KR20070089167A - 조명기 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판(12), 기판의 일면에 도포된 구조적 도전층(16) 및 구조적 도전층에 접속된 하나 이상의 발광 다이오드(LED) 칩(18, 26)을 포함하는 조명기(10)에 관한 것이다. 이러한 조명기는 구조적 도전층의 상부에 도포되며, 적어도 상기 하나 이상의 LED 칩의 주변에서 본질적으로 연속적인 연장부를 갖는 비구조적 반사층(24)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 비구조적 반사층으로 인해, 조명기의 광 효율이 개선될 수 있다. 또한 본 발명은 이러한 조명기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
조명기, 구조적 도전층, 비구조적 반사층, LED

Description

조명기 및 이를 제조하는 방법{ILLUMINATOR AND METHOD FOR PRODUCING SUCH ILLUMINATOR}
본 발명은 기판, 기판의 일면에 도포된 구조적(structured) 도전층, 및 구조적 도전층에 연결된 하나 이상의 광원을 포함하는 조명기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 조명기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs)에 기초한 조명기들, 특히 멀티칩 LED 모듈들이 현재 개발되고 있다. 그러나, LED 관련 문제점은 LED 칩으로부터 방출된 광이 비지향적이고 불균일하다는 것이며, 이는 LED 모듈의 광 효율에 악영향을 미친다.
이러한 문제점은 예를 들어 미국 특허 출원 2004/0080939호에 언급되어 있는데, 여기에서는 기판 상에 설치된 LED와 같은 광원 및 이러한 광원을 덮고 있는 렌즈를 포함하는 조명기를 개시한다. 이러한 기판은 도전성 및 반사성 재료의 패드들을 포함하는데, 패드들은 광원에 전기적으로 접속된다. 반사성 패드들은 기판의 일반 평면에서 LED에 의해 방출된 광을 위로 그리고 렌즈 외부로 반사시키는 역할을 함으로써, 조명기의 광 효율을 개선한다.
그러나, US2004/0080939호에 제시된 해결책이 광 효율을 다소 개선시킨다 하더라도, LED로부터의 광은 예를 들어 기판, 및 패드들간의 경계에 의해 여전히 흡 수된다. 따라서, 개선된 광 효율을 갖는 LED 기반 조명기에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 개선된 광 효율을 갖는 조명기를 제공하는 것이다.
이하의 설명에서 명백해질 이러한 목적 및 다른 목적은 첨부된 청구범위에 따른, 조명기와 이에 대응하는 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판, 기판의 일면에 도포된 구조적 도전층, 구조적 도전층에 접속된 하나 이상의 광원, 및 상기 구조적 도전층의 상부(top)에 도포된 비구조적(unstructured) 반사층을 포함하는 조명기가 제공되는데, 비구조적 반사층은 적어도 하나 이상의 광원의 주변에서 본질적으로 연속적인 연장부를 갖는다.
도전층은 복수의 별개의 도전성 트랙들로 구조화되며, 반사층은 비구조화된다. 즉, 반사층은 보다 작은 별개의 부분으로 분할되지 않는다. 또한, 비구조화라는 용어는, 반사층이 반사에 매우 적합화된 표면 구성을 가진다는 것을 의미하며, 즉 (구조층에 대해) 임의의 광의 흡수를 발생시키는 어떠한 불규칙한 부분도 존재하지 않는다는 것을 의미하는데, 그렇지 않다면 이러한 흡수는 반사 효율에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명은 구조적 도전층 위에 비구조적 반사층을 제공함으로써, 광원(들)에 의해 생성된 광을 기판으로부터 멀리 반사시키는 우수한 반사 특성을 갖는 넓은 영역이 획득될 수 있다는 이해에 기초하며, 이는 조명기의 광 효율을 향상시킨다.
반사층이 비구조화된다고 하더라도, 그 반사층은 하나 또는 그 이상의 광원을 수용하기 위한 접촉 홀들을 물론 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 본 발명에 의해 제공되는 이점은 광원(들)에 의해 생성된 광을 기판으로부터 멀리 반사시키는 최대 반사 영역이 획득될 수 있다는 것이며, 이는 차례로 조명기의 광 효율을 최대화시키는 것을 돕는다.
본 발명의 일 실시예에서, 비구조적 반사층은 본질적으로 기판의 전체 표면을 커버한다. 원칙적으로, 반사층은, 광원(들)의 전기적 커넥터들이 도전층과 전기적 접촉을 이루는 장소를 제외하고는 전체 기판을 커버할 수 있다.
비구조적 반사층은 임의의 적절한 반사 재료일 수 있다. 또한, 비구조적 반사층은 도전성 또는 비도전성일 수 있다. 전자의 경우에, 반사층은 모두 우수한 반사 특성을 나타내는 Ag, Al, Ni 및 Cr 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 후자의 경우에, 유리층이 이용될 수 있다.
또한, 도전성 비구조적 반사층이 사용된 경우에, 조명기는 비구조적 반사층과 구조적 도전층 사이에 도포된 절연층을 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 중간 절연층으로 인해, 비구조적 반사층과 구조적 도전층 사이의 단락에 대한 어떠한 위험도 제거된다. 절연층은 광원(들)과 구조적 도전층 사이를 접속가능하게 하는 접촉 홀들을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 광원은 플립 칩 설치된다. 다르게는, 광원은 예를 들어 와이어 본딩될(wire bonded) 수 있다. 바람직하게는, 광원은 LED 칩이다. 따라서, 본 발명에 따른 조명기는 단일 기판 상에 설치된 복수의 플립 칩 LED 및/또는 와이어 본딩된 LED들을 포함할 수 있다(즉, 멀티칩 LED 모듈/조명기).
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판을 제공하는 단계, 기판의 일면 상에 구조적 도전층을 도포하는 단계, 하나 이상의 광원을 구조적 도전층에 접속하게 위치시키는 단계, 및 비구조적 반사층을 구조적 도전층의 상부 상에 도포하는 단계를 포함하는 조명기를 제조하는 방법이 제공되는데, 비구조적 반사층은 적어도, 하나 이상의 광원의 주변에서 본질적으로 연속적인 연장부를 갖는다. 이러한 방법은 전술한 본 발명의 양태에서 달성된 것과 유사한 이점을 제공한다. 또한, 이러한 제 2 양태에 따른 방법의 단계의 순서가 상기 설명한 순서에 한정되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 비구조적 반사층이 광원(들)을 설치하는 단계 전에 도포될 수도 있다.
본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 곧 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 플립 칩 설치된 LED를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기의 개략 측면도이다.
도 2는 와이어 본딩된 LED 칩을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명기의 개략 측면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 조명기를 제조하는 방법의 단계를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명기(10)를 도시한다. 조명기(10)는 예를 들어 실리콘 기판인 기판(12), 기판(12)의 상부면 상에 도포된 유전층(14), 및 유전층(14)의 상부 상에 도포된 구조적 도전층(16)을 포함한다. 구조적 도전층(16)은 기판 표면의 일부를 커버하고, 접촉 패드들(19)을 갖는 LED 칩(18)이 설치된 도전성 트랙들을 구성한다. 따라서, 구조적 도전층(16)에 의해, LED 칩(18)이 임의의 외부 전기 회로에 전기적으로 접속될 수 있다. 도 1에서의 LED 칩(18)은 플립 칩 방식으로 설치되며, 도전층(16)은 Cu를 포함하는 것이 바람직하다.
LED 칩(18)을 갖는 기판(12)은 예를 들어, 광학 렌즈 또는 시준기(collimator)인 광학 부재(미도시)에 의해 커버되는 것이 바람직하다. 또한, 기판(12)의 바닥면은 열 분산이 가능하도록 열 흡수 장치(heat sink)(미도시)에 납땜되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기판(12) 및 도전층(16)을 커버하는 절연층(20)이 추가적으로 제공된다. 절연층(20)은 예를 들어 유기 PI 또는 BCB층일 수 있다. 절연층에는 LED 칩(18)과 구조적 도전층(16)의 트랙들 사이의 접속을 가능하게 하는 접촉 홀들(22)이 제공된다.
또한, 절연층(20)의 상부 상에는 별개의 비구조적 반사층(24)이 제공된다. 반사층(24)은 Al 또는 Ag를 포함하는 것이 바람직한데, 이들 모두는 우수한 반사 특성을 나타낸다. 이러한 반사층(24)은 LED(18)를 둘러싸는 기판 영역을 커버하며, 도전층(16)의 연장부에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 본질적으로, 임의의 LED 칩에 의해 점유되지 않는 기판의 전체 영역이 비구조적 반사층(24)에 의해 커 버되어, 가능한 가장 넓은 반사 영역이 획득된다.
조명기(10)를 동작시킬 시에, 반사층(24)은 LED(18)에 의해 생성된 광을 기판으로부터 멀리, 그리고 기판 및 칩을 커버하는 임의의 렌즈 밖으로 반사시키는 역할을 한다. 반사층(24)의 비구조적인 특성으로 인해, 기판(12) 또는 구조적 도전층(16)과 같은 불규칙적인 것에 의한 임의의 광의 흡수가 방지된다. 이는 조명기(10)의 광 효율이 개선되는 것으로 귀결된다. 절연층(20)으로 인해, 별개의 반사층(24)과 도전층(16) 사이에 단락이 존재하지 않는다.
LED 아래에서 부분적으로 비구조적 반사층을 갖는 것, 즉 반사층이 LED의 접촉 패드들에서만 에칭되어 없어지는 것이 가능하다는 점에 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명기(10)를 도시한다. 플립 칩(18) 대신에 본딩 와이어(28)를 통한 상부 접촉부를 갖는 LED 칩(26)이 제공된다는 것 외에는, 도 2의 조명기(10)는 도 1과 관련하여 전술한 조명기와 유사하다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서, 반사층(24)은 LED(26) 및 본딩 와이어(28)를 둘러싸는 영역을 커버한다. 그러나, LED(26)와, 본딩 와이어(28)가 도전성 트랙(16)에 접속하는 위치 사이에서 연장하는 반사층을 갖는 것 또한 가능하다. 따라서, 그러한 경우에서는, 앞에서 설명한 그대로 LED의 전기적 커넥터(들)가 하부의 도전성 트랙들에 접속해야 하는 위치에서만 비구조적 반사층이 에칭되어 없어진다. 와이어 본딩 외에는, 도 2의 실시예는 도 1과 관련하여 전술한 실시예와 유사하게 기능하고, 유사한 이점을 제공한다.
도 1 및 도 2의 각각에서 (명확성을 위해) 단지 하나의 LED 칩이 도시되었다 고 하더라도, 본 발명에 따른 조명기는 단일 기판 상에 배치된 복수의 LED 칩들, 예를 들어 복수의 플립 칩 설치 LED, 복수의 와이어 본딩된 LED, 또는 플립 칩 설치 LED와 와이어 본딩된 LED 둘 다의 임의의 결합을 포함할 수 있음을 알 수 있다는 점에 유의한다.
본 발명에 따라 조명기를 제조하는 방법을 도 3a 내지 도 3f와 관련하여 이하 설명한다.
우선(도 3a), 예를 들어 실리콘(Si)으로 이루어진 기판(12)이 제공된다.
다음으로(도 3b), 유전층(14)이 기판(12)의 상부면 상에 도포된다.
다음으로(도 3c), 구조적 도전층(16)이 유전층(14)의 상부에 피착된다. 도전층(16)은 Cu를 포함하는 것이 바람직하고 조명기의 도전성 트랙들을 구성한다. 그러나, 임의의 다른 적절한, 낮은 저항의 금속 트랙들이 선택적으로 사용될 수 있음에 주목해야 한다.
다음으로(도 3d), 절연층(20)이 도포되는데, 이러한 층은 기판(12)의 유전층(14) 및 구조적 도전층(16)을 커버한다. 또한, 설치될 LED 칩(들)과 도전층(16)의 트랙들 사이의 접속을 가능하게 하기 위한 접촉 홀들(22)이 절연층(20)에 제공된다. 접촉 홀들(22)의 사이즈 및 형태는 설치될 LED 칩의 특성에 의존한다.
다음으로(도 3e), 반사층(24)이 절연층(20) 상에 피착된다. 반사층(24)은 Al 또는 Ag를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 반사층(24)의 일부는 하나 또는 그 이상의 LED 칩(들)을 수용하기 위하여 에칭되어 없어진다.
마지막으로(도 3f), LED 칩, 이 경우에서는 플립 칩(18)이 설치되어 도전성 트랙들(16)과 접속된다.
전술한 바와 같이, 조명기를 동작시킬 시에, LED(18)를 둘러싸는 비구조적 반사층(24)은 LED에 의해 생성된 광을 기판(12)으로부터 멀리 반사하는 역할을 함으로써, 조명기의 광 효율을 개선한다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않는다. 본 기술분야의 당업자라면, 첨부된 청구범위에서 주장된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 것이다.

Claims (10)

  1. 조명기(10)로서,
    기판(12);
    상기 기판의 일면에 도포된 구조적(structured) 도전층(16); 및
    상기 구조적 도전층에 접속된 하나 이상의 광원(18, 26)
    을 포함하고,
    상기 구조적 도전층의 상부에 도포된 비구조적(unstructured) 반사층(24)을 더 포함하며, 상기 비구조적 반사층은 적어도 상기 하나 이상의 광원의 주변에서 본질적으로 연속적인 연장부를 갖는 것을 특징으로 하는 조명기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비구조적 반사층은 본질적으로 상기 기판의 전체 표면을 커버하는 조명기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 도전층과 상기 비구조적 반사층 사이에 도포된 절연층(20)을 더 포함하는 조명기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 광원(들)과 상기 구조적 도전층 사이의 접속을 가능하게 하는 접촉 홀들(22)을 포함하는 조명기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 플립 칩 광원(18) 및 와이어 본딩된 광원(26) 중 하나인 조명기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드인 조명기.
  7. 조명기(10)를 제조하는 방법으로서,
    기판(12)을 제공하는 단계;
    상기 기판의 일면 상에 구조적 도전층(16)을 도포하는 단계; 및
    하나 이상의 광원(18, 26)을 상기 구조적 도전층과 접속하게 배치하는 단계
    를 포함하고,
    적어도 상기 하나 이상의 광원의 주변에서 본질적으로 연속적인 연장부를 갖는 비구조적 반사층(24)을 상기 구조적 도전층의 상부 상에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비구조적 반사층은 임의의 광원(들) 또는 상기 광원(들)과 연관된 임의의 전기적 커넥터들에 의해 점유되지 않은 기판의 전체 표면을 커버하는 조명기 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구조적 도전층과 상기 비구조적 반사층 사이에 절연층(20)을 도포하는 단계를 더 포함하는 조명기 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원(들)과 상기 구조적 도전층 사이의 접속을 가능하게 하도록 상기 절연층에 접촉 홀들(22)을 제공하는 단계를 더 포함하는 조명기 제조방법.
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