KR101375725B1

KR101375725B1 - 단일 파장 제어가 가능한 ｃｏｂｌｅｄ 모듈

Info

Publication number: KR101375725B1
Application number: KR1020130009178A
Authority: KR
Inventors: 송창환
Original assignee: (주)네오닉스
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-03-19

Abstract

본 발명은 COB LED를 광원으로 사용하고 이를 미세 조정할 수 있는 옵셋 조명 회로가 부착되고 이를 칩셋 구조의 시스템으로 조정이 가능하도록 된 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 LED 모듈은 칩온보드(COB) 기판; 상기 칩온보드(COB) 기판의 부품 실장면에 실장되어 소정 파장대의 빛을 발생하는 LED칩 어레이; 상기 LED칩 어레이에 전원을 인가하기 위한 입력라인; 상기 입력라인과 상기 LED칩 어레이 사이에 연결되어 LED칩에 인가되는 전원을 미세조정하기 위한 옵셋 조정 볼륨; 상기 LED칩 어레이를 고정하는 투명도가 높고 내열 특성이 양호한 실리콘 커버; 및 상기 칩온보드(COB) 기판의 반대면에 부착되어 LED칩에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열수단으로 구성된다.
본 발명에 따른 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈은 옵셋 조정 볼륨을 이용하여 각 LED칩들의 전원을 독립적으로 미세 조정하여 원하는 파장대의 빛을 정확하게 발생시킬 수 있고, 컴팩트한 COB 구조이면서도 방사형 방열장치로 방열 효율을 높혀 장시간 사용시에도 고장이 발생되지 않는 장점이 있다.

Description

단일 파장 제어가 가능한 ＣＯＢＬＥＤ 모듈{COB LED MODULE FOR SINGLE WAVE LENGTH CONTROL}

본 발명은 칩온보드(COB)형 LED 모듈에 관한 것으로, 특히 COB LED를 광원으로 사용하면서 미세 조정을 위한 옵셋조명회로가 각각 부착되어 파장별로 독립 제어가 가능하도록 된 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode, 이하 ‘LED'라 함)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자이다. 이와 같은 LED는 후레쉬용 고휘도 광원, 휴대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 PDA)에 사용되는 액정 디스플레이(LCD)의 후 광원(back light), 전광판용 광원, 조명 및 스위치 조명 광원, 표시등, 교통신호등의 광원으로 그 사용 범위가 날로 확대되고 있다.

전형적인 종래의 LED는 리드프레임이 내장되도록 컵 형태의 외관을 가지는 램프 하우징과, 램프 하우징 내부에서 리드프레임과 전기적으로 연결되는 발광칩과, 램프 하우징 내부에 채워지는 투과수지부로 이루어진다. 여기서, 램프 하우징은 비투과성을 가지는 백색 플라스틱을 박스 형상으로 사출 성형함으로써 이루어지고, 투과수지부는 투과성을 가지는 액상의 에폭시 수지나 Si 에폭시 수지등으로 이루어진다. 이러한 구조의 LED는 발광칩으로부터 발생된 광은 투과수지부를 투과하여 전방으로 방출되고, 사이드로 발생하는 광은 램프 하우징의 내벽에서 차단되거나 반사되어 전방으로 방출된다.

한편, LED에서 발생되는 빛의 파장대에 따라 농산물의 성장, 피부병 치료 등의 효과가 것으로 알려지면서 이를 위한 LED 조명장치가 개발되고 있다.

공개특허공보에 공개번호 10-2012-0034389호로 공개된 COB 타입의 LED 조명장치의 제조방법은 식물 재배를 위한 농업용 조명장치를 게시하고 있고, 등록특허공보에 등록번호 제10-1133160호로 공고된 COB 타입의 램프용 LED 패키지는 칩온보드(COB) 기판 상에 복수의 LED칩이 실장된 COB(Chip On Board)타입의 LED 패키지를 게시하고 있다.

종래의 COB(Chip On Board) 타입 LED 패키지는 어레이 형태로 다수의 LED칩들이 공통전원에 연결되어 일체로 동작되는 구조이므로 독립 제어가 어렵고, 고정된 구조이므로 미세조정이 어려운 문제점이 있다. 또한 종래의 COB 타입 LED 패키지는 방열구조 구현이 어려워 장기간 사용시 열에 의한 고장 등이 자주 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 단일 파장대의 LED칩들을 근접 배치하여 정확한 파장을 발생시킬 수 있고, 각 LED칩들의 전원을 독립적으로 제어할 수 있으며, 미세 조정을 위한 옵셋이 구비된 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 방열 특성이 향상된 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 칩온보드(COB) 기판; 상기 칩온보드(COB) 기판의 부품 실장면에 실장되어 소정 파장대의 빛을 발생하는 LED칩 어레이; 상기 LED칩 어레이에 전원을 인가하기 위한 입력라인; 상기 입력라인과 상기 LED칩 어레이 사이에 연결되어 LED칩에 인가되는 전원을 미세 조정하기 위한 옵셋 조정 볼륨; 및 상기 칩온보드(COB) 기판의 반대면에 부착되어 LED칩에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈은 상기 LED칩 어레이를 고정하는 투명도가 높고 내열 특성이 양호한 실리콘 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 LED칩 어레이는 메인 파장대의 빛을 발생하는 메인 LED칩과, 상기 메인 파장대 보다 높은 파장대의 빛을 발생하는 상측 보조 LED칩과, 상기 메인 파장대 보다 낮은 파장대의 빛을 발생하는 하측 보조 LED칩이 인접 배치되어 구성되고, 상기 각 LED칩들은 독립된 입력라인을 통해 각각 독립적으로 전원을 입력받고, 각각 옵셋 조정 볼륨을 구비하여 독립적으로 미세 조정 가능하도록 된 것이다. 상기 LED칩 어레이는 640nm LED, 635nm LED, 620nm LED, 430nm LED, 415nm LED, 420nm LED로 이루어진다.

상기 방열수단은 칩온보드(COB) 기판에 밀착되어 칩온보드(COB) 기판의 LED 칩에서 발생되는 열을 전달하기 위한 증발블록과, 상기 증발블록에 방사형으로 배치되어 증발블럭의 열을 응축기로 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 가장자리에 원형으로 배치된 응축기로 구성된다.

본 발명에 따른 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈은 옵셋 조정 볼륨을 이용하여 각 LED칩들의 전원을 독립적으로 미세 조정하여 원하는 파장대의 빛을 정확하게 발생시킬 수 있고, 컴팩트한 COB 구조이면서도 방사형 방열장치로 방열 효율을 높혀 장시간 사용시에도 고장이 발생되지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 저면도,
도 4는 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 구성 블럭도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 COB(Chip On Board) LED 모듈의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 저면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 COB LED 모듈(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 칩온보드(COB) 기판(110)과, 칩온보드(COB) 기판(110)의 부품 실장면에 실장되어 소정 파장대의 빛을 발생하는 LED칩 어레이(120)와, LED칩 어레이에 전원을 인가하기 위한 입력라인(130)과, 입력라인(130)과 LED칩 어레이 사이에 직렬 연결되어 LED칩에 인가되는 전원을 미세 조정하기 위한 옵셋 조정 볼륨(140)과, LED칩 어레이를 고정하는 투명도가 높고 내열 특성이 좋은 실리콘 커버(160)와, 칩온보드(COB) 기판의 반대면에 부착되어 LED칩 어레이에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열수단(170)으로 구성된다.

LED칩 어레이(120)는 640nm 파장대의 빛을 발생하는 640nm LED칩 어레이(121)와, 635nm 파장대의 빛을 발생하는 635nm LED칩 어레이(122)와, 620nm 파장대의 빛을 발생하는 620nm LED칩 어레이(123)와, 430nm 파장대의 빛을 발생하는 430nm LED칩 어레이(124)와, 415nm 파장대의 빛을 발생하는 415nm LED칩 어레이(125)와, 410nm 파장대의 빛을 발생하는 410nm LED칩 어레이(126)로 구성되고, 본 발명의 실시예에서 각 LED칩 어레이(121~126)는 동일 파장대의 LED칩 3개가 와이어 본딩(150) 방식으로 직렬로 연결되어 있다. 또한 각 LED칩 어레이들은 서로 독립적으로 입력라인을 통해 전원을 인가받으며, 독립적으로 미세 조정가능한 옵셋 조정 볼륨(140)을 각각 구비하고 있다.

옵셋 조정 볼륨(140)은 정확한 파장을 발생하도록 전압을 조정하는 것이다. 즉, LED의 구동은 전류에 의존을 하나 전압에 의해서도 영향을 받기 때문에 전압이 너무 높을 경우 LED에서는 남은 전압만큼을 열로 소비하게 되거나 LED의 구동전압을 최대로 가져가기 때문에 LED의 파장이 움직이는 문제를 야기한다. 따라서 본 발명에서는 각 파장대 LED에 대해 적정한 전압을 공급하지 않을 경우, LED가 가진 파장대를 잡지 못하기 때문에 옵셋 조정 볼륨을 이용하여 전압을 조정하도록 하는 것이다.

본 발명의 실시예에서 칩온보드(COB) 기판에 장착되는 LED모듈의 파장대는 다음 표1과 같다.

구분	파장(nm)
적색 상측 보조 조명	640
적색 기준 조명	635
적색 하측 보조 조명	620
청색 상측 보조 조명	430
청색 기준 조명	415
청색 하측 보조 조명	410

상기 표 1을 참조하면, 적색의 경우 635nm대의 LED를 기준조명으로 구성하고, 이웃한 부분에 620nm대의 LED를 부착하고 반대쪽에는 640nm대의 LED를 부착시키는 구조로 구성한다. 이때 635nm대의 LED 사이에는 인쇄 밀착형 옵셋 조정 볼륨(140)을 부착하여 LED의 순방향 전압을 조정할 수 있도록 한다. 또한 이웃한 LED에도 옵셋 조정 볼륨(140)을 부착하여 옵셋 조정이 가능하도록 한다. 이러한 구조는 기준 파장대로서 635nm의 파장을 유지할 수 있도록 하며, 만약 기준 LED가 기준 파장대를 벗어날 경우, 이웃한 LED의 옵셋 조정 볼륨(140)을 이용하여 부족한 파장대를 보충할 수 있다.

청색의 경우 415nm대의 LED를 기준조명으로 구성을 하고, 적색(635nm) LED와 같은 구조로 이웃셀을 구성을 한다. 이때 이웃한 셀은 각각 410nm대와 430nm대의 LED가 적당하다. 한편, 기준 LED를 사용하지 않을 경우에는 칼라 필터를 이용하여 파장을 조정하는 방법도 가능하다. 이와 같이 본 발명에서는 파장대가 다른 각각의 LED를 독립적으로 제어할 수 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하며, 특히 이를 컴팩트한 구조의 칩온보드(COB) 타입으로 구성한 것이다.

본 발명에 따른 방열장치(170)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 칩온보드(COB) 기판에 밀착되어 칩온보드(COB) 기판의 LED 칩에서 발생되는 열을 전달하기 위한 증발블록(172)과, 증발블록(172)에 방사형으로 배치되어 증발블럭의 열을 응축기로 전달하는 히트파이프(174)와, 히트파이프(174)의 가장자리에 원형으로 배치된 응축기(176)로 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 LED 구조는 COB 구조로써 광원이 가운데 집중되는 구조를 가지므로 COB구조의 LED를 냉각시키기 위해서는 냉각장치의 구조가 광원의 전면을 냉각시키는 구조보다 가운데 열을 가장자리로 이동시키는 구조가 적합하다. 따라서 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같은 방사형 구조를 가지고 있고, 도면에 도시된 바와 같이 냉각장치(170)는 증발블록(172)을 LED 후면에 밀착시키는 구조를 갖고, 이때 증발블록(172)은 히트파이프 냉각 구조를 가지는 구조로 원형적으로 외부로 빠져나갈 수 있는 구조이다. 히트파이프(174)의 최외각에는 응축 콘덴서 구조의 냉각 살을 부착하여 열이 외부와 용이하게 전달되는 구조를 가진다. 이러한 구조의 냉각장치를 부착할 경우, LED의 발열이 가운데로 집중되는 현상을 방지할 수 있으며, 제품의 발열이 케이스나 회로부분에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.

응축기(176)는 360도 구조로 만들며 이를 케이스에 내장할 경우 열을 분산시키므로 케이스나 광원이 발열되는 것을 방지한다. 증발블록(172)은 열전달이 좋은 구리 성분을 사용하며, 히트파이프(174)의 내부에는 물이나 알콜 등을 이용하여 응축기(176)에 열 전달이 용이하도록 하고, 응축기(176)는 공기와 닿는 면적이 크게 될수록 냉각 효율이 증가한다.

도 4는 본 발명에 따른 COB LED 모듈의 제어 구성 블럭도이다.

본 발명에 따른 COB LED모듈(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 파장이나 동작모드를 선택하기 위한 조작부(101)와, 선택된 구동방식으로 LED칩들을 제어하고 동작 상태를 디스플레이(104)에 표시하는 중앙처리장치(CPU; 102), 중앙처리장치(102)의 제어에 따라 LED칩 어레이(120)를 구동하는 LED구동회로(103), 동작 및 설정 상태를 표시하는 디스플레이(104), 및 배터리나 충전회로, 정류회로 등으로 구현되어 LED칩 어레이를 동작시키기 위한 직류전원을 공급하는 전원부(105)를 갖는 제어 구성에 의해 구동될 수 있다. 구동방법으로는 펄스 방식과, 연속광 지속방식을 선택할 수 있으며, 파장도 선택할 수 있고, 업/다운 키를 이용하여 밝기를 조절할 수도 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: COB LED 모듈 101: 조작부
102: 중앙처리장치 103: LED 구동회로
104: 디스플레이 105: 전원부
110: 칩온보드 기판 120: LED칩 어레이
130: 입력라인 140: 옵셋 조정 볼륨
150: 와이어 본딩 160: 실리콘 커버
170: 방열장치 172: 증발블록
174: 히트파이프 176: 응축기

Claims

칩온보드(COB) 기판;
상기 칩온보드(COB) 기판의 부품 실장면에 실장되어 소정 파장대의 빛을 발생하는 LED칩 어레이;
상기 LED칩 어레이에 전원을 인가하기 위한 입력라인;
상기 입력라인과 상기 LED칩 어레이 사이에 연결되어 LED칩에 인가되는 전원을 미세조정하기 위한 옵셋 조정 볼륨; 및
상기 칩온보드(COB) 기판의 반대면에 부착되어 LED칩에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열수단을 포함하는 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈.
제1항에 있어서, 상기 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈은
상기 LED칩 어레이를 고정하는 투명도가 높고 내열 특성이 양호한 실리콘 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LED칩 어레이는
메인 파장대의 빛을 발생하는 메인 LED칩과,
상기 메인 파장대 보다 높은 파장대의 빛을 발생하는 상측 보조 LED칩과,
상기 메인 파장대 보다 낮은 파장대의 빛을 발생하는 하측 보조 LED칩이 인접배치되어 구성되고,
상기 각 LED칩들은 독립된 입력라인을 통해 각각 독립적으로 전원을 입력받고, 각각 옵셋 조정 볼륨을 구비하여 독립적으로 미세 조정 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방열수단은
칩온보드(COB) 기판에 밀착되어 칩온보드(COB) 기판의 LED 칩에서 발생되는 열을 전달하기 위한 증발블록과,
상기 증발블록에 방사형으로 배치되어 증발블럭의 열을 응축기로 전달하는 히트파이프와,
상기 히트파이프의 가장자리에 원형으로 배치된 응축기로 구성된 것을 특징으로 하는 단일 파장 제어가 가능한 COB LED 모듈.