KR101920259B1 - 시트블록을 갖는 led 모듈 - Google Patents

시트블록을 갖는 led 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 시트블록을 갖는 LED 모듈은 기판, 상기 기판 상에 실장된 복수 개의 LED 베어칩들, 상기 기판 상에서 상기 LED 베어칩들 사이의 공간을 채우도록 형성되는 적어도 하나의 시트블록, 및 상기 기판 상에서 상기 시트블록의 상면 또는 상기 복수 개의 LED 베어칩의 상면에 맞닿도록 부착되며 형광체를 포함하는 적어도 하나의 색변환시트를 포함하고, 상기 하나의 색변환시트는 적어도 한 개의 LED 베어칩을 덮도록 형성되고, 상기 시트블록과 상기 LED 베어칩 사이에는 갭 영역이 형성된다.

Description

시트블록을 갖는 LED 모듈{LED MODULE HAVING SHEET BLOCK}
본 발명은 LED 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 모듈의 기판에 부착된 시트블록을 갖는 조명용 LED 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
특히, 최근의 조명용 발광장치는 발광 다이오드 칩과 형광체 몰드를 결합하여 백색광을 구현한다. 예를 들어, 청색을 발광하는 발광다이오드 칩 상부에 형광체를 배치시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻고 있다. 즉, 430nm 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색 발광 다이오드 칩과 청색광을 여기원으로 하여 황록색 및 황색광을 발생시키는 형광체의 조합으로 백색광을 구현한다.
즉, 최근까지 조명용 백색 발광장치는 고휘도의 청색 LED 베어칩에서 방출되어 충분히 높은 에너지를 갖는 광을 그 LED 베어칩의 상부에 몰딩되어 배치된 형광체 몰드가 여기하여 백색을 유도하는 방법을 이용하였다.
그런데, 형광체 몰드를 형성하기 위하여는 리플랙터를 설치하고, 리플랙터 내에 형광체 수지를 주입하여 소위 LED 패키지를 구성하는 방법을 사용하는데, 이러한 LED 패키지는 제작 공정의 복잡성에 따른 원가 상승 뿐만 아니라 형광체의 도포 시에 사용되는 에폭시 수지 혹은 실리콘 수지의 혼합 비율, 이러한 수지의 열적 불안정성, 그리고 경화시 형광체의 불규칙한 퇴적 등으로 발광 휘도가 불규칙하고 소자의 불량률이 높고, 색 재현성이 떨어지는 문제가 계속적으로 지적되는 실정이다. 또한, LED 패키지를 기판에 실장하여 조명 장치를 구현하는 경우에도 기판에 LED 패키지가 실장되지 않은 영역에 음영이 발생되어 고품질의 조명용 LED 모듈을 구현하기가 매우 어려운 실정이다.
[선행기술문헌]
경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 LED패키지(ENCAPSULANT HAVING SPHERE WITH DIFFERENT HARDNESS AND LED PACKAGE USING THE SAME) (공개특허 10-2012-0131369, 2012년12월05일)
본 발명은 전술한 종래기술을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작이 용이하고 열적 내구성 및 우수한 색재현성을 갖는 LED 모듈을 제공함에 있다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 시트블록을 갖는 LED 모듈은 기판, 상기 기판 상에 실장된 복수 개의 LED 베어칩들, 상기 기판 상에서 상기 LED 베어칩들 사이의 공간을 채우도록 형성되는 적어도 하나의 시트블록, 및 상기 기판 상에서 상기 시트블록의 상면 또는 상기 복수 개의 LED 베어칩의 상면에 맞닿도록 부착되며 형광체를 포함하는 적어도 하나의 색변환시트를 포함하고, 상기 하나의 색변환시트는 적어도 한 개의 LED 베어칩을 덮도록 형성되고, 상기 시트블록과 상기 LED 베어칩 사이에는 갭 영역이 형성된다.
이때, 상기 시트블록은 빛을 투과시키는 광투과성 물질 또는 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 색변환시트에서 상기 갭 영역에 대응하는 영역에는 상기 갭 영역으로 삽입되는 돌출부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 시트블록의 상면은 상기 LED 베어칩의 상면과 같거나 더 낮게 형성되는 영역이 존재할 수 있다.
또한, 상기 시트블록은 LED 베어칩이 발산하는 광을 색변환시트가 LED 베어칩과 대응하지 않는 영역에 전달할 수 있다.
또한, 상기 시트블록에서 상기 LED 베어칩과 마주보는 면에는 불규칙한 표면 조도를 갖는 광산란면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 하나의 색변환시트는 적어도 두 개의 LED 베어칩을 덮도록 형성될 수 있다.
본 발명은 색변환시트를 구비하여 LED 패키지 제조 공정을 갖지 않으므로 보다 용이하게 LED 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 형광체 몰드 대신에 색변환시트를 구비하므로 열에 의하여 형광체 몰드가 열화되는 것을 방지하여 우수하게 백색을 재현할 수 있다.
또한, 시트블록에 따라 LED 베어칩이 설치되지 않은 영역을 평탄화하므로 음영 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 시트블록에 따라 광을 LED 베어칩이 설치되지 않은 영역까지 전달하여 방출토록 하므로 음영 발생을 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 시트블록과 LED 베어칩 사이의 이격된 영역에 완충 공간이 형성되므로 완충공간으로 방사된 빛이 측방향으로 퍼져서 도트 보임 효과를 효율적으로 감소시켜 결국 음영 발생을 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 시트블록이 LED 베어칩에서 형성된 열을 보다 효율적으로 방출하여 LED 베어칩 및 색변환시트의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 평면도이다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 모듈을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 평면도이고, 도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 LED 모듈(100)은 기판(21), LED 베어칩(25), 시트블록(22), 및 색변환시트(10)를 포함하여 이루어진다.
기판(21)은 LED 베어칩(25)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 이러한 기판(21)으로는 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(lowtemperature co-fired ceramic) 등을 들 수 있다.
기판(21)은 직선형, 원형 또는 다각형상의 판으로 이루어질 수 있으며, 기판(21)에는 LED 베어칩(25)에 전원을 공급하기 위한 제1와이어(23)와 제2와이어(24)가 설치될 수 있다. 본 제1실시예에 따른 LED 모듈(101)은 솔더링부(27)를 통해서 LED 베어칩(25)과 기판(21)이 전기적으로 연결되며 별도의 본딩 와이어를 갖지 않는다. 솔더링부(27)는 LED 베어칩(25)과 기판(21)을 전기적으로 연결하는데, 특히 LED 베어칩(25)에 형성된 단자(26)를 기판(21)에 전기적으로 연결한다. 솔더링부(27)는 표면실장 방식(SMT; Surface Mount Technology)으로 형성될 수 있다.
LED 베어칩(25)은 청색 발광 LED 칩으로서, 430nm 내지 480nm의 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어질 수 있다. 다만, LED 베어칩(25)은 다른 컬러광을 출사하는 LED 베어칩이 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위가 특정 LED 베어칩으로 제한되는 것은 아님은 물론이다. 한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 모듈은 LED 베어칩이 복수 개로 이루어진다. 본 실시예에 따른 LED 모듈은 LED 모듈 구조에만 가능한 LED 베어칩(25), 시트블록(22) 및 색변환시트(10)의 유기적 연결관계에 대한 구조이기 때문이다. 나아가, 뒤에서 더욱 상세하게 설명하지만 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 모듈은 종래의 LED 베어칩에 리플렉터를 설치하고 그 사이에 형광몰딩층을 형성한 LED 패키지가 복수로 구비된 LED 패키지 구조가 아니라, LED 베어칩과 그 주위에 배치된 시트블록(22)과 상부의 색변환시트(10)에 따라 음영을 제거한 최고품질의 LED 조명 모듈에 대한 것이다.
시트블록(22)은 LED 베어칩들(25) 사이의 공간을 채우도록 형성된다. 이때, 시트블록(22)은 일체로 형성되거나 복수개로 형성되어 LED 베어칩들 간의 공간을 충진하는 방법으로 각각 부착될 수 있다. 시트블록(22)은 후술할 색변환시트(10)와의 견고한 접착을 위해 탄성을 갖는 필름 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 시트블록(22)은 빛을 투과시키는 광투과성 물질로 이루어지며, 시트블록(22)이 기판과 맞닿는 면은 빛을 반사시키는 흰색 또는 은색 물질이 추가로 도포되어 이루어질 수 있다. 또한, 시트블록(22)은 투명한 접착 성분인 UV 경화성 수지, 열경화성 수지 및 실란트 중 적어도 하나로 이루어질 수도 있다. 그러나, 어느 하나의 물질에 한정되지 않음은 물론이다. 이에 시트블록(22)은 LED 베어칩(25)이 발산하는 광을 색변환시트(10)가 LED 베어칩과 대응하지 않는 영역에 까지 전달하는 역할을 수행한다.
한편, 시트블록(22)은 액상의 수지를 LED 베어칩들(25) 사이로 주입하여 형성할 수도 있다. 이때, 시트블록(22)은 에폭시계 수지로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드계 수지로 이루어질 수도 있다.
시트블록(22)은 LED 베어칩(25)의 측면을 감싸거나 LED 베어칩(25)의 상면과 맞닿도록 형성될 수 있다. 이때, 시트블록(22)은 LED 베어칩(25)과 이격되어 부착되므로 시트블록과 상기 LED 베어칩 사이에는 갭 영역(28)이 형성된다. 이때, 갭 영역(28)을 구성하는 시트블록의 일면에는 광산란면(31)이 형성된다. 광산란면(31)은 불규칙한 표면 조도의 거칠기가 형성된다. 이에 따라, 시트블록(31)에 전달되는 광은 산란되어 전달되게 되므로 추후 색변환시트(10)에서 여기되어 방출되는 광(LED 베어칩과 대응되지 않는 부위에서 방출되는 광)의 연색성이 더욱 향상되도록 한다.
또한, 시트블록에 의해 당초 LED 베어칩이 상부로 출사한 광이 반사되어 측면으로 전달되어 도달되는 광과, 당초 LED 베어칩이 측면으로 출사한 광이 모두 LED 베어칩 사이의 영역에 도달되고, 이때 주위의 LED 베어칩에서 동시에 상기 사이의 영역에 도달되므로 LED 베어칩 상부로 출사되는 광과 유사한 광속을 구현하게 된다. 이에 따라, 연색성이 향상되고, 나아가 LED 조명의 고질적 문제인 도트보임 현상 또는 조명의 음영 발생 현상을 현저하게 저감할 수 있다.
또한, 시트블록(22)은 색변환시트(10)가 부착되는 면을 평탄화하여 색변환시트(10)가 기판(21) 상에 안정적으로 설치될 수 있도록 할 뿐만 아니라 LED 베어칩(25) 및 기판(21)에서 발생하는 열을 신속하게 방출시키는 역할을 한다.
색변환시트(10)는 복수개의 LED 베어칩(25)을 덮도록 LED 베어칩(25)의 상면 또는 시트블록(22)의 상면에 부착된다. 기판(21)에는 하나의 색변환시트(10)가 기판(21)에 설치된 모든 LED 베어칩(25)을 덮도록 설치될 수 있다. 이때 색변환시트(10)는 일체(unibody)로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 하나의 기판(21)에 복수의 색변환시트(10)가 설치될 수도 있다. 다만 이 경우에도 색변환시트(10)는 복수개의 LED 베어칩(25)을 덮도록 설치될 수 있고, 적어도 두개의 LED 베어칩(25)을 덮도록 형성될 수 있다.
색변환시트(10)는 LED 베어칩(25)으로부터 출사된 청색광에 의해 여기되어 방출되는 파장이 R 또는 G계열이 되도록 하는 형광체를 주성분으로 하여 제조될 수 있다. 여기서, 본 실시예는 LED 베어칩(25)이 청색광을 출력하는 경우, 백색광을 만들기 위한 색변환시트(10)를 구성하는 경우에 해당하지만, LED 베어칩(25)이 녹색광 또는 적색광을 출력하는 경우 형광체는 백색광을 만들기 위해 다른 형광체가 사용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 모듈(101)에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였으며, 동일한 구성의 동일한 작용은 그 설명을 생략한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 LED 모듈은 색변환시트(10)를 LED 베어칩(25) 방향으로 기판에 압착하므로 갭 영역(28)에 돌출부(11)가 형성된다. 이때, 이러한 압착에 의해 시트블록(22)의 상면은 LED 베어칩(25)의 상면과 같거나 더 낮게 형성되는 영역이 존재하게 된다. 다시 말해, LED 베어칩과 대응하는 영역은 상대적으로 상부로 돌출되고, 대응하지 않는 영역은 상대적으로 하부로 향하는 오목 볼록한 패턴이 교대로 나타나도록 형성될 수 있다. 이러한, 돌출부(11)가 형성되면 색변환시트(10)가 보다 안정적으로 부착될 수 있으며, 복수 개의 LED 베어칩(25)이 하나의 색변환시트(10)에 의하여 백색광을 출사할 수 있다. 또한, LED 베어칩의 측면에서 출사된 광은 돌출부(11)에 의해 반사되어 시트블록(22)으로 보다 쉽게 전달된다. 따라서, 전술한 음영 발생이 더욱 방지되는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 101: LED 모듈
10: 색변환시트
11: 돌출부
22: 시트블록
23: 제1와이어
24: 제2와이어
25: LED 베어칩
26: 단자
27: 솔더링부
28: 갭 영역
31: 광산란면

Claims (7)

  1. LED 모듈에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 실장된 복수 개의 LED 베어칩들;
    상기 기판 상에서 상기 LED 베어칩들 사이의 공간을 채우도록 형성되는 적어도 하나의 시트블록; 및
    상기 기판 상에서 상기 시트블록의 상면 또는 상기 복수 개의 LED 베어칩의 상면에 맞닿도록 압착 부착되며 형광체를 포함하는 적어도 하나의 색변환시트;를 포함하고,
    하나의 색변환시트는 적어도 한 개의 LED 베어칩을 덮도록 형성되고,
    상기 시트블록과 상기 LED 베어칩 사이에는 시트블록이 없는 갭 영역이 형성되고, 상기 색변환시트에서 상기 갭 영역에 대응하는 영역에는 색변환시트의 압착에 의해 상기 갭 영역으로 삽입되는 돌출부가 형성되고,
    상기 시트블록의 상면은 상기 LED 베어칩의 상면보다 더 낮게 형성되는 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 시트블록을 갖는 LED 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시트블록은 빛을 투과시키는 광투과성 물질 또는 접착력을 가진 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트블록을 갖는 LED 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트블록은 LED 베어칩이 발산하는 광을 색변환시트가 LED 베어칩과 대응하지 않는 영역에 전달하는 것을 특징으로 하는 시트블록을 갖는 LED 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시트블록에서 상기 LED 베어칩과 마주보는 면에는 불규칙한 표면 조도를 갖는 광산란면이 형성된 것을 특징으로 하는 시트블록을 갖는 LED 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 색변환시트는 적어도 두 개의 LED 베어칩을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시트블록을 갖는 LED 모듈.
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JP2009134965A (ja) * 2007-11-29 2009-06-18 Stanley Electric Co Ltd 照明装置及び照明装置の製造方法
JP2013219398A (ja) * 2013-07-26 2013-10-24 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光装置
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