KR101796827B1 - 정전류 다이오드를 이용하는 uv led 면광원 모듈 - Google Patents

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Abstract

정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈이 개시된다. UV LED 모듈부는 복수 개의 UV LED를 직렬로 배치한 UV LED 직렬부와 UV LED 직렬부를 복수개 병렬로 연결한 UV LED 병렬부로 이뤄진다. 정전류 다이오드부는 UV LED 모듈부의 어느 하나 이상의 UV LED 직렬부 말단부 한쪽 또는 양쪽에 직렬로 정전류 다이오드를 연결한다. 제어부는 UV LED 모듈부에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 정전류 다이오드부를 제어하고 과전압 여부를 모니터링한다. 본 발명에 따르면, 광원 모듈 측면에서 UV LED 에너지 효율, 조사 밀도의 균일성, 발열 및 고밀도/고출력 광 조사 특성을 얻을 수 있다. 나아가, 전원 공급 측면에서 정전류 다이오드를 면 광원 모듈 내에 설치하여 비용의 장점을 얻고, 광학 측면에서도 근접조사 고밀도 조사가 가능하고 방열 문제를 해결할 수 있다.

Description

정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈{UV led surface light source module using current limiting diode}
본 발명은 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정전류 다이오드(CLD, Current Limiting Diode)를 이용하여 점광원 고체 반도체 소자인 LED(발광 다이오드)를 면광원 모듈로 제작하는 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈에 관한 것이다.
UV 광 조사기는 접합, 몰딩, 코팅, 인쇄 등의 용도로 표면처리 분야에 널리 이용되고 있다. 특히, 각종 표면처리에 사용되는 유기물 제재 또는 잉크, 실리콘 수지 등의 결합 에너지가 143~463 KJ/mol 정도이고, 이는 3.4 eV의 자외선 광파에 해당하므로, UV LED를 이용하는 조사기 기술 개발이 가속되고 있다.
LED(발광다이오드) 광원은 발광 효율 300 lm/W까지 기대할 수 있는 고체 광원으로 최근 차세대 광 에너지원으로 크게 기대되고 있다. 점광원인 LED 광원으로 필요한 출력을 얻기 위해서는 많은 수의 LED 소자를 집적해서 사용해야 하고, 직병렬 행렬 형태의 전기회로를 구성해야 한다. 따라서 LED의 각 병렬회로에서 적절한 정전류를 공급하기 위해, 주로 SMPS 전원을 이용하거나, TR 회로, OP 앰프, 3단자 레귤레이터를 이용하는 정전류 회로를 사용하였다.
또는 정전류 다이오드를 이용하여 LED 면 광원을 제작할 수 있는데, 이를 위해서는 다수의 LED를 이용하여 직병렬 회로를 구성해야 한다. 이때, 각 직렬회로에서 LED의 동작 전압, 즉 저항이 각각 다르기 때문에 흐르는 전류량도 다르게 된다. 따라서 각 병렬회로에서 정 전류량을 동일하게 제어하기 위해 정전류 회로 또는 정전류 소자가 필요하게 된다. 그러나 종래 정전류 소자는 면 광원 기판 내에 배치하는 것이 부피나 공정 등의 문제로 어렵다는 단점이 있다.
한국공개공보 제10-2013-0022206호 정전력형 엘이디 전구 전원 제어 장치 한국등록공보 제10-1325079호 엘이디 조명등용 플리커 감쇄 전원회로
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광원 모듈 측면에서 UV LED 에너지 효율, 조사 밀도의 균일성, 발열 및 고밀도/고출력 광 조사 특성을 얻을 수 있는 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈을 제공하는 데 있다. 나아가, 전원 공급 측면에서 정전류 다이오드를 면 광원 모듈 내에 설치하여 비용의 장점을 얻고, 광학 측면에서도 근접조사 고밀도 조사가 가능하고 방열 문제를 해결할 수 있는 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈은, 복수 개의 UV LED를 직렬로 배치한 UV LED 직렬부와 상기 UV LED 직렬부를 복수개 병렬로 연결한 UV LED 병렬부로 이뤄지는 UV LED 모듈부; 상기 UV LED 모듈부의 어느 하나 이상의 UV LED 직렬부 말단부 한쪽 또는 양쪽에 직렬로 정전류 다이오드를 연결한 정전류 다이오드부; 및 상기 UV LED 모듈부에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 정전류 다이오드부를 제어하고 과전압 여부를 모니터링하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈에 의하면, 직병렬 회로를 구성하는 UV LED에 정전류 다이오드를 연결하여 광원 모듈 측면에서 UV LED 에너지 효율, 조사 밀도의 균일성, 발열 및 고밀도/고출력 광 조사 특성을 얻을 수 있다. 나아가, 전원 공급 측면에서 정전류 다이오드를 면 광원 모듈 내에 설치하여 비용의 장점을 얻고, 광학 측면에서도 근접조사 고밀도 조사가 가능하고 방열 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈의 원리를 설명하는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈을 도시한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈의 UV LED 모듈의 실제 구현 예를 도시한 도면, 그리고,
도 4는 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈의 UV LED 모듈의 단면을 도시한 단면도이다.
이하에서 첨부의 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈(100)의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈(100)의 원리를 설명하는 그래프이다. UV LED 조사기에서 조사 밀도와 균일성을 동시에 높이기 위해서는 조사 면적을 크게 하거나 총 조사 에너지 양을 크게 하는 방법을 고려할 수 있다. 이때, 광자 에너지가 큰 UV를 이용하여 조사 면적을 크게 할 수 있는데, 이를 위해 다수의 소형 LED 칩을 직병렬 회로를 구성하여 광원 모듈을 구성할 수 있다.
도 1에 도시된 그래프를 참조하면, LED 면광원이 동일 면적인 경우 LED 칩 크기를 작게 하여 다수를 사용하는 것이 동일한 전류량에서 효율이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 동일 면적을 가지는 LED 칩에서는 전류량을 줄여 저전류 밀도에서 구동하는 것이 동일한 전류량에서 효율이 높다는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈(100)은 소형 LED 칩을 다수 이용하여 직병렬 회로를 구성하고, 각 직렬회로 중 어느 하나 이상에 정전류 다이오드를 직렬로 배치하여 정전류 구동의 문제를 해결하고, 광 조사의 균일성과 조사밀도 세기를 개선할 수 있다. 이에 대해 다음에서 자세하게 살펴본다.
도 2는 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈(100)을 도시한 개념도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈(100)은 UV LED 모듈부(110)와 정전류 다이오드부(120, 130) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
UV LED 모듈부(110)는 복수 개의 UV LED를 직렬로 배치한 UV LED 직렬부와 UV LED 직렬부를 복수개 병렬로 연결한 UV LED 병렬부로 이뤄진다. 이때, UV LED 직렬부는 각각의 UV LED가 이격되지 않고 연속적으로 배치될 수 있다(도 3 참조). 또한, UV LED는 200~400 nm 파장의 에너지 대역을 이용하며, 플립칩(flip chip) 형 수평구조 전극패드를 가지며, 크기를 1 mm2 이하로 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 각각의 UV LED가 선형 모듈을 이루어 배치될 수 있다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, UV LED는 기판 상에 솔더링하여 실장될 수 있는데, 기존 Ag paste 방법이 아닌 솔더링을 통한 실장 방법으로 광 조사의 균일성과 조사 밀도 세기가 개선될 수 있다. 이때, 기판은 COB(CHIP ON BOARD) 형태의 기판으로, 열방출 특성이 우수한 나노융합소재 MCCL(Metal Cu Clad Laminate) 기판이거나 DLC(Diamond Like Carbon) MCCL 기판일 수 있다.
정전류 다이오드부(120, 130)는 UV LED 모듈부(110)의 어느 하나 이상의 UV LED 직렬부 말단부 한쪽(112) 또는 양쪽(112, 114)에 직렬로 정전류 다이오드를 연결한다. 예를 들어, UV LED 모듈부(110)의 UV LED 직렬부 말단부 한쪽(112) 또는 양쪽(112, 114)에 직렬로 정전류 다이오드가 연결되어 형성된다. 즉, UV LED 모듈부(110)의 한쪽에만 정전류 다이오드를 직렬로 연결하거나, 필요시 UV LED 모듈부(110)의 양쪽 모두 정전류 다이오드를 직렬로 연결 할 수 있다.
또한, UV LED 직렬부에 직렬로 연결되는 정전류 다이오드부(120, 130)는 복수 개의 정전류 다이오드를 이용하여 연결될 수 있다. 이때, 직렬 연결되는 복수 개의 정전류 다이오드의 수는 과전압으로 인한 오작동을 상쇄하기 위해 각 UV LED의 동작 전압, 정전류 다이오드의 정상 전압 등을 고려하여 정하게 된다. 나아가, 도 2에 도시된 바와 같이, UV LED 직렬부에 직렬로 연결된 정전류 다이오드를 병렬로 복수 개 연결할 수 있다.
이때, 정전류 다이오드부(120, 130)에 흐르는 정전류는 5~50 mA일 수 있다. 정전류의 크기는 열 방출 기술을 고려한 것이나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니다.
제어부(미도시)는 UV LED 모듈부(110)에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 정전류 다이오드부(120, 130)를 제어하고 과전압 여부를 모니터링한다. 상술한 바와 같이, 다수의 UV LED 칩에 정전류를 공급하기 위해 정전류 다이오드를 직렬 연결하여 전류량을 제어한다. 이러한 방법은 종래 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등의 정전류 컨트롤러로부터 많은 수의 정전류원 채널을 확보하는 데 드는 비용의 문제를 해결 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 본 발명에 따른 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈
110 : UV LED 모듈부
120, 130 : 정전류 다이오드부

Claims (7)

  1. 복수 개의 UV LED 각각이 이격되지 않고 연속적으로 직렬로 배치된 UV LED 직렬부와, 상기 UV LED 직렬부를 복수개 병렬로 연결한 UV LED 병렬부로 이뤄지는 UV LED 모듈부;
    상기 UV LED 모듈부의 어느 하나 이상의 UV LED 직렬부 말단부 양쪽에 직렬로 정전류 다이오드를 연결한 정전류 다이오드부; 및
    상기 UV LED 모듈부에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 정전류 다이오드부를 제어하고 과전압 여부를 모니터링하는 제어부;를 포함하되,
    상기 UV LED는 200~400nm 파장의 에너지 대역을 이용하며, 플립칩(flip chip) 형 수평구조 전극패드를 가지며, 1㎟ 이하의 크기를 갖고,
    상기 정전류 다이오드부는 상기 UV LED 직렬부에 복수개의 정전류 다이오드를 직렬로 연결하며,
    상기 UV LED 모듈부는 상기 UV LED를 기판 상에 솔더링하여 실장되고,
    상기 정전류 다이오드부에 흐르는 정전류는 20mA 초과 50 mA 이하이며,
    상기 기판은, COB(CHIP ON BOARD) 형태의 기판으로, 나노융합소재 MCCL(Metal Cu Clad Laminate) 기판인 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드를 이용하는 UV LED 면광원 모듈.
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