WO2021091000A1 - 적층형 구조의 led 기판 - Google Patents

적층형 구조의 led 기판 Download PDF

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박정환
심재곤
배정빈
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Abstract

본 발명은 적층형 구조의 LED 기판에 관한 것으로서, 금속판; 금속판 상측면에 부착되며, 금속판의 상측면의 일부를 노출시키는 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성되는 인쇄회로기판; 관통홀을 통해 노출된 상기 금속판 위에 실장되는 적어도 하나 이상의 LED 칩; LED 칩을 포함하도록 관통홀에 비해서 상대적으로 큰 형광체수용홀이 형성되어, 인쇄회로기판위에 결합되는 적층부; 및 형광체수용홀의 내부에 충전되어 LED 칩을 덮으면서 충진되는 형광체;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 본 발명에 의한 적층형 구조의 LED 기판은 회로기판 위에 결합되어 회로기판의 구조적 안정성을 보장할 수 있다. 또한, 방열효과를 통해 LED 칩에 작용하는 부하를 감소시켜 LED 칩의 내구성능을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 적층부에 형성되는 형광체수용홀을 통해 형광체가 안정적으로 경화될 수 있도록 제작의 편의성을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 적층부를 통해 다양한 광원들에서 발광하는 빛을 개별적으로 제어되도록 하여 인접하여 배치되는 다른 광원으로 인한 빛의 간섭현상을 방지할 수 있다. 추가적으로, 인쇄회로기판이 금속판과 적층부 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 수 있어 복수의 광원을 다양한 다양한 패턴으로 형성할 수 있다.

Description

적층형 구조의 LED 기판
본 발명은 적층형 구조의 LED 기판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속판, 인쇄회로기판 및 적층부가 적층배치되어 회로기판의 구조적 안정성을 보장하며, 형광체가 안정적으로 경화될 수 있도록 제작의 편의성을 제공하고, 인쇄회로기판이 금속판과 적층부 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 뿐만 아니라, 다양한 광원들에서 발광하는 빛을 개별적으로 제어되도록 하여 인접하여 배치되는 다른 광원으로 인한 빛의 간섭현상을 방지할 수 있는 적층형 구조의 LED 기판에 관한 것이다.
종래의 발광다이오드 모듈은 일반적으로 발광다이오드 칩을 별도의 개별 패키지로 완성한 후, 이 발광다이오드 패키지들을 사용 목적에 맞는 특정 배열과 회로가 구성된 인쇄회로기판에 실장하여 제작하여 왔다. 그러나 최근에는 COB(Chip on Board)형 발광다이오드 모듈로 제작하기에 이르렀다. COB형 발광다이오드 모듈은 사용 목적에 맞춘 인쇄회로기판에 발광다이오드 칩을 직접 패키징하여 통상의 개별 패키지 형성 과정을 줄인 발광다이오드 모듈에 관한 것이다
한편, LED로부터 광을 인출하려면 다이오드 소자와, 다이오드에 통전되는 도선이 필요하지만 발광된 광을 낭비하지 않기 위한 반사재 및 광을 적게 감쇠시키는 광 투과재, 또한 일정방향으로 지향시키기 위한 집광 체(렌즈 등) 도출되는 광의 색상을 조절하기 위한 형광재 등이 이용되고, 전기를 광으로 변환시킬 때에 발생하는 열을 전도, 방열시키기 위한 방법을 구비하여야 한다.
LED 모듈 기판은 패키지 기판, 예를 들면 장치 기판과, 이 장치 기판 상에 탑재된 복수의 바람직하게는 다수의 반도체 발광 소자인 소자 기판 상의 청색 LED 칩과, 회로 패턴을 구비하고, 형광체가 함유된 수지층, 반사층, 접착층등, 광 확산 부재 렌즈를 구비하고 있다.
그러나, 종래의 패키지는 가소성 수지[주로 폴리프탈아미드]에 금속 박막 층 (박판)의 회로 패턴을 성형한 것이 주였으며, 회로 패턴에는 구리가 이용되는 관계로 광 반사율을 고려하여 은(Ag)도금이 실시되는 것이 일반적 이었다. 상기의 은도금 공법은 유화의 발생으로 회로 극간의 절연성의 문제를 야기시켰다.
또한, 고 전력용(High Power)의 생산에 따라 LED로부터의 발열 문제가 절박한 과제로 되어 왔다. LED에 있어서는 인가 에너지의 90%가 열로서 소비되게 되고, LED장착에는 연 납땜을 이용하기 때문에 납의 용융온도 이상으로 온도가 발생 시는 장착된 LED소자가 떨어져 문제를 야기할 뿐만 아니라 광 효율저하와 더불어 조명광원의 수명을 단축시키는 요인이 된다.
본 발명의 목적은 금속판, 인쇄회로기판 및 적층부가 적층배치되어 회로기판의 구조적 안정성을 보장하며, 형광체가 안정적으로 경화될 수 있도록 제작의 편의성을 제공하고, 인쇄회로기판이 금속판과 적층부 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 뿐만 아니라, 다양한 광원들에서 발광하는 빛을 개별적으로 제어되도록 하여 인접하여 배치되는 다른 광원으로 인한 빛의 간섭현상을 방지할 수 있는 적층형 구조의 LED 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판은 금속판; 금속판 상측면에 부착되며, 금속판의 상측면의 일부를 노출시키는 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성되는 인쇄회로기판; 관통홀을 통해 노출된 상기 금속판 위에 실장되는 적어도 하나 이상의 LED 칩; LED 칩을 포함하도록형광체수용홀이 형성되어, 인쇄회로기판위에 결합되는 적층부; 및 형광체수용홀의 내부에 충전되어 LED 칩을 덮으면서 충진되는 형광체;를 포함한다.
여기서, 적층부는 알루미늄 또는 구리 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 적층부는 형광체수용홀의 내주면을 분할하는 적어도 한개 이상의 격벽을 구비하며, 소정 높이로 형성되어 각 형성된 공간에 형광체가 수용되도록 할 수 있다.
여기서, 형광체수용홀은 원형 또는 다각형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
여기서, LED 칩은 씨오비(Chip on the board) 방식으로 배열될 수 있다.
본 발명에 의한 적층형 구조의 LED 기판은 회로기판 위에 결합되어 회로기판의 구조적 안정성을 보장할 수 있다.
또한, LED 칩의 발열을 효과적으로 발열시킴으로 LED 칩에 작용하는 부하를 감소시켜 LED 칩의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 적층부에 형성되는 형광체수용홀을 통해 형광체가 안정적으로 경화될 수 있도록 제작의 편의성을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 적층부를 통해 다양한 광원들에서 발광하는 빛을 개별적으로 제어되도록 하여 인접하여 배치되는 다른 광원으로 인한 빛의 간섭현상을 방지할 수 있다.
추가적으로, 인쇄회로기판이 금속판과 적층부 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 수 있어 복수의 광원을 다양한 패턴으로 형성할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1, 제2 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판은 금속판(110), 인쇄회로기판(120), LED 칩(130), 적층부(140) 및 형광체(150)를 포함하여 구성된다.
금속판(110)은 열전도도 및 광반사율이 우수한 알루미늄 또는 구리등으로 형성될 수 있다. 그리고, 금속판(110)의 표면에는 인쇄회로기판(120)가 접착될 수 있도록 접착층(미표시)이 형성될 수 있다.
인쇄회로기판(120)은 전술한 바와 같이 인쇄회로기판(120)은 접착층을 통해 결합될 수 있다. 이때, 금속판(110)의 상측면의 일부를 노출시키는 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성될 수 있다. 형성된 관통홀에는 금속판(110)이 노출되어 LED 칩(130)이 실장될 수 있는 공간을 형성하게 된다. 특히, 인쇄회로기판(120)은 금속판(110)과 적층부(140) 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 수 있다.
LED 칩(130)은 관통홀을 통해 노출된 금속판(110) 위에 실장된다. 이때, LED 칩(130)은 금속판(110)에 씨오비(Chip on the board) 방식으로 배열될 수 있다.
적층부(140)는 적어도 하나 이상의 LED 칩(130)이 포함하도록 인쇄회로기판(120)에 형성된 관통홀(미도시)에 비해서 상대적으로 큰 형광체수용홀(141)이 형성되어, 인쇄회로기판(120) 위에 결합된다. 본 발명에서 적층부(140)는 대략적으로 사각형 형상으로 형성되었으나, 그 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 적층부(140)는 그 크기가 5 ~ 200mm 이내로 형성되는 것이 바람직하지만, 적층부(140)의 크기가 이에 제한되는 것은 아니며, LED 칩(130)의 배열조건에 따라 다양한 크기로 설정될 수 있다.
그리고, 도 1 및 2 에서 적층부(140)에 형성되는 형광체수용홀(141)의 형상을 원형 또는 사각형으로 예시하였으나, 그 형상으로 제한되지 않으며, 다각형으로도 형성될 수 있는 것으로서, 그 내부에 형성된 형광체수용홀(141)을 통해 형광체(150)를 수용할 수 있는 형상이면, 그 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 적층부(140)는 인쇄회로기판(120)과 구비되는 전극과 연결되기 위하여 복수의 절개부(143)가 형성될 수 있다.
이때, 적층부(140)는 알루미늄 또는 구리 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 적층부(140)가 알루미늄 재질로 형성되는 경우, LED 칩(130)을 효과적으로 발열시킴으로 LED 칩(130)에 작용하는 발열을 감소시켜 LED 칩(130)의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 적층부(140)는 형광체(150)를 수용할 수 있도록 소정의 높이로 상측으로 연장되는 댐(Dam)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 적층부(140)가 인쇄회로기판(120)의 상측면에 결합되면, 형광체수용홀(141)의 내측을 따라 댐(Dam)이 형성되게 된다. 이와 같이, 적층부(140)의 형광체수용홀(141)을 통해 별도로 댐을 형성할 필요가 없으며, 인쇄회로기판(120) 위에 복수로 실장되는 LED 칩(130)을 한번에 형광체가 수용되도록 함으로써 보다 간편하게 제작을 제공할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 적층부(140)는 형광체수용홀(141)을 통해 일체로 댐을 형상하여 형광체가 옆으로 흘러내리지 않고 안정적으로 경화되도록 함으로써 전체적인 구조의 안정성을 제공할 수 있다. 또한, 형광체수용홀(141) 내부에 형광체가 안정적으로 수용되기 때문에 빛이 간섭되지 않도록 할 수 있어 빛의 특성을 이용하는 특수용도의 빛을 제공할 수 있게 된다.
형광체(150)는 형광체수용홀(141)의 내부에 충전되어 LED 칩(130)을 덮으면서 충진된다. 형광체(150)는 형광체수용홀(141)의 내주면을 분할하는 격벽(142)을 통해서 더욱 안정적으로 수용될 수 있다.
반면, 종래의 인쇄기로기판에 형성되는 댐은 수지의 재질로 이루어지고, 각각의 LED 칩을 수용하도록 형성되기 있기 때문에 제작에 불편한 점이 있었다. 이러한 수지는 특성상 빛의 간섭현상을 유발시킬 수 있다. 이로 인해, 복수의 LED 칩이 적용되는 경우, 빛간의 간섭현상이 발생하여 빛의 특성을 이용하는 특수용도의 빛을 제공하고자 할 때에 문제점이 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 적층형 구조의 LED 기판의 사시도이다.
먼저, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 적층부(140)는 형광체수용홀(141)의 내주면을 복수의 공간으로 분할하는 격벽(142)을 구비할 수 있다. 형광체수용홀(141)이 분할되어 형성되면, 수용되는 형광체를 보다 안정적으로 수용시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 각각의 공간에 다양한 색상을 갖는 LED 칩이 실장되도록 할 수 있으며, LED 칩이 격벽(142)을 통해 물리적으로 완전히 분리 형성되기 때문에 서로 간에 간섭이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있어 LED 광원의 효율을 증대시킬 수 있다. 격벽(142)을 통한 분할 패턴은 실장되는 LED 칩의 종류 및 갯수, 그리고 회로설계를 바탕으로 다양하게 형성될 수 있는 것으로서, 도 3 내지 도 4에 제시한 교차하는 방법으로 제한되는 것은 아니다.
그리고, 도 5와 같이, 형광체수용홀(141)이 적층부(140)에 기 설정된 패턴으로 형성되고, 각각에 LED 칩이 실장되어 형성될 수 있다. 도 5와 같이 독립적인 형상의 적층부(140)가 배치되는 경우에도, 전술한 효과를 그대로 얻을 수 있으며, 그 형상에 도 5에 제시된 원형으로 제한되지 않고, 다각형 형성으로 형성될 수 있는 것은 자명한 사실이다.
이와 같이, 본 발명에 의한 적층형 구조의 LED 기판은 회로기판 위에 결합되어 회로기판의 구조적 안정성을 보장할 수 있다. 또한, LED 칩의 발열을 효과적으로 발열시킴으로 LED 칩에 작용하는 부하를 감소시켜 LED 칩의 내구성능을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 적층부에 형성되는 형광체수용홀을 통해 형광체가 흐르는 것을 방지할 수 있어 제작의 편의성을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 적층부를 통해 다양한 광원들에서 발광하는 빛을 개별적으로 제어되도록 하여 인접하여 배치되는 다른 광원으로 인한 빛의 간섭현상을 방지할 수 있다. 추가적으로, 인쇄회로기판이 금속판과 적층부 사이에 배치됨으로써 다양한 회로패턴을 형성할 수 있어 복수의 광원을 다양한 다양한 패턴으로 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

  1. 적층형 구조의 LED 기판에 있어서,
    금속판;
    상기 금속판 상측면에 부착되며, 상기 금속판 상측면의 일부를 노출시키는 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성되는 인쇄회로기판;
    상기 관통홀을 통해 노출된 상기 금속판 위에 실장되는 적어도 하나 이상의 LED 칩;
    상기 LED 칩을 포함하도록 형광체수용홀이 형성되어, 상기 인쇄회로기판위에 결합되는 적층부; 및
    상기 형광체수용홀의 내부에 충전되어 상기 LED 칩을 덮으면서 충진되는 형광체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 구조의 LED 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층부는,
    알루미늄 또는 구리 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 구조의 LED 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층부는,
    상기 형광체수용홀의 내주면을 분할하는 적어도 한개 이상의 격벽을 구비하며, 소정 높이로 형성되어 각 형성된 공간에 상기 형광체가 수용되도록 하는 것을 특징으로 하는 적층형 구조의 LED 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체수용홀은,
    원형 또는 다각형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 구조의 LED 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은,
    씨오비(Chip on the board) 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 적층형 구조의 LED 기판.
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