KR20140040433A - 조명유닛 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20140040433A
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Abstract

본 발명은 LED 칩이 장착된 칩실장기판, 상기 LED 칩으로부터 이격되어 상기 LED 칩을 포위하는 형광물질층, 및 상기 칩실장기판과 대향되게 배치되어, 상기 LED 칩으로부터 이격되어 반사패턴이 형성되는 반사층을 포함하는 조명유닛을 제공한다.

Description

조명유닛 및 그 제조방법{LIGHTING UNIT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 반사율과 광특성이 우수한 조명유닛을 제조하기 위한 방안에 관한 것이다.
반도체 조명 장치로서 LED(Light Emitting Diode)는 백열등이나 형광등과 같은 전통적인 조명 장치에 비해 많은 장점을 갖는다. 예를들어, LED는 수명이 길고, 크기가 작으며, 전력 소비가 적고, 수은 오염이 없다. 이에 따라, 최근에는 기존의 조명 장치를 대체하기 위한 새로운 조명 장치로서 LED를 주로 사용하고 있다.
LED 패키지의 광출력을 향상시키기 위하여, LED 패키지의 바깥쪽 광학층에는 일반적으로 볼록한 렌즈 구조가 도입된다. 종래의 LED 패키지에서, 그러한 볼록 렌즈 구조는 미리 별도로 만들어진 후에 LED 패키지 상에 장착된다. 이러한 볼록 렌즈 구조의 추가적인 제조 및 조립 공정으로 인하여, 추가적인 제조 및 조립 장치들이 요구된다. 뿐만 아니라, 미리 별도로 만들어진 볼록 렌즈 구조를 LED 패키지 상에 장착하는 과정에서, 상기 볼록 렌즈 구조와 LED 패키지 상에 이미 형성되어 있는 봉지층 사이에 원하지 않는 공기층이 형성될 수도 있다. 또한, 종래의 기술의 경우에, LED 다이(die) 위에 LED 다이를 보호하기 위한 봉지층을 형성하는 과정에서 상기 봉지층의 외부 표면에 볼록한 곡률을 만드는 것이 용이하지 않다. 따라서, 종래의 LED 패키지 제조 방법은 제조 수율이 비교적 낮고, 생산 비용이 비교적 많이 소요된다.
한편, 백색광을 발생시키는 백색 LED를 제공하기 위하여, 통상적으로 청색 또는 UV LED 다이 위에 형광층을 직접 도포하는 방식을 사용하고 있다. 예를 들어, 청색 LED 다이를 사용하는 경우, 형광체 재료에서 발생한 다양한 파장의 광이 서로 혼합되거나 또는 상기 다양한 파장의 광이 청색 LED 다이로부터의 청색 여기광과 혼합되어 백색광이 방출될 수 있다. 그런데 LED 다이 위에 형광층을 직접 도포하는 방식의 경우, LED 다이와 형광층이 매우 근접해 있기 때문에, 형광체 재료로부터 발생한 광이 LED 다이로 진행하여 LED 다이에서 흡수되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, LED의 고 전력 트렌트(High Power Trend)에 따라 우수한 LED 패키지의 신뢰성 특성이 요구되고 있다. 그런데, LED 패키지의 신뢰성에 영향을 미치는 주요 원인은 고 출력에 따른 발열에 의해 형광체가 열화되어 특성이 저하된다는 점이다.
본 발명의 일실시예는 조명유닛의 발열을 최소화 하기 위해 LED 칩을 둘러 싸고 있는 주변의 반사율을 극대화 하여 빛 손실을 줄이고, 세라믹 형광체 플레이트를 이용하여 형광물질층의 내열 특성을 향상 시키면서 형광물질층의 위치를 LED 칩 주변에 배치하고, 히트 싱크(Heat Sink)와 가깝게 위치하여 열에 의한 형광체의 특성 저하를 최소화 할 수 있는, 조명유닛 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 형광물질층이 LED 칩 주변에 위치함에 따라 빛의 반사율을 극대화하기 위해 칩실장기판의 상단에 고 반사율의 반사층을 형성함으로써, 열 전도율을 높여 방열 특성을 향상시키고, 반사층이 광학 필터의 역할로서 균일하게 빛을 방출할 수 있는, 조명유닛 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛은 LED 칩이 장착된 칩실장기판, 상기 LED 칩으로부터 이격되어 상기 LED 칩을 포위하는 형광물질층, 및 상기 칩실장기판과 대향되게 배치되어, 상기 LED 칩으로부터 이격되어 반사패턴이 형성되는 반사층을 포함한다.
상기 형광물질층은 상기 칩실장기판의 바닥부터 상기 반사층 사이에 형성될 수 있다.
상기 형광물질층은 상기 LED 칩을 향하는 단면이 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 형광물질층은 상기 형광체와 세라믹 충진재로 구성될 수 있다.
상기 형광물질층은 상기 형광체와 투광성 유기물로 구성되며, 상기 LED 칩을 포위하는 패키지 하우징부의 내부 바닥면 또는 측면의 반사면에 코팅 또는 증착 등의 방식으로 접촉되도록 형성될 수 있다.
상기 조명유닛은 상기 칩실장기판과 상기 형광물질층을 포위하는 패키지 하우징부를 더 포함할 수 있다. 상기 형광물질층은 상기 패키지 하우징부로 향하는 영역을 고 반사율 재료로 구성될 수 있다.
상기 반사층은 글래스 기판, PC 기판 및 쿼츠 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 고 반사율 재료로 상기 반사패턴이 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 반사패턴이 형성되지 않은 영역은 직경 3㎛ 이하의 원형으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 개구율이 15 % 이상으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 반사율이 25 % 이상으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 열 전도율이 40 kcal/m.hr.℃ 이상으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 Ag, Pt, Al, AlN, Al2O3, TiO2, BaSO4, ZnO 및 BN 중 적어도 하나의 고 반사율 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛 제조방법은 칩실장기판 상에 장착된 LED 칩을 포위하는 형광물질층을 상기 LED 칩으로부터 이격되게 형성하고, 반사패턴이 형성된 반사층을 상기 칩실장기판과 대향되게 배치하는 것을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, LED 칩으로부터 이격되어 상기 LED 칩을 포위하도록 형광물질층을 형성함으로써, LED 칩 주면 히트 싱크와 가까운 쪽에 형광물질층이 위치하여 열에 의한 형광체의 특성 저하를 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, LED 칩의 상부에 고반사율 재료로 반사패턴을 갖는 반사층을 형성함으로써, 열전도도와 반사율을 높여 전체적인 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층이 형성되는 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛의 광 경로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반사층에 형성되는 반사패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 제조방법을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 조명유닛은 LED 칩(20)이 장착된 칩실장기판(10), LED 칩(20)으로부터 이격되어 LED 칩(20)을 포위하는 형광물질층(30), 및 칩실장기판(10)과 대향되게 배치되어, LED 칩(20)으로부터 이격되어 반사패턴(41)이 형성되는 반사층(40)을 포함한다.
LED 칩(20)은 와이어로 칩실장기판(10)에 전기적으로 연결되어, 칩실장기판(10)에 장착될 수 있다.
형광물질층(30)은 LED 칩(20)과 접촉되지 않고, LED 칩(20)으로부터 이격되어, LED 칩(20) 주변을 포위하게 형성함으로써, LED 칩(20) 주변 히트 싱크와 가까운 쪽에 위치하도록 할 수 있다. 히트 싱크와 가까운 쪽에 형광물질층(30)을 형성하는 경우, 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예로, 형광물질층(30)은 형광체와 세라믹 충진재로 구성될 수 있다. 예컨대, 형광물질층(30)은 Glass Frit, PC, PMMA, 또는 실리콘 수지에 형광체 재료를 균일하게 혼합하여 이루어질 수 있다. 상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 가시광을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 상기 형광체 재료는 UV 광, 청색광 또는 녹색광에 의해 여기되어 상이한 파장의 가시광을 각각 발생시키는 적어도 한 종류의 형광체 재료를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층이 형성되는 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 형광물질층(30)은 칩실장기판(10)의 바닥부터 반사층(40) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 형광물질층(30)은 210과 같이, 칩실장기판(10)에서 반사층(40) 아래까지 형성될 수 있다. 또는 220과 같이, 형광물질층(30)은 LED 칩(20)의 중간 높이까지 형성될 수 있다. 따라서, 형광물질층(30)은 LED 칩(20)과 접촉하지 않으면서 LED 칩(20) 주변을 포위하게 형성함으로써, LED 칩(20) 주변 히트 싱크와 가까운 쪽에 위치하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층의 단면을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 형광물질층(30)은 LED 칩(20)을 향하는 단면이 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 형광물질층(30)은 LED 칩(20)을 향하는 단면이 310, 330과 같이, 곡면으로 형성되거나, 320, 340과 같이, 경사면으로 형성되거나, 350과 같이 평면으로 형성될 수 있다. 따라서, LED 칩(20)을 향하는 형광물질층(30)의 단면을 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성함으로써, 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조명유닛의 광 경로를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, LED 칩(20)에 접촉하지 않고, LED 칩(20)과 이격된 상태로 형광물질층(30)을 형성하고, LED 칩(20)의 상부, 즉, 칩실장기판(10)과 대향되게 반사층(40)을 형성하는 경우, LED 칩(20)으로부터 발생된 빛은 반사층(40)으로 출사되거나, 반사층(40)에 형성된 반사패턴(410)에 의해 형광물질층(30)으로 반사될 수 있다. 이렇게, 형광물질층(30)으로 반사된 빛은 형광물질층(30)이 재반사시킴으로써, 반사층(40)으로 빛이 출사될 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 조명유닛은 형광물질층과 반사층에 의해 광 효율을 높일 수 있다.
조명유닛은 칩실장기판(10)과 형광물질층(30)을 포위하는 패키지 하우징부(50)를 더 포함할 수 있다. 이때, 형광물질층(30)은 패키지 하우징부(50)로 향하는 영역을 고 반사율 재료로 구성될 수 있다. 즉, 형광물질층(30)은 LED 칩(20)으로 향하는 영역은 형광체와 세라믹 충진재로 구성하고, 패키지 하우징부(50)로 향하는 영역은 고 반사율 재료로 구성함으로써, 광 효율을 높일 수 있다. 예컨대, 고 반사율 재료는 Au, Pt, Ag, Al, AlN, Al2O3, TiO2, BaSO4, ZnO 및 BN 중 적어도 하나일 수 있다.
형광물질층(30)은 상기 형광체와 투광성 유기물로 구성되며, LED 칩(20)을 포위하는 패키지 하우징부(50)의 내부 바닥면 또는 측면의 반사면에 코팅 또는 증착 등의 방식으로 접촉되도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반사층에 형성되는 반사패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 반사층(40)은 균일 또는 불균일하게 반사패턴(41)을 형성할 수 있다. 반사층(40)은 기판 상에 고 반사율 재료로 반사패턴(41)을 다양하게 형성할 수 있다. 반사패턴(41)은 다양한 형상을 가질 수 있는데, 반사패턴끼리 서로 접촉되는 원형(510), 반사패턴 사이사이에 공간을 갖는 형상(520), 미세 패턴을 갖는 형상(530)을 가질 수 있다.
실시예로, 반사층(40)은 반사패턴(41)이 형성되지 않은 영역을 직경 3㎛ 이하의 원형으로 형성될 수 있다. 더 정확하게, 반사층(40)은 400 ~ 900 nm의 원형의 형상을 가질 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 개구율이 15 % 이상으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 반사율이 30 % 이상으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 고반사율 재료의 열 전도율이 40 Kcal / m.hr.℃
이상으로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 형광물질층의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 칩실장기판 상에 장착된 LED 칩을 포위하는 형광물질층을 상기 LED 칩으로부터 이격되게 형성할 수 있다.
더욱 상세하게는, 글래스 파우더(Glass Powder) 및 형광체를 혼합하고(S610), 혼합된 물질을 1200 도 이상에서 용융하고(S620), 용융된 용융액을 몰드에 성형하고(S630), LED 칩으로 향하는 단면을 연마(Polishing)함으로써(S640), 상기 형광물질층을 형성한 후, 반사층을 스퍼터링할 수 있다(S650). 상기 LED 칩으로 향하는 단면을 연마하는 것은 상기 LED 칩을 향하는 단면을 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성할 수 있다.
또는, 도 7을 참고하면, 형광물질층 제조방법은 글래스 파우더 및 형광체를 혼합하고(S710), 혼합된 물질을 600 도 이상 등가압 소결하고(S720), LED 칩으로부터 이격되게 세라믹 플레이트를 가공함으로써(S730), 형광물질층을 형성한 후, 반사층을 스퍼터링할 수 있다(S740).
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 반사패턴이 형성된 반사층을 칩실장기판과 대향되게 배치할 수 있다.
상세하게는, 글래스 기판, PC 기판 및 쿼츠(Quartz) 기판 중 적어도 하나의 기판을 준비하고(810), 상기 기판 상에 고 반사율 재료를 증착하여(820), 반사패턴을 형성함으로써(830), 반사층이 형성된다. 도면에서, 830은 열처리를 통한 Poly Styrene(PS) 비드를 제거함으로써, 반사패턴을 형성할 수 있다.
실시예로, 반사층은 스크린 프린팅, 포토 리소그라피, PS 비드 모노레이어를 이용하여 상기 반사패턴을 형성할 수 있다. 상기 고 반사율 재료로는 Au, Pt, Ag, Al, AlN, Al2O3, TiO2, BaSO4, ZnO 및 BN 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 칩실장기판
20: LED 칩
30: 형광물질층
40: 반사층
41: 반사패턴
50: 패키지 하우징부

Claims (18)

  1. LED 칩이 장착된 칩실장기판;
    상기 LED 칩으로부터 이격되어 상기 LED 칩을 포위하는 형광물질층; 및
    상기 칩실장기판과 대향되게 배치되어, 상기 LED 칩으로부터 이격되어 반사패턴이 형성되는 반사층
    을 포함하는 조명유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층은,
    상기 칩실장기판의 바닥부터 상기 반사층 사이에 형성되는, 조명유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층은,
    상기 LED 칩을 향하는 단면이 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성되는, 조명유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층은,
    상기 형광체와 세라믹 충진재로 구성되는, 조명유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층은,
    상기 형광체와 투광성 유기물로 구성되며, 상기 LED 칩을 포위하는 패키지 하우징부의 내부 바닥면 또는 측면의 반사면에 코팅 또는 증착 등의 방식으로 접촉되도록 형성되는, 조명 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 칩실장기판과 상기 형광물질층을 포위하는 패키지 하우징부
    를 더 포함하고,
    상기 형광물질층은,
    상기 패키지 하우징부로 향하는 영역을 고 반사율 재료로 구성되는, 조명유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은,
    글래스 기판, PC 기판 및 쿼츠(Quartz) 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 고 반사율 재료로 상기 반사패턴이 형성되는, 조명유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 반사패턴이 형성되지 않은 영역은 직경 3㎛ 이하의 원형으로 형성되는, 조명유닛.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 고반사율 재료의 개구율이 15 % 이상으로 형성되는, 조명유닛.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 고반사율 재료의 반사율이 30 % 이상으로 형성되는, 조명유닛.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 고반사율 재료의 열 전도율이 40 Kcal / m.hr.℃ 이상으로 형성되는, 조명유닛.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은,
    Au, Pt, Ag, Al, AlN, Al2O3, TiO2, BaSO4, ZnO 및 BN 중 적어도 하나의 고 반사율 재료로 형성되는, 조명유닛.
  13. 칩실장기판 상에 장착된 LED 칩을 포위하는 형광물질층을 상기 LED 칩으로부터 이격되게 형성하고,
    반사패턴이 형성된 반사층을 상기 칩실장기판과 대향되게 배치하는, 것을 포함하는 조명유닛 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 LED 칩을 포위하는 형광물질층을 형성하는 것은,
    글래스 파우더(Glass Powder) 및 형광체를 혼합하고,
    혼합된 물질을 선정된 온도로 용융하고,
    용융된 용융액을 몰드에 성형하고,
    상기 LED 칩으로 향하는 단면을 연마(Polishing)하는, 것을 포함하는 조명유닛 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 LED 칩으로 향하는 단면을 연마하는 것은,
    상기 LED 칩을 향하는 단면을 평면, 곡면, 및 경사면 중 적어도 하나로 형성하는, 것을 포함하는 조명유닛 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    혼합된 물질을 선정된 온도로 용융한 후, 상기 LED 칩으로부터 이격되게 세라믹 플레이트를 가공하여 상기 형광물질층을 형성하는, 것을 더 포함하는 조명유닛 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 반사층에,
    글래스 기판, PC 기판 및 쿼츠(Quartz) 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 고 반사율 재료를 증착하여 반사패턴을 형성하는, 것을 포함하는 조명유닛 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    반사패턴을 형성하는 것은,
    스크린 프린팅, 포토 리소그라피, PS 비드 모노레이어를 이용하여 상기 반사패턴을 형성하는, 것을 포함하는 조명유닛 제조방법.
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