본 기술분야에서 알려진 어느 부재든지 사용할 수 있으며, 임의의 형상으로 할 수 있다. 한편, 케이스(202)를 사용하는 경우, 이에 의해 반도체 보호가 충분할 때에는 상술한 수지 등의 밀봉을 하지 않도록 할 수도 있다.

(반도체 발광모듈의 제조방법)

이상과 같은 구조를 가지는 반도체 발광모듈의 제조방법을 도 3a 내지 도 5c를 주로 참조하여 설명한다. 도 3a 내지 도 5c에 나타내는 모듈은 모두 배전막, 절연막 및 방열블록을 각각 나타내고 있으며, 예를 들어 배전막은 도 3a, 절연막은 도 3b 및 방열블록은 도 3c이고, 각각 상면도와 정면도를 나타낸다.

(제조방법예 1)

먼저, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 실시예의 제조방법예 1을 설명한다. 도 3a 내지 도 3c는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3c는 압출성형을 한 후 통기구멍을 천공가공에 의해 형성한 방열블록으로, 방열핀(113)은 판을 평행하게 나열한 형상을 하고 있다. 방열핀(113)이 이와 같은 형상을 하고 있기 때문에, 방열핀(113)이 상하방향이 되도록 반도체 발광모듈을 설치하면, 방열에 의해 뜨거워진 공기가 핀의 홈에 따라 상승하고, 이 때문에 아래쪽부분으로부터 보다 온도가 낮은 공기가 공급되는 대류가 자연적으로 발생하여 방열이 촉진되게 된다.

또한, 반도체 발광소자는 예를 들어, 천장 등에 설치하는 조명기구 등과 같이 아래쪽을 향하여 설치하였을 경우, 방열핀(113)에서 뜨거워진 공기는 상승하지만, 이 때 상술한 통기구멍이 있기 때문에 보다 온도가 낮은 공기가 새롭게 공급되는 대류가 발생하여, 역시 방열이 촉진된다.

이어서, 절연막으로서 도 3b와 같은 형상의 FR4 또는 폴리이미드 등의 재료를 이용한 기판을 작성한다. 기판을 작성하는 경우, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 반도체 발광소자(111)의 부분 및 방열블록의 통기구멍 부분에는 구멍을 뚫어 둔다. 이와 같이 작성된 기판을 상술한 방열블록에 적층한다. 적층할 때에는, 본 기술분야에서 알려진 접착방법이나 적층방법 중 어느 것이든 이용할 수 있다.

또한, 배전막으로서 도 3a에 나타내는 바와 같은 형상으로 판금을 프레스 가공하는데, 상술한 절연막과 마찬가지로 소정의 구멍을 뚫어두는 동시에, 전원에 접속하는 단자도 형성해 둔다. 이 경우, 반도체 발광소자의 상부에 해당하는 투과구멍은 도 7에 나타내는 바와 같은 오목면거울과 같은 형상으로 할 수 있으며, 이에 의해 광을 집광시켜 휘도를 증대시킬 수 있다.

이와 같이 하여 작성된 배전막의 투과구멍을 통하여 방열블록에 직접 반도체 발광소자(111)를 놓고, 도전성 와이어(112)의 한쪽을 결합하고, 다른 한쪽을 배전막의 투과구멍 주변부의 적당한 장소에 결합시킨다. 본 실시예에서는 배전막까지 적층하고 나서 반도체 발광소자를 배치하였는데, 방열블록에 맨처음에 배치할 수도 있다.

이와 같이 하여 작성된 반도체 발광모듈은, 이 상태에서 기본적으로는 기능을 만족하는데, 소자를 보호하기 위하여 도 7에 나타내는 바와 같이, 외부에 노출된 상태의 투과구멍 부분에 수지 등의 본 기술분야에서 알려진 재료(701)를 넣어 밀봉한다. 여기서, 밀봉에 사용하는 재료(701)로서 실리콘이나 에폭시 등을 이용할 수 있다.

이와 같이 하여 제조방법예 1에 의해 반도체 발광모듈이 제조되는데, 이 모듈에 도 6에 나타내는 바와 같이 모듈 서로를 연결시키는 연결부(601)를 설치함으로써, 복수개의 반도체 발광모듈을 이용한 연결유닛을 구성할 수도 있다. 본 실시예에서는, 연결부(601)와는 별도의 전극단자(604)에 의해 연결하여 연결유닛으로 함으로써, 전원에 접속하면 발광할 수 있다. 한편, 아래에 설명하는 각 제조방법예에 의해 제조된 모듈도 마찬가지로 연결하여 사용할 수 있다.

(제조방법예 2)

이어서, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 실시예의 제조방법예 2를 설명한다. 도 4a 내지 도 4c는 본 실시예의 판금을 절곡 또는 압출성형에 의해 작성한 방 열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4c는 절곡 또는 압출성형에 의해 물결모양 형상으로 한 것으로, 이와 같이 하여 형성된 방열핀(113)은 판을 평행하게 나열한 형상을 하고 있기 때문에, 방열핀(113)이 상하방향이 되도록 반도체 발광모듈을 설치하면, 방열에 의해 뜨거워진 공기가 핀의 홈에 따라 상승하고, 이 때문에 아래쪽부분으로부터 보다 온도가 낮은 공기가 공급되는 대류가 자연적으로 발생하여 방열이 촉진되게 된다. 또한, 아래쪽을 향하여 설치하였을 때의 효과도 상술한 것과 마찬가지이다.

이어서, 절연막으로서 도 4b와 같이 본 기술분야에서 알려진 방법으로 방열블록 윗면의 반도체 발광소자(111)를 제외한 부분에 절연특성을 가지는 접착제를 도포하거나 또는 그와 같은 재료를 코팅한다. 이와 같이 함으로써, 방열블록의 투과구멍 및 공기구멍으로 되어 있는 부분에는 절연막이 형성되지 않는다.

또한, 절연막으로서 절연특성을 가지는 인쇄를 실시함으로써 절연층을 형성할 수도 있으며, 이 인쇄에 접착제의 기능을 부여하여 형성할 수 있다.

더욱이, 배전막으로서 도 4a에 나타내는 바와 같은 형상의 판금을 단조(鍛造), 프레스, 절삭가공 등에 의해 형성하는데, 투과구멍, 공기구멍의 장소 및 형상에 대해서는 상술한 제조방법예 1과 마찬가지이며, 상술한 절연막과 마찬가지로 적층시키고, 반도체 발광소자(111)를 올려놓아 도전성 와이어(112)를 투과구멍 주변부의 적당한 장소에 결합시킨다. 또한, 수지 등의 부재(701)의 밀봉도 마찬가지이다.

(제조방법예 3)

이어서, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 본 실시예의 제조방법예 3을 설명한다. 도 5a 내지 도 5c는 본 실시예의 압출성형에 의해 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5c는 압출성형에 의해 반도체 적재면의 법선방향으로 압출하여 형성된 방열블록이며, 이와 같은 형상으로 함으로써, 블록을 성형한 후에 공기구멍을 뚫는 제조공정을 생략할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 아래쪽을 향하여 설치하였을 때의 효과도 상술한 것과 마찬가지이다.

이어서, 절연막으로서 도 5b와 같이 본 기술분야에서 알려진 방법으로 사출성형이나 시트성형에 의해 기판을 작성하고, 방열블록의 윗면에 제조방법예 1과 마찬가지로 적층한다. 한편, 사출성형에 의해 절연막을 작성하는 경우, 절연막의 적당한 부분에 돌기(boss)를 형성하고, 또한 배전막과 방열블록의 적당한 위치에 관통구멍을 설치함으로써, 열 코킹(caulking)을 하여 적층할 수도 있으며, 또한 접착과 병용할 수도 있고, 배전막과 방열블록에 절연막을 인서트 성형하는 등, 본 기술분야에서 알려진 접착방법이나 적층방법은 어느 것이든 이용할 수 있다.

더욱이, 도 7에 나타내는 바와 같이 복수장의 금속판을 접착하여 배전막을 형성하는데, 투과구멍, 공기구멍의 장소 및 형상에 대해서는 상술한 제조방법예 1과 마찬가지이며, 상술한 절연막과 마찬가지로 적층시키고, 반도체 발광소자(111)를 올려놓아 도전성 와이어(112)를 투과구멍 주변부의 적당한 장소에 결합시킨다. 또한, 수지 등의 부재(701)의 밀봉도 마찬가지이다.

(제조방법예 4)

이어서, 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 본 실시예의 제조방법예 4를 설명한다. 도 16a 내지 도 16d는 본 실시예의 판금의 일부를 잘라냄으로써 작성한 방열블록을 이용하여 반도체 발광모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 16c는 판금의 일부를 잘라내어 형성된 방열블록이고, 형성된 방열핀(113)이 상하방향이 되도록 반도체 발광모듈을 설치하면, 방열에 의해 뜨거워진 공기가 핀에 따라 상승하고, 이 때문에 아래쪽부분으로부터 보다 온도가 낮은 공기가 공급되는 대류가 자연적으로 발생하여 방열이 촉진되게 된다. 또한, 아래쪽을 향하여 설치하였을 때의 효과도 상술한 바와 마찬가지이다.

이러한 잘라내기는 프레스 공법으로 형성할 수 있다. 또한, 레이저 커팅이나 에칭에 의해 핀 부분이 되는 부분을 도려내어 떼어냄으로써 형성할 수도 있으며, 본 기술분야에서 알려진 어느 방법이든 이용할 수 있다.

또한, 잘라내는 각도는 90도로 한정되지 않으며, 예를 들어, 반도체 발광소자의 발광면 방향으로 잘라낼 수 있다. 더욱이, 이 잘라내기를 공정의 초기단계에서 행할 필요는 없으며, 반도체 발광소자를 조립하는 도중의 공정이나 최종 공정에서 잘라내어도 된다. 또한, 잘라내기에 의해 형성된 방열핀이 반드시 같은 방향을 향하고 있을 필요는 없으며, 예를 들어 도 17c 및 도 17d의 원형모델과 같이 원형제품인 경우에는 동심원 형상을 형성할 수도 있다.

더욱이, 제품의 사양, 특히 1개 또는 1열로 반도체 발광모듈을 배치한 제품, 설치부분이나 사용환경에 따라서는, 반드시 도시하는 상술한 기류를 생성하기 위한 목적으로 구멍을 설치할 필요는 없고, 단면형상을 'ㄷ'자형상 또는 'L'자형상의 방 열블록으로 하여, 보다 효과를 얻을 수 있도록 할 수도 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상술한 배전막에 형성한 바와 같이, 전원에 접속하는 단자를 형성할 수도 있다.

이어서, 절연막으로서 도 16b와 같은 형상의 폴리이미드 등의 재료에 의해 기판을 작성하고, 방열블록의 윗면에 제조방법예 1과 마찬가지로 적층한다.

이와 같이 적층한 후, 도 16a와 같은 형상으로 판금에 의해 배전막을 형성하는데, 여기서 상술한 반사판의 기능을 나타내는 도 16d에 나타내는 부분은 개별적으로 반사부품을 작성함으로써 형성되어 있다. 이 반사부품의 소재로는 금속이나 수지 등을 이용할 수 있으며, 본 기술분야에서 알려진 방법으로 제조할 수 있다. 본 제조방법예의 경우, 반사부품은 금속으로 작성되어 있으며, 판금으로 형성된 배전막에 압입하여 보유 및 도전이 동시에 가능해지도록 되어 있다. 그 후, 반도체 발광소자에 도전성 와이어를 이용하여 접속된다. 물론, 소재로서 수지를 이용하고 표면에 도전성 도금을 실시하는 등 본 기술분야에서 알려진 방법을 이용할 수도 있다. 또한, 배전막과 반사부품의 고정에 도전성 접착제 등을 이용할 수도 있다.

또한, 상기에서 반도체 발광모듈(101)에 케이스(202)를 씌움으로써 반도체 발광소자(111)에서 발한 광을 집광할 수도 있는 것을 설명하였는데, 본 제조방법예에서 나타내는 바와 같이, 반드시 일체화된 케이스를 씌울 필요는 없고, 개개의 반도체 발광소자(111)에 케이스를 씌워도 된다. 투과구멍, 공기구멍의 장소 및 형상에 대해서는 상술한 제조방법예 1과 마찬가지이며, 절연막과 마찬가지로 적층시켜 형성한다. 또한, 수지 등의 부재(701)의 밀봉도 마찬가지이다. 한편, 배전막측도 잘라냄으로써 방열효과를 더욱 높일 수도 있다.

여기서, 제조방법예 4에서 에칭공법을 이용하여 제조하는 경우, 사전에 상술한 판금과 절연막과 판금을 적층한 것을 이용하여 가공함으로써 치수정밀도가 높은 반도체 발광모듈을 작성할 수도 있다.

이상, 4종류의 제조방법예를 들어 설명하였는데, 모든 제조방법에 있어서, 반도체 발광소자의 접속이나, 전원의 공급부를 제외한 도전부의 적당한 장소에, 전착도장이나 그 밖의 본 기술분야에서 알려진 어떠한 방법으로 절연막을 형성하는 것이 바람직한 경우도 있으며, 그 제품의 사용 목적이나 패키지 방법에 따라 선택하게 된다. 한편, 그 때 절연막에는 열전도율이나 방사율이 높은 소재를 이용하는 것이 바람직하다.

(그 밖의 반도체 발광모듈의 예)

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 반도체 발광모듈을 나타내는 개념도이다. 도 8a와 같이 중공(中空) 원통형의 방열블록의 윗면에 반도체 발광소자(111)를 적층하고, 상술한 각 제조방법과 마찬가지로 하여 반도체 발광모듈을 제조한다. 도 8a 내지 도 8d에서는 원통 상부의 도너츠형 부분에 반도체 발광소자가 적재되어 있는데, 원통에 얇은 부분이 있는 경우에는, 이와 같은 도너츠부를 형성하지 않아도 적재시킬 수 있다.

이와 같이 하여 제조된 반도체 발광모듈은, 도 8b와 같은 방향에서 사용하면, 원통형 방열블록의 중공부에서 방열에 의해 뜨거워진 공기가 빠져나가기 때문에, 자연적인 대류가 발생하여 방열이 촉진된다. 또한, 도 8c에 나타내는 바와 같 이 방열블록에 공기가 유입하는 구멍을 복수개 설치하거나, 메쉬형상의 소재로 함으로써 반도체 발광모듈을 가로를 향하게 한 경우에도, 자연대류가 일어나 방열을 촉진시킬 수 있다. 더욱이, 방열블록을 도 8d에 나타내는 우산부(801)에 접속함으로써 우산부(801) 주변에 자연대류가 발생하기 때문에, 원통 내부에 공기를 통과시키지 않아도 효과적인 방열이 가능해진다. 이 경우, 상부에는 구멍이 뚫리지 않기 때문에, 조명으로서 사용하는 경우에는 먼지가 들어가는 문제도 해결할 수 있다.

이상, 여러가지 형상과 재질의 반도체 발광모듈의 구조 및 제조방법에 대하여 설명하였는데, 이 모듈들에서 사용하고 있는 형상 재질의 방열블록, 절연막, 배전막 등의 구성요소는, 상호 별개의 것을 조합하여 다른 종류의 모듈로 할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 여러가지 구성요소의 특성을 살린 다양한 반도체 발광모듈을 제공할 수 있다. 이 반도체 발광모듈들은 조명으로서 이용할 수 있는 것은 물론, 신호 등의 여러가지 발광소재로서도 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

(본 발명의 반도체 발광모듈의 효과)

도 10은 종래의 반도체 발광모듈을 이용한 경우의 방열모습을 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 반도체 발광모듈을 이용한 경우의 방열모습을 나타내는 도면이다. 여기서, 측정에 사용한 본 발명의 반도체 발광모듈은 제1 실시예의 제조방법예 1로 제조한 것을 사용하고 있으며, 도 10, 도 11 모두 천장조명용으로 사용되는 것을 고려하여 아래쪽을 향하여 설치하여 측정하였다.

도 10과 도 11을 비교하면, 종래의 반도체 발광모듈을 이용한 경우에 비하 여, 본 발명의 반도체 발광모듈에서는 방열블록의 주변에 기류가 발생하여 소자로부터 발생한 열이 모듈에 모이지 않고 효율적으로 방열되고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 12 및 도 13은 종래의 반도체 발광모듈 및 제1 실시예의 제조방법예 1로 제조된 반도체 발광모듈을 각각 발광시켰을 경우의 열특성을 나타내는 도면으로, 각각 종래기술로 제조하였을 경우를 가정하여 계산된 특성, 본 발명의 이론상의 특성 및 본 발명의 실제실험에 의해 얻어진 특성을 나타내고 있다. 도 12에서는 천장용 조명으로서 사용하였을 경우, 그리고 도 13에서는 벽용 조명으로서 반도체 발광모듈을 사용하였을 경우의 특성을 나타낸다. 도 12 및 도 13을 참조하면 알 수 있듯이, 천장용, 벽용 모두 종래의 반도체 발광모듈을 이용하였을 경우에 비하여, 본 발명의 반도체 발광모듈을 이용하였을 경우에, 전기입력(투입되는 전력)을 늘려도 모두 온도상승이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

더구나, 도 14 및 도 15는 제1 실시예와 같이 하여 일정한 전력으로 발광시켰을 경우의 온도를 나타내는 도면이다. 도 14는 천장용 조명으로서 종래의 반도체 발광모듈을 이용하였을 경우와 본 발명의 각종 실시예를 이용하였을 경우에 소정의 전류를 흘려 발광시키고, 그 때의 소자의 온도를 시뮬레이션한 것이다. 도 15는 벽용 조명으로서 종래의 반도체 발광모듈을 이용하였을 경우와 본 발명의 각종 실시예를 이용하였을 경우에 소정의 전류를 흘려 발광시키고, 그 때의 소자의 온도를 시뮬레이션한 것이다. 도 14 및 도 15를 참조하면 알 수 있듯이, 종래의 반도체 발광모듈을 이용하였을 경우에 비하여, 본 발명의 각종 실시예를 이용하였을 경우에는 모두 온도가 떨어지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 반도체 발광모듈은 방열블록에 직접 모듈을 형성하기 때문에, 제조가 용이하고 비용을 경감할 수 있을 뿐만 아니라, 효율적으로 방열함으로써 큰 전류에 의한 고휘도 발광을 달성할 수 있다.

(제2 실시예)

상술한 제1 실시예는 발광모듈의 방열을 효율적으로 하여 큰 전류를 사용하여 높은 조도를 얻을 수 있는 것인데, 본 실시예에서는 반사 플레이트나 형광체를 조합함으로써, 전체적으로 높은 휘도의 조명을 얻거나 광추출효율을 향상시키는 것이다. 이와 같은 본 실시예의 기술은, 제1 실시예의 발광모듈에서 사용한 바와 같이 조명 뿐만 아니라 신호기 등에도 이용할 수 있으며, 단독으로 이용할 수도 있고, 또한 상술한 제1 실시예에 적용하여 서로 보다 나은 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서는 발광모듈에 반사판 등을 단순히 설치하여도 그만큼 방열특성이 악화되어 오히려 높은 휘도를 얻기 어려운데, 본 실시예를 적용하여 반사율을 향상시키면, 약간 열효율이 떨어져도 그 이상으로 휘도를 향상시킬 수 있다.

단, 본 실시예에서는 도금 등에 의해 반사증대층을 형성하기 때문에, 제1 실시예의 발광모듈 중 본 실시예를 적용할 수 있는 것은, 판금을 프레스한 것 등 평판을 이용하여 가공된 것으로 한정된다. 또한, 본 실시예의 반사증대층 자체가 절연층이기 때문에, 제1 실시예의 모듈 중 이면이 전극타입인 발광모듈에 사용하는 경우에는, 상술한 절연막의 적당한 부분을 제거할 필요가 있을 뿐만 아니라, 제1 실시예에서 설명한 절연수납 케이스는 사용할 필요가 없게 된다.

도 18은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 구조를 나타내는 정면도이고, 도 19는 그 일부를 확대한 정면도 및 단면도이다. 본 실시예의 반도체 발광모듈(2501)은, 방열을 하는 동시에 광반사기능을 가지는 고반사 플레이트(2502), 고반사 플레이트(2502)를 덮어 절연을 하는 절연막(2503), 절연막(2503)을 통하여 더욱 적층되고 또 다른 전극이 되는 배전막(2504)을 구비한다. 실제로 통전되어 발광하는 1개 또는 복수개의 반도체 발광소자(2511)는, 도전성 와이어(2512)를 통하여 배전막(2504)에 접속된다. 이와 같은 구조로 함으로써, 반도체 발광소자(2511)의 실장면 전체를 고반사면으로 할 수 있게 된다. 한편, 도 18의 정면도의 배전막(2504)은 도면을 보기 쉽게 하기 위하여 생략하였는데, 도 19에 나타내는 바와 같이 플러스극과 마이너스극이 형성된다.

고반사 플레이트(2502)는 전반사율 95% 이상이면 충분한 양의 광추출이 가능한데, 전반사율 98% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 고반사 플레이트(2502)는 예를 들어, 알루미늄 기재 위에 접착층을 형성하고, 순알루미늄이나 순은의 층을 형성하며, 또한 산화티탄이나 산화실리콘을 증착함으로써 반사증대막을 형성함으로써 실장할 수 있다. 또한, 이 반사증대막에 의해 내층의 순알루미늄이나 순은의 산화에 의한 열화를 경감할 수 있게 되어, 초기반사율을 보다 길게 유지할 수 있으며, 제품 품질을 안정시킬 수 있다.

고반사 플레이트(2502)는 예를 들어, 프레스 가공 등에 의해 원하는 형상으로 마무리한 금속에, 상술한 바와 같은 접착층 및 순알루미늄이나 순은의 층에 산화티탄이나 산화실리콘을 증착하여 반사증대막을 형성하여 제조할 수도 있으며, 또 는 판형상 또는 코일형상의 금속에 이와 같은 반사증대막을 형성한 후, 프레스 가공 등에 의해 원하는 형상으로 마무리할 수도 있다. 본 실시예의 일례에서는, 아라노드사 제품인 MIRO2-SILVER 및 MIRO2를 사용하였는데, 이 제품들은 각각 98% 및 95%의 전반사율을 가진다. 본 발명에서 사용하는 고반사 플레이트로서는, 아라노드사 제품 이외에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이면 본 기술분야에서 알려진 어느 것이든 사용할 수 있다. 한편, 고반사 플레이트(2502)에 도전성 와이어(2512)를 접속함으로써, 고반사 플레이트(2502) 자체를 한쪽 전극으로 하는 것도 가능하다.

절연막(2503)은 적어도 고반사 플레이트(2502)와 배전막(2504)을 전기적으로 절연하고, 그리고 적어도 반도체 발광소자(2511)가 발한 광을 외부로 투과시키기 위한 구멍을 가지는 형상이면, 본 기술분야에서 알려진 어느 형상의 것이든 사용할 수 있다. 예를 들어, FR4나 폴리이미드 등의 기판을 작성하고 배전막(2504)과 고반사 플레이트(2502)의 사이에 끼우도록 하여 절연막(2503)을 형성시키거나, 절연기능을 가지는 접착제를 이용하여 배전막(2504)과 고반사 플레이트(2502)를 접착시켜서 절연층을 형성하여 절연막(2503)으로 하는 것도 가능하다.

배전막(2504)은 반도체 발광소자(2511)에 전극을 제공하도록 형성된 것이면, 예를 들어 판금을 가공하여 사용할 수도 있고, 또는 고반사 플레이트(2502) 위에 형성 또는 접착된 절연막(2503)에 도금이나 증착을 하고 금속막을 형성하여 제공할 수도 있다. 배전막(2504)을 판금에 의해 작성할 때는, 적어도 반도체 발광소자(2511)로부터 발하는 광을 차단하지 않도록 반도체 발광소자(2511)의 상부에 투 과구멍 등을 설치하여 두어야 하는데, 투과구멍의 형상 및 크기는 본 기술분야에서 알려진 어느 방법에 의해서도 결정할 수 있기 때문에 여기서는 설명을 생략한다. 또한, 도금이나 증착에 의해 배전막(2504)을 실장할 때는, 절연막(2503)을 덮으면서 투과구멍을 형성할 수 있는 본 기술분야에서 알려진 적당한 방법에 의해 금속막을 형성할 수 있다. 물론, 일반적으로 사용되고 있는 프린트 기판에 의해 절연막(2503) 및 배전막(2054)을 형성할 수도 있다. 이에 의해, 직렬이나 병렬 또는 그것을 조합한 자유로운 전원공급도 가능해진다.

배전막(2504)을 형성한 후에는 반도체 발광소자(2511)와 배전막(2504)을 도전성 와이어(2512)에 의해 전기적으로 접속한다. 이에 의해, 배전막(2504)의 어느 부분에 설치된 단자(2514)를 통하여 전원으로부터 공급되는 전력은, 도전성 와이어(2512)를 통하여 반도체 발광소자(2511)의 전극에 공급된다. 또한, 단자(2514)의 형상이나 구조는 본 기술분야에서 알려진 어느 것이든 사용할 수 있으며, 예를 들어 리드전선 등을 납땜하여도 되고, 배전막(2504)에 다른 부품으로서 설치하여도 된다. 한편, 배전막(2504)의 도전성 와이어(2512)가 접속되는 부분에는 본 기술분야에서 알려진 표면도금을 실시해두는 것이 바람직하고, 반도체 발광소자(2511), 도전성 와이어(2512) 및 표면도금 부분은 수지 등에 의해 밀봉하여 보호해 두는 것이 바람직한 경우도 있다.

도 20은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다. 본 실시예에서는 1개의 본딩 영역에 같은 색의 반도체 발광소자(2511)를 복수개 실장함으로써 광량을 늘리도록 하고 있다. 이와 같은 구조 를 채용함으로써, 더욱이 예를 들어 적색, 녹색, 청색의 반도체 발광소자를 하나의 본딩영역에 실장함으로써, 풀컬러 표시도 가능해진다.

도 21 내지 도 23은 본 실시예에 따른 반도체 발광모듈의 또 다른 일례의 구조를 나타내는 정면도 및 횡측면도이다. 도 21 내지 도 23에 나타내는 예에서, 고반사 플레이트(2502)에 반도체 발광소자(2511)를 감싸도록 오목한 형상의 홈(2801)을 형성함으로써, 형광체 또는 확산제를 함유하는 수지를 도포하였을 경우에 표면장력을 이용하여, 치수정밀도가 안정적인 돔(2802)을 형성할 수 있게 된다. 이와 같은 방법에 의해 돔(2802)을 형성함으로써, 도 25b에 나타내는 바와 같이 종래에 비하여 광손실이 적어지고 광추출효율이 향상되어 고휘도 발광을 가능하게 할 수 있다.

도 22에 나타내는 예에서는, 횡측면도를 참조하면 알 수 있듯이, 고반사 플레이트(2502)의 일부를 반사판과 같은 형상으로 함으로써 광을 집광시킬 수 있도록 되어 있다. 이러한 형상은 예를 들어, 프레스 가공 등에 의해 실행할 수 있는데, 판금의 절곡가공에 의해 반사구조를 작성할 수도 있다. 도 28은 본 실시예의 반사구조를 전개한 모습을 나타내는 도면이다. 마찬가지로, 도 23에 나타내는 반도체 발광모듈(2501)은 도 22에 나타내는 반도체 발광모듈(2501)의 반도체 발광모듈(2511)을 복수개 탑재한 것인데, 도면을 참조하면 알 수 있듯이, 형광체층의 돔(2802)은 반구(半球)가 아니다. 이는, 복수개의 발광소자를 이용하는 경우, 1개인 경우와 비교하여 형광체층을 완전한 반구로 하지 않아도 광손실이 발생하는 경우가 적기 때문이다. 자외선 발광소자를 이용하는 경우에도 마찬가지로, 발광소자 와 형광체의 색균형을 이룰 필요가 없기 때문에, 돔(2802)을 보다 낮게 억제할 수 있다.

도 22에 나타내는 반도체 발광모듈(2501)에는 더욱이 도 24에 나타내는 바와 같은 케이스(3002)를 씌움으로써, 반도체 발광소자(2511)가 발한 광을 더욱 집광할 수 있다. 케이스(3002)는 폴리카보네이트, 아크릴 또는 글라스 등의 소재로 작성할 수 있는데, 본 기술분야에서 알려진 어느 부재라도 사용할 수 있다. 또한, 케이스(3002)에 의해 반도체의 보호가 충분히 가능할 때에는, 상술한 수지 등에 의한 밀봉은 필요하지 않도록 할 수도 있다.

도 25b는 본 실시예의 방법을 채용하였을 경우의 종래기술에 없는 효과에 대하여 설명하는 도면이다. 종래의 일반적인 형광체 또는 확산제의 형성구조를 나타내는 도 25a를 참조하면, 종래기술에 비하여, 도 25b에 나타내는 본 실시예에 의한 구조는 형광체 또는 확산제를 균일한 구조로 형성할 수 있기 때문에 광손실을 보다 방지할 수 있다. 이러한 점을 상세히 설명하면, 도 25a에 나타내는 종래의 일반적인 형광체 또는 확산제 형성구조의 경우, 반도체 발광소자(2511)로부터 발한 광의 방향에 따라 형광체 또는 확산제의 함유량이 달라, 균일한 백색이나 확산광을 얻기가 어려워진다. 그 결과, 형광체 또는 확산제의 함유량이 많은 방향으로 발한 광은 그만큼 손실이 커져서 전체적으로 추출효율이 떨어지게 된다. 이는 도 25a에 파선으로 나타내는 광의 경로를 참조하면, 종래 구조의 경우에는 방향에 따라 형광체 또는 확산제를 많이 통과시켜야 하는 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 반도체 발광소자(2511)로부터 바로 위로 발한 광과 비스듬한 방향으로 발한 광에서는, 형광체첨 가수지(3101)를 통과하는 거리가 다른 것이 분명하기 때문에 손실이 발생하는 것이 이해될 것이다.

이와 같은 종래의 불균일한 형광체 또는 확산제에 의한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는 도 25b에 나타내는 바와 같이, 광이 발하는 방향에 관계없이 균일한 양의 형광체 또는 확산제를 광이 통과하도록 반도체 발광소자(2511)를 중심으로 하는 돔(2802)이 형광체 또는 확산제의 수지에 의해 형성되도록 하였다. 하지만, 일반적으로 형광체 또는 확산제는 실리콘이나 에폭시라는 수지에 섞여 형성되는데, 반도체 발광소자(2511)를 중심으로 평면 위에 균일한 양으로 수지의 돔(2802)을 형성하는 것은 매우 어렵다.

그래서, 본 실시예에서는, 고반사 플레이트(2502) 위에 반도체 발광소자(2511)를 중심으로 하는 원형상으로 오목한 형상의 홈(2801)을 형성하고, 그 위에 수지의 표면장력을 이용하여 돔(2802)을 형성함으로써, 반도체 발광소자(2511)를 중심으로 하여 광이 수지 안을 같은 거리만큼 통과하도록 균일한 수지의 층을 형성하였다. 이 오목한 형상의 홈(2801)의 크기, 위치, 형상은 수지의 표면장력을 이용할 수 있는 것이면 어떠한 것이어도 되고, 예를 들어 프레스 가공에 의해 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 본 기술분야에서 알려진 어느 방법이든 사용할 수 있다.

(본 발명의 반도체 발광모듈의 효과)

도 26은 본 발명의 효과를 확인하기 위하여, 반사 플레이트의 소재로서 전반사율 75%의 알루미늄의 압연에 의한 경면(鏡面) 마무리품, 상술한 아라노드사 제품 MIRO2 및 MIRO2-Sliver를 이용하여 휘도를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 여기 서, LED로서는 같은 특성을 가지는 반도체 발광소자(2511)를 사용하였고, 형광체를 함유한 실리콘 수지를 동일 조건으로 돔을 형성하여, 적분구를 이용하여 전광속을 측정하였다. 도 26을 참조하면, 종래의 알루미늄의 압연품에 비하여, MIRO2-Sliver에서는 2배 이상까지 발광효율을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. MIRO2-Sliver를 이용하였을 때의 와트당 루멘값은 114루멘/W인데, 이는 현재 시장평균의 약 1.5배의 발광효율이다. 이것은 반사 플레이트의 반사율이 발광효율에 영향을 미치기 때문이다.

즉, 반도체 발광소자로부터 발한 광은 수지 안에 함유되는 형광체에 조사되고, 원래의 광과 여기된 광이 수지 안에서 몇번이고 반사를 반복하면서 반사면의 반사율 차이가 매우 크게 영향을 미치는 것이다. 도 27을 참조하면, 반사 플레이트의 반사율이 높을수록 반사를 반복한 후의 반사광량의 감쇠가 억제되는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 반사광의 감쇠가 적은 것이 발광효율의 향상으로 이어지는 것을 알 수 있다.

도 29a 내지 도 29c는 본 실시예의 발광효율 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

이어서, 도 29a 내지 도 29c에 나타내는 결과는, 발광효율이 경년변화에 의해 어떻게 변하는지는 나타낸 것이다. 도 29a 내지 도 29c를 참조하면, 고온고습시험에 의한 경년변화 시뮬레이션에 따르면, 본 실시예의 MIRO2-Sliver를 사용한 반도체 모듈이 90%를 유지하고 있는데 대하여, 종래의 은도금품은 80%를 밑돌고 있어, 본 실시예의 반도체 모듈이 초기 발광효율을 유지하고 있는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반도체 발광모듈은 반도체 발광소자 각각을 표면에 접하여 배치하고, 각 반도체 발광소자에 전력을 공급하는 전극의 한쪽이 되는 방열블록과, 방열블록 표면에서의 각 반도체 발광소자 및 그 근방을 제외한 임의의 부분을 덮는 절연막과, 절연막의 임의의 표면에 접하여 배치되고 각 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되며 전력을 공급하는 전극의 다른 한쪽 전극이 되는 배전막을 구비하고 있기 때문에, 발광소자에서 발생한 열을 효율적으로 방열시켜 온도상승을 억제함으로써, 큰 전류를 흘려도 휘도특성이 악화되는 것을 방지하여 고휘도를 얻을 수 있는 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 보다 높은 반사율을 유지하고 균일한 백색광을 얻을 수 있으며, 또한 광추출효율을 향상시켜서 고휘도 발광을 가능하게 할 수 있다.

본 발명은 큰 전력에 의한 고휘도 발광을 가능하게 하는 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 발광소자에서 발생한 열을 효율적으로 방열시켜 온도상승을 억제함으로써, 큰 전류가 흘러도 휘도특성이 악화되는 것을 방지하여 고휘도를 얻을 수 있는 반도체 발광모듈, 장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (24)

1. 삭제
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9. 반도체 발광소자를 일체로 조립한 반도체 발광모듈을 제조하는 반도체 발광모듈 제조방법으로서,

   반도체 발광소자를, 금속판 위에 반사증대막을 형성함으로써 형성한 고반사 플레이트 표면에 접하도록 배치하는 단계;

   절연막에 의해 상기 고반사 플레이트 표면에서의 상기 반도체 발광소자를 포함하여 상기 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정 간격을 갖는 표면을 제외한 부분을 덮는 단계;

   상기 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되며 전력을 공급하는 전극이 되는 배전막을 상기 절연막의 표면에 접하여 배치하는 단계; 및

   상기 금속판 위의 상기 반도체 발광소자를 덮도록, 상기 반도체 발광소자로부터의 광을 투과하는 수지를 도포하는 밀봉단계;를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 반도체 발광소자로부터 발한 광을 반사하여 집광하도록 상기 반도체 발광소자를 배치한 면과 상기 반도체 발광소자로부터 일정 간격 떨어져 돌출한 면 사이의 각이 둔각이 되도록 판금을 프레스 가공함으로써 상기 고반사 플레이트를 제조하는 단계를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈의 제조방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 반도체 발광소자;

    금속판 위에 반사증대막을 형성함으로써 상기 반도체 발광소자로부터의 광을 반사시키도록 형성한 고반사 플레이트로서, 상기 반도체 발광소자 각각을 표면에 접하여 배치한 고반사 플레이트;

    상기 고반사 플레이트 표면에서의 상기 각 반도체 발광소자를 포함하여 상기 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정 간격을 갖는 표면을 제외한 부분을 덮는 절연막;

    상기 절연막의 표면에 접하여 배치되고 상기 각 반도체 발광소자에 전기적으로 접속되어 전력을 공급하는 전극이 되는 배전막; 및

    상기 금속판 위의 상기 반도체 발광소자를 덮도록, 상기 반도체 발광소자로부터의 광을 투과하는 수지를 도포하는 밀봉수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈.
14. 삭제
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 반도체 발광소자로부터 발한 광을 반사하여 집광하도록, 상기 반도체 발광소자가 배치된 면과 상기 반도체 발광소자로부터 일정 간격 이격되어 돌출된 면과의 각이 둔각이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 제 9 항에 있어서,

    상기 반사증대막은 반사율 95% 이상의 반사막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈의 제조방법.
22. 제 9 항 또는 제 21 항에 있어서,

    상기 반사증대막은 상기 금속판 위에 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈의 제조방법.
23. 제 13 항에 있어서,

    상기 반사증대막은 반사율 95% 이상의 반사막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈.
24. 제 13 항 또는 제 23 항에 있어서,

    상기 반사증대막은 상기 금속판 위에 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광모듈.

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