KR20130032116A - 광효율 및 방열 특성이 개선된 엘이디모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전 구간의 조도가 균일할 뿐만 아니라 LED를 베어칩(Bare Chip)의 형태로 기판에 설치된 열전도체에 실장하여 LED의 열이 보다 쉽게 배출될 수 있게 한 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 베어칩을 배열한 후 형광체가 혼합된 수지를 몰딩함으로서 LED패킷을 개별적으로 몰딩하여 구성할 때보다 제조 과정이 단순해질 수 있을 뿐만 아니라 형광체의 배합비율이 일정하여 빛이 불균일하게 조사되는 것을 방지할 수 있는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈에 관한 것이다.

Description

광효율 및 방열 특성이 개선된 엘이디모듈{LED module with improved intensity of illumination and discharge of heat}

본 발명은 백라이트유닛과 조명 수단에 사용되는 LED모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 전 구간의 휘도가 균일할 뿐만 아니라 LED를 베어칩(Bare Chip)의 형태로 기판에 설치된 열전도체에 실장하여 LED의 열이 보다 쉽게 방출될 수 있게 한 광효율 및 방열 특성이 개선된 백라이트유닛 및 LED조명용 LED모듈에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 베어칩을 배열한 후 형광체가 혼합된 수지를 몰딩함으로서 LED패킷을 개별적으로 몰딩하여 구성할 때보다 제조 과정이 단순해질 수 있을 뿐만 아니라 형광체의 배합비율이 일정하여 빛이 불균일하게 조사되는 것을 방지할 수 있는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈에 관한 것이다.

전기, 전자 기술이 발전함에 따라 다양한 전기, 전자 기계 기구를 이 개발되고 있으며, 이러한 추세는 조명 기술에도 접목되고 있다.

특히, 소형이며 에너지 효율이 우수한 각종 표시장치들이 개발되고 있으며 이를 이용한 영상기기, 컴퓨터, 이동통신 단말기 등이 개발되고 있는 추세이다. 이러한 추세에 맞추어 개발된 것 중 하나로 LED TV 또는 LCD(액정표시장치, Liquid Crystal Display)가 있다.

LCD를 구성하는 LCD판넬은 자체가 발광할 수 없으므로 뒷면에 빛을 발생시키는 광원과 도광판으로 구성되는 백라이트유닛(BacklightUnit)를 구비하는 것이 일반적이다. 이러한 LCD의 백라이트유닛의 광원은 CCFL(냉음극형광램프, Cold Cathode Fluorescent Lamp)이나 EEFL(외부전극형광램프, External Electrode Fluorescent Lamp)등을 광원으로 사용하였으나, 이러한 광원들은 플라즈마의 가스 압력이 변화함에 따라 수명이 짧아지고, 플라즈마 방전에 필요한 수 백 볼트에 이르는 높은 동작전압을 얻기 위한 인버터를 설치하여야 하므로 구조가 복잡해지고 크기가 커지는 문제가 있었다.

또한, 종래의 광원을 적용한 백라이트유닛들은 전력소비효율이 좋지 못하여 과다한 전력소모가 된다는 문제점이 있었고, 이러한 단점을 개선하여 개발된 것이 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 백라이트유닛 모듈이다. 도 5 및 도 6에는 종래의 LED 광원과 이를 이용한 백라이트유닛의 개략적인 구조의 일예를 도시하였다.

도시한 바와 같이 종래의 LED광원은 메탈기판(300)상에 다수의 LED패킷(100)을 접착하여 구성되고, LED패킷이 접착되는 부분에는 메탈기판상에 절연부(201)를 형성하고 절연부위에 도전체 회로패턴(310)을 형성하여 회로패턴과 LED패킷(100)의 단자 사이에 납땜부(200)를 형성하여 LED패킷이 전기적으로 통전될 수 있게 구성되어 있다.

이러한 종래의 LED광원을 구성하는 상기 LED패킷은 다수의 LED를 집적하여 구성되고, 이러한 LED패킷을 배선 등 구조적인 이유와 방열 특성을 고려하여 일정거리 틈이 형성되어 있어 도광판(400)에 조사된 빛의 휘도 세기가 패키지 중심과 패키지와 패키지사이 부분과 차이가 발생하는 문제가 있었다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이 LED패킷의 중앙 부분은 휘도가 높으나, 패킷 사이는 휘도가 낮아 도광판에 조사된 빛이 고르지 못하고 휘도의 차이를 나타내는 문제가 있었다.

또한, 이러한 LED광원은 전술한 바와 같이 다수의 LED패킷으로 구성되고, 각각의 LED패킷은 도 6에 도시한 바와 같이 그 표면에 형광체가 혼합된 몰딩이 도포되어 있다. 이러한 LED패킷은 패킷 자체 및 몰딩의 형광체 함량이 서로 달라 동일한 특성을 선별하여 하나의 LED광원을 제작하여야하지만 선별에 많은 어려움이 있었다.

또한, 회로패턴과 LED패킷을 전기적으로 접촉시키기 위한 납땜부가 LED패킷과 메탈기판 사이에 위치하므로 메탈기판과 LED패킷 사이의 절연을 위해 절연층(201)이 구비되어야 하고 이러한 절연층은 LED패킷에서 발생된 열이 메탈기판으로 전달되는 것을 방해하여 방열 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

한편, LED광원은 통상의 조명수단으로도 많이 사용되고 있으며, 조명수단에 사용할 경우에도 상기한 문제와 더불어 패키지 구조상 LED베어칩(Bare Chip) 자체가 갖고 있는 빛의 총 광속을 100% 활용하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 베어칩 형태의 LED를 보다 조밀하게 배열하여 구성함으로서 휘도가 균일하고 광효율이 높은 LED모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 LED베어칩을 직접 방열층에 접촉시키고 다수의 방열홀을 통해 기판의 상,하면의 메탈 방열부를 연결하여 메탈이 아닌 다른 종류의 재질로 만든 기판들이 갖고 있는 열전도도의 문제를 해결하여 열의 전달을 쉽게 이루어질 수 있게 함으로서 방열 효율이 개선된 LED모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱이, 저렴한 베어칩 상태의 LED로 구성함으로서 보다 제조원가를 낮출 수 있는 LED모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 의한 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈은 패키징(packaging)되지 않은 발광용 LED베어칩과 ; 상기 LED베어칩이 면접되는 상부방열층과 LED베어칩의 단자로부터 연장된 도선이 연결되는 회로패턴이 표면에 구비한 절연기판과 ; 상기 절연기판의 저면에 적층되고, 절연기판을 관통하여 형성된 방열홀에 설치된 열전도체에 의해 상부방열층과 연결되어 LED베어칩의 열을 외부로 방출시키는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 LED모듈은 LED베어칩의 열이 보다 쉽게 배출될 수 있도록 하기 위해 상기 LED베어칩을 단자가 상부방열기판의 반대쪽을 향하도록 상부방열기판에 부착하고 배선을 LED베어칩의 표면에 노출된 단자와 회로패턴 사이에 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 LED베어칩은 두 개 이상이 서로 직렬로 연결된 것이 하나의 베어칩쌍을 이루고, 다수의 베어칩쌍이 회로패턴에 병렬로 연결시킬 수 있다.

상기 절연기판의 표면에는 형광체가 혼합된 수지를 도포하여 LED베어칩으로부터 조사된 빛이 균일한 색상을 갖게 하는 것과 LED베어칩과 연결선을 보호하는 것이 바람직하고, 상기 절연기판의 표면에 형성되는 회로패턴과 상부방열층은 반사율이 높은 물질로 형성하여 LED베이칩으로부터 방출된 빛이 전면으로 전부 반사되게 하여 광효율을 높이는 것이 바람직하다.

본 발명은 LED를 베어칩 상태로 기판에 실장하고 칩 사이의 거리를 조립하게 구성함으로서 조사된 빛의 휘도가 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라 고가의 LED패킷을 사용하지 않음으로서 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LED를 베어칩 상태로 상부 열전도성(메탈 또는 기타)이 좋은 바닥층에 면접시켜, LED베어칩으로부터 발생된 열이 열전도성이 좋지 않은 절연층부에 관통홀을 뚫고 상.하부에 있는 열전도가 좋은 층을 상호 연결을 통해 하부 열전도층에 빠르게 열전도를 할 수 있는 기판 구조로 만들어 방열 기구물에 전달 할 수 있는 것으로서 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명은 LED베어칩이 기판에 설치된 후 형광체가 혼합된 실리콘으로 몰딩함으로서 균일한 형광체를 포함한 실리콘이 도포되어 일정한 광특성을 갖게 하는 효과도 있는 것이다.

더욱이, 기판에 회로패턴과 상부방열층은 LED베어칩의 파장에 맞게 반사율이 가장 좋은 물질로 도포하여 형성함으로서 LED베어칩에서 방출되는 빛이 전면으로 반사되게 하여 보다 높은 광효율 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 LED모듈의 일부를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 의한 LED모듈의 일부를 도시한 즉단면도이고,
도 3은 본 발명에 의한 LED모듈의 일부를 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명에 의한 LED모듈에 의해 조사되는 빛의 배광 분포 영역을 도시한 것이고,
도 5는 종래의 LED모듈의 일예의 사시도이고,
도 6은 종래의 LED모듈에 의해 조사된 빛의 배광 분포이다,

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명에 의한 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈은 보다 균일하고 높은 휘도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 LED에서 발생된 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 하기위한 것으로서, 패키징(packaging)되지 않은 발광용 LED베어칩(1)과 ; 상기 LED베어칩(1)이 면접되는 상부방열층(4a)과 LED베어칩의 단자로부터 연장된 도선(2)이 연결되는 회로패턴(31)이 표면에 구비된 절연기판(3)과 ; 상기 절연기판의 저면에 적층되고, 절연기판을 관통하여 형성된 방열홀(4b)에 설치된 열전도체에 의해 상부방열층과 하부방열층이 연결되어 LED베어칩의 열을 외부로 방출시키는 방열판(4)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의한 LED모듈은 디스플레이의 백라이트유닛는 물론 통상의 조명수단으로도 사용될 수 있다.

상기 LED베어칩(1)은 LED모듈의 광원으로서, 웨이퍼에 LED를 집적한 상태에서 패키징(packaging)하기 전에 잘라낸 집적회로 칩으로서, 어느 일면에는 전기 공급을 위한 단자가 형성되어 있다.

상기 LED베어칩(1)은 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이, 단자가 외부로 노출되도록 설치된다. 즉, 상기 LED베어칩(1)은 단자가 상부방열기판(3)의 반대쪽을 향하도록 상부방열기판에 부착되고, 외부로 노출된 단자에 상기 배선(2)이 연결된다. 상기 배선(2)의 다른 단부는 절연기판(3)에 형성된 회로패턴(31)에 연결된다.

상기 절연기판(3)은 전기적으로 절연이 가능한 합성수지 등으로 구성될 수 있는 것으로 바람직하게는 온도에 따른 신축율이나 흡수성이 적고, 주파수 특성, 열 및 강도가 우수하며, 저렴한 FR-4를 사용할 수 있다.

상기 절연기판(3)의 표면에는 상부방열층(4a)과 회로패턴(31)이 형성되어 있으며, 상기 상부방열층(4a)은 열의 전도율이 우수한 금속 등으로 구성되고, 상기 회로패턴(31)은 전기 전도도가 우수한 금속을 인쇄 방식으로 형성한 것이다.

또한, 상기 절연기판(3)에는 다수의 방열홀(4b)이 형성되고 방열금속이 매설되어 있으며, 저면에는 역시 열전도성이 우수한 재질로 만들어진 방열판(4)이 적층되어 있다. 즉, 상기 상부방열층(4a)과 방열홀의 방열체와 방열판은 모두 열 전도성이 우수한 동일한 재질로 만들어져 상부방열층(4a)의 표면에 면접되게 설치된 LED베어칩(1)에서 발생된 열을 방열판으로 전달하여 방출시킴으로서 LED베어칩이 과열되는 것을 방지하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 LED모듈에 있어서, LED베어칩(1) 단독으로 전기를 공급할 경우 공급되는 전기의 제어가 어려우므로 통상적으로 사용되는 전원 공급 장치를 이용할 수 있도록 두 개 이상을 서로 직렬로 연결하여 부하를 맞추어주는 것이 바람직하다.

즉, 상기 LED베어칩(1)은 두 개 이상이 서로 직렬로 연결된 것이 하나의 베어칩쌍(1p)을 이루고, 다수의 베어칩쌍(1p)이 회로패턴(31)에 병렬로 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 LED모듈은 조사되는 빛이 균일한 광 특성을 갖도록 LED베어칩(1)의 표면에 형광체가 혼합된 수지를 몰딩(5)하는 것이 바람직하고, 돌딩(5)은 모든 LED베어칩(1)이 기판에 설치된 후 일괄적으로 이루어짐으로서 모든 LED베어칩에서 조사된 빛이 모두 균일한 광 특성을 갖게 되는 것이다.

더욱이, 본 발명의 LED모듈의 휘도를 높이기 위해 LED베어칩(1)에서 조사된 빛이 모두 모듈의 전명으로 조사되는 것이 바람직하다. 이를 위해 상부 방열층(4a)을 비롯한 상기 LED베어칩(1)이 실장되는 면을 반사체로 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 절연기판의 표면 형성되는 회로패턴(31)과 상부방열층(4a)은 반사율이 우수한 재질로 제작하고 표면의 조도를 높여 LED베어칩으로부터 조사된 빛이 모두 전면으로 반사되게 하는 것이 바람직하다.

1 : LED베어칩
11, 12 : 배광 분포 영역
2 : 배선
3 : 절연기판
31 : 회로패턴
4 : 방열판
4a : 상부방열층
4b : 방열홀
5 : 몰딩

Claims (5)

1. 패키징(packaging)되지 않은 발광용 LED베어칩(1)과 ;
   상기 LED베어칩(1)이 면접되는 상부방열층(4a)과 LED베어칩의 단자로부터 연장된 도선(2)이 연결되는 회로패턴(31)이 표면에 구비한 절연기판(3)과 ;
   상기 절연기판의 저면에 적층되고, 절연기판을 관통하여 형성된 방열홀(4b)에 설치된 열전도체에 의해 상부방열층과 연결되어 LED베어칩의 열을 외부로 방출시키는 방열판(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 LED베어칩(1)은 단자가 상부방열기판의 반대쪽을 향하도록 절연기판에 부착되어 상기 배선(2)이 LED베어칩(1)의 표면으로 노출된 단자와 회로패턴 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 LED베어칩(1)은 두 개 이상이 서로 직렬로 연결된 것이 하나의 베어칩쌍(1p)을 이루고, 다수의 베어칩쌍(1p)이 회로패턴(31)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 절연기판의 표면에는 형광체가 혼합된 수지가 몰딩(5)된 것을 특징으로 하는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 절연기판의 표면 형성되는 회로패턴(31)과 상부방열층(4a)은 반사율이 높을 것을 특징으로 하는 광효율 및 방열 특성이 개선된 LED모듈.
   

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