KR20120037238A - 빔 프로젝션 엘이디 칩 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빔 프로젝터의 광원이나 조명용으로 사용되는 적색, 녹색, 청색 (RGB) 엘이디 (LED) 패키지에 관한 것으로, LED 칩의 접점온도한계가 상대적으로 높은 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩과 접점온도한계가 상대적으로 낮은 적색 LED 칩을 펠티에 열전소자의 고온면과 저온면의 온도차를 이용하여 하나의 메탈 PCB에 일체로 RGB LED 패키징된 것을 특징으로 한다. 접점온도한계가 상대적으로 낮은 적색 LED 칩 발광면의 반대면에는 열전소자의 저온면이 결합되고, 열전소자의 고온면은 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩이 결합된 메탈 PCB에 결합된다. 열전소자의 전기구동에 의해 적색 LED 칩의 온도를 접점온도한계 이하로 낮추면서 동시에 열전소자의 고온면의 온도는 접점온도한계가 상대적으로 높은 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩의 온도와 유사하게 유지하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 LED 칩이 하나의 메탈 PCB (Printed Circuit Board)에 일체로 패키징되어 안정적으로 구동되도록 한다.
Description
적색, 녹색, 청색 (RGB)의 프로젝션 LED 칩 패키지는 현재 가정용 및 사무용 빔프로젝터에 광범위하게 사용되는 추세에 있다. LED 칩는 폭넓은 고효율, 칼라 구현성, 친환경성, 신속한 응답성, 긴 수명 등의 많은 장점을 가지고 있어 사용이 확대되고 있다. 그러나 LED 칩의 접점온도한계(maximum junction temperature limit)가 기존의 광원에 비해 낮아 매우 신중한 온도관리가 필요한 전자소자이다. 접점온도한계란 LED 칩과 같은 전자소자가 안정적인 구동을 이루기 위한 집적회로 접점상의 최대 온도한계로서 언제나 전자소자는 이 온도이하로 유지되면서 구동되어야 LED의 신뢰성을 보장할 수 있다. 최근 빔프로젝션에 사용되는 LED 칩 패키지로는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B) LED 칩이 적용되고 있다. LED 칩의 구성 원재료의 특성상, 적색 LED 칩의 접점온도한계는 일반적으로 섭씨 80도 수준으로 낮은 편이며, 녹색과 청색 LED 칩의 접점온도한계는 섭씨 120~130도 정도로 높은 특징이 있다. 따라서 이러한 적색, 녹색, 청색 LED 칩의 접점온도한계가 각기 다른 이유로 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 하나의 메탈 PCB 상에 패키징(packaging)하지 못하고 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 각기 다른 3개의 RGB LED 패키지로 구성하여 사용하고 있다.
위에 설명한 바와 같이 지금까지 빔 프로젝터 광원으로 RGB LED 패키지들은 적색, 녹색, 청색 LED 칩의 각기 다른 접점온도한계로 인해 적색, 녹색, 청색 LED가 각각 다른 3개의 메탈 PCB에 형성된 패키지를 사용하고 있다.
[도 1]은 빔 프로젝션에 사용되는 기존의 LED 칩 패키지로서, 적색 LED 칩(11), 녹색 LED 칩(12), 청색 LED 칩(13)이 각각의 적색 LED 용 메탈 PCB (14), 녹색 LED 용 메탈 PCB(15), 청색 LED용 메탈 PCB(16)에 따로따로 패키징되어 적색 LED 패키지(1), 녹색 LED 패키지(2), 청색 LED(3) 패키지를 형성하고 코넥터 (111, 112, 113)에 각각 전류를 흘려서 구동하고 있다. 이러한 메탈 PCB 3개로 구성된 RGB LED 패키지는 적색, 녹색, 청색 LED 칩의 접점온도한계 조건이 적색 LED 칩의 경우는 80도, 녹색 및 청색 LED 칩의 경우는 120도 정도로서 서로 상이하므로 일체형의 단일 메탈 PCB에 패키징할 경우 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩의 고온 열이 상대적으로 저온인 적색 LED 칩으로 열전도되어 적색 LED 칩의 온도가 상승하고 결국 적색 LED 칩의 접점온도한계를 맞추기 어려운 이유로 일체형 메탈 PCB에 패키징되지 못하여 왔다.
본 발명에서는 상기의 기존 빔프로젝션용 LED 칩 패키지의 문제점을 개선하고자 적색 LED 칩과 녹색 및 청색 LED 칩의 접점온도한계 차이를 극복하고 일체형의 메탈 PCB 상에 모든 적색, 녹색, 청색 (RGB) LED 칩을 패키징하기 위하여 DC전류 인가에 의해 소자의 한쪽면은 차가워지고, 반대면은 뜨거워지는 특성이 있는 펠티에 열전소자를 적색 LED 칩과 메탈 PCB 사이에 결합하여 구성한 일체형 RGB LED 칩 패키지를 발명하였다.
그동안 단일 메탈 PCB에 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 일체로 패키징 구성하면 온도가 상대적으로 낮은 적색 LED 칩으로 녹색 및 청색 LED 칩들에서 발생한 열이 전도로 이송 유입되어 적색 LED 칩의 온도가 과도로 상승하고 발광성능이 현저히 저하되는 문제점이 있으므로 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 일체형 메탈 PCB 사이에 열전소자를 삽입하여 결합한 후 열전소자의 저온면은 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 결합하게 하고 열전소자의 고온면은 녹색 및 청색 LED 칩이 부착되어 있는 메탈 PCB에 결합하게 하여 상기 기술적인 문제점을 원천적으로 해결하였다.
본 발명에서는 상기에 언급한 적색 LED 칩과 녹색 및 청색 LED칩을 일체형의 단일 메탈 PCB에 패키징하는 경우에 발생하는 칩들 간의 접점온도한계의 차이를 극복하여 일체형으로 RGB LED 칩 패키지를 구성하기 위하여 DC 전류공급에 의해 한 쪽면은 차가워지고 반대쪽 면은 뜨거워지는 특성을 갖는 펠티에 열전소자를 채용한 일체형 RGB LED 칩 패키지를 발명하게 되었다. 적색 LED 칩의 접점온도한계가 칩을 구성하는 원재료의 특성상 녹색 또는 청색 LED 칩에 비해 낮은 관계로 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 일체형의 단일 메탈 PCB에 패키징할 경우에 녹색 및 청색 LED 칩에서 발생한 열이 적색 LED 칩으로 열전도 유입되어 적색 LED 칩의 온도가 상승하고 발광성능이 저하됨으로 이러한 적색 LED 칩으로의 열유입을 차단하고, 적색 LED 칩에서 발생하는 열을 또한 외부로 발산하기 위하여 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 상기의 적색, 녹색, 청색 LED 칩이 모두 일체로 결합될 메탈 PCB 사이에 펠티에 열전소자를 삽입하여 결합하고 열전소자에 DC 전류를 인가하면 열전소자의 저온면과 접촉하고 있는 적색 LED 칩 발광면의 반대면에서는 적색 LED 칩에서 발생한 열을 흡수하여 적색 LED 칩의 접점온도한계 이하의 저온으로 유지하고 열전소자의 고온면은 메탈 PCB면과 결합하여 녹색 및 청색 LED 칩의 접점온도한계 이하로 유지하게하여 적색, 녹색, 청색 LED 칩 모두의 발광성능을 저하시키지 않으면서 단일 메탈 PCB상에 일체로 형성된 빔 프로젝션용 RGB LED 칩 패키지를 구현할 수 있다.
본 발명의 LED 칩 패키지는 적색, 녹색, 청색 LED 칩의 발광성능을 유지하면서 일체형의 단일 메탈 PCB에 구성되기 때문에 빔프로젝터 생산시 조립생산성을 향상시키고 생산원가를 절감할 수 있으며, 또한 낮은 접점온도한계와 구동온도 상승에 따른 발광성능 감소가 심각한 적색 LED 칩의 구동온도를 낮춤으로써 적색 LED 칩의 발광성능을 높여 빔프로젝터의 화질을 크게 개선할 수 있다.
본 발명의 LED 칩 패키지는 빛의 삼원색인 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩을 광원으로 사용하는 빔프로젝터에서 LED 칩 광원의 조립생산성을 향상시키고 발광성능을 극대화하여 색감과 조도를 향상시키고 화질을 개선하는 목적으로 이용할 수 있으며, 특히 낮은 접점온도한계와 구동온도 상승에 따른 발광성능 감소가 심각한 적색 LED 칩의 구동온도를 낮춤으로써 적색 LED 칩의 발광성능을 크게 높이므로, 본 발명의 LED 칩 패키지는 빔 프로젝터의 적색, 녹색, 청색 LED 광원용으로 바로 이용할 수 있다.
[도 1]은 기존의 빔프로젝션 광원용 LED 칩 패키지의 형상도이다.
[도 2]는 본 발명에 의해 열전소자가 적색 LED 칩과 메탈 PCB사이에 형성된 것을 특징으로하는 일체형 RGB LED 칩패키지의 개략도이다.
[도 3]은 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 한가지 실시 예로서 일자형의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
[도 4]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 다른 실시 예로서 "ㄷ"자형의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
[도 5]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 다른 실시 예로서 일정한 각도를 가지고 있는 접힌형태의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
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[도 3]은 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 한가지 실시 예로서 일자형의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
[도 4]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 다른 실시 예로서 "ㄷ"자형의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
[도 5]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩패키지의 다른 실시 예로서 일정한 각도를 가지고 있는 접힌형태의 메탈 PCB에 형성된 RGB LED 칩 패키지이다.
본 발명의 RGB LED 칩 패키지는 [도 2]와 같이 적색 LED 칩(21)과 녹색 LED 칩(22), 청색 LED 칩(23)의 접점온도한계 차이를 극복하고 온도차를 유지하면서 적색 LED 칩의 저온유지가 가능한 펠티에 열전소자(24), LED 칩 패키징을 위한 일체형 메탈 PCB(25)를 포함한다.
메탈 PCB(25)는 적색, 녹색, 청색의 각 LED 칩 (21, 22, 23) 및 열전소자(24)에서 발생하는 열을 메탈 PCB 전면에 걸쳐 확산시키고 방열을 담당한다. 또한, 메탈 PCB는 필요에 따라 LED 칩 및/또는 열전소자와의 효과적인 접촉결합을 위해 솔더링 또는 은에폭시 또는 고 열전도용 실리콘 등으로 결합될 수 있다. 또한 상기 메탈 PCB는 DC 전류를 RGB LED 및 열전소자에 인가하기 위해 필요한 한 개의 전류극으로도 사용될 수 있다.
적색 LED 칩(21) 발광면의 반대면과 메탈 PCB(25) 사이에 열전소자(24)를 삽입하여 열전소자의 저온면은 적색 LED 칩(21) 발광면의 반대면과 결합하게 하고 열전소자의 고온면은 메탈 PCB(25)면에 결합하게 한다. 이러한 구성과 펠티에 열전소자(24)에 인가되는 DC 전류값을 적절히 조절함을 통해 적색 LED 칩은 접점온도한계 이하로 효과적인 유지되면서 동시에 녹색 및 청색 LED 칩으로부터의 열유입은 완벽히 차단되는 효과가 나타난다.
[도 3]은 본 발명에 의한 하나의 실시 예로서 일체형 RGB LED 칩 패키지의 형상을 도시하고 있다. 적색 LED 칩(31), 녹색 LED 칩(32), 청색 LED 칩(33)이 동일 평면상의 단일 메탈 PCB(34)에 패키징되어 있는 일체형 LED 칩 패키지이다. DC 공급용 코넥터 (35, 36, 37)를 통하여 전류를 인가함으로써 RGB LED 칩들의 구동과 적색 LED와 메탈 PCB 사이에 결합되어 있는 열전소자의 구동을 시킬 수 있다. 코넥터 (35)는 적색 LED 칩에 DC 전류를 공급하는 기능 이외에도 열전소자에 전류를 공급하기 위한 코넥터의 기능을 수행할 수 있다. 또한 열전소자에 DC 전류 인가를 위한 별도의 코넥터를 메탈 PCB 상에 설치할 수도 있다. 코넥터 (35, 36, 37)는 [도 3]의 실시 예와 같이 RGB 각각의 코넥터를 사용하는 대신에, RGB LED 칩 및 열전소자에 전류를 공급할 수 있는 대용량의 1개의 코넥터 만을 사용하여서도 구현이 가능하다. [도 3]에서 상기 언급한 열전소자는 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 메탈 PCB사이에 미소크기의 박판형으로 결합되어 있어서 미도시 되어 있다.
[도 4]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩 패키지의 다른 실시 예로서 적색 LED 칩(41), 녹색 LED 칩(42), 청색 LED 칩(43)이 서로 90도의 각도를 이루며 형성된 메탈 PCB(44)에 패키징되어 있는 일체형 LED 칩 패키지를 나타낸다. DC 공급용 코넥터 (45, 46, 47)를 통하여 전류를 인가함으로써 RGB LED 칩들의 구동과 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 메탈 PCB 사이에 결합되어 있는 열전소자의 구동을 시킬 수 있다. 코넥터 (45)는 적색 LED 칩에 DC 전류를 공급하는 기능 이외에도 열전소자에 전류를 공급하기 위한 코넥터의 기능을 수행할 수 있다. 또한 열전소자에 DC 전류 인가를 위한 별도의 코넥터를 메탈 PCB 상에 설치할 수도 있다. 코넥터 (45, 46, 47)는 [도 4]의 실시 예와 같이 RGB 각각의 코넥터를 사용하는 대신에, RGB LED 칩 및 열전소자에 전류를 공급할 수 있는 대용량의 1개의 코넥터 만을 사용하여서도 구현이 가능하다. [도 4]에서 상기 언급한 열전소자는 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 메탈 PCB사이에 미소크기의 박판형으로 결합되어 있어서 미도시 되어 있다.
[도 5]는 본 발명에 의한 일체형 RGB LED 칩 패키지의 또 다른 실시 예로서 적색(51), 녹색(52), 청색 LED 칩(53)이 사선으로 서로 비스듬한 각도를 이루며 형성된 메탈 PCB(54)에 패키징되어 있는 일체형 LED 칩 패키지이다. DC 공급용 코넥터 (55, 56, 57)를 통하여 전류를 인가함으로써 RGB LED 칩들의 구동과 적색 LED와 메탈 PCB 사이에 결합되어 있는 열전소자의 구동을 시킬 수 있다. 코넥터 (55)는 적색 LED 칩에 DC 전류를 공급하는 기능 이외에도 열전소자에 전류를 공급하기 위한 코넥터의 기능을 수행할 수 있다. 또한 열전소자에 DC 전류 인가를 위한 별도의 코넥터를 메탈 PCB 상에 설치할 수도 있다. 코넥터 (55, 56, 57)는 [도 5]의 실시 예와 같이 RGB 각각의 코넥터를 사용하는 대신에, RGB LED 칩 및 열전소자에 전류를 공급할 수 있는 대용량의 1개의 코넥터 만을 사용하여서도 구현이 가능하다. [도 5]에서 상기 언급한 열전소자는 적색 LED 칩 발광면의 반대면과 메탈 PCB사이에 미소크기의 박판형으로 결합되어 있어서 미도시 되어 있다.
1: 적색 LED 칩 패키지
2: 녹색 LED 칩 패키지
3: 청색 LED 칩 패키지
11: 적색 LED
12: 녹색 LED
13: 청색 LED
14: 적색 LED용 메탈 PCB
15: 녹색 LED용 메탈 PCB
16: 청색 LED용 메탈 PCB
111: 적색 LED용 전원코넥터
112: 녹색 LED용 전원코넥터
113: 청색 LED용 전원코넥터
21: 적색 LED
22: 녹색 LED
23: 청색 LED
24: 열전소자
25: 일체형 메탈 PCB
31: 적색 LED
32: 녹색 LED
33: 청색 LED
34: 일체형 메탈 PCB
35: 적색 LED용 전원코넥터
36: 녹색 LED용 전원코넥터
37: 청색 LED용 전원코넥터
41: 적색 LED
42: 녹색 LED
43: 청색 LED
44: 일체형 메탈 PCB
45: 적색 LED용 전원코넥터
46: 녹색 LED용 전원코넥터
47: 청색 LED용 전원코넥터
51: 적색 LED
52: 녹색 LED
53: 청색 LED
54: 일체형 메탈 PCB
55: 적색 LED용 전원코넥터
56: 녹색 LED용 전원코넥터
57: 청색 LED용 전원코넥터
2: 녹색 LED 칩 패키지
3: 청색 LED 칩 패키지
11: 적색 LED
12: 녹색 LED
13: 청색 LED
14: 적색 LED용 메탈 PCB
15: 녹색 LED용 메탈 PCB
16: 청색 LED용 메탈 PCB
111: 적색 LED용 전원코넥터
112: 녹색 LED용 전원코넥터
113: 청색 LED용 전원코넥터
21: 적색 LED
22: 녹색 LED
23: 청색 LED
24: 열전소자
25: 일체형 메탈 PCB
31: 적색 LED
32: 녹색 LED
33: 청색 LED
34: 일체형 메탈 PCB
35: 적색 LED용 전원코넥터
36: 녹색 LED용 전원코넥터
37: 청색 LED용 전원코넥터
41: 적색 LED
42: 녹색 LED
43: 청색 LED
44: 일체형 메탈 PCB
45: 적색 LED용 전원코넥터
46: 녹색 LED용 전원코넥터
47: 청색 LED용 전원코넥터
51: 적색 LED
52: 녹색 LED
53: 청색 LED
54: 일체형 메탈 PCB
55: 적색 LED용 전원코넥터
56: 녹색 LED용 전원코넥터
57: 청색 LED용 전원코넥터
Claims (5)
- 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩에 전기적인 회로를 형성하면서 동시에 상기 LED 칩에서 발생하는 열을 확산하는 메탈 PCB 및 펠티에 열전소자를 포함하는 프로젝션 LED 칩 패키지에 있어서,
상기 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩는 단일 메탈 PCB에 일체로 결합되고,
녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩 발광면의 반대면은 상기 메탈 PCB에 전기적으로 직접 결합되고,
적색 LED 칩 발광면의 반대면에는 상기 펠티에 열전소자의 저온면이 결합되고 펠티에 열전소자의 고온면에는 상기 메탈 PCB가 결합되는 것을 특징으로 하는 빔 프로젝션 광원용 RGB LED 칩 패키지. - 청구항 1항에 있어서,
상기 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩 발광면의 반대면과 적색 LED 칩과 결합되어 있는 열전소자의 고온면이 단일 메탈 PCB와 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 빔 프로젝션 광원용 RGB LED 칩 패키지. - 청구항 1항에 있어서,
상기 메탈 PCB의 형상은 일자형이면서, 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩 발광면의 반대면과 적색 LED 칩과 결합되어 있는 열전소자의 고온면이 단일 메탈 PCB와 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 빔 프로젝션 광원용 RGB LED 칩 패키지. - 청구항 1항에 있어서,
상기 메탈 PCB는 "ㄷ"자형이면서, 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩이 "ㄷ"자형 메탈 PCB의 한 면에 하나의 색을 발광하는 칩이 각기 형성되고 녹색 LED 칩 및 청색 LED 칩 발광면의 반대면과 적색 LED 칩과 결합되어 있는 열전소자의 고온면이 단일 메탈 PCB와 체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 빔 프로젝션 광원용 RGB LED 칩 패키지. - 청구항 1항에 있어서,
상기 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩이 결합된 일체형 메탈 PCB가 일자형이 아닌 접힌 형태로서 각각의 칩에서 다른 색 칩의 발광면이 보이도록 일정한 각도를 갖도록 형성된 메탈 PCB를 사용하는 것을 특징으로 하는 빔 프로젝션 광원용 RGB LED 칩 패키지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100098874A KR20120037238A (ko) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | 빔 프로젝션 엘이디 칩 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100098874A KR20120037238A (ko) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | 빔 프로젝션 엘이디 칩 패키지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120037238A true KR20120037238A (ko) | 2012-04-19 |
Family
ID=46138476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100098874A KR20120037238A (ko) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | 빔 프로젝션 엘이디 칩 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120037238A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101291110B1 (ko) * | 2012-01-30 | 2013-08-01 | 주식회사 엠아이서진 | Ｌｅｄ 칩 패키지 |
| KR101509604B1 (ko) * | 2013-10-30 | 2015-04-16 | 한국광기술원 | 능동 열전소자를 이용한 엘이디 패키지 및 엘이디 패키징 방법 |
| US9035331B2 (en) | 2012-12-12 | 2015-05-19 | GE Lighting Solutions, LLC | System for thermal control of red LED(s) chips |
| JP2016164922A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 株式会社リコー | 温度制御装置、画像表示装置、車両 |
| KR102301266B1 (ko) * | 2020-12-17 | 2021-09-13 | 한현수 | 케이블 하네스용 엘이디 소켓 및 이를 포함하는 케이블 하네스 제조방법 |
-
2010
- 2010-10-11 KR KR1020100098874A patent/KR20120037238A/ko not_active Application Discontinuation
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