KR20200128066A - 자동차 조명 애플리케이션들을 위한 칩 스케일 패키지 광 방출 다이오드 모듈 - Google Patents
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Abstract
예를 들어, 자동차 애플리케이션에 사용하기 위한 LED 모듈들이 제공된다. 하나의 예시적인 구현에서, LED 모듈은 기판을 포함할 수 있다. LED 모듈은 복수의 칩 스케일 패키지 LED들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 칩-스케일 패키지 LED들은 기판 상에 매트릭스로 배열될 수 있다. 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 영역을 가질 수 있다. 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 갭에 의해 인접한 칩 스케일 패키지 LED와 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 갭 내에 배치될 수 있다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2018년 3월 2일에 출원된 "자동차 조명 애플리케이션들을 위한 칩 스케일 패키지 광 방출 다이오드 모듈"이라는 제목의 미국 가출원 일련 번호 62/637,685의 우선권 이익을 주장하며, 이는 모든 목적들을 위해 여기에 참조로 포함된다.
분야
본 발명은 일반적으로 예를 들어 자동차 및 기타 애플리케이션에서 광을 제공하기 위해 사용되는 발광 다이오드(LED) 시스템에 관한 것이다.
LED들은, 예를 들어, 차량 헤드 라이트들, 후방 조명 및/또는 액정 디스플레이(LCD) 및 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD) 헤드라이트들의 광원으로 사용하기 위해 자동차 애플리케이션들에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 차량 외부 조명의 목표는 하향 등, 상향 등, 주간 주행 등과 같은 여러 조명 기능을 단일 모듈로 결합하는 것이다. 이는, 예를 들어, 매트릭스와 같은 구조로 배열된 여러 LED들을 사용하여 달성되었다. LED들에서 방출된 빛은 먼저 1차 광학 장치를 형성하는 하나 이상의 렌즈에 의해 누적된다. 그런 다음 2차 광학 장치를 통해 차량에서 빛을 투사할 수 있다.
DE 10 2008 013 603 A1은 렌즈 어레이를 1차 광학 장치로 구현하는 것을 개시한다. 각 LED에는 빛을 축적하고 전환하는 자체 렌즈가 있어 균일한 배광이 차량에서 투사된다. 그러나, 이러한 렌즈 어레이는 매우 정밀한 공차를 충족해야 하므로 복잡하고 비용이 많이 든다.
DE 10 2016 207 787 A1은 단일 LED 칩에 배열된 다수의 작은 LED 픽셀들에 의해 균일한 배광을 생성하는 것을 개시한다. 예를 들어, 이 칩은 최대 1024개의 픽셀들을 포함할 수 있으며, 각 픽셀은 개별적으로 제어 및 작동할 수 있다. 그러나, 이러한 칩은 매우 복잡하고 개별 요구 사항들에 적응하기 어려울 수 있다.
US 2015/0377442는 디지털 마이크로 미러 디바이스들(DMD) 또는 액정 디바이스들(LCD)과 같은 고화질 시스템들을 통해 높은 픽셀 접근 방식을 제공한다. 이러한 디바이스들에 LED들이 사용될 수 있다. 그러나, 배광의 적응은 DMD 또는 LCD 시스템에 의해 수행된다. 간접 전환으로 인해 픽셀 수를 100만 개로 늘릴 수 있다. 그러나, 이러한 시스템은 제어 시스템 및 컴퓨터 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 가질 수 있으며, 그 실현은 어렵고 비용이 많이들 수 있다.
본 발명의 실시예들의 양태들 및 장점들은 다음의 서술에서 부분적으로 설명될 것이며, 서술로부터 습득될 수 있거나, 실시예들의 실행을 통해 습득될 수 있다.
본 발명의 하나의 예시적인 양태는 자동차 애플리케이션들에 사용하기 위한 LED 모듈에 관한 것이다. 상기 LED 모듈은 기판을 포함할 수 있다. 상기 LED 모듈은 복수의 칩-스케일 패키지 LED들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 칩-스케일 패키지 LED들은 상기 기판상에 매트릭스로 배열될 수 있다. 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 영역을 가질 수 있다. 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 갭에 의해 인접한 칩-스케일 패키지 LED로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 상기 갭에 배치될 수 있다.
다양한 실시예들의 이들 및 다른 특징들, 양태들 및 이점들은 다음의 설명 및 첨부된 청구 범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 관련 원리를 설명하는 역할을 한다.
통상의 기술자에게 지시된 실시예들의 상세한 논의는 첨부된 도면들을 참조하여 명세서에 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 LED 모듈의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 칩-스케일 패키지 LED의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 LED 모듈의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 LED 모듈을 통합하는 예시적인 자동차 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 LED 모듈의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 칩-스케일 패키지 LED의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 LED 모듈의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 LED 모듈을 통합하는 예시적인 자동차 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
이제 도면에 도시된 하나 이상의 실시예들을 상세히 참조할 것이다. 각 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 실시예의 설명으로서 제공된다. 사실, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 실시예들에 대해 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 서술된 특징들은 또 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시 예를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태는 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 예시적인 양태들은 LED 모듈에 관한 것이다. 예를 들어, LED 모듈은 차량 전조등들 및/또는 후미등들과 같은 자동차 애플리케이션들에 사용할 수 있다. LED 모듈은 매트릭스로 배열된 복수의 칩 스케일 패키지 LED들을 포함할 수 있다. 칩 스케일 패키지 LED들은 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이에 가까운 거리가 있도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 매트릭스에서 인접한 칩-스케일 패키지 LED들 사이의 거리는 약 500㎛ 미만, 예를 들어 약 200㎛ 미만, 예를 들어 약 30㎛ 내지 약 200㎛ 범위일 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 수치 또는 다른 메트릭과 함께 용어 "약" 또는 "대략"의 사용은 언급된 수치 또는 메트릭의 10% 이내를 지칭하는 것으로 의도된다.
매트릭스에서 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이의 거리를 줄임으로써, 차량 전조등 또는 차량 후미등과 같은 차량 램프의 공통 단일 주 광학을 사용하여 차량 조명에 대한 균일한 배광 분포를 얻을 수 있다. 일부 구현들에서, 낮은 점도를 갖는 반사 재료는 매트릭스의 LED들 사이의 광학적 누화를 줄이고 매트릭스의 신뢰성을 높이기 위해(예 : 매트릭스의 구조적 안정성을 높이기 위해) 측면 코팅 재료로서 매트릭스의 칩 스케일 패키지 LED들 중 하나 이상 주위에 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 매트릭스의 발광 영역 사이의 감소된 거리는 칩-스케일 패키지 LED들을 사용함으로써 달성된다. 칩 스케일 패키지 LED들은 패키지 크기보다 약간 작거나 같은 발광 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 발광 영역은 칩 스케일 패키지 LED와 관련된 전체 패키지 영역의 약 80% 이상, 예를 들어, 전체 패키지 영역의 약 85% 이상, 예를 들어, 전체 패키지 면적의 약 90% 이상, 예를 들어 전체 패키지 면적과 거의 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 칩-스케일 패키지의 크기는 LED 다이의 크기보다 약 1.2 배 크거나 작을 수 있다.
칩 스케일 패키지 LED들은 모든 색 또는 색 온도의 빛을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 칩-스케일 패키지 LED는 백색광을 방출할 수 있고, 다른 실시예들에서는, 주황색 또는 적색광을 방출할 수 있다. 백색 또는 주황색(예 : 580 내지 620 nm) 칩 스케일 패키지 LED의 경우, 발광 영역은 인광체 변환층이 될 수 있고, 그리고 적색 칩 스케일 패키지 LED (예 : 620 내지 780nm)의 경우, 발광 영역은 인광체 변환 층 또는 다이 자체일 수 있다.
일부 실시예들에서, 양극 패드 및 음극 패드는 각각의 칩-스케일 패키지 LED의 바닥에 제공될 수 있다. 칩 스케일 패키지는, 플립 칩 LED 다이를 구현할 수 있으며, 그리고 전도성 접착제, 솔더링 페이스트, 소결 페이스트, 과도 액체 확산 솔더 등과 같은 일반적인 다이 부착 재료들을 사용하는 표면 실장 기술(SMT) 기반 프로세스를 사용하여 회로 기판에 와이어없이 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 언더필 재료는 칩-스케일 패키지 LED들을 기판에 장착하는 것과 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 언더필 재료가 사용되지 않는다.
패키지 크기와 같거나 거의 같은 발광 영역을 가진 칩 스케일 패키지 LED는 LED 매트릭스에서 광각으로 빛을 방출할 수 있으며, 잠재적으로 LED들의 발광 영역에서 빛의 광학적 누화를 일으킬 수 있다. 이러한 광학적 누화를 줄이기 위해, LED 모듈은 매트릭스의 칩 스케일 패키지 LED들 주변에 적용되는 저점도, 고 반사성 측면 코팅 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 측면 코팅 재료는 반사율이 높은 저점도 재료일 수 있다. 측면 코팅 재료는 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 간의 광학적 누화를 줄일 수 있다. 측면 코팅 재료는 LED 모듈의 기계적 안정성을 높일 수도 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 에폭시 수지일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 측면 코칭 재료는 실리콘계 재료일 수 있다. 특정 구현들에서, 측면 코팅 재료는 TiO2의 높은 충진을 포함하여 측면 코팅 재료가 높은 반사율 및 높은 유전 상수를 갖도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 낮은 점도를 가질 수 있다. 낮은 점도는 원뿔형 플레이트 구성(원뿔 각도 = 3°, 원뿔 직경 = 1.2 cm)으로 측정된 10rpm 및 25℃에서 약 2500mPas 내지 20rpm 및 25℃에서 약 32000mPas 범위의 점도를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 칩 스케일 패키지 LED들로부터 방출된 광의 파장들에 대한 측면 코팅 물질의 높은 반사율은 모든 입사각들에 대해 90%보다 클 수 있다. 칩 스케일 패키지 LED들에서 방출되는 빛의 파장들에 대한 낮은 투과율은 1% 미만일 수 있다. 이러한 경우들에서, 측면 코팅 재료에 대한 낮은 투과율 값은 LED 모듈에서 발산되는 배광에서 나오는 어둡고 밝은 전환들의 해상도 및/또는 선명도를 결정할 수 있다.
측면 코팅 재료는 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이의 작은 갭들로 흐르도록 가열될 수 있다. 예를 들어, 측면 코팅 재료를 LED 모듈에 적용하는 동안 측면 코팅 재료를 가열하여 점도 값이, 예를 들어, 약 500mPas 미만으로 떨어질 수 있다. 이러한 방식으로, 측면 코팅 재료는 모세관 효과들을 사용하여 갭에 배치될 수 있다. 모세관 효과들로 인해, 측면 코팅 재료는 LED 매트릭스에서 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이의 갭들로 측면 코팅 재료를 흐르게 하여 적용할 수 있다. LED 매트릭스는 100℃ 내지 200℃, 예를 들어, 140℃ 내지 160℃의 온도에서 경화될 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 매트릭스의 광학적 거동들은 원하는 굴절률을 갖는 측면 코팅 재료의 선택을 통해 조정될 수 있다. 예를 들어, 흡수로 인한 빛의 손실뿐만 아니라 색상 변화를 최소화하기 위해, 가시 범위에서 높고 일정한 굴절률을 가진 측면 코팅 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 측면 코팅 재료의 굴절률을 적절하게 변경하면, 특정 요구 사항들에 따라 방사된 빛의 색상 및/또는 색 온도를 수정할 수 있다.
측면 코팅 재료는 LED 모듈의 기계적 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 적절한 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지 측면 코팅 재료의 경우, 열 팽창 계수는 Tg보다 약 13ppm/K 낮을 수 있으며, 여기서 Tg는 에폭시 수지와 관련된 전이 온도이다. 실리콘 기반 측면 코팅 재료는 높은 탄성 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 매트릭스는 열 관리를 위한 다양한 특징들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 칩 스케일 패키지 LED들가 장착된 회로 기판은 충분한 열전도율을 가질 수 있다. 예를 들어, 회로 기판은 FR4 인쇄 회로 기판, 금속 코어 인쇄 회로 기판(예 : MC-PCB), 절연 금속 기판 또는 세라믹 기판(예 : 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 칩-스케일 패키지 LED들은 회로 기판에 다이 부착될 수 있다. 다이 부착 재료들은, 예를 들어, 솔더 페이스트(예 : SnAgCu 및/또는 AuSn 합금), 소결 페이스트들(예 : Ag, Au, Cu), 전도성 접착제들(예 : 접착제에는 은 함량이 높다) 및/또는 기타 적합한 다이 부착 재료들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 매트릭스에 대한 열 관리는 회로 기판의 바닥면에 위치한 열 패드로 향상될 수 있다. 열 패드는 방열판 및/또는 다른 회로 기판과 열적으로 소통할 수 있다(예를 들어, 기계적으로 결합됨).
본 발명의 실시예들에 따른 LED 모듈들은 많은 기술적 효과들과 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, LED 모듈은 자동차 애플리케이션들에서 일반적으로 균일 한 배광을 달성하기 위해 단일 기본 광학 장치의 사용을 용이하게 할 수 있다. 일반적으로 균일한 배광은 적용을 위한 분포 영역에 걸쳐 적어도 80% 균일한 (강도의 20% 미만의 변동) 분포일 수 있다. 매트릭스에 있는 칩 스케일 패키지 LED들의 수와 배열은 다양한 요구 사항들에 맞게 조정할 수 있다. 매트릭스에 칩 스케일 패키지 LED들이 밀착되어 있기 때문에 LED 모듈의 크기와 무게를 줄일 수 있다.
본 발명의 예시적 양태들의 목표는, 자동차 애플리케이션들을 위한 균일한 배광을 달성하기 위해 단일 1차 광학 장치의 사용을 용이하게 하는 밀접하게 패키징된 매트릭스와 같은 구성의 회로 기판상에 적용된 칩 스케일 패키지 LED들을 포함하는 LED 모듈을 생성하는 것이다. 이를 통해 차량들의 적응형 헤드 램프들 및 리어 램프의 맞춤형 매트릭스 구성들에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 크기와 무게를 줄일 수 있다.
본 발명의 하나의 예시적인 양태는 발광 다이오드(LED) 모듈에 관한 것이다. LED 모듈은 기판을 포함한다. LED 모듈은 기판상에 배치된 매트릭스로 배열된 복수의 칩-스케일 패키지 LED들을 포함한다. 각 칩 스케일 패키지 LED에는, 패키지와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상, 예를 들어, 패키지와 관련된 전체 면적의 약 85% 이상, 예를 들어, 패키지와 관련된 전체 면적과 거의 동일한 발광 영역을 갖는다.
각 칩 스케일 패키지 LED는 인접한 칩 스케일 패키지 LED와 갭을 두고 분리된다. 일부 실시예들에서, 갭은 모듈들의 인접한 LED들 사이에서 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 갭은 약 500㎛ 미만, 예를 들어 약 200㎛ 미만, 예컨대 약 30㎛ 내지 약 200㎛ 범위의 거리를 갖는다.
일부 실시예들에서, 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 칩-스케일 패키지 LED의 바닥 부분에 배치된 애노드 및 캐소드를 갖는다. 칩 스케일 패키지 LED는 기판에 다이 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 모듈은 기판의 바닥면에 배치된 열 패드를 포함한다.
일부 실시예들에서, LED 모듈은 갭 내에 배치된 측면 코팅 재료를 포함한다. 측면 코팅 재료는 점도가 낮을 수 있다. 측면 코팅 물질은 복수의 칩-스케일 패키지 LED들에 의해 방출되는 광의 파장들에 대해 높은 반사율을 가질 수 있다. 측면 코팅 재료는 복수의 칩-스케일 패키지 LED들에 의해 방출되는 광의 파장들에 대해 낮은 투과율을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료와 관련된 굴절률은 LED 모듈에 대한 원하는 색 온도 출력을 제공하도록 선택된다.
일부 실시예들에서, LED 모듈은 차량용 램프로 구현될 수 있다. 차량 램프는 자동차용 헤드 라이트 또는 후방 라이트일 수 있다. LED 모듈은 하나 이상의 제어 디바이스들에 연결될 수 있다. 하나 이상의 제어 디바이스들은 LED 모듈의 선택된 광 출력을 제공하기 위해 LED 모듈의 각 칩 스케일 패키지 LED를 개별적으로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는 차량용 램프에 관한 것이다. 차량 램프는 여기에 개시된 임의의 양태들에 따른 LED 모듈을 포함한다. 차량 램프에는 1차 광학 장치가 포함될 수 있다. 1차 광학 장치는 LED 모듈에서 방출되는 빛을 차량 램프에서 출력되는 일반적으로 균일한 빛으로 지향한다. 일부 실시예들에서, 1차 광학 장치는 2차 광학 장치를 사용하지 않고 차량 램프로부터 출력되는 일반적으로 균질한 광으로서 LED 모듈로부터 방출된 광을 지향시킨다.
또 다른 예시적인 실시예는 LED 모듈을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 이 프로세스는 각각의 칩-스케일 패키지 LED가 인접한 칩-스케일 패키지 LED로부터 갭에 의해 분리되도록 매트릭스의 기판상에 복수의 칩-스케일 패키지 LED들 배치하는 것을 포함한다. 각 칩 스케일 패키지 LED는 패키지와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 면적을 갖는다. 이 프로세스에는 측면 코팅 재료를 갭에 배치하는 것이 포함된다. 이 프로세스에는 LED 모듈 경화가 포함된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 양태들에 따른 예시적인 LED 모듈(100)을 도시한다. LED 모듈(100)은 기판(105) 상에 매트릭스로 배열된 복수의 칩 스케일 패키지 LED들(110)을 포함할 수 있다. 기판(105)은, 예를 들어, FR4 인쇄 회로 기판, 금속 코어 인쇄 회로 기판(MC-PCB), 분리된 금속 기판, 세라믹 기판(예를 들어, 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄), 또는 다른 적절한 기판일 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 모듈(100)은 기판 상에 배열된 적어도 10개의 칩-스케일 패키지 LED들(110)을 포함한다.
칩 스케일 패키지 LED들(110)의 4x4 매트릭스가 도 1에 도시되어 있다. 그러나, 여기에 제공된 발명을 이용하여 통상의 기술자는 모듈의 다른 적절한 구성이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 비 제한적인 예로서, 모듈은 2x8 매트릭스, 1x16 매트릭스, 10x10 매트릭스, 4x32 매트릭스, 또는 칩 스케일 패키지 LED들(110)의 다른 적절한 배열일 수 있다. 일부 실시예들에서, 모듈은 칩-스케일 패키지 LED의 행들 및/또는 열들을 가질 수 있다. 각 행은 동일하거나 상이한 수의 칩 스케일 패키지 LED들을 가질 수 있다. 각 열은 동일하거나 상이한 수의 칩 스케일 패키지 LED들을 가질 수 있다.
각각의 칩-스케일 패키지 LED들(110)은 패키지 크기보다 약간 작거나 같은 발광 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2는 하나의 예시적인 칩-스케일 패키지 LED(110)의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 칩 스케일 패키지 LED(110)는 빛을 방출하는 발광 영역을 갖는다. 발광 영역(115)은 전체 디바이스(110)의 전체 패키지 영역(117)과 거의 동일한 크기이다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 발광 영역(115)은 칩-스케일 패키지 LED(110)와 관련된 전체 패키지 영역(117)의 약 80% 이상, 예를 들어 전체 패키지 영역(117)의 약 85% 이상, 예를 들어 전체 패키지 영역(117)의 약 90% 이상, 예를 들어 전체 패키지 영역(117)과 대략 동일하다.
도 1을 참조하면, 복수의 칩-스케일 패키지 LED들(110)은 매트릭스에서 인접한 칩-스케일 패키지 LED들(110) 사이에 갭(150)이 있도록 배열될 수 있다. 갭 (150)은 인접한 칩-스케일 패키지 LED들(110) 사이에 가까운 거리가 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 갭(150)은 약 500㎛ 미만, 예를 들어 약 200㎛ 미만, 예컨대 약 30㎛ 내지 약 200㎛ 범위의 거리를 갖는다. 예시적인 실시예들에서, 인접한 LED들 사이의 갭은 모듈 전체에 걸쳐 실질적으로 동일(예를 들어, 서로 15% 이내)할 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 양태들에 따른 LED 모듈(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각각의 칩-스케일 패키지 LED(110)는 칩-스케일 패키지 LED(110)의 바닥 표면상에 배치된 캐소드(112) 및 애노드(114)를 포함할 수 있다. 캐소드(112) 및 애노드(114)는 예를 들어 표면 실장 기술을 사용하여 전도체(108)를 통해 기판(105)에 실장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 칩-스케일 패키지 LED(110)는 기판(105)에 다이 부착될 수 있다. 다이 부착 재료는, 예를 들어, 솔더 페이스트(예 : SnAgCu 및/또는 AuSn 합금), 소결 페이스트들(예 : Ag, Au, Cu), 전도성 접착제들(예 : 접착제는 높은 은 함량 포함) 및/또는 다른 적합한 다이 부착 재료들을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일부 예시적인 구현들에서, LED 모듈(100)은 열 패드(140)를 포함할 수 있다. 열 패드(140)는 열 전도성 재료를 포함할 수 있다. 열 패드(140)는 칩-스케일 패키지 LED들(110)이 기판(105)에 실장되는 표면에 대향하는 기판(105)의 바닥 표면에 배치될 수 있다. 열 패드는 기판(105)을 히트 싱크 및/또는 다른 기판(예를 들어, 회로 기판)에 결합시키는 데 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, LED 모듈(100)은 인접한 칩-스케일 패키지 LED(110) 사이의 갭들(150)에 배치된 측면 코팅 재료(120)를 포함할 수 있다. 측면 코팅 재료(120)는 예를 들어 높은 반사율을 갖는 저점도 재료일 수 있다. 측면 코팅 재료는 모듈(100)에서 인접한 칩-스케일 패키지 LED(110) 사이의 광학적 누화를 감소시 킬 수 있다. 측면 코팅 재료는 또한 LED 모듈(100)에 대해 증가된 기계적 안정성을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료(120)는 에폭시 수지일 수 있다. 에폭시 수지 기반 측면 코팅 재료(120)의 경우, 열팽창 계수는 Tg보다 약 13ppm/K 낮을 수 있고, Tg는 에폭시 수지와 관련된 전이 온도이다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료(120)는 실리콘 기반 재료일 수 있다. 실리콘 기반 재료는 측면 코팅 재료(120)가 높은 반사율 및 높은 유전 상수를 갖도록 하기 위해 TiO2의 높은 충전을 포함할 수 있다. 실리콘 기반 측면 코팅 재료(120)는 낮은 탄성 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료(120)는 원뿔형 플레이트 구성(원뿔 각도 = 3°, 원뿔 직경 = 1.2 cm)으로 측정된 10rpm 및 25℃에서 약 2500mPas 내지 20rpm 및 25℃에서 약 32000mPas 범위의 점도를 가질 수 있다. 제조 중에 측면 코팅 재료를 LED 모듈에 적용하는 동안, 측면 코팅 재료를 가열하여 점도 값이 약 500mPas 미만의 값으로 떨어질 수 있다. 이러한 방식으로, 측면 코팅 재료(120)는 모세관 효과를 사용하여 갭(150)에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 칩 스케일 패키지 LED들(110)로부터 방출된 광의 파장들에 대한 측면 코팅 재료(120)의 반사율은 모든 입사각들에 대해 가능한 한 높을 수 있다(예를 들어, 약 90% 초과). 칩-스케일 패키지 LED들(110)로부터 방출된 광의 파장들에 대한 투과 값들(예를 들어, 투과율)은 가능한 한 낮을 수 있다(예를 들어, 약 1% 미만). 측면 코팅 재료에 대한 낮은 투과율 값은 LED 모듈(100)로부터 발산되는 광 분포로부터 어둡고 밝은 전환의 해상도 및/또는 선명도를 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 매트릭스(100)의 광학적 거동들은 원하는 굴절률을 갖는 측면 코팅 재료(120)의 선택을 통해 조정될 수 있다. 예를 들어, 흡수로 인한 빛의 손실뿐만 아니라 색상 변화를 최소화하기 위해, 가시 범위에서 높고 일정한 굴절률을 가진 측면 코팅 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 측면 코팅 재료(120)의 굴절률을 적절하게 변경함으로써, 방사된 광의 색상은 특정 요건들에 따라 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 LED 모듈(100)을 통합하는 예시적인 자동차 시스템의 블록도를 도시한다. 보다 구체적으로, LED 모듈(100)은 차량(200) 용 차량 램프(210)(예를 들어, 헤드 라이트, 후방 조명 등)의 일부로 구현될 수 있다. LED 모듈(100)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 논의된 바와 같이 매트릭스로 배열된 복수의 칩 스케일 패키지 LED들을 가질 수 있다. LED 모듈(100)은 차량 램프(210)로부터 균일한 광 출력(235)을 제공하기 위해 단일 주 광학(212)과 함께 사용될 수 있다. 단일 주 광학(212)은 차량 램프(210)의 광 출력(235)으로서 LED 모듈(100)로부터 방출된 광을 지향시킬 수 있다.
시스템은 원하는 광 출력(235)을 제공하기 위해 LED 모듈(100)을 제어하는 데 사용되는 하나 이상의 제어 디바이스들(250)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 디바이스들(250)은 모듈(100)에서 개별 칩 스케일 패키지 LED들(110)의 광 출력(예를 들어, 밝기, 온/오프 등)을 제어할 수 있다. 하나 이상의 제어 디바이스들은 칩-스케일 패키지 LED들을 제어하기 위한 임의의 적절한 제어 디바이스들 및/또는 전력 조절 회로들을 포함할 수 있다.
예로서, 하나 이상의 제어 디바이스들(250)은 개별 칩-스케일 패키지 LED들에 전력을 제공하기 위한 드라이버 회로(들)를 포함할 수 있다. 드라이버 회로(들)의 전력을 (예를 들어, 하나 이상의 스위칭 소자들(예를 들어, 트랜지스터들)을 통해) 제어하여 개별 칩 스케일 패키지 LED들의 출력을 제어할 수 있다. 추가로 그리고/또는 대안으로, 드라이버 회로(들)의 출력을 제어하여 개별 칩 스케일 패키지 LED들로부터의 광 출력을 제어할 수 있다.
하나 이상의 제어 디바이스들(250)은 하나 이상의 프로세서들, 마이크로 컨트롤러들, 또는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제어 디바이스들(250)은 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 차량(200)에 원하는 광 출력 (235)(예를 들어, 하향 등, 상향 등, 주행 등)을 제공하기 위해 모듈(100) 내의 개별 칩 스케일 패키지 LED들의 제어와 같은 동작들을 수행하기 위해 하나 이상의 메모리 디바이스들에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 실행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 LED 모듈을 제조하기 위한 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 5는 예시 및 논의를 위해 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 여기에 제공된 개시 내용을 이용하여 통상의 기술자는, 여기에 서술된 임의의 방법들의 다양한 단계들이 본 명세서의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식들로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열 및/또는 수정될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
302에서, 방법은 인쇄 회로 기판과 같은 기판에 복수의 칩 스케일 패키지 LED들을 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 칩-스케일 패키지 LED들은 복수의 칩-스케일 패키지 LED들이 매트릭스로 배열되도록 인쇄 회로 기판에 부착될 수 있다. 칩 스케일 패키지 LED들은 칩 스케일 패키지 LED들의 바닥면에 애노드 및 캐소드를 가질 수 있다. 애노드 및 캐소드는 예를 들어 SMT 기반 공정들을 사용하여 기판에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 칩-스케일 패키지 LED들은 기판에 다이 부착될 수 있다. 다이 부착 재료들은 예를 들어 솔더 페이스트들(예 : SnAgCu 및/또는 AuSn 합금), 소결 페이스트들(예 : Ag, Au, Cu), 전도성 접착제들(예 : 접착제들은 높은 은 함량 포함) 및/또는 다른 적합한 다이 부착 재료들을 포함할 수 있다.
304에서, 방법은 매트릭스에서 인접한 칩-스케일 패키지 LED들 사이에 형성된 갭들에서와 같이, 인접한 칩-스케일 패키지 LED들 사이에 측면 코팅 재료를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 측면 코팅 재료는 예를 들어 높은 반사율을 갖는 저점도 재료일 수 있다. 측면 코팅 재료는 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 간의 광학적 누화를 줄일 수 있다. 측면 코팅 재료는 LED 모듈의 기계적 안정성을 높일 수도 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 에폭시 수지일 수 있다. 에폭시 수지 기반 측면 코팅 재료의 경우, 열팽창 계수는 Tg보다 약 13ppm/K 낮을 수 있고, Tg는 에폭시 수지와 관련된 전이 온도이다. 일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료(120)는 실리콘 기반 재료일 수 있다. 실리콘 기반 재료는 TiO2의 높은 충진을 포함하여 측면 코팅 재료가 높은 반사율과 높은 유전 상수를 갖도록 할 수 있다. 실리콘 기반 측면 코팅 재료는 높은 탄성 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 측면 코팅 재료는 10rpm 및 25℃에서 약 2500mPas 내지 20rpm 및 25℃에서 약 32000mPas 범위의 점도를 가질 수 있다. 칩 스케일 패키지 LED들에서 방출되는 빛의 파장들에 대한 측면 코팅 재료의 반사율은 모든 입사각들에 대해 가능한 한 높을 수 있다(예 : 약 90% 초과). 칩 스케일 패키지 LED들에서 방출되는 빛의 파장에 대한 투과값들은 가능한 한 낮을 수 있다(예 : 약 1% 미만). 측면 코팅 재료에 대한 낮은 투과율 값은 LED 모듈에서 발산되는 배광으로부터 어둡고 밝은 전환의 해상도 및/또는 선명도를 결정할 수 있다.
측면 코팅 재료는 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이의 작은 갭들로 흐르도록 가열될 수 있다. 예를 들어, 측면 코팅 재료를 LED 모듈에 적용하는 동안 측면 코팅 재료를 가열하여 점도 값이 약 500mPas 미만으로 떨어질 수 있다. 이러한 방식으로, 측면 코팅 재료는 모세관 효과를 사용하여 갭에 배치될 수 있다.
306에서, 방법은 LED 모듈을 경화시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측면 코팅 재료가 인접한 칩 스케일 패키지 LED들 사이의 갭들에 배치되면, LED 모듈은 경화 프로세스 동안 가열될 수 있다. 경화 프로세스는 LED 모듈을 100℃ 내지 200℃, 예를 들어, 140℃ 내지 160℃ 범위의 온도로 가열할 수 있다.
308에서, 방법은 LED 모듈을 차량 램프와 같은 자동차 시스템에 설치하는 것을 포함할 수 있다. 차량 램프는, 예를 들어, 차량 헤드 라이트 또는 차량 후방 라이트일 수 있다. 차량 램프에는 LED 모듈에서 균일한 빛을 제공하기 위한 단일 기본 광학 장치가 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 모듈의 개별 칩-스케일 패키지 LED들은 LED 모듈을 사용하여 원하는 광 출력(예를 들어, 로우 빔, 하이빔, 주간 주행 등)을 제공하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 양태들은 자동차 애플리케이션들에서 사용하기 위한 LED 모듈을 참조하여 논의된다. 여기에 제공된 개시 내용을 이용하여 통상의 기술자는 LED 모듈이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 애플리케이션들에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 주제는 특정 예시적인 실시예들에 대해 상세하게 설명되었지만, 통상의 기술자라면 전술한 내용을 이해하면 이러한 실시예들에 대한 변경들, 변형들 및 등가물들을 쉽게 생성할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 제한이 아닌 예시이며, 그리고 본 발명은 통상의 기술자에게 용이하게 명백한 바와 같이 본 주제에 대한 이러한 수정들, 변경들 및/또는 추가들의 포함을 배제하지 않는다.
Claims (20)
- 발광 다이오드(LED) 모듈로서,
기판; 및
상기 기판상에 배치된 매트릭스로 배열된 복수의 칩-스케일 패키지 LED들을 포함하고,
각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 영역을 가지며;
각각의 칩-스케일 패키지 LED는 갭에 의해 인접한 칩-스케일 패키지 LED로부터 분리되는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 갭은 약 500㎛ 미만의 거리를 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 갭은 약 200㎛ 미만의 거리를 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 갭은 약 30㎛ 내지 약 200㎛ 범위의 거리를 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적의 약 85% 이상인 발광 영역을 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적과 대략적으로 동일한 발광 영역을 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED의 하부에 배치된 애노드 및 캐소드를 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 칩-스케일 패키지 LED는 상기 기판에 다이 부착되는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 상기 갭 내에 배치된 측면 코팅 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 측면 코팅 재료는 낮은 점도를 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 측면 코팅 재료는 상기 복수의 칩-스케일 패키지 LED들에 의해 방출되는 광의 파장들에 대해 높은 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 측면 코팅 재료는 상기 복수의 칩-스케일 패키지 LED들에 의해 방출되는 광의 파장들에 대해 낮은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 측면 코팅 재료와 관련된 굴절률은 가시 광선 범위에 대해 일정한 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 상기 기판의 바닥면에 배치된 열 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 차량용 램프로 구현되는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 차량용 램프는 차량용 헤드 라이트 또는 후방등인 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 하나 이상의 제어 디바이스들에 결합되고, 상기 하나 이상의 제어 디바이스들은 상기 LED 모듈의 선택된 광 출력을 제공하기 위해 상기 LED 모듈 내의 각 칩-스케일 패키지 LED를 개별적으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
발광 다이오드(LED) 모듈. - 차량용 램프로서,
LED 모듈 - 상기 LED 모듈은, 기판 및 상기 기판상에 배치된 매트릭스로 배열된 복수의 칩-스케일 패키지 LED들을 포함하고, 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 칩-스케일 패키지 LED와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 영역을 가지며, 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 갭에 의해 인접한 칩-스케일 패키지 LED로부터 분리되며 - 과; 그리고
1차 광학 장치(a primary optic)를 포함하고,
상기 1차 광학 장치는 상기 LED 모듈로부터 방출된 광을 상기 차량 램프로부터 출력되는 일반적으로 균질한 광으로 지향하는 것을 특징으로 하는
차량용 램프. - 제18항에 있어서,
상기 1차 광학 장치는, 2차 광학 장치를 사용하지 않고 상기 차량용 램프로부터 출력되는 일반적으로 균질한 광으로서 상기 LED 모듈로부터 방출된 광을 지향시키는 것을 특징으로 하는
차량용 램프. - LED 모듈을 제조하는 공정으로서,
각각의 칩-스케일 패키지 LED가 갭에 의해 인접한 칩-스케일 패키지 LED로부터 분리되도록 복수의 칩-스케일 패키지 LED들을 매트릭스의 기판 상에 배치하는 단계 - 각각의 칩-스케일 패키지 LED는 상기 패키지와 관련된 전체 면적의 약 80% 이상인 발광 영역을 가지며 - 와;
상기 갭에 측면 코팅 재료를 배치하는 단계와; 그리고
상기 LED 모듈을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
LED 모듈을 제조하는 공정.
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