KR101423514B1 - 발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치 - Google Patents

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문경식
이경일
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Abstract

발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 전원의 인가에 의해 발광하도록 제공된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판; 및 상기 발광 다이오드 칩의 온도를 측정하도록 제공된 온도센서;를 포함하며, 발광 장치는 전술된 발광 다이오드 패키지; 및 상기 발광 다이오드 패키지에 구비되며, 상기 온도센서에 측정되는 온도에 따라 상기 발광 다이오드 칩의 발광을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치 {LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND LIGHT EMITTING APPARATUS OF USE IT}
본 발명은 발광 다이오드의 발광시 발생하는 온도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 구조를 개선하고, 제품의 크기를 줄일 수 있도록 개선한 발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상 LED 칩이 패키지 형태로 제작된다.
종래의 LED 패키지는 전원의 공급에 의해 LED 칩이 발광하는 과정에서 열이 발생하게 되며, 이와 같이 LED 칩에서 발생하는 열을 방출시키기 위한 방열구조가 구비된다.
또한, LED 패키지는 LED 칩으로 전원을 공급하기 위한 전원부가 구비되며, LED 칩의 작동 상태 등을 파악하기 위한 온도센서가 구비된다.
그러나, 종래에의 LED 패키지는 온도센서가 LED 칩과 별도로 제공되고 있어 LED 칩의 온도를 정확하게 측정하는데 한계가 있으며, LED 칩의 온도 변화에 따라 신속한 온도측정에 어려움이 있다.
또한, 종래의 발광장치는 다수의 LED 패키지들로 이루어지며, 이러한 LED 패키지들은 하나의 전원부와 연결되어 전원을 공급받도록 제공된다.
이러한, 전원부는 스위칭 모드 파워 서플라이(switching mode power supply, SMPS)가 사용될 수 있다. 이러한 SMPS는 외부로부터 공급되는 전압을 각종 전기기기에 맞게 변환시켜 주는 모듈형의 전원공급장치로서, 스위칭 모드 파워 서플라이는 반도체 스위칭 특성을 이용하여 상용 주파수 이상의 고주파에 단속 제어를 하고, 충격을 완화시켜 주는 역할을 한다.
그러나, 종래에 발광장치는 각 LED 패키지들의 설치개수가 증가됨에 따라 이들로 전원을 공급하는 전원부의 용량 및 크기가 증가하고 있으며, 이에 따라 발광장치의 전체적인 크기를 줄이는데 한계가 있다.
또한, 종래에는 LED 패키지들의 크기가 증가함에 따라 전원부의 용량을 증가시켜야 하나, 전원부의 용량을 증가시키기 위해서는 많은 비용이 소비되고 있다. 또한, 종래에는 각 LED 패키지들에 구비된 LED 칩 또는 내부회로의 저항 등에 따라 공급되는 전류량에 차이가 발생하고 있으며, 이러한 전류량의 차이에 따라 LED 칩의 발광량이 불균일해지는 요인이 되고 있다.
등록특허 10-0999760(2010.12.08) US2010/0073914 (2010.05.25) 등록실용 20-0410159(2006.02.24)
본 발명의 일 실시예는 발광 다이오드 칩의 발광시 발생하는 온도에 따라 저항값이 가변되는 가변저항부를 활용하여 발광 다이오드 칩의 작동을 제어할 수 있도록 하며, 이를 위해 알루미늄 단결정 재질을 사용하여 가변저항부로 사용되는 백금의 증착성을 향상시키도록 개선한 발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 전원의 인가에 의해 발광하도록 제공된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩이 일측에 실장되는 기판; 및 상기 기판에 제공되며 상기 발광 다이오드 칩의 일측에 연계되어 상기 발광 다이오드 칩의 온도에 따라 저항값이 가변되는 가변저항부;를 포함하는 발광 다이오드 패키지에 있어서, 상기 가변저항부는 백금(Pt) 재질을 포함하고, 상기 기판은 부도체로 제공된 기판 본체와, 상기 기판 본체의 상부에 제공되며 백금 재질을 포함하는 상기 가변저항부의 증착성을 향상시키기 위해 알루미늄 단결정(α-Al2O3) 재질을 포함하는 상부접속부와, 상기 기판 본체의 하부에 제공되는 전열패드와, 상기 전열패드와 접속되는 방열부를 포함하고, 상기 기판에 일체로 실장되며 상기 발광 다이오드 칩으로 전원을 인가하도록 제공되는 전원부;를 더 포함하고, 상기 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나로 제공되어 소정의 영역에 배치되고, 상기 전원부는 상기 발광 다이오드 패키지에 실장된 상기 발광 다이오드 칩으로 개별적으로 전원을 공급하도록 제공된다.
또한, 상기 가변저항부는 상기 기판의 상부에 제공되며, 상부에 상기 발광 다이오드 칩의 하부가 접촉될 수 있다.
또한, 상기 가변저항부는 상기 기판의 일측에 제공되어 상기 발광 다이오드 칩의 일측에 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치는 하우징; 하우징에 분할되어 배치되는 적어도 하나의 전술된 발광 다이오드 패키지; 및 발광 다이오드 패키지에 구비되며, 가변저항부의 저항을 매개로 발광 다이오드 칩의 발광을 제어하는 제어부;를 포함한다.
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본 발명의 일 실시예는 발광 다이오드 칩의 발광시 발생하는 열에 따라 저항값이 가변되도록 제공되어, 발광 다이오드 칩의 과열시 저항값을 증가시켜 전류의 공급을 줄여 발광 다이오드 칩의 과열이나 이상작동 또는 전원부의 고장 등을 방지할 수 있으며, 이에 따라 열적 손상 등에 의한 발광 다이오드 패키지의 고장을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예는 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판의 적층구조를 개선하여 전기 전도성을 향상시킬 수 있고, 발열 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는 발광 다이오드 칩이 장착되는 기판에 전원부를 일체로 구성한 발광 다이오드 패키지를 제공함으로써, 발광 다이오드 패키지의 구성을 간단하게 할 수 있다.
더불어, 본 실시예에는 여유공간에 작은 크기의 전원부를 복수개로 설치함으로써 발광 장치를 더욱 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예는 발광 다이오드 칩으로 전류를 공급하는 전원부가 복수로 제공되어 개별적으로 전류의 세기를 조절하며 공급할 수 있으며, 이에 따라 발광 다이오드 칩들의 발광량의 편차를 줄일 수 있고, 각 전원부가 발광 다이오드 칩들의 발광에 필요한 전류를 공급하도록 하여 전체적인 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 발광 다이오드 패키지가 배치된 상태의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 실장된 발광 다이오드 패키지를 확대하여 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 발광 장치(10)는 공장이나 보안시설 등과 같이 높은 조도를 요구하는 대형 시설 등에 사용되어 야간 등과 같이 부족한 광량을 보충하도록 제공될 수 있다.
이러한 발광 장치(10)는 전류의 공급에 따라 발광하도록 제공된 발광 다이오드 칩(Light Emitting Diode Chip, 이하 'LED 칩'으로 표시함)(330)을 포함할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드 칩들이 발광 다이오드 패키지(Light Emitting Diode package, 이하 'LED 패키지'로 표시함)(30) 형태로 제공될 수 있다.
또한, 발광 장치(10)는 하우징(12)을 포함하며, 이 하우징(12)에 LED 패키지(30)가 장착될 수 있다. 또한, 하우징(12)의 내부에는 LED 패키지(30)를 제어하기 위한 (도시하지 않은) 제어부 등이 구비될 수 있다.
또한, 발광 장치(10)는 하우징(12)의 일측에 전원의 공급을 위해 전력장치 등과 연결되는 커넥터(14)가 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 발광 다이오드 패키지가 배치된 상태의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 실장된 발광 다이오드 패키지를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 2와 도 3을 참고하면, 본 실시예에서 LED 패키지(30)는 웨이퍼(wafer) 형태로 제공되는 기판(310)을 포함할 수 있다.
일례로, 기판(310)은 비전도 특성을 가지며 전열 특성을 갖는 부도체로 제공되는 기판 본체(312)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 이러한 기판 본체(312)는 실리콘(Si) 재질을 포함할 수 있다.
또한, 이러한 기판 본체(312)의 상부에는 가변저항부의 증착성을 향상시키기 위한 상부접속부(314)가 제공될 수 있다.
본 실시예에서 이러한 상부접속부(314)는 알루미늄 단결정(α-Al2O3) 재질로 제공될 수 있으며, 이러한 알루미늄 단결정 재질의 일례로 사파이어가 사용될 수 있다.
상부접속부(314)는 부도체의 특성을 가지며, 그 상부에 전도성 재질인 가변저항부(316)의 접착 또는 증착이 가능한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 가변저항부(316)에는 LED 칩(330)이 실장될 수 있다. 또한, 가변저항부(316)는 LED 칩(330)에 대응하여 복수개로 제공되며, 다른 가변저항부(316)와는 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 가변저항부(316)는 와이어를 포함하는 전도부재(336)에 의해 전원을 공급받아 LED 칩(330)으로 전달하며, 이에 따라 LED 칩(330)의 발광이 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 가변저항부(316)는 백금(Pt) 재질로 제공될 수 있다.
백금은 치밀한 구조를 가지며, 이러한 특성에 의해 방열특성 및 열전도도가 높은 특성이 있다. 이러한 백금은 단결정으로 제공되는 것이 증착에 의해 제공되는 것보다 유리하다.
또한, 백금은 온도에 따라 저항값의 변화가 일정하므로, 모듈의 가운데 부분 LED 아래에 일정한 크기의 백금전극을 형성하고 전극을 인출하면 외부에서 저항값을 읽어 온도로 환산할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 가변저항부(316)는 LED 칩(330)의 발광시 발생한 열에 의해 저항값이 가변되며, 이에 따라 LED 칩(330)으로 공급되는 전류를 제어할 수 있다.
즉, 가변저항부(316)는 LED 칩(330)의 과열시 저항값이 증가되어 LED 칩(330)으로 공급되는 전류량을 줄일 수 있다.
또한, 가변저항부(316)는 LED 칩(330)의 온도에 따라 가변되는 저항값을 측정하여 LED 칩(330)의 이상발열이나 전원공급 여부 등의 이상 상태를 판단할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 가변저항부(316)는 LED 칩(330)과 상부접속부(314) 사이에 제공되는 것으로 설명하고 있으나, 가변저항부(316)는 기판(310) 또는 상부접속부(314)의 상부에서 LED 칩(330)의 측면에 인접하여 제공되는 것도 가능하다.
이러한, 가변저항부(316)는 LED 칩(330)들의 발광시 발생한 열이 상부접촉부(314)를 통해 기판(310)으로 전달되는 온도를 측정할 수 있다.
또한, 기판 본체(312)의 하부에는 전열패드(318)가 제공될 수 있다
또한, 전열패드(318)의 하부에는 LED 칩(330)의 발광시 발생하는 열을 배출하기 위한 방열부(320)가 제공될 수 있다. 여기서, 방열부(320)는 금속 또는 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 그 하부에 (도시되지 않은) 방열팬 등이 더 제공되는 것도 가능하다.
또한, 기판(310)의 일측, 일례로 방열부(320)에는 가변저항부(316)에서 가변된 저항값을 측정하여 외부로 전달하기 위한 가변저항부 전극패드(334)가 구비될 수 있다. 이 가변저항부 전극패드(334)는 전도부재(335)를 매개로 가변저항부(316)와 연결될 수 있다.
또한, 가변저항부 전극패드(334)는 전도부재(335)를 매개로 LED 패키지(30)의 제어부와 연결될 수 있다.
여기서, 제어부는 가변저항부(316)에서 발생된 저항값을 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
한편, 제어부는 LED 칩(330)에서 발생한 열이 허용된 설정값 이상으로 발생하면, LED 칩(330)으로 공급되는 전류의 공급을 줄이거나 차단할 수 있다.
즉, 가변저항부(316)는 LED 칩(330)의 과열시 저항값이 증가되어 LED 칩(330)으로 전해지는 전류값을 자동으로 감소시킬 수 있으며, 이러한 전류값의 감소에도 불구하고 과열상태가 해소되지 않을 경우, 제어부에 의해 LED 칩(330)으로 공급되는 전류를 80% 미만으로 줄이거나 차단하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 방열부에 방열팬이 구비되 있는 경우, 방열팬의 작동속도를 제어하여 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 발광 장치(10)는 LED 칩(330)의 발광시 발생하는 온도를 측정하고, 이를 통해 LED 칩(330)의 이상 과열 등을 신속하게 파악하여 열적 손상 등에 의한 LED 패키지(30)의 고장을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 기판(310)의 일측에는 LED 칩(330) 등으로 전원을 공급하기 위한 전원부(340)가 일체로 실장되어 제공될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 전원부(340)는 기판(310)의 방열부(320)에 위치될 수 있다.
본 실시예에서 전원부(340)는 비절연형 전원공급장치(SMPS : Switching Mode Power Supply)로 제공될 수 있다.
이러한 전원부(340)는 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 인쇄회로기판(20)을 통해 외부로부터 공급되는 AC전원을 DC전원으로 변환하여 LED 칩(330)으로 공급할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 발광 장치(10)는 복수의 LED 패키지(30)가 조합되어 제공될 수 있으며, 각각의 LED 패키지(30)에는 개별 영역으로 전원을 공급하기 위한 전원부(340)가 구비될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 전원부(340)는 약 4watt 정도의 전원을 공급하는 소용량의 전원부(340)로 제공될 수 있으며, 이러한 소용량의 전원부(340)를 복수개로 구비하여 각각의 소용량의 전원부(340)가 개별 영역의 LED 패키지(30)로 전원을 공급할 수 있다.
즉, 본 실시예에서 발광 장치(10)는 4개의 LED 패키지(30)가 각 영역에 제공되며, 각 LED 패키지(30)에는 해당 영역에 구비된 각각의 전원부(340)에 의해 LED 칩(330)으로 개별적으로 전원을 공급할 수 있다.
또한, 각 전원부(340)는 각 LED 패키지(30)의 발광시 발생하는 저항 등에 따라 공급되는 전류값을 개별적으로 조정할 수 있으며, 이에 따라 전체적인 LED 패키지(30)들 간의 발광량의 차이를 최소화할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 전원부(340)의 용량이나, 크기 또는 설치 위치 등은 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않는다. 또한, 본 실시예에서 전원부(340)는 양(+)극과 음(-)극이 분할된 것으로 도시하고 있으나, 이는 도면상에 도시를 위해 변형되어 도시된 것으로, 일체로 제공되어 전도성 부재 등에 의해 연결되도록 제공될 수 있다.
이러한 전원부(340)는 적어도 하나의 LED 칩(330)에 전도부재(336)를 매개로 연결될 수 있다.
또한, LED 칩(330)은 복수개로 제공될 경우, 복수의 LED 칩(330)과 전원부(340)가 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 LED 칩(330)들은 각각 전원부(340)에 병렬로 연결되는 것도 가능하다.
한편, LED 칩(330)과 전원부(340) 사이에는 전기적 접속을 용이하게 하기 위한 전극패드(338)가 제공될 수 있다.
또한, 전극패드(338)와 방열부(320) 사이에는 전기적인 절연을 위해 접착 및 단열패드(322)가 제공될 수 있다.
본 실시예에서 전극패드(338)는 기판(310)의 일측, 일례로 방열부(320)의 상부면에 제공될 수 있으며, LED 칩(330)과 전원부(340)는 각각 전도부재(336)를 매개로 전극패드(338)에 연계될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 제어부는 LED 패키지(30)에 별도의 구성으로 구비되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 제어부는 비절연형 전원공급장치(SMPS : Switching Mode Power Supply)를 포함하는 전원부(340)에 구비될 수 있으며, 이에 따라 LED 칩(330) 및 방열팬 등의 구성들을 제어하도록 제공되는 것도 가능하다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명의 발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광 장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 공장이나 보안이 요구되는 시설물 등에는 야간 등과 같이 광량이 부족한 시설에는 광량확보를 위한 발광 장치(10)가 설치된다.
본 실시예의 발광장치는 외부의 전원공급장치로부터 LED 패키지로 전원을 공급하여 실장된 LED 칩을 발광시킬 수 있다.
이때, LED 패키지로 공급되는 전원은, 비절연형 전원공급장치(SMPS : Switching Mode Power Supply)인 전원부(340)에 의해 AC 전원이 DC 전원으로 전환되고, 이와 같이 전환된 DC전원을 전도부재(336)를 통해 전극패드(338)로 전달한다.
동시에 전원부(340)는 제어부에 의해 공급되는 전류량에 제어할 수 있으며, 이에 따라 LED 칩(330)의 발광을 제어할 수 있다.
한편, 본 실시예의 LED 패키지(30)는 LED 칩(330)이 발광하는 과정에서 열이 발생하며, 이와 같이 발생한 열은 기판(310)의 방열부(320)를 통해 외부로 방열된다.
이때, LED 칩(330)으로부터 열이 발생하게 되면, 가변저항부(316)의 저항값이 증가하게 되며, 이에 따라 LED 칩(330)으로 전달되는 전류값이 감소하게 된다.
한편, 제어부는 가변저항부(316)에 증가되는 저항값을 판독하여 LED 칩(330)의 온도 변화를 측정할 수 있으며, 이러한 온도 변화를 지속적으로 모니터링하여 LED 칩(330)의 과열이나 전원부(340)의 이상 작동여부 등을 판단할 수 있다.
또한, 제어부는 이와 같이 모니터링되는 LED 칩(330)의 온도변화를 고려하여 전원부(340)의 작동을 제어할 수 있다.
일례로, 제어부는 LED 칩(330)으로 공급되는 전류의 감소에도 불구하고 이상 과열이 지속되면, LED 칩(330)으로 공급되는 전류를 80% 미만으로 줄이거나 차단하여 LED 칩(330)의 발광을 최소화 또는 중지하여 고장을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 제어부는 발열부에 부착되는 방열팬을 구동속도를 조절하여 냉각효율 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 발광 장치 12 : 하우징
14 : 커넥터 30 : 발광 다이오드 패키지
310 : 기판 312 : 기판 본체
314 : 상부접속부 316 : 가변저항부
318 : 전열패드 320 : 방열부
322 : 접착 및 단열패드 330 : 발광 다이오드 칩
334 : 가변저항부 전극패드 335 : 전도부재
336 : 전도부재 338 : 전극패드
340 : 전원부

Claims (11)

  1. 전원의 인가에 의해 발광하도록 제공된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩이 일측에 실장되는 기판; 및 상기 기판에 제공되며 상기 발광 다이오드 칩의 일측에 연계되어 상기 발광 다이오드 칩의 온도에 따라 저항값이 가변되는 가변저항부;를 포함하는 발광 다이오드 패키지에 있어서,
    상기 가변저항부는 백금(Pt) 재질을 포함하고,
    상기 기판은 부도체로 제공된 기판 본체와, 상기 기판 본체의 상부에 제공되며 백금 재질을 포함하는 상기 가변저항부의 증착성을 향상시키기 위해 알루미늄 단결정(α-Al2O3) 재질을 포함하는 상부접속부와, 상기 기판 본체의 하부에 제공되는 전열패드와, 상기 전열패드와 접속되는 방열부를 포함하고,
    상기 기판에 일체로 실장되며 상기 발광 다이오드 칩으로 전원을 인가하도록 제공되는 전원부;를 더 포함하고,
    상기 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나로 제공되어 소정의 영역에 배치되고, 상기 전원부는 상기 발광 다이오드 패키지에 실장된 상기 발광 다이오드 칩으로 개별적으로 전원을 공급하도록 제공되는 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변저항부는 상기 기판의 상부에 제공되며, 상부에 상기 발광 다이오드 칩의 하부가 접촉되는 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변저항부는 상기 기판의 일측에 제공되어 상기 발광 다이오드 칩의 일측에 접촉하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 하우징;
    상기 하우징에 분할되어 배치되는 적어도 하나의 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 발광 다이오드 패키지; 및
    상기 발광 다이오드 패키지에 구비되며, 상기 가변저항부의 저항을 매개로 상기 발광 다이오드 칩의 발광을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 발광 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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