KR101527430B1 - 씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법 - Google Patents

씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 소자를 환형상으로 배치한 씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 환형상으로 배치된 발광소자의 중심부에 교류 구동형 전원부를 배치함으로써 공간 활용의 극대화, 공정의 단순화 및 높은 절연 성능의 확보가 가능하도록 한 씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 씨오비 타입 발광다이오드 램프는 기판상에 환형상으로 배치되는 LED 다이 어레이와 상기 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부 영역에 교류 구동 전원부가 배치되며 절연수지인 EMC로 봉지되는 교류 구동형 전원부와 상기 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이의 가장자리에 수지로 형성되어 광투과수지부룰 수용하기 위한 외부 테두리부로 구성된다.

Description

씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법{COB type LED lamp and method for manufacturing the same}
본 발명은 씨오비 타입 발광다이오드 모듈을 환형 상으로 배치한 씨오비 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 환형상의로 배치된 LED 다이 어레이와 중심부에 교류 구동형 전원부를 구성하기 위한 다이 및 소자를 배치하여 와이어 본딩함으로써 공간 활용의 극대화, 공정의 단순화를 기하기 위한 씨오비(Chip on Board) 타입 발광다이오드 램프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
과거에는 조명등으로는 형광등 및 백열등이 주로 사용되었으나, 최근에는 친환경 및 CO2 배출 가스 감소를 위하여 LED 조명등이 형광등 및 백열등을 대체하고 있다.
이러한 LED 조명등은 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diodes, LED들) 모듈과 이를 구동시키는 SMPS(Switching Mode Power Supply)로 구성되고 있다, 이러한 경우에는 주로 전원부를 직류를 사용하여 LED 모듈을 구동함으로써 전원부와 LED 모듈의 연결이 간편하다는 장점이 존재하나, 전원부로 사용되는 SMPS의 크기가 비교적 커서 주로 광원인 LED와 전원부인 SMPS가 별도로 분리되어 존재할 수밖에 없어 이에 대한 개선이 요구되었다.
이러한 개선 요구에 의하여 대한민국 공개실용신안 제2013-0006314호에는 다양한 형태의 교류 구동형 전원부(106) 및 LED 모듈(104)의 배치를 제시하고 있다.
이러한 배치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 교류 구동형 전원부(106)의 특성상 다수의 LED(102) 어레이(array)가 필요하며, 주로 사각형, 원형 및 환형 등으로 배치된 LED 모듈(104) 주변 또는 환형의 내부 영역에 에 전원부나 IC를 배치하고 있다.
이러한 종래의 기술은 다수의 LED 패키지와 교류 구동형 전원부를 조합하는 경우 전원부를 구성하는 소자가 적다는 장점이 있으나, 많은 LED 패키지가 장착될 수 있도록 상대적으로 넓은 광원 면적의 확보가 필요하고, LED 모듈 주변에 일정 부분의 전원부가 함께 설계되거나 환형의 LED 모듈 내부영역에 전원부를 이루는 다수의 부품들이 놓이는 면적을 확보하기 위해 일정 부분을 할당해 전원부를 배치하는 것으로 설계되고 있다.
그러나, 종래의 기술은 교류 구동형 전원부를 다수의 LED 패키지 주변에 배치하여 다수의 LED 패키지가 차지하는 공간외에 교류 구동형 전원부를 구성하기 위한 다수의 LED 패키지 주변 혹은 중앙부에 설치함으로써 패키지가 일정 크기 이상의 면적이 요구되어 소형화에 큰 어려움이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 PCB에 LED 다이를 환형상으로 배치하고, 환형상 내부 영역에 교류 구동 전원부에 필요한 다이 및 소자를 배치함으로써 효율적인 공간활용 및 소형화를 기하기 위한 목적이 있다.
또한, LED 광원부와 전원부를 SMD 소자 실장, 다이 어태치(die attach) 및 와이어 본딩(wire bonding) 공정과 한꺼번에 진행하고, 교류 구동형 전원부에 절연수지인 EMC(Epoxy Moulding Compound)를 주입하고, 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이의 가장자리에 수지로 외부 테두리부(Dam)를 형성하고 그 영역에 형광체(phosphore)가 포함된 광 투과성 수지를 주입함에 의하여 공정의 단순화를 이루기 위한 목적이 있다.
본 발명의 상기의 목적은 기판상에 환형상으로 배치되는 LED 다이 어레이와, 상기 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부 영역에 배치되며 절연수지인 EMC(Epoxy Moulding Compound)로 봉지되는 교류 구동형 전원부와, 상기 LED 다이 어레이가 내장되도록 상기 기판상에 형성되어 상기 LED 다이 어레이로부터 발광된 광이 투과되는 광 투과수지부와 및 상기 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이의 가장자리에 수지로 형성되어 광투과수지부를 수용하기 위한 외부 테두리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프에 의하여 달성된다.
따라서, 본 발명의 씨오비 타입 발광다이오드 램프는 PCB에 LED 다이 어레이를 환형상으로 배치하고, 환형상 내부 영역에 교류 구동 전원부를 배치하여 효율적인 공간 활용이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, LED 광원부와 전원부의 SMD 소자 실장, 다이 어태치 및 와이어 본딩공정과 테두리부 형성, 교류 구동형 전원부의 절연수지 주입 및 광 투과수지의 주입하는 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있으며, 공정의 단순화 효과 외에 교류 구동형 전원부의 취약한 고전압 노출 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 발광부와 전원공급부의 배치 구조,
도 2는 종래의 기술에 따른 환형상의 LED 패키지 내부영역에 전원공급부를 배치한 구조,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 씨오비 타입 발광다이오드 램프 제조 방법을 도시한 도면,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 씨오비 타입 발광다이오드 램프 제조 방법을 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판상에 LED 다이 어레이 및 교류 구동형 전원부의 배치 단계를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판(200)은 통상적인 인쇄회로기판(PCB), MCPCB, PCB, FPCB 등으로서, 발광소자인 LED 다이 어레이(210)의 실장 영역을 제공하여, LED 다이 어레이(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(200)상에 광원부 및 교류 구동형 전원부(220)의 구성에 필요한 SMD 소자를 우선적으로 실장하고, 상기 LED 다이 어레이(210)를 구성하는 LED 다이들과 및 전원부를 구성하는 다이들을 기판(200)에 다이 어태치(die attach)한 후 와이어 본딩(wire bonding) 공정을 함께 수행한다. 이 단계에서는 이후에서 기술될 외부 테두리부(240)의 외측 또는 상기 기판의 배면에 커넥터 등의 외부소자(미도시)를 동시에 배치하는 것이 가능하다.
발광소자는 전기신호 인가시 빛을 방출하는 소자라면 어느 것이나 이용 가능하며 대표적으로는 LED 다이 어레이를 실장하는 씨오비(COB, Chip On Board) 타입을 사용한다. 발광소자는 실장 방식에 구애받지 않고 다양한 방식으로 기판(200)에 배치될 수 있다. 예를 들면, LED 다이 어레이(210)은 한 쌍의 도전성 와이어에 의하여 기판(200)에 연결되거나, 플립칩 구조와 같이 도전성 와이어 없이 기판(200)과 바로 연결되도록 실장 될 수 있으며, 하나의 전극은 기판(200)과 바로 연결되고 나머지 전극은 도전성 와이어에 의하여 기판(200)과 접속될 수도 있다.
복수개의 LED 다이들이 일정한 간격으로 환형상으로 배치되며, 복수개의 LED 다이들이 환형상으로 배치된 기판(200)의 내부영역에는 교류 구동형 전원부(220)을 배치하여 복수의 LED 다이 어레이(210)가 배치되는 영역과 교류 구동형 전원부(220)가 차지하는 영역의 면적 비율만 달리하여 효율적인 공간활용이 가능하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 외부 테두리부 및 내부 테두리부를 형성하는 단계를 도시한 것이다.
교류 구동형 전원부(220)을 봉지하는 절연수지(230)를 수용하기 위하여 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 PSR(Photo Solder Resist)와 같은 수지를 이용하여 내부 테두리부(250)를 형성하지 않고 외부 테두리부(240)만을 형성하여 씨오비 타입 발광다이오드 램프를 제작하는 것도 가능하다.
그러나, 외부 테두리부(240) 및 내부 테두리부(250)를 모두 형성하는 것이 더욱 바람직하며, 이하에서는 외부 테두리부(240) 및 내부 테두리부(250)을 모두 형성하는 것을 기준으로 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이(210)의 가장자리에 수지로 LED 다이 어레이(210)을 둘러싸도록 외부 테두리부(240)를 형성하고 또한, 교류 구동형 전원부(220)의 가장자리에 수지로 내부 테두리부(250)를 형성한다.
이러한 외부 테두리부(240) 및 내부 테두리부(250)은 특정 영역에 목표로 하는 양만큼의 수지를 봉지하기 위한 수단이며, LED 다이 어레이(210)에서 측부로 발생되는 광을 차단하거나 전방으로 반사시키기 위한 부가적인 목적도 있다. 이 때 외부 테두리부(240) 및 내부 테두리부(250)는 높이와 폭을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 소재인 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 PSR(Photo Solder Resist)중 어느 하나의 소재를 사용하여 형성된다.
외부 테두리부(240) 및 내부 테두리부(250)의 높이는 교류 구동형 전원부(220)를 봉지하기 위하여 주입되는 절연수지(230)인 EMC 및 LED 다이 어레이(210)가 내장되도록 기판(200)상에 형성되어 LED 다이 어레이(210)으로부터 발광된 광이 투과되도록 하는 광 투과수지(270)를 주입하는 경우 타 영역으로 EMC 및 광 투과수지(270)가 흘러넘치지 않을 정도의 높이라면 충분하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 절연수지인 EMC 주입 및 광 투과수지를 각각 주입하여 씨오비 타입 발광다이오드 램프를 형성하는 단계를 도시한 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 절연수지(230)는 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부영역에 배치된 교류 구동형 전원부(220)을 봉지하는 구조로 형성되며, 절연수지(230)로서는 비교적 높은 점도를 가져 도포하는 경우에도 흘러내리지 않고 일정 형상을 유지할 수 있는 소재를 사용하여야 하며, 교류 구동형 전원부(220)를 봉지하는 절연수지(230)는 EMC(Epoxy Moulding Compound)인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 EMC의 특성에 의하여 도 4에서 내부 테두리부(250)를 형성하지 않고 외부 테두리부(240)만을 사용하여 씨오비 타입 발광다이오드 램프를 제조하는 것이 가능하게 된다.
광 투과수지(270)는 LED 다이가 내장되도록 환형으로 배치된 LED 다이 어레이(210)영역에 주입되며, 에폭시 수지, 에폭시와 형광체의 혼합물 및 에폭시와 형광체의 혼합물층위에 에폭시를 도포하는 구조로 형성될 수 있으며, 공정의 편의성과 색온도의 적절한 제어를 위해서는 에폭시와 형광체의 혼합물인 것이 더욱 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기판상에 LED 다이 어레이 및 교류 구동형 전원부 및 전원부 커버 지지부재(260)의 배치 단계를 도시한 것이다.
기판(200)상에 LED 다이 어레이(210) 및 교류 구동형 전원부(220)의 SMD 소자 및 전원부 커버 지지부재(260)를 우선적으로 실장하고, 상기 발광소자인 LED 다이 및 전원부의 다이를 다이 어태치(die attach)한 후 와이어 본딩(wire bonding) 공정을 수행한다. 이 단계에서는 외부 테두리부(240)의 외측 또는 상기 기판의 배면에 커넥터 등의 외부소자(미도시)를 동시에 배치하는 것이 가능하다.
전원부 커버 지지부재(260)은 이후에 기술될 전원부 커버부재(265)를 지지할 수 있는 소재라면 어떠한 소재라도 채용이 가능하나, SMD 소자와 동시에 실장될 수 있도록 하여 추가 공정에 따른 부담을 경감하기 위하여 SMD(Surface-Mount Device) 타입의 테스트 포인트 핀으로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 SMD 타입의 테스트 포인트 핀은 전원부 커버부재(265)가 안정적으로 균형을 이루어 안착될 수 있도록 3개 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 외부 테두리부를 형성하는 단계를 도시한 것이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이(210)의 가장자리에 수지로 LED 다이 어레이(210)을 둘러싸도록 외부 테두리부(240)를 형성하며, 외부 테두리부(240)는 LED 다이 어레이(210)에서 특정 영역에 목표로 하는 양만큼의 수지를 봉지하고 측부로 발생되는 광을 차단하거나 전방으로 반사시키기 위한 것으로, 외부 테두리부(240)는 높이와 폭을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 소재인 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 PSR(Photo Solder Resist)중 어느 하나의 소재를 사용하여 형성된다.
외부 테두리부(240)의 높이는 LED 다이 어레이(210)가 내장되도록 기판(200)상에 형성되어 LED 다이 어레이(210)으로부터 발광된 광이 투과되도록 하는 광 투과수지부(270)에 수지를 주입하는 경우 외부 테두리부(240)의 외부 영역으로 광 투과수지(270)가 흘러 넘치지 않을 정도의 높이라면 충분하다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 교류 구동형 전원부를 봉지하기 위한 절연수지인 EMC를 주입하는 단계를 도시한 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 절연수지(230)는 LED 다이 어레이(21)가 배치된 환형상의 내부영역에 배치된 교류 구동형 전원부(220)을 봉지하기 위하여 주입되며, 절연수지(230)로서는 비교적 높은 점도를 가져 도포하는 경우에도 흘러내리지 않고 일정 형상을 유지할 수 있는 소재를 사용하여야 하며, 교류 구동형 전원부(220)를 봉지하는 절연수지(230)는 EMC(Epoxy Moulding Compound)인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 EMC의 특성에 의하여 전원부 커버 지지부재(260) 및 교류 구동형 전원부(220)에 배치된 소자에 도포하는 경우 비교적 높은 점도로 인하여 교류 구동형 전원부(220)가 형성되는 영역 외로 흘러내리지는 않는다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 EMC 주입후 교류 구동형 전원부를 봉지하는 단계를 도시한 것이다.
EMC 주입 이후 주입된 EMC가 굳기 전에 상부에서 수지재 플레이트로서 발광다이오드 램프의 발광 색과 유사한 색상을 갖는 전원부 커버부재(265)를 눌러 덮어 전원부 커버 지지부재(260)에 안착시켜 교류 구동형 전원부(220)를 EMC로 완전히 봉지되도록 함으로써 교류 구동형 전원부(220)에 EMC의 주입을 완료한다.
전원부 커버부재(265)에는 전원부 커버 지지부재(260)과 다양한 결합방법에 의하여 안착시키는 것이 가능하나, 제조 공정의 단순화를 위하여 전원부 커버 지지부재(260)의 상부가 전원부 커버부재(265)에 형성된 요홈에 삽입 가능하도록 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 투과수지(270)을 주입하여 씨오비 타입 발광다이오드 램프를 형성하는 단계를 도시한 것이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 광 투과수지(270)은 LED 다이 어레이(210)가 내장되도록 환형으로 배치된 LED 다이 어레이(210) 영역에 주입되며, 에폭시 수지, 에폭시와 형광체의 혼합물 및 에폭시와 형광체의 혼합물층위에 에폭시를 도포하는 구조로 형성될 수 있으며, 공정의 편의성과 색온도의 적절한 제어를 위해서는 에폭시와 형광체의 혼합물인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
200 : 기판 210 : LED 다이 어레이
220 : 교류 구동형 전원부 230 : 절연수지
240 : 외부 테두리부 250 : 내부 테두리부
260 : 전원부 커버 지지부재 265 : 전원부 커버부재
270 : 광 투과수지

Claims (13)

  1. 기판상에 환형상으로 배치되는 LED 다이 어레이와;
    상기 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부 영역에 배치되며 절연수지인 EMC(Epoxy Moulding Compound)로 봉지되는 교류 구동형 전원부와;
    상기 LED 다이 어레이가 내장되도록 상기 기판상에 형성되어 상기 LED 다이 어레이로부터 발광된 광이 투과되는 광 투과수지부와;
    상기 환형상으로 배치된 상기 LED 다이 어레이의 가장자리에 수지로 형성되어 광투과수지부를 수용하기 위한 외부 테두리부로 구성되며,
    상기 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부 영역에 배치된 상기 교류 구동형 전원부에 설치되는 전원부 커버 지지부재와 상면에 상기 전원부 커버 지지부재와 결합되는 전원부 커버부재를 추가로 구비하여 상기 EMC를 수용하는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 투과수지부는 에폭시에 상기 LED 다이 어레이에서 발생된 광에 의하여 발광되는 형광체의 혼합물인 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 테두리부는 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 PSR(Photo Solder Resist)중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부 커버 지지부재는 3개 이상의 SMD 타입 테스트 포인트 핀으로 형성되는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부 커버부재는 수지재의 플레이트로서 상기 발광다이오드 램프의 발광색상과 유사한 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부 테두리부 외측 또는 상기 기판의 배면에 외부소자를 배치하는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프.
  9. 기판상에 환형상으로 LED 다이 어레이 배치 및 상기 LED 다이 어레이가 배치된 환형상의 내부 영역에 교류 구동형 전원부를 배치하는 제 1 단계;
    상기 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이 외부 영역에 수지로 외부 테두리부를 형성하는 제 2 단계;
    상기 교류 구동형 전원부를 봉지하기 위하여 절연수지인 EMC를 주입하는 제 3 단계; 및
    상기 환형상으로 배치된 LED 다이 어레이 영역에 광이 투과되는 광 투과수지를 주입하는 제 4 단계로 구성되며,
    상기 제 1 단계에서 상기 EMC를 수용하기 위하여 상기 교류 구동형 전원부에 설치되는 전원부 커버 지지부재를 동시에 배치하는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 외부 테두리부 외측 또는 상기 기판의 배면에 외부소자를 동시에 배치하는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 단계와 제 4 단계사이에 주입된 상기 EMC의 상면에 상기 전원부 커버 지지부재에 수지재 플레이트로서 상기 발광다이오드 램프의 발광 색과 동일한 색상을 갖는 전원부 커버부재를 결합하는 제 3-1 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 씨오비 타입 발광다이오드 램프 제조 방법.
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