KR101146918B1 - 조립형 ｌｅｄ 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 서로 연결이 가능한 형상의 PCB 블록을 포함함으로써, LED 모듈이 탑재되는 설비의 길이에 제한을 받지 않고, 필요한 만큼 조립을 통해 원하는 대로 설계가 가능한 LED 모듈에 관한 것이다.

Description

조립형 ＬＥＤ 모듈{PREFABRICATED LED MODULE}

본 발명은 LED 모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 종방향, 횡방향 또는 종?횡방향으로 자유롭게 서로 연결이 가능한 형상의 PCB 블록을 포함함으로써, LED 모듈이 탑재되는 설비의 길이나 그 종류에 제한을 받지 않고, 필요한 만큼 조립을 통해 원하는 대로 설계가 가능한 LED 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(Light Emitting Diode: 이하 LED)는 화합물 반도체에 전압을 가할 때 발광 현상이 일어나는 특성을 이용하여 개발된 것으로, 종래의 광원에 비하여 소형이고 수명이 길며 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 효율이 매우 우수하다.

최근에는 반도체 기술의 발전으로 고휘도의 백색 LED에 대한 상용화가 이루어짐에 따라, 이를 이용한 다양한 기기들이 등장하고 있는 추세이다.

특히, 다수의 LED 소자를 직?병렬로 배열함으로써 단위 면적당 광도, 즉 휘도를 수천 cd/cm² 이상으로 높여 충분히 먼 거리를 조명할 수 있는 조명용 LED 모듈에 대한 연구?개발이 활발하게 이루어지고 있다.

그러나, 일반적으로 사용되는 LED 모듈 어레이는 리드프레임에 와이어 본딩을 사용한 패키지 형태를 단순하게 길이방향으로 SMT 실장하는 방식으로 되어 있다. 이러한 방식은 와이어본딩의 신뢰성이 취약하다는 단점이 있고, SMT 실장설비가 길이의 한계가 있기 때문에 설비개조가 필요하며, 실장설비의 길이나 종류에 따라서 매번 PCB 디자인을 변경해야한다는 번거로움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, LED 모듈이 탑재되는 설비의 길이나 종류에 제한을 받지 않고, 필요한 만큼 조립을 통해 원하는 대로 설계가 가능한 조립형 LED 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 모듈은 전기적 접속이 가능한 PCB 블록, 상기 PCB 블록을 각각 전기적으로 접속되도록 하는 배선 패드 및 상기 PCB 블록에 실장되는 LED 소자를 포함하는 것으로서, 상기 PCB 블록은 횡방향으로 전기적 접속이 가능하고, 상기 PCB 블록의 횡방향 좌?우 단부는 서로 연결이 가능하도록 체결구조를 구비하되, 상기 체결구조는 요철을 포함하고, 일단부에 오목부와 볼록부가 반복되는 요철이 형성되어 있다면, 타단부에는 상기 일단부와 맞물리도록 볼록부와 오목부가 반복되는 요철을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 PCB 블록은 종방향으로도 연결이 가능하도록 추가적으로 종방향 상?하단부에 상기 체결 구조를 가질 수 있다.

여기에서, 상기 PCB 블록에 실장된 LED 소자에 전압을 공급하기 위하여 배선 패드와 전기적으로 접속된 배선은, 상기 PCB 블록들이 서로 종방향, 횡방향 또는 종?횡방향으로 전기적 접속하도록 하는 패턴을 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 PCB 블록 내의 배선 구조는 PCB 블록 내 일단부와 타단부에 대향하게 형성된 적어도 두 쌍의 배선 패드를 포함하고, 적어도 두 쌍의 배선 패드중 한 쌍의 마주보는 배선 패드가 LED 소자와 전기적으로 연결되고, 나머지 배선 패드는 각각 일단부와 타단부의 서로 마주보는 배선 패드끼리 전기적으로 연결될 수 있다.

여기에서 본 발명의 LED 모듈은 상기 LED 소자의 표면을 덮는 1차 몰딩부를 더 구비할 수 있다.

한편, 본 발명의 LED 모듈은 상기 PCB 블록의 그 표면에 반사부재를 더 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 반사부재는 PCB 블록의 종방향 상?하 단부, 횡방향 좌?우 단부의 일단부 또는 대칭되는 양단부 또는 모든 단부에 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 반사부재는 단면이 삼각형, 반원, 오목렌즈형태 중 어느 하나일 수 있다.

여기에서, 상기 반사부재의 길이는 PCB 블록의 상면의 종방향 상?하 단부의 길이 또는 LED 소자의 종방향 상?하 단부의 길이와 동일할 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 몰딩부는 2차적으로 상기 LED 모듈 표면을 덮는 반구 형상일 수 있다.

여기에서, 본 발명의 상기 몰딩부는 LED 소자 표면 및 LED 모듈 표면에 동시에 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 서로 연결이 가능한 형상의 복수개의 PCB 블록들을 포함함으로써, LED 모듈이 탑재되는 설비의 길이나 종류에 제한을 받지 않고, 필요한 만큼 조립을 통해 원하는 대로 설계가 가능하며, 필요한 직병렬 조합을 자유자재로 쉽게 구성할 수 있다는 효과가 있다.

특히 본 발명의 체결구조에 의하여 간단한 방법으로 PCB 블록들을 서로 단단히 결속시킬 수 있으며, 횡방향 또는 종방향으로 연결한 경우 엣지(edge) 타입의 LCD 백라이트 유닛, 평판조명, LED 형광램프 등에 응용가능하며, 종?횡방향으로 연결한 경우 직하 타입의 LCD 백라이트 유닛, 평판조명, 기타 LED 조명 등에 응용이 가능한바, 종방향, 횡방향, 종?횡방향으로 자유롭게 연결함으로써 적용범위가 넓어지게 된다.

한편, PCB 블록 표면에 구비된 몰딩부 및 반사부재를 통하여 LED 칩에서 방출되는 빛의 광출력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 LED 모듈을 나타낸 것이다. 도 1a는 횡방향 좌?우 단부에 체결구조가 형성된 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 도 1b는 횡방향 좌?우 단부는 물론, 종방향 상?하 단부에도 체결구조가 형성된 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 LED 모듈이 체결구조에 의해 서로 체결되어 LED 모듈 집합체를 구성하는 모습을 나타낸 것으로서, 도 2a는 횡방향으로 체결된 모습을 나타낸 것이며, 도 2b는 종?횡방향으로 체결된 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 LED 모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 LED 모듈의 연결예를 모식도화 한 것이다. 도 4a는 횡방향으로 연결한 예를, 도 4b는 종?횡방향으로 연결한 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 LED 모듈의 횡방향 연결시 직병렬구조의 배선 패턴을 예시한 것이다. 도 5a는 직렬구조, 도 5b는 2병렬구조, 도 5c는 3병렬구조를 나타낸다.
도 6은 도 5에서 나타난 각 패턴의 회로도이다.
도 7은 본 발명에 의한 LED 모듈의 종?횡방향 연결시 직병렬구조의 배선 패턴을 예시한 것이다. 도 7a는 3병렬구조, 도 7b는 6병렬구조를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 나타난 각 패턴의 회로도이다.
도 9는 본 발명에 의한 LED 모듈에 1차 몰딩부가 형성된 모습을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 LED 모듈에 반사부재가 형성된 모습을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 의한 LED 모듈에 2차 몰딩부가 형성된 모습을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 의한 LED 모듈에 1차, 2차 몰딩부가 모두 형성된 모습을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 의한 LED 모듈(100)의 형태를 이해할 수 있다. 도 1a는 횡방향 좌?우 단부에 체결구조가 형성된 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 도 1b는 횡방향 좌?우 단부는 물론, 종방향 상?하 단부에도 체결구조가 형성된 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 LED 모듈(100)은 PCB 블록(10), 상기 PCB 블록(10)에 실장되는 LED 소자(20), 상기 LED 모듈(100)들을 서로 전기적으로 접속되도록 하는 배선 패드(30), 상기 PCB 블록(10)들이 종방향, 횡방향 또는 종?횡방향으로 연결되도록 하는 체결구조(200)를 구비한다.

여기에서, 상기 LED 소자(20)는 LED 칩 또는 LED 패키지일 수 있으며, 상기 LED 칩은 통상적인 방식에 의하여 PCB(10)에 실장되는데, 특히 와이어 오픈 불량을 방지할 수 있다는 측면에서 플립칩 본딩방식이 바람직하다.

또한 도 1에서 하나의 LED 소자(20)가 실장되어 있는 것으로 표현하였으나, 사용되는 기기에 따라 적절히 개수를 조절하여 실장할 수 있다.

도 2를 참고하면, 본 발명에 의한 LED 모듈(100)들이 서로 연결되어 LED 모듈을 구성하는 모습을 이해할 수 있다.

도 2a에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 각각의 체결구조(200) 중 일단부(210)는 오목부와 볼록부가 반복되는 요철이 형성되어 있으며, 체결구조(200)의 타단부(220)에는 볼록부와 오목부가 반복되는 요철이 형성되어 있어 횡방향으로 서로 상보적으로 맞물리도록 되어 있다. 이러한 상보적 형태에 의하면 간편하면서도 강하고 정밀하게 LED 모듈(100)들을 연결할 수 있게 된다.

도 2b에서는 본 발명에 의한 LED 모듈들이 종?횡방향으로 연결된 모습을 나타내었는바, 종방향으로는 연결모듈(300)의 상?하 단부에 배선 패드(30)를 배치하고, 이들을 종방향으로 연결함으로써 형성할 수 있다.

여기에서 상기 PCB 블록(10)의 각 단부의 체결구조(200)는, 일단부의 단면부가 'ㄱ'자 형상 또는 이들이 연결되어 계단식으로 연속되는 형상이고, 타단부의 단면부는 상기 일단부의 단면부에 상응하는 'ㄴ'자 형상 또는 이들이 연결되어 계단식으로 연속되는 형상인 것이 바람직하다.

LED 모듈(100)들 간의 전기적 연결은 연결 단자(40)를 배선 패드(30)에 연결함으로써 가능하게 되는데, 상기 연결 단자(40)들을 상기 배선 패드(30)에 적절히 배열함으로써 직렬 구조 내지 병렬 구조를 자유롭게 구현할 수 있다. 직렬 구조 내지 병렬 구조의 구현 방법은 도 4 내지 도 9를 통해 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 LED 모듈의 평면도 예시인바, 배선 패드(30)의 갯수에는 제한이 없으나, 배선 패드(30)의 갯수(n)를 늘이면 구성 가능한 병렬 구조의 수(n-1)도 늘어나게 되므로 원하는 병렬 구조의 갯수에 따라 배선 패드(30)의 갯수를 조정하도록 한다. 도 3에 도시하지는 않았지만 도 4에서 확인할 수 있듯, 종방향으로 연결하기 위해서 배선 패드(30)를 PCB 블록(10) 상면의 상?하단부에 배치할 수도 있다.

도 3에서 확인할 수 있듯, 상기 PCB 블록(10) 내의 배선 구조는 PCB 블록(10) 내 일단부와 타단부에 대향하게 형성된 적어도 두 쌍의 배선 패드를 포함하고, 적어도 두 쌍의 배선 패드 중 한 쌍의 마주보는 배선 패드(30)가 각각 LED 소자와 전기적으로 연결되고, 나머지 배선 패드(30)는 각각 일단부와 타단부의 서로 마주보는 배선 패드(30)끼리 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 만일 PCB 블록(10) 하나에 실장되는 LED 소자가 2개이고, PCB 블록(10)의 일단부 및 타단부에 형성된 배선 패드(30)가 각각 5개씩이라면, PCB 블록(10) 내 일단부와 타단부에 형성된 임의의 두 쌍의 마주보는 배선 패드(30)는 각각 LED 소자(20)와 전기적으로 연결되고, 나머지 3쌍의 배선 패드(30)는 각각 일단부와 타단부의 서로 마주보는 배선 패드(30)끼리 전기적으로 연결된다.

도 4는 본 발명에 의한 LED 모듈의 연결예를 모식도화 한 것이다. 도 4a는 횡방향으로 연결한 예를, 도 4b는 종?횡방향으로 연결한 예를 나타낸다. 도 4b에나타난 바와 같이 종방향으로 연결하기 위해서는 연결모듈(300)이 필요하며, 연결모듈(300)을 통해 종방향을 전기적으로 연결함으로써 구현된다.

도 5는 본 발명에 의한 LED 모듈의 횡방향 연결시 배선패드가 5개인 경우 직병렬구조의 배선 패턴을 예시한 것이다.

도 5a와 같이, 같은 위치의 배선패드(30)를 평행하게 연결하여 주면서, 3개의 배선패드는 공패드로 하고, 하나의 배선패드는 (+), 나머지 배선패드는 (-)로 연결하면 긴 직렬구조를 구성할 수 있다.

또한 도 5b, 5c와 같이, 병렬 구조를 원하는 곳에서 연결단자(40)의 위치를 바꾸어 주면 병렬 구조를 구성할 수 있게 된다.

도 6은 도 5에서 나타난 배선패드(30)가 5개인 경우 LED 모듈의 각 배선 패턴에 대응되는 각 구조의 회로도로서, 본 발명의 LED 모듈(100)에 의하여 원하는 형태의 직렬 구조, 병렬 구조를 구성할 수 있음을 뒷받침한다.

도 7은 본 발명에 의한 LED 모듈(100)의 종?횡방향 연결시 직병렬구조의 배선 패턴을 예시한 것으로서, 본 발명의 PCB 블록(10)을 종?횡방향으로 체결할 수 있음을 보여준다. 도 7a는 3병렬구조, 도 7b는 6병렬구조를 나타낸다. 도 7a, 7b에서 알 수 있듯, 종방향 연결용 연결모듈(300)의 패턴을 변경하면 원하는 다른 형태의 직병렬 조합을 얻을 수 있으며, 종방향 연결용 연결모듈(300)을 좌우 끝이 아닌 중간에 삽입하면 또 다른 형태의 직병렬 조합이 가능하므로 제품의 사용용도에 따라 매우 다양한 형태의 직병렬 조합을 얻을 수 있게 된다.

도 8은 도 7에서 나타난 각 패턴의 회로도이다.

한편, 본 발명에 의한 LED 모듈은 도 9에 나타난 바와 같이, 1차적으로 LED 소자의 표면을 덮는 몰딩부(50)를 포함할 수 있다. 상기 1차 몰딩부(50)의 소재에는 제한이 없지만 형광체와 실리콘을 혼합한 것이 바람직하며, LED 소자의 색조합을 최적화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 LED 모듈은 PCB 블록의 종방향 상?하 단부, 횡방향 좌?우 단부 중 일단부 또는 대칭되는 양단부 또는 모든 단부에 반사부재(60)를 형성할 수 있는데, 도 10a를 참고하면 종방향 상?하 단부의 대칭되는 양단부에 반사부재(60)를 형성한 모습을 알 수 있다. 상기 반사부재(60)는 몰딩부(50)의 유무와 관계없으며, 이 경우 LED 소자로부터 방출되는 빛을 반사시킴으로써 광출력을 향상시킬 수 있다. 소재에는 제한이 없지만 실리콘 또는 플라스틱 몰딩물이 바람직하다.

여기에서 반사부재(60)의 길이는 도 10a와 같이 PCB 블록의 각 단부의 길이와 동일하게 할 수도 있지만, 도 10b에 나타낸 바와 같이 PCB 블록에 실장되는 LED 소자의 길이와 동일하게 할 수도 있는 것으로서, 원하는 광출력을 얻기 위하여 필요에 따라 길이를 조절할 수 있다.

여기에서 반사부재(60)는 그 단면의 형태가 도 10a, 10b에 나타낸 바와 같이 반원형태일 수도 있고, 도 10c에 나타낸 바와 같이 삼각형일 수도 있으며, 도 10d에 나타낸 바와 같이 오목렌즈 형태일 수도 있는바, 원하는 광출력을 얻기 위하여 필요에 따라 그 형태를 변경할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 LED 모듈은 2차적으로 LED 모듈 표면 전체를 덮는 반구형상의 몰딩부(51)를 포함할 수 있는데, 이러한 몰딩부(51)는 상기 1차 몰딩부(50) 및 반사부재(60)의 유무와 관계없으며, 곡률반경과 길이방향의 면적에 변화를 줌으로써 광지향각도와 방사각을 조절할 수 있게 된다. 도 11은 LED 모듈 표면 전체를 덮는 2차 몰딩부(51)를 나타낸 것이고, 도 12는 본 발명의 LED 모듈에 상기 1차 몰딩부(50)와 2차 몰딩부(51)를 모두 형성한 경우의 모식도이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 LED 모듈에 의하면 서로 연결이 가능한 형상의 PCB 블록을 포함함으로써, LED 모듈이 탑재되는 설비의 길이에 제한을 받지 않고, 필요한 만큼 조립을 통해 원하는 대로 설계가 가능하며, 필요한 직병렬 조합을 자유자재로 쉽게 구성할 수 있다는 효과가 있고, 표면에 포함된 몰딩부 및 반사부재를 통하여 LED 칩에서 방출되는 빛의 광출력을 향상시킬 수 있게 된다.

100: LED 모듈 40: 연결 단자
200: 체결구조 50: 1차 몰딩부
10: PCB 블록 51: 2차 몰딩부
20: LED 소자 210: 체결구조의 일단부
30: 배선 패드 220: 체결구조의 타단부
300: 연결모듈 60: 반사부재

Claims (11)

1. 전기적 접속이 가능한 PCB 블록;
   상기 PCB 블록을 각각 전기적으로 접속되도록 하는 배선 패드; 및
   상기 PCB 블록에 실장되는 LED 소자를 포함하는 LED 모듈에 있어서,
   상기 PCB 블록은 횡방향으로 전기적 접속이 가능하고,
   상기 PCB 블록의 횡방향 좌?우 단부는 서로 연결이 가능하도록 체결구조를 구비하되,
   상기 체결구조는 요철을 포함하는 것으로서, 일단부에 오목부와 볼록부가 반복되는 요철이 형성되어 있다면, 타단부에는 상기 일단부와 맞물리도록 볼록부와 오목부가 반복되는 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 PCB 블록은 종방향으로도 연결이 가능하도록 추가적으로 종방향 상?하단부에 상기 체결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 PCB 블록에 실장된 LED 소자에 전압을 공급하기 위하여 배선 패드와 전기적으로 접속된 배선은, 상기 PCB 블록들이 서로 종방향, 횡방향 또는 종?횡방향으로 전기적 접속하도록 하는 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 PCB 블록 내의 배선 구조는 PCB 블록 내 일단부와 타단부에 대향하게 형성된 적어도 두쌍의 배선 패드를 포함하고, 적어도 두쌍의 배선 패드 중 한 쌍의 마주보는 배선 패드가 각각 LED 소자와 전기적으로 연결되고, 나머지 배선 패드는 각각 일단부와 타단부의 서로 마주보는 배선 패드끼리 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 LED 소자의 표면을 덮는 제 1차 몰딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 PCB 블록은 그 표면에 반사부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 반사부재는 PCB 블록의 종방향 상?하 단부, 횡방향 좌?우 단부의 일단부 또는 대칭되는 양단부 또는 모든 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 반사부재는 단면이 삼각형, 반원, 오목렌즈 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 반사부재의 길이는 PCB 블록의 상면의 종방향 상?하 단부의 길이 또는 LED 소자의 종방향 상?하 단부의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 모듈의 표면을 덮는 제 2차 몰딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 소자를 덮는 제 1차 몰딩부 및 LED 모듈의 표면을 덮는 제 2차 몰딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.

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