KR101724048B1 - 발광소자 라이트 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자용 라이트 엔진에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발광소자 라이트 엔진은 복수의 발광소자가 실장 되는 소자 기판; 상기 발광소자의 구동 전극을 인가하기 위하여 절연되어 서로 접하고, 상기 소자 기판과 절연되어 접하는 복수의 기판을 포함하는 회로 기판; 및 상기 소자 기판 및 상기 회로 기판을 둘러서 절연되어 접하는 보호 기판을 포함한다. 본 발명에 따르면 절연성 유지하며 복수의 기판을 접합하여 라이트 엔진을 구성하므로, 외부로 전압이 누출됨을 방지할 수 있으며 방열 기능이 요구되는 구동회로로서 역할을 수행하는 기판에 대해서만 선택적으로 방열을 위한 층을 형성하여 보다 라이트 엔진의 제조 공정을 보다 간소화할 수 있다.

Description

발광소자 라이트 엔진{Light engine for luminous element}
본 발명은 발광소자용 라이트 엔진에 관한 것이다.
발광소자는 발광 다이오드, 반도체 레이저 등을 포함하고, 발광소자는 관련 제어 장치와 조합되어 패키징 된다. 최근에는 발광소자로 LED(light emitting diode)가 많이 이용되고 있으며, LED는 다이오드의 특성을 가지고 있으며, 전류를 흐르게 하면 붉은색, 녹색, 청색으로 빛을 발한다.
LED는 필라멘트 전구에 비해 사용 수명이 길고 전류의 흐름에 대한 응답 속도가 빠르며, 전력 소비량이 작다는 이점이 있어 널리 이용되고 있는 추세이다.
일반적으로 발광소자는 다이오드 특성에 의해 직류전원에서만 구동할 수 있었다. 따라서, 발광소자용 라이트 엔진은 현재 가정에서 사용하는 교류전원에서 사용하기 위해서는 SMPS(Switching Mode Power Supply)와 같은 별도의 회로를 포함하여야 한다. 이에 따라 조명장치의 구동회로가 복잡해지고, 이의 제작 단가가 높아지게 되는 문제가 있었다.
또한, 발광소자는 구동에 의해 열을 발생하게 되므로 열에 의한 회로의 단락 등의 문제점을 해결하기 위해 발광소자가 실장된 기판의 하부에 방열체를 별도로 구성하여야 하며, 일반적으로 금속으로 구성되는 방열체는 기판의 쇼트를 방지하기 기판과의 접합에 부가적인 공정이 필요하였다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 발광소자의 라이트 엔진을 구성함에 있어 복수의 기판의 접합을 통한 구성을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판을 서로 접합하여 접합되는 기판들의 절연성을 유지하고 외부로 전압이 누출됨을 방지하기 위한 구성을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 라이트 엔진은 복수의 발광소자가 실장 되는 소자 기판; 상기 발광소자의 구동 전극을 인가하기 위하여 절연되어 서로 접하고, 상기 소자 기판과 절연되어 접하는 복수의 기판을 포함하는 회로 기판; 및 상기 소자 기판 및 상기 회로 기판을 둘러서 절연되어 접하는 보호 기판을 포함한다.
상기 회로 기판은 상기 소자 기판과 접하는 면에서 서로 분할되며, 서로 다른 전극을 상기 발광소자에 인가하는 제1 회로 기판 및 제2 회로 기판을 포함한다.
상기 회로 기판은 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판이 상기 소자 기판과 접하는 면의 반대면에서 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판과 동시에 접하는 제3 회로 기판을 더 포함한다.
상기 보호 기판은, 상기 소자 기판의 일 측면, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판의 서로 접하지 않은 일 측면 및 상기 제3 회로 기판의 일 측면과 동시에 접하는 제1 보호 기판; 및 상기 소자 기판의 다른 일 측면, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판의 서로 접하지 않은 다른 일 측면 및 상기 제3 회로 기판의 다른 일 측면과 동시에 접하는 제2 보호 기판을 포함한다.
상기 보호 기판은, 상기 제1 보호 기판 및 상기 제2 보호 기판의 사이에서 상기 제3 회로 기판과 접하는 상기 제3 보호 기판을 포함한다.
상기 발광소자 라이트 엔진은, 상기 소자 기판, 상기 회로 기판 및 상기 보호 기판을 포함하는 상기 발광소자 라이트 엔진의 하면 적어도 일부 영역에 걸쳐 형성되는 보호층을 더 포함한다.
상기 소자 기판은 상면에 상기 발광소자의 실장을 위해 내측으로 오목한 캐비티를 더 포함한다.
상기 제1 보호 기판 또는 상기 제2 기판은 기판의 체결을 위한 체결홈을 더 포함한다.
본 발명에 따르면 절연성 유지하며 복수의 기판을 접합하여 라이트 엔진을 구성하므로, 외부로 전압이 누출됨을 방지할 수 있으며 방열 기능이 요구되는 구동회로로서 역할을 수행하는 기판에 대해서만 선택적으로 방열을 위한 층을 형성하여 보다 라이트 엔진의 제조 공정을 보다 간소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 라이트 엔진을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 라이트 엔진의 상면을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 라이트 엔진의 배면 나타내는 도이다.
도 4는 도 3에 따른 발광소자 라이트 엔진의 단면을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 라이트 엔진의 배면 나타내는 도이다.
도 6는 도 5에 따른 발광소자 라이트 엔진의 단면을 나타내는 도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자(300) 라이트 엔진(이하, 라이트 엔진)을 나타내는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 라이트 엔진은 소자 기판(110), 회로 기판(120(122, 124, 126)), 보호 기판(130(132, 134, 136)) 및 SMPS(200)를 포함한다.
본 실시예에서 소자 기판(110)은 복수의 발광소자(300)가 실장 된다. 본 실시예에서 발광소자(300)는 그룹으로 기판으로 실장 될 수 있으며, 즉 LED(Lighting Emitting Diode)와 같은 발광소자(300) 들이 기판상에 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 집합으로 형성 될 수 있다.
이때, 이용되는 발광소자(300)들은 전극을 인가 받기 위한 전극부의 위치에 따라 다양한 형태로 구분될 수 있으나, 편의상 본 실시예에서는 도 1과 같이 LED의 하부와 상부에 각각 P, N 전극이 위치하고 이를 통해 서로 직렬 연결되는 수평형 칩 형태를 예시한다. 따라서 도 1에서 각 발광소자(300)들은 소자 기판(110)과 접하여 전극을 인가 받으며, 기판은 후술하는 회로 기판(120)의 하나의 기판과 전기적으로 접속된다.
또한, 발광소자(300)는 상면에서 서로 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되어 전극을 인가 받으며, 상면에서 인가 받는 전극은 후술하는 회로 기판(120)의 다른 하나의 기판과의 접속을 통해 연결된다.
본 실시예에 따른 회로 기판(120)은 발광소자(300)를 구동하기 위한 회로가 형성되고 회로를 통해 발광소자(300)에 전극을 인가하기 위하여 절연되어 서로 접하고, 소자 기판(110)과 절연되어 접하는 복수의 기판을 포함한다.
도 1을 참조하면, 회로 기판(120)은 도 1 상으로 발광소자(300) 집합이 실장된 소자 기판(110)의 아래쪽으로 접합되며, 소자 기판(110)의 폭을 기준으로 중심부에서 서로 분할 접합된다.
즉, 회로 기판(120)은 소자 기판(110)과 접하는 면에서 서로 분할되며, 서로 다른 전극을 발광소자(300)에 인가하는 제1 회로 기판(122) 및 제2 회로 기판(124)을 포함한다. 분할된 하나의 기판은 +전극을 다른 하나의 기판은 -전극을 인가하게 된다. 이때 기판은 내부에 회로를 구성할 수 있으며 또는 기판 자체가 넓은 면적을 가지는 회로로 기능하는 것도 가능하다. 이를 통해 구동 회로의 방열 기능을 구현할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면 회로 기판(120)은 제1 회로 기판(122) 및 제2 회로 기판(124)이 소자 기판(110)과 접하는 면의 반대면에서 제1 회로 기판(122) 및 제2 회로 기판(124)과 동시에 접하는 제3 회로 기판(126)을 더 포함할 수 있다.
즉, 제1 회로 기판(122)과 제2 회로 기판(124)은 전극을 인가하기 위하여 소자 기판(110)에 도 1 상으로 상면이 접속되며, 반대의 하면은 소자 기판(110)과 같은 폭을 갖는 제3 회로 기판(126)이 접속된다.
구체적으로 제3 회로 기판(126)은 제2 회로 기판(124)과 접하며 접하는 면에서 드라이브 IC(140)가 구성될 수 있다. 즉, 드라이브 IC(140)는 도 2와 같이 제2 회로 기판(124)과 제 3 회로 기판(126)이 접하는 면 상에서 형성될 수 있다.
본 실시예에서 드라이브 IC(140)의 경우, 도 1을 참조하면 하나로 표현되어 있으나, 회로의 전류량을 증가시키기 위하여 본 기판 구조에서 제2 회로 기판(124)의 크기(폭)를 조정하여 복수개로 병렬 연결하는 것도 가능하다. 또한, 직렬연결이 필요한 소자의 경우, 제2 회로기판(124) 내에 수직으로 관통하는 복수개의 절연층을 구성하여 직렬로 구성하는 것도 가능하다.
즉, 본 실시예에 따른 회로 기판은 기판의 설계에 따라 폭을 조절하여 기판 자체를 회로로 구성할 수 있다.
드라이브 IC(140)는 정 전류 구동을 도와주는 구성으로 LED는 전류에 따라 출력이 비례하는 것이 일반적이므로, 결국 일정한 밝기를 유지하기 위해서는 일정한 전류가 필요하고, 일정한 전류와 입력전압 및 회로의 등가저항을 관계를 이용하여 입력 전압을 제어하는 역할을 수행한다.
따라서, 본 실시예에서 드라이브 IC(140)는 소자 기판(110)에 실장되는 발광소자(300)의 구동을 제어하기 위한 회로로서, 인가되는 전압의 레벨을 판단하고, 판단된 구동 전압 레벨에 따라 복수의 발광소자(300)들을 선택적으로 점등 및 소등하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 회로 기판(120) 상에는 외부 SMPS(200)와 전기적으로 접속하기 위한 커넥터(150)가 구성될 수 있다.
일반적으로 발광소자(300)는 다이오드 특성에 의해 직류전원에서만 구동할 수 있었다. 따라서, 교류전원에서 사용하기 위해서는 SMPS(200)(Switching Mode Power Supply)와 같은 별도의 회로가 필요할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 회로 기판(124)과 제3 회로 기판(126)이 커넥터(150)를 통해 SMPS(200)와 접속될 수 있다.
본 실시예에서 보호 기판(130)은 소자 기판(110) 및 회로 기판(120)을 둘러서 절연되어 접한다.
본 실시예에서 보호 기판(130)은 내부로 접하는 회로 기판(120)이 외부와 접촉되어 쇼트 되거나 외부로의 전압이 누출됨을 방지하기 위한 보호 역할을 수행한다. 즉, 절연 외에도 외부 충격으로부터 보호 기능을 수행하고, 외부 방열판 및 제품과의 체결홈(135) 을 추가적으로 마련하여 기판의 체결을 돕는 기능을 함께 수행한다.
본 실시예에서는 제1 보호 기판(132) 또는 제2 보호 기판(134)은 기판의 체결을 위한 체결홈(135)을 더 포함한다. 이를 통해 라이트 엔진을 히트 싱크 등의 기판에 접합할 수 있다.
구체적으로 도 1을 참조하면, 보호 기판(130)은 소자 기판(110)의 일 측면, 제1 회로 기판(122) 및 제2 회로 기판(124)의 서로 접하지 않은 일 측면 및 제3 회로 기판(126)의 일 측면과 동시에 접하는 제1 보호 기판(132)과, 소자 기판(110)의 다른 일 측면, 제1 회로 기판(122) 및 제2 회로 기판(124)의 서로 접하지 않은 다른 일 측면 및 제3 회로 기판(126)의 다른 일 측면과 동시에 접하는 제2 보호 기판(134)을 포함한다.
또한, 보호 기판(130)은, 제1 보호 기판(132) 및 제2 보호 기판(134)의 사이에서 제3 회로 기판(126)과 접하는 제3 보호 기판(136)을 포함할 수 있다. 즉 제1 및 제2 보호 기판(132, 134)은 도 1을 기준으로 소자 기판(110)과 회로 기판(120)의 측면을 보호하고, 제3 보호 기판(136)은 하단부의 노출되는 회로 기판(120)의 외부와의 접촉을 보호한다.
더불어, 본 라이트 엔진의 기판에 SMPS(200)의 일부 부품들(방열특성이 요구되는, 예를 들어 Drive IC(140), 일반 IC, 등)을 실장하여 부품의 방열특성을 향상시켜 전체적인 제품의 작동 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 다양한 부품들이 기판상에 실장 될 수 있으며, 이는 모듈의 설계에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 별도의 방열기능이 요구되는 SMPS(200)의 방열부품의 부피 및 필요도를 낮추어 보다 경량, 소형화된 SMPS(200)를 사용할 수 있다는 효과가 있다. 또한 기판 내에 수직 절연층을 추가 설계 함으로써 더 많은 부품을 기판 내 실장 가능하도록 구성할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 회로 기판(120)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 따른 라이트 엔진에 대하여 표면 처리 및 추가적인 구성을 형성한 예로서, 라이트 엔진의 상면에는 발광 기능을 위해 백색의 레이어를 형성할 수 있다. 이때, 백색의 레이어는 WSR(White Solder Resist)로 구성될 수 있다.
나아가, 본 실시예에서 소자 기판(110)은 상면에 발광소자(300)의 실장을 위해 내측으로 오목한 캐비티(112)를 더 포함할 수 있다. 즉 도 2 상으로는 소자 기판(110)의 일부 면에서 내측으로 오목한 홈으로 형성된다.
이때의 캐비티(112) 자체가 방출되는 광을 반사하는 렌즈로서 기능을 위하여 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 홈으로 구성될 수 있다. 또한 형광체를 추가적으로 구성하거나 표면에 Ag, Ni, Cr, Au 등과 Cu, Sn, Pd, Zn 등의 하지 금속층의 조합으로 구성된 금속도금을 형성하여 광반사 성능을 더욱 높이는 것도 가능하다.
또한, 회로 기판(120)은 도 4 또는 도 6을 참조하면 각종 소자의 실장을 위한 실장 홈(127)을 더 포함할 수 있다.
즉, Drive IC(140)와 같은 실장부품이 기판 외부 표면 부위에 도금하여 솔더로 실장되는 경우 그러나 LED와 같은 광소자(300)에서 발생하는 빛에 간섭 되거나 취급 시 외부의 외력에 의해 구성이 취약해질 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 실장 홈(127)을 더 포함하여 기판 표면에 회로 소자가 드러나지 않도록 한다.
이하, 도 3내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 라이트 엔진의 보호층(160)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 보호층(160)은 소자 기판(110), 회로 기판(120) 및 보호 기판(130)을 포함하는 발광소자(300) 라이트 엔진의 하면 적어도 일부 영역에 걸쳐 형성된다.
보호층(160)은 회로 기판(120)의 회로부의 절연 및 방열 기능을 위한 물질로 구성될 수 있으며, 도 4는 도 3에 따른 기판의 A-A'를 기준으로 절단한 단면을 나타내는 도로서, 수직으로 형성된 절연층을 포함하는 영역의 홈을 채워서 형성될 수 있다.
또는 도 5와 같이 라이트 엔진을 구성하는 기판의 하면 전체를 덮는 형태로 구성될 수 있으며, 도 5에 따른 기판의 B-B'절단면을 나타내는 도 6을 참조하면, 기판의 수직한 방향의 절연층을 포함하는 홈을 채우고 전체를 덮는 형태의 보호층(160)이 구성될 수 있다.
또한, 추가적으로 열 확산을 위한 금속 기판(170)을 더욱 부착하여 방열 성능을 높이는 것도 가능하다.
이상의 본 발명에 따르면 절연성 유지하며 복수의 기판을 접합하여 라이트 엔진을 구성하므로, 외부로 전압이 누출됨을 방지할 수 있으며 방열 기능이 요구되는 구동회로로서 역할을 수행하는 기판에 대해서만 선택적으로 방열을 위한 층을 형성하여 보다 라이트 엔진의 제조 공정을 보다 간소화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 복수의 발광소자가 실장 되는 소자 기판;
    상기 발광소자의 구동 전극을 인가하기 위하여 절연되어 서로 접하고, 상기 소자 기판과 절연되어 접하는 복수의 기판을 포함하는 회로 기판; 및
    상기 소자 기판 및 상기 회로 기판을 둘러서 절연되어 접하는 보호 기판을 포함하되,
    상기 회로 기판은,
    상기 소자 기판과 접하는 면에서 서로 분할되며, 서로 다른 전극을 상기 발광소자에 인가하는 제1 회로 기판 및 제2 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판이 상기 소자 기판과 접하는 면의 반대면에서 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판과 동시에 접하는 제3 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호 기판은,
    상기 소자 기판의 일 측면, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판의 서로 접하지 않은 일 측면 및 상기 제3 회로 기판의 일 측면과 동시에 접하는 제1 보호 기판; 및
    상기 소자 기판의 다른 일 측면, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판의 서로 접하지 않은 다른 일 측면 및 상기 제3 회로 기판의 다른 일 측면과 동시에 접하는 제2 보호 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호 기판은,
    상기 제1 보호 기판 및 상기 제2 보호 기판의 사이에서 상기 제3 회로 기판과 접하는 제3 보호 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발광소자 라이트 엔진은,
    상기 소자 기판, 상기 회로 기판 및 상기 보호 기판을 포함하는 상기 발광소자 라이트 엔진의 하면 적어도 일부 영역에 걸쳐 형성되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 기판은 상면에 상기 발광소자의 실장을 위해 내측으로 오목한 캐비티를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 보호 기판 또는 상기 제2 보호 기판은 기판의 체결을 위한 체결홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 라이트 엔진
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