KR101368426B1 - Ｌｅｄ 모듈, ｌｅｄ 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 모듈, ｌｅｄ 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치에 관한 것으로, 히트싱크부재(11)와; 히트싱크부재(11)의 일면에 형성되는 댐(12)과; 댐(12)이 형성된 히트싱크부재(11)에서 LED 칩 실장영역(14b)을 제외하고 전면에 형성되는 절연층(13)과; 히트싱크부재(11)의 일면과 댐(12)의 내측에 위치되도록 절연층(13)의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역(14b)에 접착제(14a)로 실장되는 다수개의 LED 칩(14)(Light Emitting Diode Chip)과; 댐(12)의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩(14)을 몰딩시키는 몰딩부재(15)로 구성하여, 히트싱크부재에 다수개의 LED 칩을 선형으로 직접 실장함에 의해 열전달 경로를 최소화시켜 방열 성능을 개선시킬 수 있도록 하는 데 있다.

Description

ＬＥＤ 모듈, ＬＥＤ 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치{Line type light emitting diode module, line type light emitting diode module manufacturing method and slim light device using the same}
본 발명은 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치에 관한 것으로, 특히 히트싱크부재에 다수개의 LED 칩을 선형으로 직접 실장하여 열전달 경로를 최소화시킴에 의해 방열 성능을 개선시킬 수 있는 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 친환경적이고, 전력소모가 적기 때문에 유지비가 절약되며, 종래의 광원보다 긴 수명 및 내구성의 특성으로 인해 전통 조명을 대체하는 조명 광원으로 각광 받고 있으며, 할로겐 램프, 백열등 전구, 형광등 등의 조명장치로 개발되고 있다. 특히, 국내와 일본, 중국등의 아시아 지역에는 직관형의 형광등이 많이 사용되고 있으며, 이를 대체하는 LED 형광등은 LED 모듈, 히트싱크 및 투명케이스로 이루어진다.
한국등록특허 제0997917호(특허문헌1)는 LED 모듈에 구비되는 인쇄회로기판을 방열판과 광확산부재를 이용해 용이하게 고정시켜 줄 수 있도록 한 조명장치에 관한 것으로, 조명모듈, 광확산부재 및 방열판으로 이루어진다.
조명모듈은 방열판의 양측 부위에 형성된 지지돌기 사이에 길이 방향으로 형성된 장방형의 삽입홈에 삽입되는 다수개의 광원이 PCB에 배치되며, 광확산부재는 조명모듈의 전면 부위에 설치되어 광원으로부터 발광하는 빛을 전면 방향으로 확산시켜 주기 위한 반원형상의 제1지지부가 형성된다. 방열판은 광확산부재의 양단 부위에 내측 방향으로 각각 절곡된 걸림부가 체결되는 걸림홈이 형성되며, 제1지지부와 연접하여 제2지지부가 형성된 지지홈에 각각 매칭되어 체결되는 지지돌기가 구비되어 조명장치의 광원모듈에 구비된 PCB를 방열판과 광확산부재를 통해 간편하게 고정시켜 조립되도록 한다.
한국등록특허 제0997917호(특허문헌1)와 같은 종래의 LED를 이용한 조명장치는 인쇄회로기판의 상측에 LED를 실장하며 하측에 히트싱크(heatsink)부재가 설치된 구조를 갖는다. 인쇄회로기판을 중심으로 LED와 히트싱크부재가 설치되는 경우에 LED에서 발생되는 열이 인쇄회로기판을 통해 히트싱크부재로 전달됨에 의해 열전도성 낮은 인쇄회로기판을 사용하는 경우에 히트싱크부와의 열전도성 차이로 인해 열적 병목현상이 발생되며, 이러한 열적 병목현상에 의해 LED 수명이 저하되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제0997917호(등록일: 2010.11.26)
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 히트싱크부재에 다수개의 LED 칩을 선형으로 직접 실장하여 열전달 경로를 최소화시킴에 의해 방열 성능을 개선시킬 수 있는 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 히트싱크부재의 표면적을 확대하여 방열 특성을 개선시킬 수 있는 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수개의 LED 칩을 히트싱크부재에 선형으로 직접 실장한 후 한 번에 몰딩함으로써 광도파관 현상을 이용하여 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치를 제공함에 있다.
본 발명의 LED 모듈은 히트싱크부재와; 상기 히트싱크부재의 일면에 형성되는 댐과; 상기 댐이 형성된 히트싱크부재에서 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 형성되는 절연층과; 상기 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 접착제로 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과; 상기 댐의 상측에 형성되어 상기 다수개의 LED 칩을 몰딩시키는 몰딩부재로 구성되며, 상기 댐은 돌출 댐과 함몰 댐 중 하나가 사용되며, 상기 돌출 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성되고 돌출 높이는 절연층에 실장된 LED 칩의 발광면의 높이와 동일하거나 작게 형성되며, 상기 함몰 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성되며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 모듈의 제조방법은 히트싱크부재의 재료를 준비하는 단계와; 상기 히트싱크부재의 재료를 압출 성형하여 히트싱크부재의 일면에 댐을 형성하며 타면에 다수개의 홈이 배열되도록 형성하는 단계와; 상기 히트싱크부재의 전면 중 양극산화방법을 이용하여 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 접착제를 이용하여 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)이 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 실장하는 단계와; 상기 댐과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩이 몰딩되도록 몰딩부재를 형성하는 단계로 구성되며, 상기 댐을 형성하는 단계에서 상기 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성하거나 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성되며, 상기 댐을 형성하는 단계에서 상기 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성하거나 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성되며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 슬림 조명장치는 히트싱크부재와; 상기 히트싱크부재의 일면에 각각 일정한 간격으로 이격되어 형성되는 다수개의 댐과; 상기 다수개의 댐이 형성된 히트싱크부재에서 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 형성되는 절연층과; 상기 다수개의 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 접착제로 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과; 상기 댐의 상측에 각각 형성되어 상기 LED 칩을 몰딩시키는 다수개의 몰딩부재와; 상기 다수개의 몰딩부재의 상측에 형성되는 커버부재로 구성되며, 상기 다수개의 댐과 상기 다수개의 몰딩부재는 각각 K개가 구비되며, 상기 K는 2 이상의 자연수이며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치는 히트싱크부재에 다수개의 LED 칩을 선형으로 직접 실장하여 열전달 경로를 최소화시킴에 의해 방열 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 있고, 히트싱크부재의 표면적을 확대하여 방열 특성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 다수개의 LED 칩을 히트싱크부재에 선형으로 직접 실장한 후 한 번에 몰딩함으로써 광도파관 현상을 이용하여 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 LED 모듈의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 LED 모듈의 분해 사시도,
도 3 및 도 4는 각각 도 1에 도시된 LED 모듈의 단면도,
도 5는 본 발명의 LED 모듈의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 6 내지 도 12는 각각 본 발명의 LED 모듈의 제조과정을 나타낸 LED 모듈의 단면도,
도 13은 본 발명의 슬림 조명장치의 외관 사시도,
도 14는 도 15에 도시된 슬림 조명장치의 분해 사시도,
도 15 내지 도 18은 각각 도 13에 도시된 슬림 조명장치의 단면도,
도 19는 본 발명의 LED 모듈의 등가 회로도.
이하, 본 발명의 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈(10)은 광을 선형으로 발광시키기 위한 것으로, 히트싱크부재(11), 댐(12), 절연층(13), 다수개의 LED 칩(14) 및 몰딩부재(15)로 구성된다.
히트싱크부재(11)는 타면에 다수개의 홈(11a)이 매트릭스 형상으로 배열되도록 형성된다. 댐(12)은 히트싱크부재(11)의 일면 즉, 상측면에 형성되며, 절연층(13)은 댐(12)이 형성된 히트싱크부재(11)에서 LED 칩 실장영역(14b)을 제외한 히트싱크부재(11)의 전면에 형성된다. 다수개의 LED 칩(14)은 히트싱크부재(11)의 일면과 댐(12)의 내측에 위치되도록 절연층(13)의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역(14b: 도 9에 도시됨)에 접착제(14a)로 실장되며, 몰딩부재(15)는 댐(12)의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩(14)을 몰딩시킨다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 LED 모듈(10)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
히트싱크부재(11)는 도 9에서와 같이 타면에 다수개의 홈(11a)이 매트릭스 형상으로 배열되도록 형성하여 타면의 표면적이 확대되도록 함에 의해 열을 외부로 보다 용이하게 방출시켜 방열 성능을 개선시키며, 재질은 금속인 Al과 Mg 중 하나가 사용된다.
댐(12)은 도 2 내지 도 4에서와 같이 돌출 사각틀이 사용되는 돌출 댐과 사각홈이 사용되는 함몰 댐 중 하나가 사용된다. 돌출 댐은 도 3에서와 같이 히트싱크부재(11)를 압출하여 히트싱크부재(11)의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성되며, 돌출 댐의 돌출 높이(t1)는 히트싱크부재(11)에 실장된 LED 칩(14)의 발광면의 높이(t3)와 동일하거나 작게 형성되어 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 확산이 용이하도록 한다. 즉, 도 3에 도시된 돌출 댐이 적용된 본 발명의 LED 모듈(10)은 광 확산용으로 사용하기 위해 돌출 높이(t1)를 LED 칩(14)의 발광면의 높이(t3)와 동일하거나 작게 형성하여 넓은 확산각을 갖도록 하기 위한 것이다.
함몰 댐은 도 4에서와 같이 히트싱크부재(11)를 압출하여 히트싱크부재(11)의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성된다. 함몰 댐은 히트싱크부재(11)의 일면에서 내측면까지 경사지게 함몰되도록 형성되고, 경사의 각도(θ1)는 도 4 및 도 7에서와 같이 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 지향각(θ2)에 따라 히트싱크부재(11)의 일면을 기준으로 30 내지 60°가 되도록 형성되며, 함몰 댐(12)의 함몰 깊이(t2)는 히트싱크부재(11)에 실장된 LED 칩(14)의 발광면의 높이(t3) 보다 크도록 형성되며, 히트싱크부재(11)의 두께(t6)의 1/3 내지 1/8이 되도록 형성된다. 함몰 댐의 경사의 각도(θ1)와 깊이(t2)는 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 지향각(θ2)을 좁게 하기 위한 것으로 경사의 각도(θ1)와 함몰 깊이(t1)이 커지면 지향각(θ2)이 좁아지며, 반대로 경사의 각도(θ1)와 함몰 깊이(t1)를 작게 하는 경우에 LED 칩(14)에서 발광되는 광이 함몰 댐에 반사되어 광의 지향각(θ2)이 넓어지게 하여 경사의 각도(θ1)와 함몰 깊이(t1)에 따라 특정 지향각을 갖도록 하기 위한 것이다.
절연층(13)은 도 3, 도 4 및 도 8에서와 같이 양극산화방법을 이용하여 다수개의 홈(11a)이 배열되도록 형성되는 히트싱크부재(11)에서 LED 칩 실장영역(14b)을 제외한 히트싱크부재(11)의 전면에 형성되며, 재질은 양극산화방법을 이용하여 형성됨에 따라 Al과 Mg 중 하나가 사용되는 히트싱크부재(11)의 재질에 따라 Al2O3와 MgO 중 하나가 선택되어 사용된다. 이러한 절연층(13)은 양극산화방법 이외에 열전도성이 우수한 세라믹 재질 즉, Al2O3, MgO 등을 도포장치(도시 않음)을 이용하여 형성하며, LED 칩 실장영역(14b)은 히트싱크부재(11)를 양극산화 시 댐(12)의 내측에 위치되도록 사진식각공정 등을 이용해 마스크 패턴(도시 않음)을 일정한 간격으로 이격되어 선형으로 배열되도록 형성한 후 절연층(13)이 형성되면 이를 식각하여 형성한다.
다수개의 LED 칩(14)은 각각 LED 칩 실장영역(14b)에 정렬되어 히트싱크부재(11)의 일면에 접착제(14a)로 실장되며, 접착제(14a)는 실리콘이나 Ag 에폭시가 사용된다. 이러한 다수개의 LED 칩(14)은 각각 조명용 광을 발생하기 위해 파랑색 LED, UV(UltraViolet) LED, 적색 LED, 녹색 LED, 블리쉬(Bluish) 녹색 LED 중 하나 이상이 선택되어 구성되며, 파랑색 LED, UV(UltraViolet) LED, 적색 LED, 녹색 LED, 블리쉬(Bluish) 녹색 LED는 각각 댐(12)의 내측에 위치되도록 히트싱크부재(11)의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역(14b)에 접착제(14a)로 실장되며, 접착제(14a)는 실리콘이나 Ag 에폭시가 사용된다.
다수개의 LED 칩(14)의 전기적인 결선 방법은 도 1, 도 2 및 도 19에서와 같이 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)에 의해 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록(16d)을 구성되고, M 개의 병렬회로 블록(16d)은 제3라우터 패턴(16c)에 의해 서로 직렬 연결되며, N과 M은 각각 4 이상인 자연수가 사용된다.
예를 들어, 20개의 LED 칩(14)을 선형 즉, 일직선으로 배열되는 경우에 도 2 및 도 21에서와 같이 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)에 의해 5개의 LED 칩(14)이 하나의 병렬회로 블록(16d)를 구성하여 전체 4개의 병렬회로 블럭(16d)이 구성되며, 제3라우터 패턴(16c)에 의해 4개의 병렬회로 블럭(16d)은 서로 직렬 연결된다. 다수개의 LED 칩(14)은 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)과 제3라우터 패턴(16c)에 의해 직렬과 병렬로 연결됨으로써 어느 하나의 LED 칩(14)이 고장으로 발광되지 않은 경우에도 고장난 LED 칩(14)을 제외한 나머지 LED 칩(14)들은 정상적으로 동작되어 발광된다. 즉, 20개의 LED 칩(14)이 사용되는 경우에 5개의 LED 칩(14)을 병렬 연결하여 하나의 병렬회로 블록(16d)을 구성한 후 각각을 직렬 연결하여 구성함으로써 인가되는 구동 전압을 조정할 수 있다. 또한, 병렬회로 블록(16d) 내의 하나 또는 두 개의 LED 칩(14)에 오류가 발생되는 경우에도 개별 LED 칩(14)만 오프(off)되도록 하여 광휘도 저하 없이 구동시킬 수 있다.
제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)은 다수개의 LED 칩의 일측과 타측에 위치되도록 절연층(13)의 일면에 형성되어 리드단자(17)로 LED 칩(14)과 연결되며, 각각 리드단자(17)가 본딩되는 다수개의 패드 패턴(부재번호 미도시) 및 회로패턴(부재번호 미도시)으로 이루어진다. 제3라우터 패턴(16c)은 제1라우터 패턴(16a)에 연결되도록 절연층(13)의 일면에 형성된다. 이러한 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)과 제3라우터 패턴(16c)은 각각 전도성 잉크, 실버(Ag) 페이스트 및 구리(Cu) 페이스트 중 하나를 실크 인쇄나 디스펜싱방법을 이용하여 형성된다.
몰딩부재(15)는 도 1 내지 도 4에서와 같이 댐(12)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 댐(12)의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 다수개의 LED 칩(14)을 한 번에 몰딩하며, 렌즈로 작용한다. 몰딩부재(15)는 도 3에서와 같이 댐(12)이 돌출 댐이 적용되는 경우에 높이(t4)는 함몰 댐이 적용되는 경우의 높이(t5)보다 작게 형성된다. 이는 함몰 댐이 적용되는 경우에 몰딩부재(15)를 보다 볼록하게 형성하여 볼록 렌즈 효과를 강하게 함으로써 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 지향성을 개선하기 위함이다.
몰딩부재(15)에 사용되는 몰딩재는 실리콘 레진(Silicon Resin)이나 형광 물질이 고르게 분산된 실리콘 레진이 사용되며, 형광물질은 적색, 녹색, 파랑색 및 노랑색 형광물질 중 하나 이상이 선택되어 사용된다. 몰딩부재(15)는 댐(12)의 상측에 길이방향으로 반원기둥 형상으로 형성되어 선형 즉, 일직선으로 배열되도록 실장되는 다수개의 LED 칩(14)에서 발광되는 광이 선형 광원으로 조사되도록 하며, 단면이 볼록렌즈와 같은 돔형으로 형성되어 다수개의 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 확산각이 넓어지도록 하고 광균일도 즉, 휘도 균일도를 개선시킨다.
히트싱크부재(11)에 댐(12)을 함몰 댐을 형성 시 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 지향각(θ2)의 조정을 위해 함몰 댐의 경사 각도(θ1)와 함몰 깊이(t2) 조절과 함께 몰딩부재(15)의 높이(t5: 도 4에 도시됨)를 조절하여 형성하게 된다. 예를 들어 몰딩부재(15)의 높이(t5)는 LED 칩(14)에서 발광되는 광의 지향각(θ2)을 작게하여 광의 지향성을 높이기 위해 볼록렌즈와 같도록 크게 형성되는 반면에, 광의 지향각(θ2)을 크게하는 경우에 높이(t5)는 작게 형성된다.
몰딩부재(15)와 절연층(13) 사이에는 도 12에서와 같이 몰딩부재(15)를 광도파관으로써의 특성을 개선시키기 위해 반사층(18)이 구비된다. 반사층(18)은 LED 칩(14)과 리드단자(17)가 본딩이 되는 패드패턴을 제외한 라우터 패턴(16)을 포함하여 절연층(13)의 일면의 전면에 형성되며, 재질은 백색 PSR(White Photo Solder Resist)이 사용된다. 이러한 반사층(18)은 LED 칩 실장영역(14b)를 제외하고 히트싱크부재(11)의 일면에 위치되도록 절연층(13)의 상측면 즉, 일면에 형성되어 몰딩부재(15) 등에서 반사되어 돌아오는 광을 다시 몰딩부재(15)로 반사시켜 광효율을 개선시킨다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 LED 모듈(10)의 제조방법을 첨부된 도 5 내지 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 LED 모듈(10,20)의 제조방법은 먼저, 도 5 및 도 6에서와 같이 히트싱크부재(11)의 재료를 준비하며(S10), 히트싱크부재(11)의 재료는 Al과 Mg 중 하나의 재질이 선택되어 사용된다. 히트싱크부재(11)의 재료가 준비되면 도 5, 도 6 및 도 7에서와 같이 히트싱크부재(11)의 재료를 금형(도시 않음)을 이용한 압출 성형하여 히트싱크부재(11)의 일면에 댐(12)을 형성하며 타면에 다수개의 홈(11a)이 배열되도록 형성한다(S20). 댐(12)은 도 6에서와 같이 히트싱크부재(11)를 압출하여 히트싱크부재(11)의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성하거나 도 7에서와 같이 히트싱크부재(11)를 압출하여 히트싱크부재(11)의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성된다. 댐(dam)(12)의 형성 시 댐(12)의 높이(t3)는 도 7에서와 같이 히트싱크부재(11)의 일면으로부터 50~ 250㎛가 돌출되도록 형성된다. 히트싱크부재(11)의 재료를 압출 성형하여 히트싱크부재(11)의 제조 시 두께(t6: 도 7에 도시됨)는 댐(12)의 두께(t1,t2)를 포함하여 5 내지 12㎜가 되도록 형성한다.
댐(12)과 다수개의 홈(11a)이 형성되면 도 5 및 도 8에서와 같이 히트싱크부재(11)의 전면 중 양극산화방법을 이용하여 LED 칩 실장영역(14b)을 제외한 히트싱크부재(11)의 전면에 절연층(13)을 형성한다(S30). 절연층(13)은 양극산화방법을 이용하여 형성됨에 따라 Al과 Mg 중 하나가 사용되는 히트싱크부재(11)의 재질에 따라 Al2O3와 MgO 중 하나가 선택되어 사용되며, LED 칩 실장영역(14b)은 히트싱크부재(11)를 양극산화 시 댐(12)의 내측에 위치되도록 사진식각공정 등을 이용해 마스크 패턴(도시 않음)을 일정한 간격으로 이격되어 선형으로 배열되도록 실장될 LED 칩(14)의 수만큼 다수개를 형성한 후 절연층(13)이 형성되면 이를 식각하여 형성한다.
절연층(13)이 형성되면 도 1, 도 2, 도 5 및 도 9에서와 같이 댐(12)의 내측에 위치되도록 히트싱크부재(11)의 일면에 접착제를 이용하여 다수개의 LED 칩(14)이 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역(14b)에 실장한다(S40).
절연층(13) 형성과 LED 칩(14)의 실장 사이에는 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)과 제3라우터 패턴(16c)로 이루어지는 라우터 패턴(16)을 형성한다. 라우터 패턴(16)은 도 9에서와 같이 댐(12)의 내측에 위치되도록 절연층(13)의 일면에 전도성 잉크, 실버(Ag) 페이스트 및 구리(Cu) 페이스트 중 하나를 실크 인쇄나 디스펜싱방법을 이용하여 형성한다. 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)과 제3라우터 패턴(16c)이 절연층(13)에 형성됨으로 서로 전기적으로 연결되지 않도록 분리할 수 있으며, 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)은 리드 패턴(부재번호 미도시)과 리드 와이어(17)가 솔더링되는 패드 패턴(부재번호 미도시)으로 이루어진다.
절연층(13)이나 라우터 패턴(16) 즉, 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)과 제3라우터 패턴(16c)이 형성되면 도 1, 도 2, 도 5 및 도 9에서와 같이 댐(12)의 내측에 위치되도록 히트싱크부재(11)의 일면에 형성된 LED 칩 실장영역(14b)에 접착제(14a) 즉, 실리콘이나 Ag 에폭시를 이용하여 다수개의 LED 칩(14)이 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 실장한다(S50). 다수개의 LED 칩(14)은 히트싱크부재(11)의 일면 즉, 상측면에 실장되며, 각각은 제1라우터 패턴(16a)과 제2라우터 패턴(16b)의 패드패턴에 리드 와이어(17)로 연결된다.
LED 칩(14)이 실장되면 도 1, 도 2, 도 5 및 도 11에서와 같이 댐(12)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩(14)이 몰딩되도록 몰딩부재(15)를 형성한다(S50). 몰딩부재(15)의 형성 시 몰딩부재(15)는 댐(12)의 일면 즉, 상측면을 커버(cover)하도록 형성되며, 몰딩부재(15)의 두께(t3,t4: 도 3 및 도 4에 도시됨)는 댐(12)의 일면으로부터 6 내지 10㎜가 되도록 형성된다.
몰딩부재(15)의 형성방법을 보다 상세히 설명하면 도 5에서와 같이 먼저, 댐(12)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩(14)이 밀봉되도록 실리콘 레진(Silicon Resin)을 도포하며(S51), 실리콘 레진이 도포되면 실리콘 레진을 60 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 표면을 경화시키는 제1경화를 실시한다(S52). 제1경화가 완료되면 실리콘 레진을 100 내지 120℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 응력을 제어하는 제2경화를 실시하며(S53), 제2경화가 완료되면 150 내지 170℃에서 2 내지 4시간 동안 경화시키는 제3경화를 실시한다(S54). 제3경화가 완료되면 실온에서 1 내지 2 시간 동안 실리콘 레진을 냉각시켜 몰딩부재(15)의 제조를 완료하는 냉각을 실시하여(S55) 몰딩부재(15)의 제조를 완료한다. 이와 같이 제조된 본 발명의 LED 모듈(10)은 히트싱크부재(11)의 두께(t6: 도 7에 도시됨)는 댐(12)의 두께(t1,t2)를 포함하여 5 내지 10㎜가 되도록 형성하고, 몰딩부재(15)의 두께(t3,t4: 도 3 및 도 4에 도시됨)는 댐(12)의 일면으로부터 1 내지 4㎜가 되도록 형성함에 의해 초 슬림으로 제조된다.
상기 제조방법으로 슬림하게 제조된 본 발명의 LED 모듈(10)를 이용한 슬림 조명장치(100)를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 13 및 도 14에서와 같이 본 발명의 슬림 조명장치(100)는 히트싱크부재(11), 다수개의 댐(12), 절연층(13), 다수개의 LED 칩(14), 다수개의 몰딩부재(15), 조명 댐(110), 커버부재(120) 및 한 쌍의 커넥터(130)로 구성된다.
히트싱크부재(11)는 도 14 및 도 15에서와 같이 Al과 Mg 중 하나의 재질로 이루어지며, 타면 즉, 하측면에는 다수개의 홈(11a)이 배열되도록 형성된다. 다수개의 댐(12)은 각각 도 14 및 도 15에서와 같이 압출 성형방법을 이용하여 히트싱크부재(11)의 일면에 각각 일정한 간격으로 이격되어 일체로 형성되며, K개가 구비되고 K는 2 이상의 자연수가 사용된다.
절연층(13)은 도 15에서와 같이 다수개의 댐(12)이 형성된 히트싱크부재(11)에서 LED 칩 실장영역(14b)을 제외한 히트싱크부재(11)의 전면에 형성되며, 양극산화방법에 의해 Al2O3와 MgO 중 하나가 선택되어 사용된다. 다수개의 LED 칩(14)은 도 14 및 도 15에서와 같이 다수개의 댐(12)의 내측에 각각 위치되도록 히트싱크부재(11)의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역(14b)에 접착제(14a)로 실장되며, K개의 댐(12)의 내측에 각각 L개가 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 K×L개가 구비되며, K는 2 이상의 자연수이며, L은 4 이상의 자연수가 사용된다.
다수개의 몰딩부재(15)는 도 14 및 도 15에서와 같이 댐(12)의 상측에 각각 형성되어 LED 칩(14)을 몰딩시키며, 댐(12)이 K개가 구비되는 경우에 각각의 댐(12)의 상측에 각각 형성되도록 K개가 구비되고 K는 2 이상의 자연수가 사용된다. 다수개의 몰딩부재(15)는 댐(12)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 댐(12)의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 댐(12)의 내측에 L개의 LED 칩(14)이 선형으로 배열되어 실장되는 경우에 L개의 LED 칩(14)을 한 번에 몰딩한다.
커버부재(120)는 도 13 및 도 14에서와 같이 몰딩부재(15)의 상측에 위치되도록 형성되며, 조명 댐(110)에 의해 지지되어 설치된다. 커버부재(120)는 도 15 내지 도 18에서와 같이 몰딩형 커버부재와 플레이트형 커버부재 중 하나가 사용된다. 이러한 몰딩형 커버부재와 플레이트형 커버부재는 각각 에폭시, 실리콘 레진 및 반투명 재질로 형성되며, 반투명 재질은 에폭시나 실리콘 레진과 확산제의 혼합물로 이루어진다. 확산제는 공지된 기술이 적용되어 상세한 실시예의 설명을 생략한다. 또한 플레이트형 커버부재는 폴리카보네이트(PC)나 아크릴 재질로 압출이나 사출로 만들어 지며 확산제를 추가하여 반투명 형태로도 제조된다.
몰딩형 커버부재는 도 15 및 도 16에서와 같이 다수개의 몰딩부재(15)가 몰딩되도록 조명 댐(110)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 형성되며 조명 댐(110)은 히트싱크부재(11)의 가장자리에 정렬되어 압출이나 사출로 히트싱크부재(11)의 일면으로부터 돌출되도록 형성된다. 즉, 조명 댐(110)은 다수개의 댐(12)이 내측에 위치되도록 히트싱크부재(11)의 가장자리에 정렬되어 압출이나 사출로 사각형 틀이 되도록 형성된다. 이러한 몰딩형 커버부재는 조명 댐(110)과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 도 15에서와 같이 상측면이 볼록한 라운드형 커버부재로 형성되거나 도 16에서와 같이 상측면이 평평한 플랫형 커버부재로 형성된다. 볼록한 라운드형 커버부재는 본 발명의 슬림 조명장치에서 발광되는 광이 넓은 확산각을 갖도록 조명 댐(110)의 높이(t7)를 플랫형 커버부재의 조명 댐(110)의 높이(t8)보다 작게 형성한다. 반대로, 플랫형 커버부재는 조명 댐(110)의 높이(t8)를 라운드형 커버부재의 조명 댐(110)의 높이(t7)보다 높게 형성되어 광이 확산되지 않고 특정 지향각으로 발광되도록 한다.
플레이트형 커버부재는 도 17 및 도 19에서와 같이 다수개의 몰딩부재(15)와의 사이에 공간이 발생되도록 히트싱크부재(11)의 가이드홈(111)에 삽입 설치되는 리브(rib)(121)가 양측단 즉, 일측단과 타측단에 각각 일체로 형성된다. 가이드홈(111)은 히트싱크부재(11)의 양측면 즉, 일측면과 타측면에서 각각 히트싱크부재(11)의 내측으로 함몰되도록 압출이나 사출 성형방법으로 형성된다 .이러한 플레이트형 커버부재는 도 17에서와 같이 다수개의 몰딩부재(15)와의 사이에 공간이 발생되도록 상측면이 볼록한 라운드형 커버부재는 광의 확산각이 넓어지도록 하며, 도 18에서와 같이 상측면이 평평한 플랫형 커버부재는 광이 특정 지향각을 갖도록 한다.
한 쌍의 커넥터(130)는 도 13 및 도 14에서와 같이 전기선(도시 않음)과 핀(도시 않음)이 구비되며, 히트싱크부재(11)의 양측면에 각각 삽입 설치되어 제1라우터 패턴(16a)과 제3라우터 패턴(16c)과 전기적으로 연결되며 히트싱크부재(11)와 커버부재(120)의 양측면에 각각 삽입 설치되어 전기선을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 공급받아 다수개의 LED 모듈(10)로 전달하여 본 발명의 슬림 조명장치(100)가 발광되도록 한다.
본 발명이 LED 모듈(10)를 이용해 제조되는 본 발명의 슬림 조명장치(100)는 도 15에서와 같이 두께(t8)가 10 내지 20㎜로 초 슬림으로 제조되며, 슬림 조명장치(100)를 초 슬림으로 제조하기 위해 히트싱크부재(11)의 두께(t6)는 조명 댐(110)의 일면으로 기준으로 5 내지 10㎜가 되도록 형성되며, 커버부재(120)의 두께(t7)는 5 내지 10㎜로 제조된다. 커버부재(120)의 두께(h2) 중 몰딩형 커버부재는 댐(12)을 기준으로 높이가 설정되며, 플레이트형 커버부재는 리브(121)를 기준으로 높이가 설정된다.
이상과 같은 본 발명의 LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치는 히트싱크부재에 다수개의 LED 칩을 선형으로 직접 실장하여 열전달 경로를 최소화시킴에 의해 방열 성능을 개선시킬 수 있고, 히트싱크부재의 표면적을 확대하여 방열 특성을 개선시킬 수 있으며, 다수개의 LED 칩을 히트싱크부재에 선형으로 직접 실장한 후 한 번에 몰딩함으로써 광도파관 현상을 이용하여 광학적 특성을 개선함과 동시에 본 발명의 LED 모듈을 슬림하게 제조함에 따라 조명장치 또한 보다 슬림하게 제조할 수 있다.
본 발명의 LED 모듈 및 그 제조방법LED 모듈, LED 모듈 제조방법 및 이를 이용한 슬림 조명장치는 LED 라이트 바(Light bar)와 같이 LED를 사용하는 조명이나, 선형성이 강조되는 광원 모듈, 백라이트 제조산업 분야 등에 적용될 수 있다.
10: LED 모듈 11: 히트싱크부재
12: 댐 13: 절연층
14: LED 칩 15: 몰딩부재
16: 라우터 패턴 100: 슬림 조명장치
110: 조명 댐 120: 커버부재
130: 커넥터

Claims (24)

  1. 히트싱크부재와;
    상기 히트싱크부재의 일면에 형성되는 댐과;
    상기 댐이 형성된 히트싱크부재에서 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 형성되는 절연층과;
    상기 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 접착제로 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과;
    상기 댐의 상측에 형성되어 상기 다수개의 LED 칩을 몰딩시키는 몰딩부재로 구성되며,
    상기 댐은 돌출 댐과 함몰 댐 중 하나가 사용되며, 상기 돌출 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성되고 돌출 높이는 절연층에 실장된 LED 칩의 발광면의 높이와 동일하거나 작게 형성되며, 상기 함몰 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성되며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히트싱크부재는 타면에 다수개의 홈이 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히트싱크부재의 재질은 Al과 Mg 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1에 있어서, 상기 함몰 댐은 히트싱크부재의 일면에서 내측면까지 경사지게 함몰되도록 형성되고, 상기 경사의 각도는 LED 칩에서 발광되는 광의 지향각에 따라 히트싱크부재의 일면을 기준으로 30 내지 60°가 되도록 형성되며, 상기 함몰 깊이는 히트싱크부재에 실장된 LED 칩의 발광면의 높이 보다 크도록 히트싱크부재의 두께의 1/3 내지 1/8이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 양극산화방법을 이용하여 다수개의 홈이 배열되도록 형성되는 히트싱크부재에서 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 형성되며, 재질은 Al과 Mg 중 하나가 사용되는 히트싱크부재의 재질에 따라 Al2O3와 MgO 중 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 실리콘이나 Ag 에폭시가 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 LED 칩은 각각 제1라우터 패턴과 제2라우터 패턴에 의해 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록을 구성되고, 상기 M 개의 병렬회로 블록은 제3라우터 패턴에 의해 서로 직렬 연결되며, 상기 N과 M은 각각 4 이상인 자연수이며,
    상기 제1라우터 패턴과 상기 제2라우터 패턴은 다수개의 LED 칩의 일측과 타축에 위치되도록 절연층의 일면에 형성되어 리드단자로 LED 칩과 연결되며, 상기 제3라우터 패턴은 제1라우터 패턴에 연결되도록 절연층의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1라우터 패턴과 상기 제2라우터 패턴과 상기 제3라우터 패턴은 각각 전도성 잉크, 실버(Ag) 페이스트 및 구리(Cu) 페이스트 중 하나를 실크 인쇄나 디스펜싱방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 몰딩부재는 댐과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 댐의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 상기 다수개의 LED 칩을 한 번에 몰딩하며,
    상기 몰딩재는 실리콘 레진(Silicon Resin)이나 형광 물질이 실리콘 레진이 사용되며, 상기 형광물질은 적색, 녹색, 파랑색 및 노랑색 형광물질 중 하나 이상이 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 몰딩부재와 상기 절연층 사이에는 반사층이 구비되며,
    상기 반사층은 LED 칩이 실장되는 LED 칩 실장영역과 리드단자가 본딩이 되는 패드패턴을 제외한 라우터 패턴을 포함하여 절연층의 전면에 형성되며, 재질은 백색 PSR(White Photo Solder Resist)이 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  12. 히트싱크부재의 재료를 준비하는 단계와;
    상기 히트싱크부재의 재료를 압출 성형하여 히트싱크부재의 일면에 댐을 형성하며 타면에 다수개의 홈이 배열되도록 형성하는 단계와;
    상기 히트싱크부재의 전면 중 양극산화방법을 이용하여 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 접착제를 이용하여 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)이 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 실장하는 단계와;
    상기 댐과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩이 몰딩되도록 몰딩부재를 형성하는 단계로 구성되며,
    상기 댐을 형성하는 단계에서 상기 댐은 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 외측으로 돌출되도록 형성하거나 히트싱크부재를 압출하여 히트싱크부재의 일면에서 내측으로 함몰되도록 형성되며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 몰딩부재를 형성하는 단계에서 몰딩부재는 상기 댐의 일면을 커버하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 몰딩부재를 형성하는 단계는 댐과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩이 밀봉되도록 실리콘 레진(Silicon Resin)을 도포하는 단계와;
    상기 실리콘 레진이 도포되면 실리콘 레진을 60 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 표면을 경화시키는 제1경화단계와;
    상기 제1경화가 완료되면 실리콘 레진을 100 내지 120℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 응력을 제어하는 제2경화단계와;
    상기 제2경화가 완료되면 150 내지 170℃에서 2 내지 4시간 동안 경화시키는 제3경화단계와;
    상기 제3경화가 완료되면 실온에서 1 내지 2 시간 동안 실리콘 레진을 냉각시켜 몰딩부재의 제조를 완료하는 냉각단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 댐을 형성하는 단계에서 댐의 높이는 히트싱크부재의 일면으로부터 50 ~ 250㎛가 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
  17. 히트싱크부재와;
    상기 히트싱크부재의 일면에 각각 일정한 간격으로 이격되어 형성되는 다수개의 댐과;
    상기 다수개의 댐이 형성된 히트싱크부재에서 LED 칩 실장영역을 제외한 히트싱크부재의 전면에 형성되는 절연층과;
    상기 다수개의 댐의 내측에 위치되도록 상기 히트싱크부재의 일면에 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 LED 칩 실장영역에 접착제로 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과;
    상기 댐의 상측에 각각 형성되어 상기 LED 칩을 몰딩시키는 다수개의 몰딩부재와;
    상기 다수개의 몰딩부재의 상측에 형성되는 커버부재로 구성되며,
    상기 다수개의 댐과 상기 다수개의 몰딩부재는 각각 K개가 구비되며, 상기 K는 2 이상의 자연수이며, 상기 LED 칩 실장영역은 댐의 내측에 위치되도록 절연층을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 히트싱크부재의 타면에는 다수개의 홈이 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서, 상기 다수개의 LED 칩은 K개의 댐의 내측에 각각 L개가 일정한 간격으로 이격되어 선형(line type)으로 배열되도록 K×L개가 구비되며, 상기 K는 2 이상의 자연수이며, 상기 L은 4 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 커버부재는 몰딩형 커버부재와 플레이트형 커버부재 중 하나가 사용되고,
    상기 몰딩형 커버부재는 다수개의 몰딩부재가 몰딩되도록 조명 댐과 몰딩재의 표면장력을 이용하여 형성되며, 상기 조명댐은 히트싱크부재의 가장자리에 정렬되어 압출이나 사출로 히트싱크부재의 일면으로부터 돌출되도록 형성되며, 상기 플레이트형 커버부재는 다수개의 몰딩부재와의 사이에 공간이 발생되도록 히트싱크부재의 가이드홈에 삽입 설치되는 리브가 일측단가 양측단에 각각 형성되고, 상기 가이드홈은 히트싱크부재의 일측면과 타측면에 각각 압출이나 사출로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 몰딩형 커버부재와 상기 플레이트형 커버부재는 각각 상측면이 평평한 플랫형 커버부재나 볼록한 라운드형 커버부재가 사용되는 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 몰딩형 커버부재와 상기 플레이트형 커버부재는 각각 에폭시, 실리콘 레진 및 반투명 재질로 형성되며, 상기 반투명 재질은 에폭시나 실리콘 레진과 확산제의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 슬림 조명장치의 두께는 10 내지 20㎜이고, 상기 슬림 조명장치의 히트싱크부재의 두께는 5 내지 10㎜이며, 상기 슬림 조명장치의 커버부재의 두께는 5 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 슬림 조명장치.


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