KR20190111365A - Led 모듈 및 이를 포함하는 led 램프 - Google Patents

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윤철수
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 회로 패턴이 배치된 제1 면과 상기 제1 면과 반대에 위치한 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상인 연성 기판과, 상기 연성 기판의 제1 면 상에 실장되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 발광 다이오드(LED) 칩과, 상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자와, 상기 복수의 LED 칩을 덮으며 상기 연성 기판을 둘러싸는 파장 변환부를 포함하는 LED 모듈을 제공한다.

Description

LED 모듈 및 이를 포함하는 LED 램프{LED MODULE AND LED LAMP INCLUDING THE SAME}
본 발명은 LED 모듈 및 이를 포함하는 LED 램프에 관한 것이다.
일반적으로 실내 또는 실외의 조명등으로 백열전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 백열전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 광전변환 효율이 높고 우수한 수명을 갖는 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명장치가 각광을 받고 있다.
또한, LED는 기존의 전구형 램프나 형광 램프에 비해 충격에 강할 뿐만 아니라, 전력소모가 적고, 사용수명이 반영구적이면서 다양한 색상의 조명효과도 낼 수 있다는 다양한 장점을 제공한다.
이와 같이, 조명 분야에서 LED의 채용에 대한 요구가 커짐에 따라서 가공성 및 배광특성과 같은 다양한 요구도 증가하고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제들 중 하나는, 전면뿐만 아니라 후면에서도 높은 수준의 발광이 가능하면서 가공성이 우수한 필라멘트형 LED 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제들 중 하나는, 전면뿐만 아니라 후면에서도 높은 수준의 발광이 가능하면서 가공성이 우수한 필라멘트형 LED 모듈을 채용한 LED 램프를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 회로 패턴이 배치된 제1 면과 상기 제1 면과 반대에 위치한 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상인 연성 기판과, 상기 연성 기판의 제1 면 상에 실장되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 발광 다이오드(LED) 칩과, 상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자와, 상기 복수의 LED 칩을 덮으며 상기 연성 기판을 둘러싸는 파장 변환부를 포함하는 LED 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 서로 반대에 위치한 제1 및 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상이고, 바(bar)형상을 갖는 연성 기판과, 상기 연성 기판의 적어도 제1 면에 배치된 회로 패턴과, 상기 연성 기판의 제1 면 상에 상기 연성 기판의 길이 방향에 따라 배열되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 LED 칩과, 상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자와, 적어도 하나의 파장변환 물질을 함유된 투명 수지를 포함하며, 상기 연성 기판의 제1 면 상에 위치한 제1 파장 변환부와, 상기 연성 기판의 제2 면 상에 위치한 제2 파장 변환부를 갖는 파장 변환부를 포함하는 LED 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 베이스와, 상기 베이스에 장착되어 내부 공간을 갖는 램프 커버와, 상기 램프 커버의 내부 공간에 배치된 적어도 하나의 LED 모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 LED 모듈은, 회로 패턴이 배치된 제1 면과 상기 제1 면과 반대에 위치한 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상인 연성 기판과, 상기 연성 기판의 제1 면 상에 실장되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 LED 칩과, 상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자와, 상기 복수의 LED 칩을 덮으며 상기 연성 기판을 둘러싸는 파장 변환부를 포함하는 LED 램프를 제공한다.
상술된 실시예에 따르면, 주된 발광영역에서 투과율이 90% 이상인 연성 기판을 채용함으로써, 전면 및 후면, 즉 양면에서의 광량 편차를 저감시키면서도 다양한 설계의 장치에 구현될 수 있도록 연성을 갖는 필라멘트형 LED 모듈 및 이를 구비한 LED 램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드(LED) 모듈을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 모듈을 나타내는 상부 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 모듈에 채용가능한 LED 칩을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 LED 모듈을 Ⅰ-Ⅰ'로 절개하여 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 실시예에 채용되는 컬러리스(colorless) 폴리이미드의 파장에 따른 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈을 나타내는 측단면도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 LED 모듈의 광량 개선을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 사시도이며, 도 10은 도 9에 도시된 LED 램프를 나타내는 상부 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 정면도이다.
도 12 및 도 13은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 LED 모듈을 나타내는 측단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 LED 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 모듈(200)은, 서로 반대에 위치한 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)을 갖는 연성 기판(110)과, 상기 연성 기판(110)의 제1 면(110A) 상에 실장된 복수의 발광 다이오드(LED) 칩(150)과, 상기 복수의 LED 칩(150)에 연결되며 구동전압을 인가하기 위한 제1 및 제2 접속 단자(270a,270b)와, 상기 복수의 LED 칩(150)을 덮으며 상기 연성 기판(110)을 둘러싸는 파장 변환부(190)를 포함한다.
상기 연성 기판(110)은 제1 면(110A)에 배치된 회로 패턴(115)을 포함한다. 상기 복수의 LED 칩(150)은 상기 회로 패턴(115)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 LED 칩(150)은 플립-칩 본딩(flip-chip bonding) 방식으로 회로 패턴(115)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 LED 칩(150)의 제1 및 제2 전극(159a,159b)이 솔더에 의해 회로 패턴(115)에 각각 연결될 수 있다.
본 실시예에 채용된 연성 기판(110)은, 램프 내에서 다양한 형태로 가공될 수 있는 연성(flexibilty)을 가질 뿐만 아니라, 후면 배광이 충분히 보장되도록 80% 이상의 광투과율을 가질 수 있다. 특정 예에서는, 연성 기판(110)은 90% 이상의 광투과율을 가질 수 있다.
본 명세서에서, '후면 배광'은 제1 방향으로 방출되는 광량을 나타내는 전면 발광과 대응되는 용어로서, 제2 면(110B)으로부터 방출되는 광량(flux)을 의미하며, 광투과율은 일부 가시광선 대역(예, 440㎚∼660㎚) 또는 이를 포함한 전체 가시광선대역(예, 400㎚∼800㎚)의 파장영역에 걸친 평균 광투과율을 의미하며, 실제로는 중간 파장에 해당되는 550㎚의 광투과율로 평가될 수 있다.
예를 들어, 상기 연성 기판(110)은, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(polyamide imide, PAI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylene naphthalene, PEN), 및 실리콘(silicone)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 실리콘일 경우에는, 폴리오가노 실록산, 실리콘 수지, 가교제 및 촉매의 혼합물로 구성될 수 있다. 추가적으로, 광투과율 조건(80% 이상)을 만족하는 에폭시와 같은 고분자 수지가 사용될 수 있다.
본 실시예에 채용되는 연성 기판(110)을 구성되는 물질은 예시된 물질이라도 80%이상의 광투과율 조건을 만족한다. 예를 들어, 통상의 방향족 폴리이미드는 엘로이쉬 폴리이미드(yellowish polyimide)와 같이 유색이므로 낮은 광투과율(예, 70% 이하)을 가지므로, 본 실시예에서 요구되는 광투과율 조건을 만족하도록 추가적인 처리를 의해서 높은 광투과율을 갖는 컬러리스 폴리이미드(colorless polyimide)로 사용될 수 있다. 이에 대해서는 도6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이와 같이, 본 실시예에 채용된 연성 기판(110)은, 80% 이상의 광투과율을 갖는 연성 물질을 사용하므로, 후면 배광이 크게 향상될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 칩(150)은 하나의 열로 배열되며, 상기 회로 패턴(115)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 접속 단자(270a,270b)는 상기 회로 패턴(115)에 접속되도록 상기 연성 기판(110)의 양단에 배치될 수 있다. 본 실시예와 달리, 복수의 LED 칩(150)은 복수의 열로 배열될 수 있으며, 부분적으로 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 열로 배열될 경우에 각각의 열에서는 직렬로 연결되고 복수의 열은 제1 및 제2 접속단자(270a,270b)에 함께 접속되어 서로 병렬로 연결될 수 있다.
본 실시예에 채용된 LED 칩(150)은, 앞서 설명한 바와 같이 플립 칩 구조의 LED일 수 있다. 도 3은 도 1에 도시된 LED 모듈에 채용가능한 LED 칩의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, LED 칩(150)은 상기 광투과성 기판(151)과, 상기 기판(151) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(154), 활성층(155) 및 제2 도전형 반도체층(156)을 포함한다. 상기 기판(151)과 상기 제1 도전형 반도체층(154) 사이에 버퍼층(152)을 배치시킬 수 있다.
상기 기판(151)은 사파이어와 같은 절연성 기판일 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 기판(151)은 절연성 외에도 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(151)은 사파이어 외에도 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. 상기 기판(151)의 상면에는 요철(C)이 형성될 수 있다. 상기 요철(C)은 광추출효율을 개선하면서 성장되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 버퍼층(152)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(152)는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(154)은 n형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(154)은 n형 GaN을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(156)은 p형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(156)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 본 예와 같이, 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 활성층(155)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자우물층은 InxGa1 - xN (0<x≤1)이며, 상기 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다. 양자우물층과 양자장벽층의 두께는 각각 1㎚∼50㎚ 범위일 수 있다. 상기 활성층(155)은 다중양자우물구조에 한정되지 않으며, 단일양자우물 구조일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(159a,159b)은, 동일한 면에 위치하도록, 상기 제1 도전형 반도체층(154)의 메사 에칭된 영역과 상기 제2 도전형 반도체층(156)에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(159a)은 이에 한정되지 않지만, Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 필요에 따라, 상기 제2 전극(159b)은 투명 전도성 산화물 또는 투명 전도성 질화물과 같은 투명 전극이거나, 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다. 상기 제2 전극(159b)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환부(190)는 형광체 또는 양자점과 같은 파장변환 물질(P)과 이를 함유한 투명 수지(190S)를 포함할 수 있다. 상기 파장변환 물질(P)은 복수의 LED 칩(150)으로부터 생성된 광의 일부를 변환된 파장의 광으로 변환할 수 있다. 이러한 파장변환 물질(P)은 최종 방출광이 백색광으로 얻어지도록 적어도 하나의 파장변환 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 파장변환 물질(P)은 2 이상의 파장변환 물질을 포함하는 경우에, 황색 형광체 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 상기 파장 변환부(190)는 복수의 LED 칩(150)을 덮으면서 상기 연성 기판(110)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 LED 모듈(100)의 전면 및 후면으로 방출되는 광(L1,L2)이 모두 파장 변환부(190)를 통과하여 원하는 광으로 변환될 수 있다.
본 실시예에 채용되는 파장 변환부(190)는 도 4를 참조하여 상세히 설명될 수 있다. 도 4는 도 1에 도시된 LED 모듈을 Ⅰ-Ⅰ'로 절개하여 본 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 파장 변환부(190)는 복수의 LED 칩(150)이 위치한 제1 면(110A)에 배치된 제1 파장 변환부(190A)와, 연성 기판(110)의 제2 면(110B)에 배치된 제2 파장 변환부(190B)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 파장 변환부(190)는 연성 기판(110)의 실장면(P-P')(또는 제1 면)이 파장 변환부(190)의 중심(C0)을 지나는 면(CP-CP')보다 하부에 위치하도록 형성될 수 있다. 이러한 구조에서, 전면에 위치한 제1 파장 변환부(190A)의 표면적은 후면에 위치한 제2 파장 변환부(190B)의 표면적보다 클 수 있다.
이러한 구조와 배치를 이용하여 전면 광량 및 후면 광량을 조절할 수 있다.본 실시예와 같이, 상기 제1 파장 변환부(190A)의 두께(t1)는 상기 제2 파장 변환부(190B)의 두께(t2)보다 클 수 있다. 이와 같이, 상기 제2 파장 변환부(190B)의 두께(t2)가 얇게 형성하는 경우에, 전면 광량(L1)과 편차를 감소시킬 수 있어 전면과 후면으로 발광하는 광의 색감을 균일하게 조절할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 모듈(200')은 앞선 예와 유사하게 복수의 LED 칩(150)을 덮도록 연성 기판(110)을 둘러싸는 파장 변환부(190')를 포함하며, 단면이 거의 사각형인 구조를 가질 수 있다. 파장 변환부(190')의 단면 구조는 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 파장 변환부(190')는 연성 기판(110)의 전면에 배치된 제1 파장 변환부(190A')와, 연성 기판(110)의 후면에 배치된 제2 파장 변환부(190B')를 포함하며, 제1 파장 변환부(190A')과 제2 파장 변환부(190B')는 각각 별도의 공정에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 파장 변환부(190A')과 제2 파장 변환부(190B')는 디스펜싱과 같은 다른 공정을 이용하여 형성되므로, 다른 종류의 파장변환 물질(P1,P2) 또는 다른 함량비의 파장변환 물질(P1,P2)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제1 파장변환부에서보다 상기 제2 파장 변환부(190B')에서의 파장변환 물질(P1,P2)에 의한 산란을 감소시킴으로써, 후면 광량(L2)을 증가시킬 수 있으며 전면 광량(L1)과 편차를 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 파장 변환부(190A')의 파장변환 물질(P1,P2)의 함량비는 상기 제2 파장 변환부(190B')의 파장변환 물질(P1,P2)의 함량비보다 클 수 있다.
상기 파장 변환부(190')는 제1 및 제2 파장변환 물질(P1,P2)을 포함할 수 있다. 복수의 LED 칩(150)이 청색 광을 방출하는 경우에, 제1 및 제2 파장변환 물질(P1,P2)은 각각 녹색 형광체와 적색 형광체, 또는 황색 형광체과 녹색 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 앞선 실시예와 유사하게, 상기 제1 파장 변환부(190A')의 두께(t1)를 상기 제2 파장 변환부(190B')의 두께(t2)보다 크게 형성함으로써, 전면 광량(L1)과 후면 광량(L2)의 편차를 감소시킬 수 있다.
본 실시예에 채용된 연성 기판의 물질은, 후면 배광이 충분히 보장되도록 80% 이상의 광투과율을 갖는 고분자 수지, 실리콘 복합수지 및 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지로는, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈렌 중 적어도 하나가 사용할 수 있다. 도6은 본 실시예에 채용되는 컬러리스(colorless) 폴리이미드의 파장에 따른 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 통상의 방향족 폴리이미드(비교예)는 황색과 같은 유색을 띠므로 가시광선 대역에서 낮은 광투과율(특히, 550㎚ 이하에서 70% 미만)을 갖는데 반하여, 본 실시예에 채용되는 컬러리스 폴리이미드(실시예)는 가시광선 대역에서 전체적으로 높은 광투과율을 가지며, 평균 광투과율이 80% 이상, 거의 90%을 나타낼 수 있었으며, 이러한 폴리이미드를 이용하여 연성 기판(110)을 제공할 경우에 후면 배광이 크게 향상될 수 있다.
비교예에 따른 방향족 폴리이미드는 이미드(imide)의 주 사슬내에 존재하는 벤젠의 π 전자들이 사슬간의 결합(intermolecular bonding)으로 전이되며 에너지 준이가 낮아지게 되어 가시광선의 장파장 영역을 흡수함으로써 황색을 띄게 된다. 반면에서, 실시예의 경우에는, 전기음성도가 강한 원소를 포함한 기능성 구조를 도입하여 π 전자 이동을 제한하거나, 벤젠이 아닌 환형 구조를 도입하여 π 전자 밀도를 감소시킴으로써 높은 광투과율을 갖는 컬러리스 폴리이미드를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 연성 기판은 80% 이상, 나아가 90% 이상의 높은 광투과율을 갖는 고분자 수지 등으로 구성됨으로써 후면 배광을 증가시켜 전면 배광과 후면 배광의 편차를 감소시킬 수 있다.
이러한 배광 특성은 연성 기판의 투과율 외에도 다른 요소에 의해서 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 앞선 설명한 파장 변환부의 두께 및 함량비도 이를 조정할 수 있는 인자로 작용할 수 있다.
또한, 연성 기판에 형성되는 회로 패턴도 광량 및 배광 특성에 영향을 줄 수 있다. 이러한 회로 패턴은 반사성을 가지므로 후면 배광을 감소시킬 뿐만 아니라, 광을 흡수하여 광손실을 유발할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈을 나타내는 측단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 패키지(200")는 회로 패턴의 표면에 백색 코팅층이 형성되는 점만을 제외하고, 도1 및 도2에 도시된 LED 모듈(200)와 유사한 것으로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소에 대한 설명은 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도1 및 도2에 도시된 LED 모듈(200)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 실시예에 따른 LED 모듈(200')은, 앞선 실시예와 유사하게, 서로 반대에 위치한 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)을 갖는 연성 기판(110)과, 상기 연성 기판(100)의 제1 면(110A) 상에 실장된 복수의 발광 다이오드(LED) 칩(150)과, 상기 복수의 LED 칩(150)에 연결되며 구동전압을 인가하기 위한 제1 및 제2 접속 단자(270a,270b)와, 상기 복수의 LED 칩(150)을 덮으며 상기 연성 기판(110)을 둘러싸는 파장 변환부(190)를 포함한다.
연성 기판(100)의 제1 면(100A)에 회로 패턴(115)이 배치된다. 예를 들어, 회로 패턴(115)은 구리(Cu)와 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 이러한 회로 패턴(115)은 후면 배광 및 방열특성을 고려하여 적정한 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 패턴(115)의 형성 면적은 상기 연성 기판(110)의 제1 면(110A)의 면적 대비 1%∼60% 범위일 수 있다.
본 실시예에 따른 LED 모듈(200')은, 회로 패턴(112)의 표면에 배치된 백색 코팅층(120)을 더 포함할 수 있다. 도8에 도시된 바와 같이, 백색 코팅층(120)은 상기 LED 칩(150)과 연결되지 않은 상기 회로 패턴(115)의 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 백색 코팅층(120)은 백색 세라믹 분말이 함유된 수지층일 수 있다. 상기 백색 세라믹 분말은 TiO2, Al2O3, Nb2O5 및 ZnO로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. LED 모듈(200')에서 회로 패턴(115)은 광을 흡수하여 광손실을 유발할 수 있으나, 백색 코팅층(120)을 이용함으로써 회로 패턴(115)에 의한 광손실 발생을 저감시킬 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 LED 모듈의 광량 개선을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 백색 코팅층의 면적 및 두께에 따른 광량의 변화가 도시되어 있다. 광량의 변화는 총 광량과 함께 전면 광량 및 후면 광량이 표시되어 있다.
각 샘플은 동일한 회로 패턴을 가지며, 회로패턴을 덮도록 백색 코팅층을 형성하되 전체 면적대비 코팅층의 면적과 두께를 아래 표1과 같은 조건으로 제조되었다.
구분 Ref. 샘플1 샘플2 샘플3 샘플4
코팅층의 면적 0% 36% 36% 75% 75%
코팅층의 두께 0 25㎛ 50㎛ 25㎛ 50㎛
백색코팅층의 면적 및 두께의 증가에 따라, 전면 광량이 후면 광량보다 증가하는 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 종래의 폴리이미드를 사용하는 비교예(실선)보다 본 발명에 따른 컬러리스 폴리이미드를 사용하는 실시예에서 후면 광량이 증가하면서 전면 광량 및 후면 광량의 차이가 감소될 뿐만 아니라, 전체 광량도 다소 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 회로 패턴은 높은 열전도성을 가지므로, 복수의 LED 칩으로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열 수단으로 사용될 수 있다. 따라서, 광학적인 관점에서 회로 패턴의 면적을 제한할 필요가 있으나, 방열 관점에서는 최소한 면적을 보장할 필요가 있다. 상기 회로 패턴의 형성 면적은 상기 연성 기판의 제1 면의 면적 대비 60%까지 형성할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 사시도이며, 도 10은 도 9에 도시된 LED 램프를 나타내는 상부 평면도로서, Ⅱ 방향에서 본 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 램프(1000)는, 소켓 구조를 갖는 베이스(600)와, 상기 베이스(600)에 장착되어 내부 공간을 갖는 램프 커버(800)와, 상기 램프 커버(800)의 내부 공간에 배치된 복수(예, 4개)의 LED 모듈(200)을 포함한다. 여기서, 복수의 LED 모듈(200)은 다른 실시예들에 따른 LED 모듈(200')일 수 있다.
상기 연결 프레임(420) 또는 상기 제1 및 전극 프레임(410a, 410b)은 서로 걸림 고정하면, 자연스럽게 상기 LED 모듈(200)의 주 방출면(즉, 상면)이 램프커버(800) 방향을 향하도록 배치되고, 반대 면(110b)은 중심부(C1)를 향하도록 배치될 수 있다.
상기 램프 커버(800)는 유리, 경질 유리, 석영 유리 또는 광투과성 수지로 이루어진, 투명하거나 혹은 유백, 무광택, 유색의 벌브 커버일 수 있다. 상기 램프커버(800)은 다양한 타입일 수 있다. 예를 들어, A-형, G-형, R-형, PAR-형, T-형, S-형, 초(candle)형, P형, PS형, BR형, ER형, BRL형과 같은 기존의 벌브형 커버 중의 하나일 수 있다.
베이스(600)는 상기 램프 커버(800)와 결합하여 상기 LED 램프(1000)의 외형을 이루며, 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록, E40, E27, E26, E14, GU, B22, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ, G형 등의 소켓으로 구성될 수 있다.
상기 LED 램프(1000)에 인가되는 전력은 상기 베이스(600)를 통하여 인가될 수 있다. 상기 소켓(600)의 내부 공간에는 전원부(700)가 배치되어 상기 베이스(600)를 통해 인가되는 전력을 AC-DC 변환하거나 전압을 변경하여 상기 LED 모듈(200)에 제공될 수 있다.
상기 베이스(600)의 중심부(C1)에는 지주(300)의 일 단이 고정되도록 설치되며, 상기 지주(300)에는 상기 LED 모듈(200)을 고정시키기 위한 프레임(400)이 배치될 수 있다. 상기 지주(300)는 상기 램프 커버(800)의 개방된 영역을 덮어 고온 가열 처리를 통해 용접되어 밀봉된 내부공간을 형성할 수 있다. 따라서, 램프 커버(800)의 내부 공간에 배치된 LED 모듈(200)을 외부의 수분 등으로부터 차단할 수 있다.
상기 프레임(400)은 상기 LED 모듈(200)을 고정시키며 전력을 공급할 수 있도록 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 복수의 LED 모듈(200)을 연결하는 연결 프레임(420)과, 전력을 공급하기 위한 제1 및 제2 전극 프레임(410a,410b)을 포함할 수 있다. 상기 지주(300)의 타 단에는 상기 연결 프레임(420)을 고정하기 위한 안착부(310)가 형성될 수 있다. 상기 지주(300)의 중단에는 제1 및 제2 전극 프레임(410a,410b)이 고정되도록 설치되어, 상기 제1 및 제2 전극 프레임(410a,410b)에 용접되는 복수의 LED 모듈(200)을 지지할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)은 각각 지주(300)에 매립된 제1 및 제2 전선(500a, 500b)와 연결되어 상기 전원부(700)로부터 공급되는 전력이 인가될 수 있다.
상기 LED 모듈(200)은 상기 램프 커버(800)의 내부 공간에 복수개가 수용될 수 있다. 상기 LED 모듈(200)은 종래의 백열 전구의 필라멘트와 유사한 형상으로 제조되어 전원이 인가되면 필라멘트와 같이 선형의 광을 방출하므로, LED 필라멘트(filament)라고도 불린다.
도 10을 참조하면, 상기 LED 모듈(200)은 각 LED 모듈의 제1 면이 상기 램프 커버(800)에 인접하도록 방사상으로 배열될 수 있다. 상기 LED 램프(1000)의 상부(Ⅱ 방향)에서 보았을 때, 베이스(600)의 중심부(C1)를 기준으로 회전 대칭형으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 램프 커버(800)의 내부 공간에 각각의 LED 모듈(200)의 주된 광방출 방향(L1)이 램프 커버(800)를 향하도록 상기 지주(300)의 주위에 회전 대칭적으로 배치될 수 있다. 이러한 배열에서, 상기 LED 모듈(200)의 전면 발광이 직접 램프 커버(800)를 통해 방출될 뿐만 아니라, 상기 LED 모듈(200)의 후면 발광도 전체 광출력에 기여할 수 있다.
본 실시예에 채용가능한 프레임 및 전기 연결구조는 이에 한정되지 않으며 다양한 구조로 구현될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 LED 모듈(200)은 연성 기판을 포함하므로, 곡면을 갖도록 구부려진 형태와 같이 다양한 형태로 장착될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 LED 모듈(200)은 후면 배광이 강화되므로, 특정 방향(제1 면이 램프커버를 향함)으로 한정되지 않고 다양한 방향으로 향하도록 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 정면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 램프(1000')는 하나의 LED 모듈이복수의 영역에서 휘어지도록 배치된 점과 전극 프레임 구조 등을 제외하고, 도 9에 도시된 LED 램프(1000)와 유사한 것으로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소에 대한 설명은 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 9 및 도 10에 도시된 LED 모듈(1000)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조할 수 있다.
상기 램프 커버(800')는 앞선 실시예에 채용된 램프 커버(800)와 달리 축방향으로 다소 연장된 형태를 가질 수 있다. 본 실시예에 채용된 LED 모듈(200)의 양단이 각각 제1 및 제2 전극 프레임(410a',410b')에 연결되고, 축 방향을 따라 위치한 제1 전극 프레임(410a')을 나선형으로 감싸도록 배치될 수 있다. 이와 같이, LED 모듈(200)은 연성 기판을 구비하므로 다양하게 휘어진 형태로 배치될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서는, 복수개의 LED 모듈가 채용될 수 있다.
도 12 및 도 13은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 LED 램프를 나타내는 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 램프(2000)는, 일 방향으로 긴 바의 형상을 갖는 램프 커버(2420)와, 상기 램프 커버(2420) 내에 배치된 복수의 LED 모듈(200)과, 램프 커버(2420)의 양단에 배치된 한 쌍의 소켓(2470a, 2470b)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 LED 모듈(200)은 4개의 LED 모듈로 예시되어 있다. 상기 4개의 LED 모듈(200)은 2개씩 직렬로 배열되면서, 이러한 2개의 열이 병렬로 배열된다. 병렬로 연결된 2열의 LED 모듈(200)은 대향하는 양 면을 통해 광방출량이 큰 전면광(L1)이 방출되도록 배열될 수 있다. 4개의 LED 모듈(200)의 양단에 각각 연결된 제1 및 제2 배선(2450a,2450b)은 한 쌍의 소켓(2470a, 2470b)에 각각 연결될 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 램프(2000')는, 앞선 실시예와 유사하게 램프 커버(2420)를 포함하지만, 하나의 소켓(2700)을 포함한다. 또한, 본 실시예에 따른 LED 램프(2000')는 직렬로 연결된 3개의 LED 모듈(200)을 구비한다.
본 실시예에 채용된 소켓(2700)은 앞선 실시예에 다른 램프와 다른 규격으로서, 두 극성의 접속 단자를 포함하며, 상기 두 접속 단자에 제1 및 제2 배선(2450a',2450b')에 각각 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 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.

Claims (10)

  1. 회로 패턴이 배치된 제1 면과 상기 제1 면과 반대에 위치한 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상인 연성 기판;
    상기 연성 기판의 제1 면 상에 실장되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 발광 다이오드(LED) 칩;
    상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자; 및
    상기 복수의 LED 칩을 덮으며 상기 연성 기판을 둘러싸는 파장 변환부;를 포함하는 LED 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연성 기판은, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(polyamide imide, PAI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylene naphthalene, PEN), 및 실리콘(silicone)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 LED 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연성 기판은 컬러리스 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연성 기판은 바(bar) 형상을 가지며,
    상기 LED 칩은 상기 연성 기판의 길이 방향에 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로 패턴의 형성 면적은 상기 연성 기판의 제1 면의 면적 대비 1% ∼60 % 범위인 LED 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩과 연결되지 않은 상기 회로 패턴의 영역에 배치되는 백색 코팅층을 더 포함하는 LED 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환부는 적어도 하나의 파장변환 물질을 함유된 투명 수지를 포함하며,
    상기 파장 변환부는 상기 연성 기판의 제1 면 상에 위치한 제1 파장 변환부와 상기 연성 기판의 제2 면 상에 위치한 제2 파장 변환부를 포함하며, 상기 제1 파장 변환부의 파장변환 물질의 함량비는 상기 제2 파장 변환부의 파장변환 물질의 함량비보다 큰 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파장 변환부는 상기 연성 기판의 제1 면 상에 위치한 제1 파장 변환부와 상기 연성 기판의 제2 면 상에 위치한 제2 파장 변환부를 포함하며,
    상기 제1 파장 변환부의 두께는 상기 제2 파장 변환부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  9. 베이스;
    상기 베이스에 장착되어 내부 공간을 갖는 램프 커버;
    상기 램프 커버의 내부 공간에 배치된 적어도 하나의 LED 모듈;을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 LED 모듈은,
    회로 패턴이 배치된 제1 면과 상기 제1 면과 반대에 위치한 제2 면을 가지며, 광투과율이 80% 이상인 연성 기판과,
    상기 연성 기판의 제1 면 상에 실장되며, 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 LED 칩과,
    상기 연성 기판의 양 단부에 배치되며, 상기 회로 패턴에 접속된 제1 및 제2 접속 단자와,
    상기 복수의 LED 칩을 덮으며 상기 연성 기판을 둘러싸는 파장 변환부;를 포함하는 LED 램프.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 모듈은 적어도 일 영역이 휘어진 형태로 장착되는 LED 램프.
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