KR101607305B1 - 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법 - Google Patents

광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 회로기판에 상호 이격되게 발광다이오드 칩이 실장된 발광다이오드 어레이 기판의 발광다이오드 칩이 각각 진입되어 수용될 수 있게 상부가 개방되고 하부로 인입된 결합홈을 갖으며 결합홈 맞은편에 메인 렌즈가 형성된 렌즈유니트를 형성하는 단계와, 렌즈 유니트의 상기 결합홈의 바닥면 내에 설정된 대역의 광을 투과시키는 광학필터와, 메인 렌즈와는 다른 형상의 이종 렌즈 중 적어도 하나의 광학부재를 삽입하는 단계와, 렌즈 유니트의 결합홈 내의 광학부재 위에 형광체를 충진하는 단계와, 결합홈 내의 형광체 위에 렌즈유니트와 발광다이오드 칩을 상호 접합하기 위한 접착제를 충진하는 단계와, 렌즈 유니트의 결합홈 내에 대응되는 발광다이오드칩이 진입되게 발광다이오드 어레이 기판을 렌즈 유니트에 압착하여 접착제에 의해 상호 접합되게 처리하는 단계를 포함한다. 이러한 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법에 의하면, 렌즈 유니트에 상부가 열리게 형성된 결합홈 내에 이종렌즈 또는 광학필터를 먼저 삽입하고 형광체 및 접착제를 순차적으로 충진한 후 발광다이오드 칩이 결합홈 내에 진입되게 하여 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트를 상호 압착에 의해 접합함으로써 공정이 단순화 되면서도 광학특정 조정이 용이한 장점을 제공한다.

Description

광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법{method of manufacturing LED module controlable optical character}
본 발명은 발광다이오드 모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 렌즈를 발광다이오드칩에 일체화 하는 공정을 단순화 할 수 있으면서도 광학특성 조정이 용이한 발광다이오드 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 적용하는 반도체 화합물의 재료의 변경을 통해 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자이다.
최근 LED 소자는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도 및 고품질의 제품 생산이 가능해졌다.
또한, 청색(blue)과 백색(white) LED의 구현이 현실화됨에 따라서, LED는 디스플레이 및 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 확대되고 있다.
백라이트 유닛(back light unit)용 LED 및 조명용 LED의 제품은 발광다이오드 칩에서 출사되는 광을 확산시키는 렌즈(lens)가 적용된다.
이러한 렌즈는 빛을 투과하면서 확대해주는 역할과 패키징 작용을 하여 발광칩 및 전극을 보호하는 역할을 하게 된다.
이러한 렌즈를 갖는 발광다이오드 패키지 구조는 국내 등록특허 제10-0703216호 등 다양하게 개시되어 있다.
그런데, 렌즈를 발광다이오드 패키지에 접합하는 방식은 접합공정이 복잡하고, 회로기판에 발광다이오드 칩이 칩온 보드 형태로 실장된 경우 발광다이오드 칩을 실링되게 몰딩할 수 있으면서도 렌즈기능을 하도록 일괄적으로 한번에 접합하기가 어려워 이를 개선할 수 있는 공정이 요구된다.
또한, 제조공정을 단순화 하면서도 적용되는 렌즈의 배광각 또는 투과파장대역의 조정이 요구시에도 쉽게 조정이 가능한 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 렌즈를 발광다이오드 칩에 일체화 하는 공정이 단순화 되면서도 렌즈의 배광각 또는 투과파장대역의 조정이 용이한 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법은 가. 회로기판에 상호 이격되게 발광다이오드 칩이 실장된 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩이 각각 진입되어 수용될 수 있게 상부가 개방되고 하부로 인입된 결합홈을 갖으며 상기 결합홈 맞은편에 메인 렌즈가 형성된 렌즈유니트를 형성하는 단계와; 나. 상기 렌즈 유니트의 상기 결합홈의 바닥면 내에 설정된 대역의 광을 투과시키는 광학필터와, 상기 메인 렌즈와는 다른 형상의 이종 렌즈 중 적어도 하나의 광학부재를 삽입하는 단계와; 다. 상기 렌즈 유니트의 상기 결합홈 내의 상기 광학부재 위에 형광체를 충진하는 단계와; 라. 상기 결합홈 내의 상기 형광체 위에 상기 렌즈유니트와 상기 발광다이오드 칩을 상호 접합하기 위한 접착제를 충진하는 단계와; 마. 상기 렌즈 유니트의 결합홈 내에 대응되는 발광다이오드칩이 진입되게 상기 발광다이오드 어레이 기판을 상기 렌즈 유니트에 압착하여 상기 접착제에 의해 상호 접합되게 처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 렌즈 유니트는 상기 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩 각각에 대응되는 상기 결합홈이 형성된 판형상의 베이스 부분과, 상기 베이스 부분의 상기 결합홈 반대편에는 상기 베이스 부분으로부터 볼록한 형상으로 돌출되되 상기 베이스 부분과의 사이각이 90도 이상인 제1렌즈가 각각 상기 베이스 부분과 일체로 형성된 것을 적용한다.
또한, 상기 광학부재는 상기 이종렌즈가 적용되고, 상기 이종렌즈는 상기 결합홈의 바닥면과 대향되는 저면은 입사된 광을 확산시키도록 요철이 형성되어 있고, 상기 형광체가 충진되는 상면은 편평하게 형성된 것을 적용할 수 있다.
상기 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩이 형성된 영역 주변에 상하로 관통되게 형성되어 외기가 상기 렌즈 유니트와 접촉될 수 있게 방열홀이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법에 의하면, 렌즈 유니트에 상부가 열리게 형성된 결합홈 내에 이종렌즈 또는 광학필터를 먼저 삽입하고 형광체 및 접착제를 순차적으로 충진한 후 발광다이오드 칩이 결합홈 내에 진입되게 하여 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트를 상호 압착에 의해 접합함으로써 공정이 단순화 되면서도 광학특정 조정이 용이한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트를 분리도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트가 상호 접합된 상태를 나타내 보인 단면도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이종렌즈를 적용하여 발광다이오드 모듈을 제조하는 공정을 설명하기 위한 분리 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드 모듈을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트를 분리도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이 기판과 렌즈 유니트가 상호 접합된 상태를 나타내 보인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 발광다이오드 모듈(100)은 발광다이오드 어레이 기판(110), 형광체(141), 광학필터(145) 및 렌즈 유니트(130)를 구비한다.
발광다이오드 어레이 기판(110)은 회로 기판(112)의 저면에 발광다이오드 칩(120)이 상호 이격되게 다수 실장되어 있다.
발광다이오드 어레이 기판(11)은 통상적인 인쇄 회로기판이 적용되면 되고, 발광다이오드 칩(120)이 실장된 영역 주변에 상하로 관통되게 형성되어 외기가 후술되는 렌즈 유니트(130)와 접촉될 수 있게 방열홀(114)이 형성되어 있다.
렌즈 유니트(130)는 미리 금형을 통해 실리콘소재 또는 PMMA 소재로 제작된 것으로서, 발광다이오드 칩(120)이 각각 진입되어 수용될 수 있게 상부가 개방되고 하부로 인입된 결합홈(134)이 발광다이오드 칩(120) 배열 패턴에 대응되게 형성되어 있다.
여기서, 결합홈(134)의 깊이는 발광다이오드 칩(120)이 수용될 수 있으면서 후술되는 광학부재인 광학필터(145), 형광체(141) 및 접착제(143)를 충진할 수 있게 적절하게 적용하면 된다.
렌즈 유니트(130)를 구분하면, 발광다이오드 어레이 기판(110)의 발광다이오드 칩(120) 각각에 대응되게 결합홈(134)이 상부가 열리게 형성되어 있고, 판형 형상으로 형성된 베이스 부분(131)과, 베이스 부분(131)의 결합홈(134) 반대편에 베이스 부분(131)으로부터 하부로 볼록한 형상으로 돌출되되 베이스 부분(131)의 저면과의 사이각(a)이 90도 이상인 볼록형 메인 렌즈(150)를 갖는 구조로 되어 있다.
여기서 볼록형 메인 렌즈(150)들은 베이스 부분(131)과 일체로 금형에 의해 형성된다.
이러한 발광다이오드 어레이 기판(110)과 렌즈 유니트(130)를 이용하여 발광다이오드 모듈(100)을 제작하는 과정을 설명하면, 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈유니트(130)의 메인 렌즈(150)가 하방에 위치하고, 결합홈(134)의 개방된 부분이 상방으로 노출되게 렌즈 유니트(130)를 지지대상체(미도시)에 지지시킨 다음, 결합홈(134)의 바닥면에 적용하고자 하는 광학부재인 광학필터(145)를 삽입한다.
광학필터(145)는 설정된 파장 대역의 광을 투과시키며 필름형태로 형성된 것을 적용하면 된다.
이러한 광학필터(145)는 최종적으로 생성되는 광의 색상을 원하는 색상으로 조정할 수 있다.
여기서 지지대상체는 렌즈 유니트(130)는 수지로 주입하여 성형한 후 상부 금형이 분리된 하부 금형 그대로를 이용할 수 있음은 물론이다.
다음은 렌즈 유니트(130)의 결합홈(134) 내의 광학필터(145) 위에 형광체(141)를 충진한다.
발광다이오드 칩(120)에서 출사되는 광에 대해 1차적으로 발광색을 조정하기 위해 적용하는 형광체(141)의 종류 및 성분 등은 다양하게 공지되어 있어, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음은 형광체(141) 위에 렌즈유니트(130)와 발광다이오드 칩(120)을 상호 접합하기 위한 접착제(143)을 충진한다.
접착제(143)는 통상적으로 적용되는 실리콘 봉지제를 적용하면 된다.
이후, 렌즈 유니트(130)의 결합홈(134) 내에 대응되는 발광다이오드칩(120)이 진입되게 발광다이오드 어레이 기판(110)을 렌즈 유니트(130)에 밀착시켜 진공압착함으로써 접착제(143)에 의해 발광다이오드 어레이 기판(110)과 상호 접합되게 처리한다.
이러한 과정을 거치면 도 2에 도시된 바와 같이 회로기판(112)에 실장된 발광다이오드칩(120)들 각각에 광학필터(145), 형광체(141) 및 메인 렌즈(150)가 일체로 형성된 구조가 형성된다.
한편, 도시된 예와 다르게 광학부재로서 광학필터(145) 대신 이종렌즈가 적용될 수 있고, 그 예를 도 3을 참조하여 설명한다. 앞서 도시된 예와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
광학부재로서 적용된 이종렌즈(245)는 결합홈(134)의 바닥면에 삽입되며, 결합홈(134)의 바닥면과 대향되는 저면은 입사된 광을 확산시키도록 요철(245)이 형성되어 있고, 형광체(141)가 충진되는 상면은 편평하게 형성된 것이 적용되었다.
이러한 이종렌즈(245)를 적용시에도 앞서 설명된 바와 같이 렌즈 유니트(130)의 결합홈(134) 내에 이종렌즈(245), 형광체(141) 및 접착제(143)을 순차적으로 삽입 및 충진한 후 발광다이오드칩(120)이 결합홈(134)에 진입되게 하여 발광다이오드 어레이 기판(110)과 상호 진공 압착에 의해 접합하면 된다.
한편, 이종렌즈(245)의 구조는 도시된 예와 다르게 오목렌즈형상, 양면 볼록형 형상 등 원하는 배광각 또는 광축을 중심으로 하는 광의 분포를 조정할 수 있는 다양한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명된 발광다이오드 모듈(100)의 제조방법에 의하면, 메인 렌즈(150)에 형성된 결합홈(134) 내에 광학부재인 광학필터(145) 또는 메인 렌즈(150)의 광특성을 보상 또는 조정하기 위한 이종렌즈(245), 형광체(141)와 접착체(143)를 순차적으로 삽입 및 충진한 후 발광다이오드칩(120)이 결합홈(134) 내에 진입되게 발광다이오드 어레이 기판(110)을 진공 압착시키는 과정에 의해 광학부재 및 형광체(141)의 형성과정이 한 번에 이루어 질 수 있어 제조공정이 단순화된다.
또한, 다양한 광학부재를 적용할 수 있어 광학특성 조정이 매우 용이하다.
110: 발광다이오드 어레이 기판 120: 발광다이오드 칩
130, 230: 렌즈 유니트 134: 결합홈
141: 형광체 145: 광학필터
245: 이종렌즈

Claims (4)

  1. 가. 회로기판에 상호 이격되게 발광다이오드 칩이 실장된 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩이 각각 진입되어 수용될 수 있게 상부가 개방되고 하부로 인입된 결합홈을 갖으며 상기 결합홈 맞은편에 메인 렌즈가 형성된 렌즈유니트를 형성하는 단계와;
    나. 상기 렌즈 유니트의 상기 결합홈의 바닥면 내에 설정된 대역의 광을 투과시키는 광학필터가 적용된 광학부재를 삽입하는 단계와;
    다. 상기 렌즈 유니트의 상기 결합홈 내의 상기 광학부재 위에 형광체를 충진하는 단계와;
    라. 상기 결합홈 내의 상기 형광체 위에 상기 렌즈유니트와 상기 발광다이오드 칩을 상호 접합하기 위한 접착제를 충진하는 단계와;
    마. 상기 렌즈 유니트의 결합홈 내에 대응되는 발광다이오드칩이 진입되게 상기 발광다이오드 어레이 기판을 상기 렌즈 유니트에 압착하여 상기 접착제에 의해 상호 접합되게 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 렌즈 유니트는
    상기 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩 각각에 대응되는 상기 결합홈이 형성된 판형상의 베이스 부분과, 상기 베이스 부분의 상기 결합홈 반대편에는 상기 베이스 부분으로부터 볼록한 형상으로 돌출되되 상기 베이스 부분과의 사이각이 90도 이상인 제1렌즈가 각각 상기 베이스 부분과 일체로 형성된 것을 적용하며,
    상기 발광다이오드 어레이 기판의 상기 발광다이오드 칩이 형성된 영역 주변에 상하로 관통되게 형성되어 외기가 상기 렌즈 유니트와 접촉될 수 있게 방열홀이 형성된 것을 특징으로 하는 광학특성 조정형 발광다이오드 모듈의 제조방법.
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