KR20130007933A - 자유형상의 단위모듈을 구비하는 발광다이오드 조명기구 및 이의 제조방법 - Google Patents

자유형상의 단위모듈을 구비하는 발광다이오드 조명기구 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드(LED)가 3차원의 자유형상을 가지는 단위모듈에 실장되어 빔각도를 자유롭게 제어할 수 있는 발광다이오드 조명기구에 관한 것이다. 본 발명의 조명기구는 자유형상의 단위모듈을 구비하여 발광다이오드를 경사부나 곡면부에 실장할 수 있어 빔각도을 자유롭게 조절할 수 있으며, 또한 원하는 형상에 발광다이오드를 실장할 수 있어 다양한 디자인을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 패키지 공정이 모듈 형태로 진행됨으로써 생산 원가를 절감할 수 있다.

Description

자유형상의 단위모듈을 구비하는 발광다이오드 조명기구 및 이의 제조방법{LED Lighting Apparatus with free form moudule and method of preparing the same}
본 발명은 자유형상의 단위모듈을 구비하는 발광다이오드 조명기구 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 발광다이오드가 3차원의 자유형상을 가지는 단위모듈에 실장되어 빔각도를 자유롭게 제어할 수 있는 발광다이오드 조명기구에 관한 것이다.
최근 LED(Light Emitting Diode: 발광다이오드)로 구성된 조명기구 등은 기존의 백열등 또는 형광등에 비해 수명이 길고 상대적으로 저전력을 소비하며 제조공정에서 오염물질을 배출하지 않는 장점 등으로 인하여 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 또한, LED는 발광을 이용한 표시 장치는 물론이고 조명장치나 LCD 표시장치의 백라이트 소자에도 응용되는 등 적용 영역이 점차 다양해지고 있다.
특히, LED는 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하면서도 높은 에너지 효율로 인해 발열이 낮고 수명이 길다는 장점이 있으며, 종래에는 구현이 어려웠던 백색광을 고휘도로 제공할 수 있는 기술이 개발됨에 따라 현재 사용되고 있는 대부분의 광원 장치를 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
종래의 발광다이오드의 제조방법에 따라 제조된 발광다이오드는 실리콘이나 세라믹으로 제조된 서브마운트 기판에 접합되어 패키지 형태로 사용하거나 다른 패키지에 실장하여 사용하게 되는데, 이때 발광다이오드를 이러한 다른 패키지 재료에 실장하기 위한 다이 본딩과 외부에서 전자와 전공을 주입하기 위한 와이어 본딩 등의 공정은 필수적이다.
이러한 종래의 발광다이오드 제조방법에 따라 제조된 발광다이오드 모듈의 구조로 인하여 전체 패키지의 두께가 두꺼워지게 되기 때문에 광추출 효율과 성능에 있어서 취약한 문제가 있으며, 다이 본딩 또는 와이어 본딩 등의 복잡한 공정을 거침으로 인해 수율 및 생산성에 있어서도 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 LED 조명기구이다. 도 1을 참조하면, 종래 조명기구는 평판형 PCB를 사용하고 있는데 이에 따라 빔 각도가 제한을 받고 또한, 다양한 디자인을 구현하는데 한계가 있다.
본 발명은 발광다이오드의 빔 각도를 자유롭게 조절할 수 있는 조명기구를 제공하는 것이다.
본 발명은 자유형상의 단위모듈을 채용하여 다양한 디자인을 구현할 수 있는 조명기구를 제공하는 것이다.
본 발명은 조명기구 제조 공정을 줄여 생산성을 향상할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 하나 이상의 발광다이오드가 실장된 자유형상의 단위모듈을 포함하는 조명기구를 제공함으로써 달성할 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈은 곡면부 또는 경사부를 구비하고, 상기 발광다이오드가 상기 곡면부 또는 경사부에 실장되어 빔 각도의 조절이 자유롭다.
상기 자유형상의 단위모듈은 편평하지 않은 3차원 입체 구조를 포함할 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈은 회로가 인쇄된 유연성의 메탈기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 회로가 인쇄된 유연성 기판을 제공하는 단계 ; 상기 기판 상에 하나 이상의 발광다이오드를 실장하는 단계 ; 형광체가 혼합된 몰딩재료를 도포하여 몰딩공정을 수행하고 단위모듈로 분리하는 단계 ; 상기 단위모듈을 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 단계를 포함하는 조명기구의 제조방법에 관계한다.
본 발명의 조명기구는 자유형상의 단위모듈을 구비하여 발광다이오드를 경사부나 곡면부에 실장할 수 있어 빔각도을 자유롭게 조절할 수 있으며, 또한 원하는 형상에 발광다이오드를 실장할 수 있어 다양한 디자인을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 패키지 공정이 모듈 형태로 진행됨으로써 생산 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 MR 타입 LED 전구를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 단위 모듈로 사용되는 연성 인쇄회로기판을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따라 발광다이오드를 단위모듈에 조립한 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 단위 모듈을 곡면 형태의 지지체에 부착한 모습을 보여 준다.
도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 단위 모듈을 반구형상의 지지체에 부착한 모습을 보여 준다.
도 6은 본 발명의 일구현예에 따른 조명기구를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 조명기구를 나타낸다.
본 발명은 하나 이상의 발광다이오드가 실장된 자유형상의 단위모듈을 포함하는 조명기구에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 단위 모듈로 사용되는 연성 인쇄회로기판을 나타내고, 도 3은 본 발명에 따라 발광다이오드를 단위모듈에 조립한 것을 나타내고, 도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 단위 모듈을 곡면 형태의 지지체에 부착한 모습을 보여주고, 도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 단위 모듈을 반구형상의 지지체에 부착한 모습을 보여 준다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 조명기구는 자유형상의 단위모듈(10), 발광다이오드(20)을 포함한다.
상기 자유형상의 단위모듈(10)은 곡면부 또는 경사부를 구비하고, 상기 발광다이오드가 상기 곡면부 또는 경사부에 실장될 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈(10)은 편평하지 않은 3차원 입체 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용하는 용어인 "자유형상"은 종래 사용되는 편평 PCB기판에 비교하여 편평하지 않는 형상을 의미하는데, 즉 곡면이나 경사부를 가지는 3차원 입체 구조나 형상을 모두 포괄하는 의미이다. 또한, 종래에는 비록 유연 회로기판이 존재하였어도 이는 (편평한 형상으로 사용하면서) 휠 수 있다는 소극적인 의미에 불과하였으나 본 발명에서 "자유형상"은 조명기구에 편평한 형상이 아닌 사용자가 원하는 어떠한 임의의 형상에 발광소자가 단위모듈에 실장되어 조명기구로 사용될 수 있음을 적극적으로 나타내기 위한 표현이다. 여기서, 3차원 입체 구조란 단위모듈에 실장된 발광다이오드 전부가 평면에 실장된 구조가 아님을 의미하는데, 즉, 발광다이오드 일부 또는 전부가 다른 평면에 배치될 수 있는 구조이다. 즉, 3차원 입체구조의 예로는 구형, 반구, 기둥형상, 돌출형상, 오목형상 등을 포함할 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈(10)은 회로가 그려진 유연성의 금속기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 금속기판은 유연성을 갖고(flexible) 열전달 특성이 우수한 Cu, Mo, Al, Sus 등의 메탈을 사용할 수 있으며, 상기 금속 기판상에 절연막을 도포하고 그 위에 인쇄회로를 형성할 수 있다.
상기 플라스틱은 유연기판으로 사용될 수 있는 것을 제한없이 사용할 수 있으나 폴리이미드(polyimide) 수지 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)가 바람직하다. 형상변경 정도에 따라 곡률 반경이 작은 구조 형성 시에는 플라스틱 기판이 좀 더 바람직하다.
인쇄회로 형성을 위해 반도체 공정을 사용할 수 있으며, 발광다이오드를 직렬 및/또는 병렬로 구성하여 조명기구에서 필요로 하는 전기적 특성을 만족 시킬 수 있도록 할 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈은 상기 발광다이오드를 개별 조절 또는 통합 조절하는 회로가 인쇄될 수 있다. 따라서, 단위모듈별에 실장된 발광 소자에 대해 전부 또는 개별적으로 제어할 수 있다.
상기 자유형상의 단위모듈은 유연성의 비아홀(via hole) 기판일 수 있다. 즉, 단위모듈에 비아홀이 형성되고 여기에 발광다이오드가 실장될 수 있다.
상기 발광다이오드(20)는 플립칩(flip chip) 또는 칩스케일 발광다이오드일 수 있다. 상기 플립칩 또는 칩스케일 구조의 발광다이오드는 종래 공지된 것을 사용할 수 있다. 본 발명의 발광다이오드로 와이어 본딩이 필요한 발광다이오드를 사용할 수 있으나, 상기 플립칩 또는 칩스케일 구조의 발광다이오드가 효율이나 두께 면에서 좀 더 바람직하다.
본 발명의 조명기구는 3차원 형상의 지지체를 추가로 구비하고, 상기 단위모듈이 상기 지지체 상에 부착되어 3차원 자유형상을 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 단위모듈(10)이 기둥형태의 지지체(30)에 하나 이상 장착될 수 있다. 도 4와 같이 상기 단위모듈(10)이 상기 지지체(30)에 부착됨으로 인해 곡면형태를 유지할 수 있다. 상기 지지체는 금속 또는 플라스틱일수 있다.
상기 지지체(30)가 금속으로 형성된 히트싱크일 수 있다. 또한, 금속의 상기 지지체(30) 하면에 히트싱크가 접촉되어 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 4개의 단위모듈(10)이 반구형상의 지지체(30)에 부착되어 있다. 4개의 단위모듈이 상기 지지체(30)에 부착됨에 따라 곡면형상을 유지할 수 있다.
도 6 을 참고하면, 본 발명에 의한 조명기구는 단위모듈(10), 발광다이오드(20), 히트 싱크(heat sink)(40) 및 컨버터(50)를 포함한다. 본 발명은 여러 개의 히트 싱크를 사용하지 않고 하나의 히트싱크로 여러 개의 단위모듈에 적용할 수 있다.
도 6은 상기 단위모듈(10)이 지지체에 부착되지 않고 그 자체로 경사부나 곡면부를 가질 수 있다. 본 발명에서는 경사부 형성을 위해, 일예로서 금속기판을 절곡할 수 있다. 상기 단위모듈(10)은 조명기구에 체결될 수 있으며 그 방법에 대해서는 제한이 없다. 일예로서, 단위모듈(10)의 끝을 미리 형성된 히트싱크 상의 슬릿구멍에 삽입하고 이를 꺽어서 고정하거나, 테이프 등을 사용하여 히트싱크에 고정될 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명에 의한 조명기구는 단위모듈(10), 발광다이오드(20), 지지체(30), 히트 싱크(heat sink)(40) 및 컨버터(50)를 포함한다. 본 발명은 여러 개의 히트 싱크를 사용하지 않고 하나의 히트싱크로서 여러 개의 단위모듈에 적용할 수 있다.
도 7을 참고하면, 상기 지지체(30)의 하부 곡면 형상과 같이 히트싱크(40) 상부도 곡면으로 형성하여 이들을 서로 접촉하는 구조로 제조할 수 있으며, 상기 지지체(30)와 히트싱크(40)를 일체로도 형성할 수 있다.
상기 지지체(30)는 열전도가 좋은 알루미늄 등의 금속을 사용할 수 있으며, 플라스틱의 사용을 배제하는 것은 아니다. 플라스틱을 지지체로 사용하는 경우에 플라스틱에 홀을 뚫고, 여기에 금속을 채워 상기 단위모듈(10)과 히트싱크(40)간의 열전달 경로를 제공할 수 있다.
다른 구현예로서, 본 발명은 단위모듈(10), 발광다이어드(20) 및 상기 단위모듈이 부착되어 3차원 자유형상을 유지하면서 히트싱크의 역할을 하는 지지체(30)를 포함하는 조명기구에 관계한다. 상기 조명기구는 도 5의 지지체(30)가 히트싱크의 역할을 수행함에 따라 하부에 별도의 히트싱크를 구비하지 않아도 되므로 컴팩트한 구조를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 조명기구는 경사부나 곡면부를 구비하는 자유형상의 단위모듈을 포함하여 빔각도을 자유롭게 조절할 수 있으며, 또한 원하는 형상에 발광다이오드를 실장할 수 있어 다양한 디자인을 구현할 수 있다. 또한, 발광다이오드(LED)는 점광원으로서 단위 면적당 발생하는 빛의 양이 많아 눈부심이 강한 단점이 있는데, 현재 이를 극복하기 위하여 2차 렌즈(광을 흐트러주는)를 사용하지만 광 손실이 상당히 많이 발생한다(20% 정도). 본 발명의 조명기구는 곡면형상 등의 자유형상 단위모듈을 사용함으로써 광손실을 줄이면서도 면광원을 어느 정도 구현할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 자유형상의 단위모듈을 구비하는 조명기구의 제조방법에 관계한다.
상기 방법은 회로가 인쇄된 유연성 기판을 제공하는 단계 ; 상기 기판 상에 하나 이상의 발광다이오드를 실장하는 단계 ; 형광체가 혼합된 몰딩재료를 도포하여 몰딩공정을 수행하고 단위모듈로 분리하는 단계 ; 상기 단위모듈을 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 단계를 포함한다.
단위모듈이 될 수 있는 기판 소재와 여기에 실장되는 하나 이상의 발광다이오드에 대해서는 앞에서 상술하였으므로 설명을 생략한다.
상기 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 단계는 자유형상의 지지체에 상기 단위모듈을 접착하거나 상기 단위모듈을 절곡하여 경사를 형성하는 단계일수 있다.
상기 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 방법에 대해 다양한 방법을 사용할 수 있다.
상기 방법은 발광다이오드 실장 단계 또는 몰딩공정을 단위모듈 기판 단위로 수행할 수 있다. 상기 몰딩공정은 형광체와 몰딩재료를 혼합하여 상기 단위모듈상에 도포하고 마스터(master)를 이용할 수 있다. 일예로서, 본 발명의 몰딩은 소정 거리로 격리된 발광소자별로 복수의 몰딩체를 형성하거나 또는 단위모듈 상부를 커버하는 단일한 몰딩체를 형성하거나 이들을 함께 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면 패키지 공정이 모듈 형태로 진행됨으로써 생산 원가를 절감할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 발광다이오드가 실장된 자유형상의 단위모듈을 포함하는 조명기구.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자유형상의 단위모듈은 곡면부 또는 경사부를 구비하고, 상기 발광다이오드가 상기 곡면부 또는 경사부에 실장된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 자유형상의 단위모듈은 편평하지 않은 3차원 입체 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자유형상의 단위모듈은 회로가 그려진 유연성의 금속기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 조명기구.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 금속기판은 Cu, Mo, Al, 및 Sus로 이루어진 군으로부터 선택되어 형성된 기판임을 특징으로 하는 조명기구.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 플라스틱은 폴리이미드(polyimide) 수지 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)인 것임을 특징으로 하는 조명기구.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 자유형상의 단위모듈은 유연성의 비아홀(via hole) 기판인 것을 특징으로 하는 조명기구.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 발광다이오드는 플립칩(flip chip) 또는 칩스케일 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 조명기구.
  9. 제 1항에 있어서, 조명기구는 3차원 형상의 지지체를 추가로 구비하고, 상기 단위모듈이 상기 지지체 상에 부착되어 3차원 자유형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 지지체가 금속으로 형성된 히트싱크이거나, 상기 지지체 하면에 히트싱크가 접촉되어 형성된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  11. 회로가 인쇄된 유연성 기판을 제공하는 단계 ;
    상기 기판 상에 하나 이상의 발광다이오드를 실장하는 단계 ;
    형광체가 혼합된 몰딩재료를 도포하여 몰딩공정을 수행하고 단위모듈로 분리하는 단계 ;
    상기 단위모듈을 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 단계를 포함하는 조명기구의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 자유형상을 가지는 단위모듈로 형성하는 단계는 자유형상의 지지체에 상기 단위모듈을 접착하거나 상기 단위모듈을 절곡하여 경사를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명기구의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 방법은 발광다이오드 실장 단계 또는 몰딩공정을 단위모듈 기판 단위로 수행하는 것을 특징으로 하는 조명기구의 제조방법.
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