KR20130070285A - 칩 온 보드형 발광장치 - Google Patents

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KR20130070285A
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Abstract

칩 온 보드형 발광장치가 개시된다. 이 칩 온 보드형 발광장치는, 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 실장된 다수의 엘이디 칩들과, 상기 다수의 엘이디 칩들을 덮도록, 상기 인쇄회로기판 상에 형성된 다중 렌즈형 봉지재를 포함한다. 상기 다중 렌즈형 봉지재는 외곽 렌즈들과, 상기 외곽 렌즈들의 중심을 연결한 외곽 라인 안쪽의 내측 렌즈들을 포함하고, 상기 다수의 엘이디 칩들은 상기 외곽 라인 안쪽에 모두 위치한다.

Description

칩 온 보드형 발광장치{CHIP ON BOARD TYPE LIGHT EMTTING DEVICE}
본 발명은 칩 온 보드형 발광장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 다수의 엘이디 칩들이 실장되고 그 다수의 엘이디 칩들을 다중 렌즈형 봉지재가 덮도록 구성된 칩 온 보드형 발광장치에 관한 것이다.
PCB 상에 다수의 엘이디 칩들이 직접 실장된 구조를 포함하는 칩 온 보드형 발광장치가 알려져 있다. 이러한 칩 온 보드형 발광장치는 PCB 상에 직접 실장된 다수의 엘이디 칩들을 보호하도록 PCB 상에 형성된 봉지재를 포함한다.
통상적인 칩 온 보드형 발광장치는 다수의 엘이디 칩들을 둘러싸도록 PCB 상에 투광성 수지 재질의 댐이 형성되고, 그 댐의 내측에 투광성 수지가 디스펜싱되어, 엘이디 칩들을 봉지하는 투광성 봉지재가 형성된다. 이러한 봉지재는 통상 평평한 상면을 포함한다.
평형한 상면을 갖는 봉지재를 이용할 경우, 엘이디 칩들로부터 발생된 광 중 상당량의 광이 내부 전반사에 의해 봉지재를 통과하지 못하고 손실된다. 이에 대한 대안으로, 구면 렌즈 형태로 봉지재를 형성하면, 봉지재 내부에서의 전반사 및 광 손실을 줄 일 수 있으므로 발광 효율을 높일 수 있다. 그러나 일반적인 구면 렌즈형의 봉지재를 이용하는 경우, 봉지재를 구성하는 투광성 수지의 양이 많아지므로 경제성이 나쁘다.
다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들을 엘이디 칩들과 모두 일치시키는 설계 및 성형은 번거롭고도 까다롭다. 특히, 엘이디 칩들 상에 또는 다중 렌즈형 봉지재 내에 형광체가 개재되는 경우, 형광체에 의한 광 산란에 의해 렌즈들과 엘이디 칩을 일치시키는 것이 주목할 만큼 발광 효율 향상에 도움이 되지 않음을 알게 되었다. 더 나아가, 본 발명의 발명자들은 렌즈들과 엘이디 칩들을 일치시키지 않아도 렌즈들의 배열 및/또는 엘이디 칩들의 배열에 의해 발광효율을 충분히 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되었다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 하나의 과제는 다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들과 엘이디 칩들을 일치되지 않아도 발광 효율이 향상될 수 있는 칩 온 보드형 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 칩 온 보드형 발광장치는, 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 실장된 다수의 엘이디 칩들과, 상기 다수의 엘이디 칩들을 덮도록, 상기 인쇄회로기판 상에 형성된 다중 렌즈형 봉지재를 포함하며, 상기 다중 렌즈형 봉지재는 외곽 렌즈들과, 상기 외곽 렌즈들의 중심을 연결한 외곽 라인 안쪽의 내측 렌즈들을 포함하고, 상기 다수의 엘이디 칩들은 상기 외곽 라인 안쪽에 모두 위치한다.
일 실시에예 따라, 상기 인쇄회로기판 상에는 제1 전극패드와 제2 전극패드가 형성되며, 상기 제1 전극패드와 상기 제2 전극패드는 상기 다중 렌즈형 봉지재 외측으로 노출된다.
일 실시예에 따라, 상기 외곽 라인에 의해 한정된 렌즈들의 영역이 횡방향 센터 라인과 종방향 센터 라인에 의해 4개의 영역으로 분할되고,상기 4개의 영역 각각에 있는 렌즈들은 상기 횡방향 센터 라인과 상기 종방향 센터 라인의 교차점을 중심으로 90도 회전 대칭을 이룬다. 또한, 상기 4개의 영역 각각에 있는 엘이디 칩들은 상기 교차점을 중심으로 90도 회전 대칭을 이룬다.
일 실시예에 따라, 상기 다중 렌즈형 봉지재는 콤프레션 몰딩에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 외곽 렌즈들은 엘이디 칩들과 중심이 일치하지 않는다.
일 실시예에 따라, 상기 다중 렌즈형 봉지재에 형성된 모든 렌즈들이 엘이디 칩들과 중심이 일치하지 않는다.
일 실시예에에 따라, 상기 엘이디 칩들 중 외곽 엘이디 칩들의 중심을 연결한 라인은 상기 외곽 라인과 적어도 부분적으로 평행하다.
일 실시예에 따라, 상기 다중 렌즈형 봉지재는 측방향으로 돌출된 돌출부를 일체로 포함하고, 상기 돌출부에는 제너다이오드가 봉지된다.
일 실시예에 따라, 상기 다중 렌즈형 봉지재는 형광체를 포함한다. 이때, 상기 형광체는 상기 다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들 내에 집중될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들 각각은 1~1.5mm의 직경 또는 폭을 갖는다.
본 발명에 따르면, 다수의 렌즈들을 일체로 갖는 다중 렌즈형 봉지재에 의해 칩 온 보드형 발광장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 봉지재의 렌즈들은 상기 엘이디 칩들과 중심이 일치하지 않아도 발광 효율을 충분히 높일 수 있으며, 따라서, 엘이디 칩들과 렌즈들을 중심을 일치하는데 따른 제조상의 어려움을 해소할 수 있다. 또한, 기존 구면 렌즈형 봉지재에 의해 적은 양의 수지로 원하는 만큼의 발광 효율을 얻을 수 있다는 점에서 경제적이다. 또한, 본 발명은 인쇄회로기판 상의 전극패드들과 같은 부분을 외부로 노출시키도록 봉지재의 형성이 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 온 보드형 발광장치를 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 칩 온 보드형 발광장치의 평면도로서 다중 렌즈형 봉지재 내부 구성을 보이기 위한 칩 온 보드형 발광장치의 투영 평면도.
도 3은 도 1의 I-I를 따라 취해진 칩 온 보드형 발광장치의 단면도.
도 4는 엘이디 칩들이 실장된 인쇄회로기판 상에 다중 렌즈형 봉지재를 형성하는 콤프레션 몰딩 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명에 적합한 렌즈의 형태들을 예시한 도면들.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 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, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 온 보드형 발광장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 칩 온 보드형 발광장치의 평면도로서 다중 렌즈형 봉지재 내부 구성을 보이기 위한 투영 평면도이며, 도 3은 도 1의 I-I를 따라 취해진 단면도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 칩 온 보드형 발광장치(1)는 인쇄회로기판(2)과, 상기 인쇄회로기판(2) 상에 실장된 엘이디 칩(4; 도 2 및 도 3 참조)들을 보호하기 위한 다중 렌즈형 봉지재(6)를 포함한다. 상기 인쇄회로기판(2)은 제1 및 제2 전극패드(21a, 21b)를 상면에 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극 패드(21a, 21b)는 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)의 외부로 노출되어 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(2) 상에는 도전성 패턴들(22a, 22b)이 형성되는데, 이 도전성 패턴들(22a, 22b)들은 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)의 내부로부터 상기 다중형 봉지재(6)의 외부로 연장되어 상기 제1 및 제2 전극패드(21a, 21b)와 각각 연결되어 있다.
상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는 상기 인쇄회로기판(2) 상에 대략 원형을 갖도록 형성되며, 상면에는 다수의 반구형 렌즈(62)들을 일체로 구비한다. 상기 렌즈(62)들은 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터 크기(높이 또는 직경)를 갖도록 형성된다.
상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는, 다수의 렌즈(62)들을 일체로 갖도록, 투광성 수지, 더 바람직하게는, 투광성의 실리콘 수지를 콤프레션 몰딩하여 형성된다. 콤프레션 몰딩은 미세한 크기의 렌즈(62)들을 원하는 형상으로 성형하기에 적합하다. 본 실시예에 따르면, 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는 콤프레션 몰딩에 의해 원하는 형상 및 원하는 크기로 형성되며, 상기 제1 및 제2 전극패드(21a, 21b)와 그와 연결된 도전성 패턴(22a, 22b)들의 일부가 존재하는 영역에는 외부 전원과의 연결을 위해 다중 렌즈형 봉지재(6)가 형성되지 않는다.
상기 제1 및 제2 전극패드(21a, 21b)의 영역과 같이 다중 렌즈형 봉지재(6)가 형성되어서는 안되는 영역에는 봉지재의 형성을 배제하거나 또는 그 영역을 보호하기 위한 테이프가 붙여진 후 예컨대 콤프레션 몰딩에 의해 다중 렌즈형 봉지재(6)가 형성될 수 있다.
다중 렌즈형 봉지재(6)는 다수의 렌즈(62)들이 일정 배열을 갖도록 형성된다. 상기 다수의 렌즈(62)들은 외곽 렌즈들과 안쪽의 렌즈들을 포함하며, 상기 외곽 렌즈들의 중심을 모두 연결하면, 일정 패턴의 외곽 라인(L1)이 그려진다. 본 실시예에서는, 상기 외곽 라인(L1)은 두개의 평행한 변과 그와 교차하는 다른 두개의 평행 변들을 포함하는 대략 사각형 패턴을 갖는다. 본 실시예에서는, 외곽의 렌즈(62)들이 상기 외곽 라인(L1)을 따라 배열되되, 상대적으로 인접하는 렌즈의 개수가 많은 코너들의 경우 렌즈가 생략되었다. 즉, 상기 외곽 라인(L1)은 상기 코너들에도 렌즈가 존재하다고 가정하여 그려진 것이다.
상기 외곽 라인(L1)의 안쪽에는 렌즈(62)들이 대략 격자 형태로 배열된다. 상기 외곽 라인(L1)의 안쪽에 한정된 렌즈 영역은 가상의 횡방향 센터 라인(x)과 가상의 종방향 센터 라인(y)에 의해 네개의 영역으로 분할된다. 이때, 각 분할 영역에 존재하는 렌즈(62)들의 개수 및 배열 다른 분할 영역에 존재는 렌즈(62)들의 개수 및 배열과 같다. 즉, 횡방향 센터 라인(x)과 종방향 센터 라인(y)의 교차점을 기준으로 상기 4개의 분할 영역에 존재하는 렌즈들은 90도 회전 대칭을 이룬다.
한편, 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는 전반적으로 원형을 갖되 원주 일측에서 측방향으로 돌출된 돌출부(63)을 포함한다.이 돌출부(63) 내에는 제너다이오드(5; 도 3 참조)가 봉지되어 있다. 또한, 본 실시예에 따른 칩 온 보드형 발광장치는 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)의 주변을 둘러싸도록 대략 환형을 갖는 환형 반사부(7)를 더 포함할 수 있다. 상기 환형 반사부(7)는 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)의 가장자리를 통해 나올 수 있는 광을 상측 방향으로 반사키는 역할을 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 인쇄회로기판(2)의 상면에 엘이디 칩(4)들이 직접 실장되고, 상기 인쇄회로기판(2) 상에 형성된 다중 렌즈형 봉지재(6)가 상기 엘이디 칩(4)들을 전체적으로 덮고 있다. 또한, 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는 평평한 베이스부(61)로부터 상기 렌즈(62)들이 돌출된 구조로 형성된다. 상기 렌즈(62)들의 중심과 상기 엘이디 칩(4)의 중심은 전반적으로 일치하지 않는다. 상기 렌즈(62)들은 반원형 단면을 갖는 반구 형태를 갖는다. 그리고, 상기 다중 렌즈형 봉지재(6)는 형광체(9)를 포함한다. 상기 형광체(9)는 렌즈(62) 내에 집중되어 있으며, 더 나아가, 렌즈(62)의 내측 상부에서 렌즈(62)의 면을 따라 형성되어 있다.
도 3을 참조하면, 다수의 엘이디 칩(4)들이 인쇄회로기판(2) 상에 실장되어 있다. 그 엘이디 칩(4)들은 격자 형태로 배열된다. 또한, 모든 엘이디 칩(4)들은 전술한 렌즈들(62)의 외곽 라인(L1) 안쪽에 위치한다. 이는 렌즈들(62)들이 존재하는 영역이 모든 엘이디 칩(4)들을 덮도록 해준다. 따라서, 렌즈들(62)들은 모든 엘이디 칩(4)들로부터 나온 광의 추출 효율을 높이는데 기여하게 된다. 외곽 엘이디 칩(4)들의 중심을 연결하면 전술한 외곽 라인(L1)의 각 변들에 평행한 변들로 구성된 대략 사각형의 외곽 엘이디 라인(L2)이 형성된다.
또한, 전술한 횡방향 센터 라인(x)과 종방향(y축 방향) 센터 라인(y)에 의해 분할된 네개의 영역들에는 동일한 개수의 엘이디 칩(4)들이 동일한 배열로 위치하고 있다. 상기 횡방향 센터 라인(x)과 종방향 센터 라인(y)의 교차점을 기준으로, 상기 4개의 분할 영역에 존재하는 엘이디 칩(4)들은 90도 회전 대칭을 이룬다. 위와 같은 렌즈들(62)들과 엘이디 칩(4)들의 배열에 따르면, 렌즈(62)들과 엘이디 칩(4)들의 중심이 일치하지 않더라도, 발광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 엘이디 칩들이 실장된 인쇄회로기판 상에 다중 렌즈형 봉지재를 형성하는 콤프레션 몰딩 공정을 설명하기 위해 도시한 개략적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 다수의 엘이디 칩(4)들이 실장된 인쇄회로기판(2)가 상부 금형(M1)에 고정되어 있고, 다수의 렌즈 형상을 포함하는 하부 금형(M2) 상에는 이형 필름(F)이 고정되어 있다. 하부 금형(M2)에 대한 이형 필름(F)의 고정은 흡착에 의해 이루어진다. 이형 필름(F)의 표면에도 하부 금형(M2)의 렌즈 형상들이 존재한다. 하부 금형(M2)에 고정된 이형 필름(F)과 상부 금형(M1)에 고정된 체적 가변형의 수지 공간 내에는 예를 들면 실리콘 수지와 같은 투광성의 수지가 액상 또는 겔상 또는 고상으로 채워진다. 상기 상부 금형(M1) 및/또는 상기 하부 금형(M2)의 가동에 의한 압력 증가에 의해 상기 수지 공간 내의 수지가 압축되며, 이에 의해, 인쇄회로기판(2) 상에는 다수의 렌즈들을 갖는 다중 렌즈형 봉지재가 형성된다. 다중 렌즈형 봉지재 형성 후, 이형 필름(F)는 제거된다. 이때, 하부 금형(M2)의 형상에 의해 한정된 이형 필름(F) 상에 한정된 렌즈 형상부들에 형광체(9)를 배치하므로, 그 형광체(9)가 렌즈들 각각의 면을 따라 렌즈들의 내부에 형성될 수 있다.
아래의 [표 1]은 다른 조건들은 모두 동일하고 렌즈들의 직경만을 변화시켜 발광 효율을 측정한 결과를 보여준다. 실험에 이용된 엘이디 칩은 질화물 계열의 청색 엘이디 칩이며, 렌즈들을 포함하는 봉지재의 재료는 실리콘 수지이다. 아래의 측정 결과가 여러 변수들에 의해 의존하므로 측정 값에 의미를 두기는 어렵지만, 아래의 [표 1] 렌즈들의 직경과 발광효율의 상관 관계는 알 수 있을 것이다.
직경(mm) 0.6 0.8 1 1.5 2 3 4 5
발광효율

(%)		 88.5 88.9 89.1 89.9 90.1 90.5 90 86.9
렌즈 직경(또는, 폭)이 3mm 이하일 때까지는 직경 증가에 따라 발광 효율도 증가되지만, 그 이상일 때에는 오히려 발광 효율이 감소한다는 측정 결과가 나왔다. 발광 효율과 지향각을 모두 고려해 볼 때, 렌즈들 각각의 직경은 1~1.5mm인 것이 바람직하다.
렌즈 간 간격, 즉, 피치는 증가할수록 발광효율도 높아지는 것으로 확인되었다.
상기 렌즈들의 직경, 폭, 높이 및 피치는 렌즈의 하단에서 측정된 것임에 유의한다.
다양한 형태를 갖는 렌즈가 본 발명에 적용될 수 있으며, 대표적으로, 도 5의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 반구형, 원추형(또는, 절두 원추형) 및 피라미드형의 렌즈 형상들이 본 발명에 특히 적합하다. 도시된 것과 같은 렌즈 형상외에도 아래에서 위를 향해 수렴하는 형태를 갖는 렌즈 형상이 본 발명에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 상에 실장된 다수의 엘이디 칩들; 및
    상기 다수의 엘이디 칩들을 덮도록, 상기 인쇄회로기판 상에 형성된 다중 렌즈형 봉지재를 포함하며,
    상기 다중 렌즈형 봉지재는 외곽 렌즈들과, 상기 외곽 렌즈들의 중심을 연결한 외곽 라인 안쪽의 내측 렌즈들을 포함하고,
    상기 다수의 엘이디 칩들은 상기 외곽 라인 안쪽에 모두 위치하는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에는 제1 전극패드와 제2 전극패드가 형성되며,
    상기 제1 전극패드와 상기 제2 전극패드는 상기 다중 렌즈형 봉지재의 외측으로 노출되는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외곽 라인에 의해 한정된 렌즈들의 영역이 횡방향 센터 라인과 종방향 센터 라인에 의해 4개의 영역으로 분할되고,
    상기 4개의 영역 각각에 있는 렌즈들은 상기 횡방향 센터 라인과 상기 종방향 센터 라인의 교차점을 중심으로 90도 회전 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 4개의 영역 각각에 있는 엘이디 칩들은 상기 교차점을 중심으로 90도 회전 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중 렌즈형 봉지재는 콤프레션 몰딩에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외곽 렌즈들은 엘이디 칩들과 중심이 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 다중 렌즈형 봉지재에 형성된 모든 렌즈들이 엘이디 칩들과 중심이 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 엘이디 칩들 중 외곽 엘이디 칩들의 중심을 연결한 라인은 상기 외곽 라인과 적어도 부분적으로 평행한 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중 렌즈형 봉지재는 측방향으로 돌출된 돌출부를 일체로 포함하고,
    상기 돌출부에는 제너다이오드가 봉지되는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 다중 렌즈형 봉지재는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 형광체는 상기 다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들 내에 집중된 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 다중 렌즈형 봉지재의 렌즈들 각각은 1~1.5mm의 직경 또는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 칩 온 보드형 발광장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104676442A (zh) * 2015-02-10 2015-06-03 华南理工大学 一种智能照明cob的led光源器件
WO2021251612A1 (ko) * 2020-06-10 2021-12-16 아이디씨코리아 주식회사 매트릭스 배열 마이크로 칩 모듈 및 그 제조방법

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