KR101832310B1 - 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템 Download PDF

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Abstract

실시예의 발광소자 모듈은 제1 방열부와 상기 제1 방열부로부터 연장된 제2 방열부를 포함하는 프레임과, 상기 제2 방열부의 일부 상에 순차적으로 형성된 절연층, 도전층 및 접착층 및 상기 접착층 상에 발광소자 패키지를 포함한다.

Description

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템{Luminescent element module and light system including the same}
실시예는 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(L ight Emitting Diode: LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode:LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL:Cold Cathode Fluorescenece Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
조명 장치나 표시 장치에는 발광소자가 패키지 몸체에 실장되어 전기적으로 연결된 발광소자 패키지가 널리 사용되고 있다.
실시예는 방열 효율이 향상되고, 초박화된 발광소자 모듈을 제공한다.
본 실시예의 발광소자 모듈은 제1 방열부와 상기 제1 방열부로부터 연장된 제2 방열부를 포함하는 프레임과, 상기 제2 방열부의 일부 상에 순차적으로 형성된 절연층, 도전층 및 접착층 및 상기 접착층 상에 형성된 발광소자 패키지를 포함한다.
상기 프레임은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 프레임은 두께가 2㎜ 이상 10㎜ 이하일 수 있다.
상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 수직으로 연결될 수 있다.
상기 제2 방열부는 상기 제1 방열부와 수직으로 연결되는 제1 측면을 포함할 수 있다.
상기 제2 방열부는 상기 제1 측면과 수직으로 연결되고, 상기 제1 방열부와 반대방향으로 연장되는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제2 방열부는 상기 연결부와 수직으로 연결되고, 상기 제1 측면과 이격되는 제2 측면을 포함할 수 있다.
상기 제2 방열부는 상기 프레임이 구부림 가공에 의해 굴곡될 수 있다.
상기 제2 방열부의 높이는 상기 발광소자 패키지의 폭과 같거나 클 수 있다.
다른 실시예는 상술한 발광소자 패키지를 포함하는 조명시스템을 제공한다.
실시예에 따르면, 방열 구조물의 금속 기판을 변형하여 종래의 브라켓으로 대체함으로써 방열 효율이 향상된 발광소자 모듈을 제공할 수 있다.
실시예에 따르면, 종래의 추가적인 브라켓을 생략함으로써 초박화된 발광소자 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 조명 시스템의 분해 사시도이고,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 모듈을 형성하기 위한 도면이고,
도 3 내지 도 5는 서로 다른 실시예에 의한 발광소자 모듈을 도시한 도면이고,
도 6은 실시예에 의한 발광소자 모듈을 도시한 도면이고,
도 7은 실시예에 의한 발광소자 모듈과 방열 부재의 결합 사시도이고,
도 8은 실시예에 의한 발광소자 모듈을 포함하는 조명 시스템을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 표시 장치(100)의 분해 사시도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 표시 장치(100)는 백라이트 유닛(110), 고정 부재(51 내지 54), 액정 표시 패널(60), 및 상부 커버(top cover, 70)을 포함한다.
백라이트 유닛(110)은 액정 표시 패널(60)에 빛을 공급한다. 백라이트 유닛(110)은 바텀 커버(bottom cover, 10), 발광 모듈(미도시), 반사 시트(reflective sheet, 20), 도광판(Light Guide Plate, 30), 및 광학 시트(optical sheet, 40)를 포함한다.
도 1에는 도시되지 않지만, 발광소자 모듈은 바텀 커버(10)의 일 측에 배치된다. 반사 시트(20)는 바텀 커버(10)의 전면에 배치되며, 도광판(30)의 전방에 배치되며, 발광 모듈에서 방출된 광이 도광판(30) 방향으로 반사되도록 하여 광 효율을 향상시킨다. 반사 시트(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 구성 요소로 마련될 수도 있고, 도광판(30)의 후면이나, 바텀 커버(10)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
도광판(30)은 반사시트(20)의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 액정 표시 패널(60)로 안내한다.
광학 시트(40)는 도광판(30) 전면에 배치되며, 도광판(30)에서 방출되는 광이 확산, 굴절현상을 거치도록 하여 휘도 및 광 효율을 향상시킨다. 광학 시트(40)는 복수의 구성요소로 구성되거나 하나의 구성요소로 될 수 있다.
예컨대, 광학 시트(40)는 제1 확산 시트(diffusion sheet, 41)와, 프리즘 시트(Prism Sheet, 42), 제2 확산 시트(43)을 포함할 수도 있고, 확산 시트의 기능과 프리즘 시트의 기능을 구비하는 하나의 광학 시트로 구성될 수 있는 것이다. 광학 시트(40)의 수와 종류는 요구되는 휘도 특성에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
이때 확산 시트들(41,43)은 도광판(30)으로부터 출사되는 광을 보다 균일한 밝기의 면광원으로 변형하며, 프리즘 시트(42)는 측광(side light)을 정면광으로 바꾸고 방사하는 광을 집광시켜 휘도를 높일 수 있다.
액정 표시 패널(60)은 광학 시트(40)의 전방에 배치되고, 상부 커버(70)는 액정 표시 패널(60)의 전방에 배치된다. 액정 패널(60)은 유리 기판 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리 기판에 올린 상태로 되어 있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 띠며, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다
고정 부재(51 내지 54)는 바텀 커버(10)와 상부 커버(70) 사이에 배치되어 바텀 커버(10)와 상부 커버(70)를 함께 고정시킨다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 모듈의 구조를 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 모듈을 형성하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 프레임(200)을 준비한다. 프레임(200)은 높은 열 전도성을 갖는 금속으로 이루어진 플레이트로서 일 예로, 알루미늄(Al)기판일 수 있다. 본 실시예의 프레임(200)은 종래의 브라켓을 대신하기 위해 최소한의 지지기판의 역할을 할 수 있는 두께 이상으로 형성해야하지만, 너무 두꺼우면 발광소자 모듈의 전체 두께가 두꺼워지기 때문에 최소 2㎜ 이상 10㎜ 이하로 구성할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 프레임(200) 상에 절연층(312)을 형성한다. 절연층(312)은 프레임(200)을 도전층(314)과 절연시키며, 프레임(200)에 대해 애노다이징(anodizing) 처리를 수행하여 형성하거나, 또는 프레임(200)의 표면에 폴리머(polymer) 계열 등과 같은 통상적인 절연층을 형성할 수도 있으나, 상대적으로 열전도도가 우수하며, 얇은 두께로 형성 가능하여 낮은 열 저항을 구현할 수 있는 알루미늄산화물(Al2O3)이 형성될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 절연층(312) 상에 도전층(314)을 형성한다. 도전층(314)은 열전도도가 높은 금속 물질로 이루어질 수 있고, 예로서 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 이와 같은 도전층(314)은 발광소자로부터 방출되는 열을 프레임(200)으로 효과적으로 전달시키는 열전달체로 사용됨과 더불어, 상기 발광소자에 전기적으로 연결되는 회로배선(circuit line)으로 사용될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 도전층(314) 상에 접착층(316)을 형성한다. 접착층(316)은 테프론(Teflon)과 같은 불소수지 계열이나 접착물질로 이루어질 수 있으며, 높은 열 전도성을 갖는 물질을 이용한다.
상기 언급한 바와 같이, 프레임(200) 상에 절연층(312), 도전층(314) 및 접착층(316)을 순차적으로 형성한 후, 접착층(316) 상에 하기의 발광소자 패키지를 부착하기 전에 프레임(200)을 구부림 공정에 의해 굴곡시키는 공정을 수행한다.
발명의 실시예는 종래의 프레임 하부에 형성하였던 브라켓 구조를 생략하는 대신 구부려진 프레임이 브라켓 기능을 함과 동시에, 굴곡면에 의해 넓어진 면적으로 인해 방열부재의 기능을 할 수 있다.
또한, 발명의 실시예는 종래의 브라켓을 생략하고 대신 소정 두께 이상의 프레임을 이용함으로써, 표시장치의 슬림효과를 가질 수 있다.
또한, 발명의 실시예는 방열 기능을 갖는 금속의 프레임을 구부림 공정에 의해 굴곡시켜 방열 부재의 표면적을 넓힘으로써, 표시장치의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5는 서로 다른 구조로 구부려진 프레임의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들은 공통적으로, 프레임(200)이 구부려진 구조에 의해 제1 방열부(212a) 및 제2 방열부(212b)를 포함한다.
도 3에 도시된 일 실시예에 따르면, 프레임(200)을 구부림 공정으로 구부려 서로 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결되는 제1 방열부(212a) 및 제2 방열부(212b)로 형성한다.
자세하게는, 제1 방열부(212a)는 바텀 커버와 평행하게 형성되고, 제2 방열부(212b)는 제1 방열부(212a)와 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결된 제1 측면(201)으로 형성된다. 이때, 프레임(200)은 절연층(312), 도전층(314) 및 접착층(316)이 제2 방열부(212b)의 제1 측면(201)에 위치하도록 구부려진다. 프레임(200)의 구부림 공정 이후, 접착층(316) 상에 발광소자 패키지를 접착시킨다.
도 4에 도시된 다른 실시예에 따르면, 프레임(200)을 구부림 공정으로 구부려 서로 수직 또는 수직에 가깍운 각도로 연결되는 제1 방열부(212a) 및 제2 방열부(212b)로 형성한다.
제1 방열부(212a)는 바텀 커버와 평행하게 형성되고, 제2 방열부(212b)는 제1 방열부(212a)와 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결된 제1 측면(201) 및 제1 측면(201)과는 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결되고, 제1 방열부(212a)의 방향과 반대방향으로 연장된 연결부(202)로 형성된다. 이때, 프레임(200)은 절연층(312), 도전층(314) 및 접착층(316)이 제2 방열부(212b)의 제1 측면(201)에 위치하도록 구부려진다. 프레임(200)의 구부림 공정 이후, 접착층(316) 상에 발광소자 패키지를 접착시킨다.
도 5 에 도시된 다른 실시예에 따르면, 프레임(200)을 구부림 공정으로 구부려 서로 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결되는 제1 방열부(212a) 및 제2 방열부(212b)로 형성한다.
제1 방열부(212a)는 바텀 커버와 평행하게 형성되고, 제2 방열부(212b)는 제1 방열부(212a)와 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결된 제1 측면(201), 제1 측면(201)과는 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결되고, 제1 방열부(212a)의 방향과 반대방향으로 연장된 연결부(202) 및 연결부(202)와 수직 또는 수직에 가까운 각도로 연결되고, 제1 측면(201)과 이격된 제2 측면(203)으로 형성된다. 이때, 프레임(200)은 절연층(312), 도전층(314) 및 접착층(316)이 제2 방열부(212b)의 제1 측면(201)에 위치하도록 구부려진다. 프레임(200)의 구부림 공정 이후, 접착층(316) 상에 발광소자 패키지를 접착시킨다.
실시예에서는 제2 방열부(212b)를 제1 측면(201), 연결부(202) 및 제2 측면(203)으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않고 프레임(200)을 복수의 구부림 공정에 의해 다른 형태로 형성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 각 실시예들은 프레임(200)의 구부림 공정 이후, 접착층(316) 상에 발광소자 패키지(320)를 접착시킬 수 있다. 구부림 공정 이후에 발광소자 패키지(320)를 접착시킴으로써, 구부림 공정에 의한 발광소자 패키지(320)의 파손을 방지할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 발광소자 패키지(320)와 방열 부재(212)의 결합 사시도를 나타낸다.
제2 방열부(212b)는 제1 방열부(212a)와 수직 또는 수직에 가까운 각도로 배치되고, "∩" 형태로써, 제1 방열부(212a)와 일체형으로 형성될 수 있다.
구체적으로 제2 방열부(212b)는 제1 방열부(212a)와 수직이 되도록 접하는 제1 측면(201), 제1 측면(201)과 이격되는 제2 측면(203), 및 제1 측면(201)과 제2 측면(203) 각각의 일단을 서로 연결하는 연결부(202)를 포함한다. 이때 제1 측면(201)과 제2 측면(203)은 서로 수평일 수 있다.
이하 길이가 상대적으로 긴 제1 방열부(212a)의 측단을 "장측단"이라 하며, 길이가 상대적으로 짧은 측단을 "단측단"이라 한다. 또한 이하 LED 패키지들(310-1 내지 310-N)이 배치되는 면을 제1 측면(201)의 "전면"이라 하고, 그 반대면을 제1 측면(201)의 "후면"이라 한다.
다수의 발광소자 패키지들(320-1 내지 320-N, N>1인 자연수)은 제1 방열부(212a)의 장측단과 수평이 되도록 제1 측면(201)의 전면에 일렬로 배치된다.
실시예에서는 발광소자 패키지(320)가 LED로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, LED 이외에 CCFL과 같은 램프로 구성되거나 또는 OLED와 같은 유기 발광소자로 구성되는 것도 가능하다.
발광소자 패키지(320)는 원하는 휘도 및 광의 균일한 분포를 위하여 표시 패널의 크기, 즉, 표시 패널의 인치(inch) 수에 따라서 그 개수가 달라질 수 있다. 발광소자 패키지(320)는 표시 패널의 인치 수의 2,5~3.5배의 개수로 배치될 수 있다.
전원이 인가되어 발광소자 패키지(320)에서 빛이 발산되는 경우, 그에 따라 파생적으로 열이 발생하고, 그러한 열은 방열 부재(212)로 전도되어 제1 측면(201), 연결부(202) 및 제2 측면(203)으로 이동하여 외부로 방열될 수 있다.
제2 방열부(212b)의 높이(A)는 발광소자 패키지(320)의 폭과 같거나 크게 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 프레임(200)을 구부림 공정에 의해 적어도 일 회 이상 구부려 굴곡된 영역들을 형성함으로써, 방열 면적을 넓힐 수 있고, 브라켓 대신 프레임을 구부려 이용함으로써, 발광소자 모듈을 초박화시킬 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명장치를 설명한다. 도 8은 실시예들에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 프레임(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 프레임(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(600)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(600)의 발광소자 패키지(650)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 바텀 커버, 20: 반사 시트,
30:도광판, 40: 광학 시트,
60: 표시 패널, 70: 상부 커버,
212: 방열부재, 312: 절연층,
314: 도전층, 316: 접착층,
320: 발광 소자.

Claims (10)

  1. 바텀 커버;
    상기 바텀 커버의 적어도 하나의 측면에 배치되는 발광소자 모듈;
    상기 바텀 커버의 바닥면에 배치되는 반사 시트;
    상기 반사 시트의 상부에 배치되고, 상기 발광소자 모듈로부터 방출된 광을 전달하는 도광판;
    상기 도광판의 상부에 배치되는 적어도 하나의 광학 시트;
    상기 광학 시트의 상부에 배치되는 상부 커버; 및
    상기 바텀 커버와 상기 상부 커버의 사이에 배치되어, 상기 바텀 커버와 상기 상부 커버를 고정하는 고정 부재를 포함하고,
    상기 발광 소자 모듈은
    제1 방열부와 상기 제1 방열부로부터 연장된 제2 방열부를 포함하는 프레임;
    상기 제2 방열부 상에 순차적으로 형성된 절연층, 도전층 및 접착층; 및
    상기 접착층 상에 형성된 발광소자 패키지를 포함하고,
    상기 제2 방열부는
    상기 제1 방열부와 수직으로 연결되는 제1 측면;
    상기 제1 측면과 수직으로 연결되고, 상기 제1 방열부와 반대방향으로 연장되는 연결부; 및
    상기 연결부와 수직으로 연결되고, 상기 제1 측면과 이격되는 제2 측면을 포함하고,
    상기 절연층, 상기 도전층, 상기 접착층 및 상기 발광소자 패키지는 상기 제2 방열부의 제1 측면의 전면에 배치되어 상기 제1 방열부의 상면과 이격되고,
    상기 절연층, 상기 도전층, 상기 접착층과의 제1 방열부의 상면과의 이격 거리는 상기 발광소자와 상기 제1 방열부의 상면과의 이격 거리보다 더 짧고,
    상기 제2 측면이 상기 제1 측면보다 수직 방향으로의 길이가 더 짧고,
    상기 고정 부재는, 상기 바텀 커버와 상기 상부 커버의 4변과 각각 마주보고 서로 분리된 제1 부분 내지 제4 부분으로 이루어지는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 프레임은 두께가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 표시장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 방열부는 상기 프레임이 구부림 가공에 의해 굴곡된 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 방열부의 높이는 상기 발광소자 패키지의 폭과 같거나 큰 표시장치.
  10. 삭제
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JP2003090993A (ja) 2001-09-19 2003-03-28 Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd 液晶表示装置用バックライト構造
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WO2011010492A1 (ja) * 2009-07-23 2011-01-27 シャープ株式会社 照明装置、及び表示装置

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