KR102297058B1 - 복수의 led 패키지 어레이를 포함하는 led 조명 기구의 배선 구조 - Google Patents

복수의 led 패키지 어레이를 포함하는 led 조명 기구의 배선 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 어레이를 구성하는 LED 패키지들 중의 어느 하나의 LED 패키지의 불량이 발생하는 경우에도 불량 LED 패키지를 제외한 다른 패키지들이 정상 동작되도록 하기 위한 LED 조명 기구의 배선 구조에 관한 것으로서, 복수의 LED 패키지가 서로 직렬로 연결되는 LED 패키지 어레이를 포함하며, 상기 LED 패키지 어레이가 복수로 병렬 배열되어 있는 LED 조명 기구의 배선 구조에 있어서, 인쇄회로기판 상에 인쇄되며, 복수의 LED 패키지를 서로 직렬로 연결하는 전원 라인과 접지 라인 및 LED 패키지 어레이에서 LED 패키지의 전원 라인과 접지 라인을 인접하는 LED 패키지 어레이의 LED 패키지의 전원 라인 및 접지 라인과 각각 연결하도록 상기 인쇄회로기판 상에 인쇄되는 전원 라인 연결 라인 및 접지 라인 연결 라인을 포함하되, 상기 전원 라인 연결 라인 및 접지 라인 연결 라인은 상기 전원 라인 및 상기 접지 라인 상에 도포된 절연층 위에 인쇄되는 것을 특징으로 한다

Description

복수의 LED 패키지 어레이를 포함하는 LED 조명 기구의 배선 구조{Wiring structure for LED lighting fixture including a plurality of LED package arrays}
본 발명은 복수의 LED 패키지 어레이를 포함하는 조명 기구의 배선 구조에 관한 것으로, 구체적으로 LED 패키지 어레이를 구성하는 LED 패키지들 중 어느 하나에서 불량이 발생될 때, 해당 불량 LED 패키지를 제외한 다른 LED 패키지들이 정상 동작하도록 하여 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 LED 조명 기구의 배선 구조에 관한 것이다.
일반적으로, LED는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이러한 것들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자 소자이다.
이러한 LED는 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 최근에는 수명이 반영구적이고 유해물질이 없다는 점에서 형광램프를 대체하는 조명 기구로 각광받고 있다.
통상적으로 단일의 LED 패키지는 리드 프레임 상에 LED 칩을 예를 들어 Ag로 접착하고 반도체 칩의 N패드와 P패드를 와이어 본딩한 후에 에폭시 몰딩하여 패키지화한다. 또한 LCD 백라이트 등에 사용되는 LED 어레이 유닛은 위와 같이 구성된 복수의 단일 LED 패키지를 인쇄회로기판에 어레이 형태로 설치한다.
또한 최근에는 LED를 기존의 단순 발광 표시에 사용하는 것에 더하여, 적외선 방사기, 적외선 투광기 및 적외선 조명기 등과 같은 조명분야에 사용하는 것에 대한 관심이 늘어나는 추세이다.
조명용으로 사용하는 경우, 발광의 질적 향상뿐만 아니라, 수십 와트 정도의 광 출력이 요구된다. 이러한 고출력의 광원을 얻기 위해서는 복수의 LED를 이용하게 되며, 이때 사용 전압 및 필요한 광량에 따라 LED들을 적절하게 연결할 필요가 있다.
LED를 이용한 조명은 전기 회로를 형성하는 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 전원 공급부로부터 연장되며 인쇄회로기판 상에 인쇄된 전원 공급 라인과, 전원 공급 라인과 분리되는 접지부와 연결되도록 인쇄회로기판 상에 인쇄된 접지 라인(GND)과, 전원 공급 라인 상에서 직렬로 장착되는 복수의 LED 패키지를 포함한다. LED 패키지 중 마지막 LED 패키지의 캐소드는 접지 라인에 연결되어서 전원 공급 라인과 접지 라인이 접속되는 회로가 형성된다.
이를 위해, 복수 또는 하나의 칩들로 하나의 패키지를 구성하고, 상기 패키지들을 연결하여 LED 패키지 어레이를 형성할 수 있으며, 종래기술에서의 LED 패키지 어레이의 구성은 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 LED 조명 기구에서 사용되는 종래 LED 패키지의 배선 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED 패키지(P)에서, 내부에 3개의 칩이 직렬 연결된 LED(LED 1, LED 2, LED 3)들이 서로 병렬로 연결되며, 각각의 LED(LED 1, LED 2, LED 3)로의 전류를 제한하기 위한 저항(R1, R2, R3)이 각각의 LED(LED 1, LED 2, LED 3)에 직렬로 연결되어 있다.
이와 같은 구성의 LED 패키지(P)는 LED(LED 1, LED 2, LED 3) 각각에 저항(R1, R2, R3)이 각각 제공되기 때문에, LED(LED 1, LED 2, LED 3)로의 전류 공급이 안정되어서, LED(LED 1, LED 2, LED 3)가 균일한 광도로 발광할 수 있다.
도 2는 도 1에서와 같이 LED 패키지(P) 내부에 3개의 칩이 직렬 연결된 LED(LED 1, LED 2, LED 3)들은 서로 병렬로 연결되지만, LED(LED 1, LED 2, LED 3)로의 전류를 제한하기 위하여 단지 1개의 저항(R1)만이 LED(LED 1, LED 2, LED 3)에 직렬로 연결된다는 점에서 도 1의 구성과 다르다.
도 3에서의 LED 패키지(P)에서, 3개의 칩이 직렬 연결된 LED(LED 1, LED 2, LED 3)들이 서로 직렬로 연결되고, 또한 LED(LED 1, LED 2, LED 3)로의 전류를 제한하기 위하여 하나의 저항(R1)이 LED(LED 1, LED 2, LED 3)와 직렬로 연결된다.
도 2 및 도 3과 같이 구성된 LED 패키지(P)는 LED(LED 1, LED 2, LED 3)로의 전류를 제한하기 위하여 1개의 저항(R1)만을 사용하기 때문에, LED 패키지의 회로 및 배선이 간단하게 되는 이점을 가진다. 그러나 LED(LED 1, LED 2, LED 3)로 인가되는 모든 전류가 저항(R1)를 통해 흘러야만 하므로, LED(LED 1, LED 2, LED 3)로 인가되는 공급 전류가 불안정하게 된다.
아울러 도 2 및 도 3의 구성은 LED의 수가 증가할 때마다 이미 연결된 LED의 밝기에 영향을 주기 때문에, 필요한 휘도를 얻기 위해서는 대용량의 저항을 사용하여야 한다. 그러므로 도 2 및 도 3과 같은 구성의 LED 패키지는 적은 수의 LED를 사용할 때 적합하다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 LED 패키지로 이루어진 LED 조명 기구의 개략 회로도이다. 복수의 LED 패키지(P..Pn)는 인쇄회로기판(도시되지 않음) 상에 직렬로 연결되며, 이러한 LED 패키지(P..Pn)들은 각각 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND) 상에 배열된다. 상기된 바와 같이, 전원 라인(VCC)은 저항에 연결되고, 저항을 통해 각각의 LED에 전력을 공급한다.
그러나 이와 같은 배선의 구조를 가지는 LED 패키지 조명 기구는 LED 패키지들 중의 하나의 LED 패키지에서 고장이 발생하면, 해당 불량 LED 패키지로 인하여 그 뒤에 연결된 나머지 LED 패키지로의 전원 공급이 차단되기 때문에, 이러한 불량 LED 패키지가 속하는 어레이가 동작하지 않는다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 어레이를 구성하는 LED 패키지들 중 어느 하나의 LED 패키지에서 불량이 발생하는 경우, 불량 LED 패키지를 제외한 다른 LED 패키지들이 정상 동작되어, 조명 기구의 신뢰성을 높일 수 있는 LED 조명 기구의 배선 구조를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 복수의 LED 패키지가 직렬로 연결되는 LED 패키지 어레이를 포함하며, 상기 LED 패키지 어레이가 복수로 병렬 배열되어 있는 LED 조명 기구의 배선 구조에 있어서, 인쇄회로기판 상에 인쇄되며, 복수의 LED 패키지를 직렬로 연결하는 전원 라인과 접지 라인을 포함하고, 아울러 어느 하나의 LED 패키지 어레이에 배열된 복수의 LED 패키지에서 LED 패키지 사이에 위치하는 전원 라인과 접지 라인을, 인접하는 LED 패키지 어레이에 배열된 복수의 LED 패키지에서 LED 패키지 사이에 위치하는 전원 라인 및 접지 라인과 각각 연결하도록, 상기 인쇄회로기판 상에 인쇄되는 전원 라인 연결 라인 및 접지 라인 연결 라인을 포함하되, 상기 전원 라인 연결 라인과 접지 라인 연결 라인 및 상기 전원 라인과 접지 라인 사이에는 절연층이 형성되며, 상기 절연층은 에폭시 화합물, 경화제, 실리카 및 폴리아미드를 포함하는 LED 조명 기구의 배선 구조를 제공한다.
아울러 본 발명은 절연층의 두께가 50~200㎛ 이고, 바람직하게 100 ㎛이다.
본 발명은 각각의 LED 패키지 어레이에 제공되는 각각의 LED 패키지가 전원 라인 연결 라인 및 접지 라인 연결 라인에 의해 상시 전기가 공급되는 상태이기 때문에, 하나의 LED 패키지가 불량인 경우에도, 불량 LED 패키지의 어레이의 다른 LED 패키지는 정상적으로 동작되어, 조명 기구의 신뢰성이 향상될 수 있다.
그 이외에 본 발명은 절연층을 100 ㎛ 두께로 하고, 에폭시 화합물, 경화제, 실리카 및 폴리이미드 등을 포함함으로써 절연 성능을 향상할 수 있다.
다만 본 발명의 효과는 이런 문언적 기재에만 한정되지 않고, 통상의 기술자가 본 발명을 통해 유추할 수 있는 것까지 모두 포함한다.
도 1 내지 도 3은 종래 LED 조명 기구에서 사용되는 LED 패키지의 배선 회로도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 LED 패키지로 이루어진 통상적인 LED 조명 기구의 개략 회로도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 LED 패키지로 이루어진 LED 조명 기구에 대한 일 실시예의 회로도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 LED 패키지로 이루어진 LED 조명 기구에 대한 다른 실시예의 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전원 라인, 접지 라인, 절연층, 전원 라인 연결 라인, 접지 라인 연결 라인이 적층되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 이런 실시예들은 통상의 기술자에게 본 발명을 쉽게 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 이런 실시예들에 한정되지는 않는다.　본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용되었으며, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 구성 등이 존재한다는 것을 의미하고, “연결”은 전기적으로 연결되는 것을 의미한다.
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 LED 패키지로 이루어진 LED 조명 기구의 개략 회로도이다.
각각의 LED 패키지 어레이(#1..#n)는 1개 이상의 칩을 포함하는 복수의 LED 패키지(P1..Pn)가 서로 직렬로 연결되어 구성된다. 각각의 LED 패키지 어레이(#1..#n)는 서로 병렬로 연결되며, 이러한 LED 패키지(P..Pn)들은 각각의 LED 패키지 어레이(#1..#n)에서 각각 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND) 상에 배열된다.
그리고 LED 패키지 어레이(#1)에서 LED 패키지(P1)과 LED 패키지(P2)를 직렬 연결하며 그 사이에 위치하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은, 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)에 의해 LED 패키지 어레이(#2)에서 LED 패키지(P1)과 LED 패키지(P2)를 직렬 연결하며 그 사이에 위치하는 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND)과 각각 연결된다. 또한 LED 패키지 어레이(#2)에서 LED 패키지(P1)과 LED 패키지(P2)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)도, 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)에 의해 LED 패키지 어레이(#3)에서 LED 패키지(P1)과 LED 패키지(P2)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND)과 각각 연결되며, 이런 연결은 LED 패키지 어레이(#n)까지 계속된다.
아울러 LED 패키지 어레이(#1)에서 LED 패키지(P2)과 LED 패키지(P3)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은 LED 패키지 어레이(#2)에서 LED 패키지(P2)과 LED 패키지(P3)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)과 각각 연결되며, 이런 연결 역시 LED 패키지 어레이(#n)까지 계속된다. 마찬가지로 LED 패키지 어레이(#1)에서 LED 패키지(P3)과 LED 패키지(P4)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은 LED 패키지 어레이(#2)에서 LED 패키지(P3)과 LED 패키지(P4)를 직렬 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)과 각각 연결되며, 이런 연결은 LED 패키지(Pn-1)과 LED 패키지(Pn)까지 및 LED 패키지 어레이(#n)까지 계속된다.
그리고 예를 들어, LED 패키지 어레이(#2)의 LED 패키지(P3)가 고장난 경우, 종래에는 LED 패키지(P3)이후의 LED 패키지(P4..Pn)는 전원이 투입되지 않았는데, 본 발명은 어레이(#2)가 어레이(#1, #3)와 병렬 연결되어 있어서, LED 패키지(P3)이후의 LED 패키지(P4..Pn)에 전원이 투입되어 작동을 하게 된다..
도 5a는 LED 패키지 어레이(#1..#n)을 모두 연결한 것인데, 도 5b와 같이 2개의 LED 패키지 어레이들(#1, #2), (#3, #4), (#n-1,#n)끼리만 연결을 하여도 되며, 전체 구조를 단순화할 수 있는 점에서 장점이 있다.
한편 이들을 제작하는 방법에 대하여 설명하면, LED 패키지 어레이(#1..#n)의 각각의 LED 패키지(P1..Pn)의 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은 인쇄회로기판(2, 도 6 참조) 상에 인쇄된다. LED 조명 기구에서 사용되는 인쇄회로기판(2)은 통상적으로 LED 방열용 연성 PCB 기판이며, 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은 동박층으로서 인쇄회로기판(2) 상에 인쇄에 의해 적층된다.
그리고 LED 패키지 어레이(#1..#n)의 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)은 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)에 의해 인접하는 LED 패키지 어레이(#1..#n)의 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)에 각각 연결된다.
전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)은 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND)과 마찬가지로 동박층으로서 형성된다. 그리고 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)은 접지 라인(GND) 및 전원 라인(VCC)을 연결함에 있어서 교차하는 과정이 발생하게 되는데, 절연을 행하기 위하여 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)은 도 6에 도시된 바와 같이 접지 라인(GND) 및 전원 라인(VCC) 상에 도포되어 있는 절연층(1) 위에 인쇄된다. 즉 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)을 인쇄하고, 그 위에 절연층(1)을 인쇄한 후, 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)이 형성되는 것이다.
한편 절연층(1)은 에폭시 화합물, 경화제, 실리카 및 폴리이미드 등을 포함하여, 절연 및 밀착성이 향상되고 박리가 일어나지 않도록 한다. 에폭시 화합물은 적어도 1개의 에폭시기를 갖는 유기 화합물이며, 비페닐 골격을 갖고, 비페닐형 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 에폭시 수지가 비페닐 골격을 가짐으로써, 절연층의 접착 강도가 보다 한층 높아지게 된다.
경화제는 활성 에스테르 화합물 및 디시안디아미드을 들 수 있으며, 에폭시 화합물의 에폭시기와 반응 가능한 관능기를 갖도록 하여야 한다. 에폭시 화합물과 경화제의 함유량비는 에폭시 화합물이 경화되도록 적절히 선택된다.
폴리이미드는 내열성 및 밀착성을 더욱 향상시키기 위한 것으로서, 테트라카르복실산 무수물 및 다이머산 디아민의 반응물이다. 테트라카르복실산 무수물 및 다이머산 디아민의 반응물은 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다. 폴리이미드의 말단 등의 구조는 특별히 한정되지 않지만, 에폭시기와 반응 가능한 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 폴리이미드가 이런 관능기를 가짐으로써 내열성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 상기 절연층(1)은 무기 충전재로서, 실리카를 포함한다. 실리카 사용으로 경화물의 열에 의한 치수 변화가 보다 작아지고, 절연층 표면의 표면 조도를 작게 하고, 접착 강도를 보다 한층 높게 할 수 있다.
그 이외에 상기 절연층(1)은 경화 촉진제를 포함할 수 있다. 경화 촉진제의 사용으로 경화 속도가 보다 빨라지고, 미반응된 관능기 수가 줄어들고, 가교 밀도가 높아지게 된다. 경화 촉진제로서는 이미다졸 화합물, 인 화합물, 아민 화합물 및 유기 금속 화합물 등이 사용될 수 있다.
이런 절연층의 두께는 회로를 형성하는 층의 두께 이상으로서, 50㎛ 이상 200㎛ 이하가 적절하며, 100㎛이 바람직하다.
본 발명은 위에서 설명한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용 범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1: 절연층 2 : 인쇄회로기판
P1..Pn : LED 패키지 #1..#N: LED 패키지 어레이
L1: 전원 라인 연결 라인 L2 : 접지 라인 연결 라인
VCC : 전원 라인 GND : 접지 라인

Claims (2)

  1. 복수의 LED 패키지(P1..Pn)가 직렬로 연결되는 LED 패키지 어레이(#1..#N)를 포함하며, 상기 LED 패키지 어레이(#1..#N)가 복수로 병렬 배열되어 있는 LED 조명 기구의 배선 구조에 있어서,
    인쇄회로기판 상에 인쇄되며, 복수의 LED 패키지(P1..Pn)를 직렬로 연결하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND) 및,
    어느 하나의 LED 패키지 어레이에 배열된 복수의 LED 패키지(P1..Pn)에서 LED 패키지(P1..Pn) 사이에 위치하는 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND)을, 인접하는 LED 패키지 어레이에서 LED 패키지(P1..Pn) 사이에 위치하는 전원 라인(VCC) 및 접지 라인(GND)과 각각 연결하도록, 상기 인쇄회로기판 상에 인쇄되는 전원 라인 연결 라인(L1) 및 접지 라인 연결 라인(L2)을 포함하되,
    상기 전원 라인 연결 라인(L1)과 접지 라인 연결 라인(L2) 및 상기 전원 라인(VCC)과 접지 라인(GND) 사이에는 절연층(1)이 형성되며, 상기 절연층은 비페닐형 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 화합물, 경화제, 실리카 및 폴리아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구의 배선 구조.
  2. 삭제
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