KR20100112211A - 조명용 엘이디 모듈 및 그것의 제조방법 - Google Patents

Abstract

여기에서는 조명용 엘이디 모듈이 개시되며, 이 엘이디 모듈은, 금속 재질의 외장부재와, 그 외장부재의 내부면에 형성된 전기절연층과, 그 전기절연층 상에 형성된 전극 패턴들과, 상기 전극 패턴들과 전기적으로 연결되는 엘이디를 포함한다.

엘이디, 모듈, 외장부재, 히트싱크, 금속, 전극 패턴, 절연층

Description

조명용 엘이디 모듈 및 그것의 제조방법{LED MODULE FOR LIGHTING AND ITS FABRICATING METHOD}

본 발명은, 금속 재질의 외장부재를 갖는 조명용 엘이디 모듈에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 금속재질의 외장부재와 엘이디 사이의 PCB를 생략하여, 열저항을 줄인 엘이디 모듈에 관한 것이다.

오랜 기간 동안, '형광등'이라 칭해지는 냉음극 형광램프가 상업용 빌딩 또는 주택의 실내공간, 비행기, 자동차, 선박, 기차, 전철 등 운송수단의 실내공간을 밝히는 조명장치 또는 임의의 객체를 비추는 조명장치로 이용되어 왔다. 그러나, 냉음극 형광램프는 짧은 수명, 열악한 내구성, 광의 제한된 컬러 선택 범위 및 낮은 에너지 효율과 같은 단점이 있다.

이에 대하여, 엘이디(LED; Light Emitting Diode)를 이용하는 조명장치가 개발된 바 있다. 엘이디는 긴 수명, 좋은 내구성, 넓은 광의 컬러 선택 범위, 그리고, 높은 에너지 효율의 이점을 갖는다. 이와 같이 엘이디는, 조명 분야에서 많은 장점을 갖지만, 엘이디에서 발생한 열에 의해 성능이 저하되는 문제점이 있다.

종래에는 외부에서 마감되는 부분, 즉, 외장부의 전체를 금속, 특히, 알루미 늄 금속으로 하여, 열 방출 성능을 높인 조명용 엘이디 모듈이 개발되었다. 이러한 엘이디 모듈은, 금속 외장부의 내부면에 금속 PCB, 특히, Al PCB가 장착되고, 그 위에, 패키지 구조의 엘이디가 탑재되어 이루어진다. 금속 PCB는, 나사 체결 방식에 의해 또는 열전도성 접착제를 이용한 부착 방식에 의해, 금속 외장부의 내부면에 장착된다. 금속 PCB 대신에, 통상적인 FR4 PCB를 이용하기도 하나, 이는 방열성이 크게 떨어져서, 방열성을 높이기 위한 추가적인 구조가 요구된다.

종래의 엘이디 모듈은 금속 또는 FR4 재질의 PCB와 외장부의 내부면 사이에 계면이 발생하므로, 그 계면에서 열저항이 커지고, 이에 의해, 방열 성능이 떨어진다. 또한, PCB를 외장부의 내부면에 부착시키는 과정에서 많은 수공비 및 부자재가 추가되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 하나의 기술적 과제는, PCB를 대신하는 전기 절연 구조 및 전극 구조가 엘이디가 설치될 금속 외장부재의 내부면에 일체로 형성되어, 방열성이 좋고, 부품을 줄인 엘이디 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는, 오목한 공간을 갖는 갓형 또는 컵형의 금속 외장부재 내부에 PCB를 대신하는 절연구조 및 전극구조를 일체로 형성한 램프형의 엘이디 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 엘이디 모듈은, 금속 재질의 외장부재와, 상기 외 장부재의 내부면에 형성된 전기절연층과, 상기 전기절연층 상에 형성된 전극 패턴들과, 상기 전극 패턴들과 전기적으로 연결되는 엘이디를 포함한다.

상기 외장부재는 히트싱크로서의 기능을 기본적으로 포함하여야 하고, 이에 더하여, 엘이디를 수용하여 보호하는 기능 및/또는 반사 기능을 포함하는 것이 좋다. 이를 위해, 상기 외장부재의 내부면은 상기 전기절연층이 형성되는 바닥면과 상기 바닥면에 교차하는 측벽면을 포함하며, 상기 바닥면과 상기 측벽면에 의해 상기 엘이디가 수용되는 오목한 공간이 한정된다. 상기 바닥면은 평평한 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 엘이디 모듈은, 상기 오목한 공간에 채워지거나 또는 상기 오목한 공간의 상부를 덮는 투광성의 보호부재를 더 포함한다. 이때, 상기 보호부재가 렌즈 기능을 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 전기절연층은 세라믹을 상기 외장부재의 내부면에 증착하여 형성되며, 상기 전극 패턴들은 상기 전기절연층 상에 금속 물질을 도금 또는 증착하여 형성될 수 있다. 상기 전극 패턴들의 형성을 위해, 상기 도금 또는 증착은 상기 전기절연층 일부를 마스크로 가린 후 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 엘이디는, 리드단자들을 구비하되, 상기 리드단자들이 상기 전극 패턴들에 접합되도록, 상기 전극 패턴들이 있는 전기 절연층 상에 실장된다. 공정 상 어렵지만, 패키지 구조의 엘이디 대신에, 배어(bare) 엘이디 칩을 상기 전극 패턴들이 형성된 전기 절연층 상에 실장하고, 예를 들면, 본딩와이어로 엘이디 칩의 전극과 전극 패턴을 연결하는 것도 고려될 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 측면에 따라, (a) 금속 재질의 외장부재를 준비하는 단계와, (b) 상기 외장부재의 내부면에 전기절연층을 형성하는 단계와,(c) 상기 전기절연층 상에 형성된 전극 패턴들을 형성하는 단계와, 상기 엘이디를 상기 전극 패턴들과 전기적으로 연결하는 엘이디 실장 단계를 포함하는 조명용 엘이디 모듈 제조방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계는 세라믹을 상기 외장부재의 내부면에 증착하여 상기 전기절연층을 형성한다.

바람직하게는, 상기 (b) 단계는 상기 전기절연층 상의 미리 정의된 자리에 금속을 도금 또는 증착하여 전극 패턴들을 형성한다.

본 발명에 따르면, 예를 들면, 컵형 또는 갓형의 금속 외장부재 내부면에, 엘이디, 특히, 패키지 구조의 엘이디 실장 및 전기적 연결을 위한, 전기 절연층 및 전극 패턴들을 일체로 형성함으로써, 종래에 요구되던 PCB 및 그것의 설치 공정의 생략이 가능하다. PCB가 생략됨으로써, PCB와 금속 외장부재 사이에서 열저항 증가를 초래하는 계면이 없어지며, 이에 따라, 히트싱크로서의 외장부재 성능이 더 향상된다. 또한, PCB의 생략 및 그것의 부착 공정의 생략은 경제적으로도 유리하다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 도시한 단면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 엘이디 모듈의 주요 부분들을 확대하여 도시한 단면도 및 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 엘이디 모듈(1)은 외장부재(10)와, 패키지 구조의 엘이디(40) 등을 포함한다.

상기 외장부재(10)는 열전도성이 큰 금속 재질로 형성된다. 그리고, 상기 외장부재(10)는, 외부의 공기에 노출되어 있는 외부면과, 상기 엘이디(40)를 수용하는 측의 내부면을 포함한다. 또한, 상기 외장부재(10)는 내부면이 엘이디 실장을 위한 바닥면(12)과 반사면으로서의 측벽면(14)을 포함하며, 상기 바닥면(12)과 상기 측벽면(14)에 의해, 상기 엘이디(40)가 수용되는 오목한 공간이 형성된다. 상기 측벽면(14)은 상기 바닥면(12)의 테두리로부터 상기 공간을 넓히면서 경사지게 연장되며, 이러한 형상은 상기 엘이디의 광을 외장부재(10) 상측의 광 방출부를 향해 반사시키는데 적합하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외장부재(10)의 내부 바닥면(12) 상에는 전기 절연층(20)이 형성된다. 상기 전기 절연층(20)은 세라믹을 증착하여 형 성되는 것이 바람직하며, 그 두께는 약 80~300㎛로 정해지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기 절연층(20) 상에는 금속 도금 또는 금속 증착에 의해 형성된 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34)이 형성된다. 원하는 형상의 전극 패턴을 형성하도록, 마스크(mask)로 절연이 필요한 부분을 가리고, 그 위에 도금 또는 증착이 수행될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극 패턴을 형성하기 위한 금속 재료로 Cu가 바람직하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서, 상기 엘이디(40)는, 패키지 구조로 이루어진 것으로서, 적어도 하나의 엘이디 칩(미도시함)이 제1 및 제2 리드단자들(42, 44)이 설치된 패키지 몸체(41)에 내장된 구조로 이루어진다. 패키지 몸체(41)는 적어도 일부가 투광성 재질로 이루어진다. 패키지 구조를 갖는 엘이디는 다양한 구조의 것들이 공지되어 있으며, 따라서, 엘이디의 패키지 구조에 대한 구체적인 설명은 생략될 것이며, 엘이디의 패키지 구조에 의해 본 발명이 제한되어서도 아니될 것이다.

상기 엘이디(40)는 전기 절연층(20) 및 제1 및 제2 전극 패턴들(32. 34)이 형성된 외장부재(10)의 내부에 실장된다. 이때, 상기 엘이디(40)의 제1 및 제2 리드단자(42, 44)가 상기 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34)에 접합되며, 이에 의해, 상기 엘이디(40)는 상기 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34)을 통해 전력을 인가받을 수 있다. 상기 제1 및 제2 리드단자(42, 44)와 상기 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34)을 접합하는 방법으로는 솔더 크림을 이용하는 방법, 전도성 접착제를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 채택될 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 상기 외장부재(10)의 바닥면에는 외부의 배선을 상기 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34)에 연결하기 위한 예 를 들면 배선 구멍과 같은 구조가 형성될 수 있다.

상기 엘이디(40)에서 발생한 열은 약 80~300㎛의 박막 두께를 갖는 전기 절연층(20)과 제1 및 제2 전극 패턴(32, 34), 그리고, 최종적으로, 외장부재(10)를 거쳐 외부로 방열된다. 방열 경로에 있어서, 상대적으로 열전도도가 낮은 전기 절연층(20)은 얇은 두께를 갖고 금속 외장부재(10)의 표면에 일체로 형성된다. 따라서, 상기 전기 절연층(20)에 의해 엘이디 모듈(1)의 방열 성능이 크게 저하되지 않는다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 외장부재(10)의 오목한 공간 상부를 덮도록 투광성의 보호부재(50)가 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 보호부재(50)는 투명 유리 또는 투명 플라스틱일 수 있다. 그리고, 상기 보호부재(50)는 예를 들면, 광을 모으거나 또는 광을 미리 정해진 패턴 또는 지향각으로 조절하기 위한 렌즈 기능을 갖는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 모듈을 도시한 단면도로서, 도 4를 참조하면, 보호부재(51)는, 앞선 실시예에 달리, 상기 외장부재(10)의 오목한 공간을 전체적으로 메우도록 형성된다. 이때, 상기 보호부재(51)는 의 수지를 액체 상태 또는 겔 상태로 상기 외장부재(10)의 공간 내에 채운 후 이를 경화시키는 것에 의해 형성될 수 있다.

일반적으로, 형광체가 엘이디의 패키지 내에 포함되지만, 앞선 실시예들에서 설명된 것과 같은, 보호부재(50 또는 51)의 표면 또는 내부에 포함될 수 있다.

도 5의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명에 따른 엘이디 모듈의 제조 공정을 설명 하기 위한 도면이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 적어도 일부가 외부로 노출되어 있는 금속 재질의 외장부재(10)가 준비된다. 본 실시예에서, 상기 외장부재(10)가 컵형 또는 갓형 구조를 갖지만, 히트싱크 기능을 갖는 다른 형상의 외장부재가 이용될 수도 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 외장부재(10)의 내부면에 세라믹을 증착하여 전기 절연층(20)을 형성한다. 이때, 상기 절연층(20)의 두께는 전기 절연이 가능한 최소한의 두께인 80~300㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 300㎛을 초과하면 절연층(20)에서의 열저항이 커질 수 있다. 도 5의 (c)를 참조하면, 상기 절연층(20) 상에 전극 패턴들(32, 34)이 예를 들면 금속 도금 또는 금속 증착 공정에 의해 형성된다. 이때, 상기 금속 도금 또는 금속 증착 공정 전에, 상기 마스크를 이용해, 전극 패턴들이 형성될 자리를 미리 정의해주는 것이 바람직하다. 다음, 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같은 엘이디(40)를 상기 전극 패턴들(32, 34)들에 접합하여, 상기 엘이디(40)를 외장부재(10)의 내부에 실장한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 엘이디 모듈의 주요 부분들을 확대하여 도시한 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 엘이디 모듈의 주요 부분을 확대하여 도시한 평면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 모듈을 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 엘이디 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 도면.

Claims (9)

1. 금속 재질의 외장부재;

   상기 외장부재의 내부면에 형성된 전기절연층;

   상기 전기절연층 상에 형성된 전극 패턴들; 및

   상기 전극 패턴들과 전기적으로 연결되는 엘이디를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 외장부재의 내부면은 상기 전기절연층이 형성되는 바닥면과 상기 바닥면에 교차하는 측벽면을 포함하며, 상기 바닥면과 상기 측벽면에 의해 상기 엘이디가 수용되는 오목한 공간이 한정되는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 오목한 공간에 채워지거나 또는 상기 오목한 공간의 상부를 덮는 투광성의 보호부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 전기절연층은 세라믹을 상기 외장부재의 내부면에 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 패턴들은 상기 전기절연층 상에 금속 물질을 도금 또는 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 엘이디는, 리드단자들을 구비하되, 상기 리드단자들이 상기 전극 패턴들에 접합되도록, 상기 전극 패턴들이 있는 전기 절연층 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈.
7. (a) 금속 재질의 외장부재를 준비하는 단계;

   (b) 상기 외장부재의 내부면에 전기절연층을 형성하는 단계;

   (c) 상기 전기절연층 상에 형성된 전극 패턴들을 형성하는 단계; 및

   (d) 상기 엘이디를 상기 전극 패턴들과 전기적으로 연결하는 엘이디 실장 단계를 포함하는 조명용 엘이디 모듈 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 (a) 단계는 세라믹을 상기 외장부재의 내부면에 증착하여 상기 전기절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 전기절연층 상의 미리 정의된 자리에 금속을 도금 또는 증착하여 전극 패턴들을 형성하는 것을 특징으로 하는 조명용 엘이디 모듈 제조방법.

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