KR20120048996A - 발광장치 - Google Patents

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김형근
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Abstract

본 발명은 발광장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는, 관통홀을 갖는 기판 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제1 방열 비아 및 상기 본체의 상면에 형성된 전극 패턴을 포함하는 기판부 및 상기 기판부 상에 배치되며, 관통홀을 갖는 광원 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제2 방열 비아와, 상기 제2 방열 비아 상에 배치된 적어도 하나의 발광소자 및 상기 광원 본체 하면으로 노출된 영역을 갖는 전극 단자를 포함하는 광원부를 포함하는 발광장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예의 경우, 비교적 간소화된 구조를 가짐으로써 공정 비용이 저감되면서도 방열 효율은 우수한 발광장치를 제공한다. 따라서, 다수의 고전력 발광소자를 사용 시 전기적, 열적 신뢰성 및 가격 경쟁력이 향상될 수 있다.

Description

발광장치 {LIGHT EMITTING APPARATUS}
본 발명은 발광장치에 관한 것이다.
반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드를 조명 등에 이용할 경우, 하나의 패키지에 복수 개의 소자가 필요하며, 이에 따라, 소자로부터 방출되는 열도 많아진다. 따라서, 기판이나 이에 실장되는 패키지의 방열 성능이 떨어질 경우, 장치의 신뢰성이 크게 저하될 수 있다. 종래에 일반적으로 사용되는 리드 프레임 형태의 패키지의 경우, 리드 프레임 자체의 방열 특성은 좋지만, 방열 두께가 너무 얇아 열 전도도가 낮은 기판의 절연층에 의하여 전체적인 방열 특성이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 리드 프레임과 별도로 히트 슬러그에 발광소자를 배치하는 패키지도 이용되고 있으나, 발광소자 간의 전기 연결이 상대적으로 복잡해지며, 공정 비용이 상승하는 등의 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 방열 효율이 우수한 발광장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,
관통홀을 갖는 기판 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제1 방열 비아 및 상기 본체의 상면에 형성된 전극 패턴을 포함하는 기판부 및 상기 기판부 상에 배치되며, 관통홀을 갖는 광원 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제2 방열 비아와, 상기 제2 방열 비아 상에 배치된 적어도 하나의 발광소자 및 상기 광원 본체 하면으로 노출된 영역을 갖는 전극 단자를 포함하는 광원부를 포함하는 발광장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원부는 상기 제2 방열 비아가 상기 제1 방열 비아와 연결되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판 본체는 연성 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원 본체는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 방열 비아는 상기 관통홀 내벽에 형성된 금속층 및 상기 금속층 내벽에 상기 관통홀을 메우도록 충진된 방열 물질을 구비할 수 있으며, 이 경우, 상기 방열 물질은 열전도성 레진일 수 있다.
또한, 상기 금속층은 상기 전극 패턴과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판부 하부에 배치되어 상기 제1 방열 비아와 연결된 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전극 단자는 상기 광원 본체를 관통하는 도전성 비아를 구비하여 상기 발광소자와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 방열 비아는 상기 발광소자 하나당 복수 개 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 경우, 비교적 간소화된 구조를 가짐으로써 공정 비용이 저감되면서도 방열 효율은 우수한 발광장치를 제공한다. 따라서, 다수의 고전력 발광소자를 사용 시 전기적, 열적 신뢰성 및 가격 경쟁력이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에 포함되는 광원부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 광원부를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에 포함되는 기판부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 기판부를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에서 광원부와 기판부가 접합되는 모습을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에서 히트 싱크가 연결된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 발광장치의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치를 설명하기 위한 것으로서, 우선, 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에 포함되는 광원부를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 광원부를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다. 본 실시 형태에 따른 발광장치는 광원부 및 기판부를 포함하며, 우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 광원부(100)의 경우, 광원 본체(101), 방열 비아(104), 방열 비아(104) 상에 배치된 적어도 하나의 발광소자(102, 본 실시 형태에서는 4개) 및 전극 단자(103)를 포함하는 구조이다.
광원 본체(101)의 경우, 열 전도성이 우수한 물질인 것이 바람직한 점에서, AlN나 Al2O3 등과 같은 세라믹 재질을 이용할 수 있다. 이 경우, 알루미나(Al2O3)는 AlN와 비교하여 열 전도도는 다소 낮지만, 상대적으로 가격이 저렴하며, 열 전도도의 차이로 인한 방열 특성이 저하되는 것은 광원 본체(101)에 구비된 방열 비아(104)를 통하여 개선될 수 있을 것이다. 또한, 광원 본체(101)를 비 전도성 물질인 세라믹으로 형성할 경우, 전극 단자(103)와의 절연을 위하여 절연층을 따로 형성하지 않아도 되는 장점을 제공한다.
발광소자(102)는 전기 신호 인가 시 빛을 방출하는 소자라면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 바람직하게는 발광 다이오드가 이용될 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 발광소자(102)는 복수 개 구비되며, 서로 전기적으로 연결된다. 특히, 전극 단자(103)에 교류 전원 인가될 경우, 별도의 컨버터 없이도 복수의 발광소자(102)는 구동될 수 있으며, 이를 위하여, 복수의 발광소자(102)는 역병렬 회로, 사다리망 회로 등과 같이 당 기술 분야에서 공지된 다양한 형태의 교류 구동 회로를 형성하도록 연결될 수 있다. 다만, 복수의 발광소자(102)는 반드시 교류 구동되도록 연결될 필요는 없으며, 서로 직렬로만 연결될 수도 있을 것이다. 한편, 복수의 발광소자(102)는 반드시 이에 제한되는 것은 아니지만, 도전성 와이어(W)에 의하여 전극 단자(103)와 연결될 수 있으며, 전극 단자(103)는 광원 본체(101)의 상면 및 하면에 형성된 전극 패턴과 이들을 연결하도록 광원 본체(101)를 관통하는 도전성 비아를 구비할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 것과 같이, 전극 단자(103)에서 광원 본체(101)의 하면으로 노출된 영역은 기판부(200)와 연결될 부분으로 제공될 수 있다.
광원부(100)에 구비되는 방열 비아(104)는 광원 본체(101)를 관통하도록 형성된다. 방열 비아(104)의 경우, 발광소자(102)로부터의 열을 외부로 방사할 수 있도록 열 전도도가 높은 금속 등의 물질로 이루어질 수 있으며, 공정 편의성이 향상되도록 단자 전극(103)과 동일한 물질로 형성할 수 있을 것이다. 방열 비아(104)는 복수의 발광소자(102) 각각의 하부에 형성되며, 도 1에 도시된 것과 같이, 방열 특성이 향상되도록 발광소자(102) 하나당 복수 개가 구비될 수 있다. 이는 방열 비아(104)를 발광소자(102)와 동일한 폭으로 형성하기 어려울 경우(예컨대, 도금 공정)에 유용하게 고려될 수 있는 구조라 할 수 있다.
다음으로, 기판부(200)를 설명하면, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치에 포함되는 기판부를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3의 기판부를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 기판부(200)는 기판 본체(201), 방열 비아(202) 및 전극 패턴(203)을 포함하는 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 기판 본체(201)는 어떠한 물질을 사용하여도 좋지만, 광원부(100)와 유사하게 방열 비아(202)가 구비되는 점에서, 열 전도도가 낮은 물질을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 기판 본체(201)를 연성 재질로 형성함으로써 기판부(200)를 FPCB로 구현할 경우, 비교적 저렴한 가격으로 제조가 가능하면서도 방열 비아(202)를 채용함으로써 고 방열 모듈을 얻을 수 있다.
기판부(200)에 구비되는 방열 비아(202)의 경우, 기판 본체(201)를 관통하도록 형성되며, 도 5에 도시된 것과 같이, 광원 본체(100)의 방열 비아(104)에 대응하는 위치에 배치된다. 즉, 광원부(100)와 기판부(200)를 접합시킬 경우, 서로의 방열 비아(104, 202)가 연결되도록 배치함으로써 방열 특성을 극대화할 수 있다. 이 경우, 광원부(100)와 기판부(200)는 AuSn, 도전성 수지 등과 같은 접합 물질(M)을 이용하여 접합될 수 있을 것이다. 방열 비아(202)를 보다 구체적으로 설명하면, 방열 비아(202)는 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 기판 본체(201)의 관통홀 내벽에 도금 등으로 형성된 금속층을 포함할 수 있으며, 상기 금속층 내벽에는 기판 본체(201)의 관통홀을 메우도록 방열 물질(204)이 충진될 수 있다. 관통홀에 충진된 방열 물질(204)은 열 전도성이 우수한 레진 등으로 이루어지며, 관통홀 전체를 메우도록 금속층을 형성하기 어려울 경우(예컨대, 도금 공정)에 유용하게 고려될 수 있는 구조라 할 수 있다. 기판 본체(201)의 상면에는 전극 패턴(203)이 형성되며, 도 4에 도시된 것과 같이, 광원부(100)의 전극 단자(103)와 결합되도록 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍이 제공될 수 있다. 이 경우, 전극 패턴(203)과 방열 비아(202)는 서로 동일한 물질, 예컨대, 금속으로 이루어질 수 있을 것이다.
상술한 구조를 갖는 광원부(100)와 기판부(200)는 도 5에 도시된 것과 같이, 서로 연결되어 발광장치(300)를 이루며, 상술한 바와 같이, 방열 비아(104, 202)가 서로 연결되어 있으므로, 발광소자(102)로부터 방출된 열은 방열 비아(104, 202)를 통하여 신속히 빠져나갈 수 있다. 이 경우, 방열 특성이 더욱 향상될 수 있도록 도 6에 도시된 것과 같이, 기판부(200)의 하부에는 다수의 핀 구조를 갖는 히트 싱크(301)가 구비될 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 발광장치(300)의 경우, 광원부(100) 및 기판부(200)를 각각 비교적 가격이 저렴한 세라믹 패키지 및 FPCB로 구현함으로써 제조 비용이 저감될 수 있으며, 2개의 방열 비아(104, 202)의 연결 구조를 사용하여 방열 특성은 종전의 리드 프레임 패키지나 MCPCB 등을 사용한 경우와 비교하여 동등한 수준을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 발광장치의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 7을 참조하면, 조광 장치(400)는 발광 모듈(401)과 발광 모듈(401)이 배치되는 구조물(404) 및 전원 공급부(403)를 포함하여 구성되며, 발광 모듈(401)에는 본 발명에서 제안하는 구조를 갖는 하나 이상의 발광장치(402)가 배치될 수 있다. 전원 공급부(403)는 전원을 입력받는 인터페이스(405)와 발광 모듈(401)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(406)를 포함할 수 있다. 이 경우, 인터페이스(405)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파장애신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다.
전원 제어부(406)는 전원으로 교류 전원이 입력되는 경우, 전원 제어부는 교류를 직류로 변환하는 정류부와, 발광 모듈(401)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 구비할 수 있다. 만일, 전원 자체가 발광 모듈(401)에 적합한 전압을 갖는 직류원(예를 들어, 전지)이라면, 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 또한, 발광 모듈(401)의 자체가 AC-LED와 같은 소자를 채용하는 경우, 교류 전원이 직접 발광 모듈(401)에 공급될 수 있으며, 이 경우도 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 나아가, 전원 제어부는 색 온도 등을 제어하여 인간 감성에 따른 조명 연출을 가능하게 할 수도 있다. 또한, 전원 공급부(403)는 발광장치(402)의 발광량과 미리 설정된 광량 간의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와 원하는 휘도나 연색성 등의 정보가 저장된 메모리 장치를 포함할 수 있다.
이러한 조광 장치(400)는 화상 패널을 구비하는 액정표시장치 등의 디스플레이 장치에 이용되는 백라이트 유닛이나 램프, 평판 조명 등의 실내 조명 또는 가로등, 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있으며, 또한, 다양한 교통수단용 조명 장치, 예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있다. 나아가, TV, 냉장고 등의 가전 제품이나 의료기기 등에도 널리 이용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 광원부 101: 광원 본체
102: 발광소자 103: 전극 단자
104: 방열 비아 200: 기판부
201: 기판 본체 202: 방열 비아
203: 전극 패턴 204: 방열 물질
300: 발광장치 301: 히트 싱크

Claims (10)

  1. 관통홀을 갖는 기판 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제1 방열 비아 및 상기 본체의 상면에 형성된 전극 패턴을 포함하는 기판부; 및
    상기 기판부 상에 배치되며, 관통홀을 갖는 광원 본체와, 상기 관통홀을 적어도 일부 채우도록 형성된 제2 방열 비아와, 상기 제2 방열 비아 상에 배치된 적어도 하나의 발광소자 및 상기 광원 본체 하면으로 노출된 영역을 갖는 전극 단자를 포함하는 광원부;
    를 포함하는 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 제2 방열 비아가 상기 제1 방열 비아와 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 본체는 연성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원 본체는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방열 비아는 상기 관통홀 내벽에 형성된 금속층 및 상기 금속층 내벽에 상기 관통홀을 메우도록 충진된 방열 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방열 물질은 열전도성 레진인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 전극 패턴과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판부 하부에 배치되어 상기 제1 방열 비아와 연결된 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극 단자는 상기 광원 본체를 관통하는 도전성 비아를 구비하여 상기 발광소자와 연결된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방열 비아는 상기 발광소자 하나당 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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