KR20080018035A - Board for an electronic parts and lighting unit included the board - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자부품용 기판으로서의 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도.1 is an exemplary cross-sectional view of an LED substrate as an electronic component substrate and a lighting unit including the same according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자부품용 기판으로서의 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도.2 is an exemplary cross-sectional view of an LED substrate as an electronic component substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자부품용 기판으로서의 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도.3 is an exemplary cross-sectional view of an LED substrate as an electronic component substrate and an illumination unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자부품용 기판으로서의 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도.4 is an exemplary cross-sectional view of an LED substrate as an electronic component substrate and an illumination unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 8 역시 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 전자부품용 기판으로서의 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도.5 to 8 also illustrate a cross-sectional view of an LED substrate as an electronic component substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자부품용 기판의 구조적 변경을 설명하기 위한 도면.9 to 16 are views for explaining the structural change of the substrate for an electronic component according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 전자부품용 기판 및 그를 포함하는 조명 유닛에 관한 것으로, 특히 전자부품에 의해 발생되는 열을 효율적으로 확산시켜 방열하고자 하는 기술에 관련된 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate for an electronic component and a lighting unit including the same, and more particularly, to a technique for efficiently dissipating heat generated by an electronic component to dissipate heat.
산업계에서는 고효율, 고집적, 고기능, 경박단소화 등을 고려하여 부품, 모듈(Module), 세트(Set) 등을 설계하고 있다. 각 분야의 설계자들이 상기 열거한 기술적 경향을 만족시키기 위해 설계를 하다 보면, 종래의 설계기술에서 발생하는 열보다 더 많은 열이 발생하는 경우가 나타나게 된다. 특히, 디스플레이 분야의 각종 패널(Panel) 및 LCD의 BLU(Back Light Unit)에서 발생하는 열은 화면의 화질에 큰 영향을 주고 있으며, HD급의 고해상도와 화면의 크기가 커질수록 그 현상은 더욱 현저하게 나타남으로, 관련 산업계에서는 이를 심각한 문제로 받아들이고 있다. 이에 따라 관련 산업계에서는 열적인 문제(즉, 방열, 열확산, 열분산, 열수집, 열전달 등)를 효율적으로 처리하기 위한 연구를 끊임없이 지속하고 있다.The industry is designing parts, modules, and sets in consideration of high efficiency, high integration, high performance, and light and small size reduction. When designers in each field design to satisfy the above-mentioned technical trends, more heat is generated than heat generated in the conventional design technology. In particular, the heat generated from various panels in the display field and the BLU (Back Light Unit) of the LCD greatly affects the picture quality, and the phenomenon becomes more remarkable as the HD resolution and the size of the screen increase. In other words, the industry has taken this seriously. As a result, the industry continues to research to efficiently deal with thermal problems (ie heat dissipation, heat diffusion, heat dissipation, heat collection, heat transfer, etc.).
열적인 문제를 해결하기 위한 방법으로서 메탈 PCB를 이용하는 방법이 있다. 즉, 열원에 해당하는 전자부품들이 실장되는 기판을 메탈재질을 사용함으로서 열원의 열을 효과적으로 확산 및 방열시키는 것이다. 그러나 메탈 PCB는 일반 인쇄회로기판에 비해 고가이기에 제품의 단가를 낮추는 데에 한계가 있으며, 하드(hard)한 물리적 특성으로 인해 그 적용대상이 제약된다는 문제가 있다. 또한 열 확산 소재로 알려져 있는 흑연시트에 비해 열 전도도(면방향:80-450W/mk, 두께방향:3-7W/mk)가 떨어지기 때문에 열 확산 효율을 높이는데 있어서도 한계가 따른다는 것이다.There is a method using a metal PCB as a way to solve the thermal problem. That is, by using a metal material on the substrate on which electronic components corresponding to the heat source are mounted, the heat of the heat source is effectively diffused and radiated. However, since metal PCB is more expensive than a general printed circuit board, there is a limit in lowering a unit cost of a product, and there is a problem that its application is limited due to hard physical characteristics. In addition, thermal conductivity (surface direction: 80-450W / mk, thickness direction: 3-7W / mk) is lower than that of graphite sheet, which is known as a heat diffusion material. Therefore, there is a limit in improving the heat diffusion efficiency.
본 발명은 이러한 문제 인식에서 도출된 것으로, 구조가 간단하면서도 저가로 제조 가능한 동시에 새로운 방열 수단을 추가하여 방열 효율을 극대화할 수 있는 전자부품용 기판 및 그를 포함하는 조명 유닛 및 그 유닛을 포함하는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 하며,The present invention is derived from the recognition of such a problem, the structure is simple and can be manufactured at low cost and at the same time add a new heat dissipation means to maximize the heat dissipation efficiency, the substrate for an electronic component and the lighting unit including the same and the electronics including the unit To provide the device,
더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 면 방향은 물론 두께 방향으로도 열 전달특성이 우수한 준 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트를 채용하여 열원의 열을 보다 신속히 흡수하여 확산시킬 수 있는 전자부품용 기판 및 그를 포함하는 조명 유닛, 그리고 그 조명 유닛을 포함하는 전자기기를 제공함에 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a substrate for an electronic component capable of absorbing and diffusing heat of a heat source more quickly by adopting a graphite sheet having quasi-isotropy excellent heat transfer characteristics in the surface direction as well as in the thickness direction. It provides a lighting unit including, and an electronic device including the lighting unit.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자부품용 기판은,An electronic component substrate according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,
열을 확산시키는 그라파이트 시트와;A graphite sheet for diffusing heat;
상기 그라파이트 시트상에 적층되되, 열원에 해당하는 전자부품들이 실장되는 위치에 관통 홀이 형성되어 있는 인쇄회로기판과;A printed circuit board stacked on the graphite sheet and having a through hole formed at a position where electronic components corresponding to a heat source are mounted;
상기 관통 홀내에 위치하고 일측 끝단이 열원에 접촉되어 상기 그라파이트 시트로 열을 전도하는 열 전도성 부재들과;Thermally conductive members positioned in the through hole and having one end contacting a heat source to conduct heat to the graphite sheet;
상기 열 전도성 부재들과 그라파이트 시트 사이에 부도체층;을 포함함을 특징으로 한다.And an insulator layer between the thermally conductive members and the graphite sheet.
상술한 구성상의 특징에 따르면, 전자부품용 기판 자체에 열 확산 시트인 그라파이트 시트를 부착하는 방식이기 때문에 케이싱 외부에 열 확산시트를 채용하는 시스템, 메탈 PCB를 이용하는 시스템 보다 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있으 며,According to the above-described structural features, since the graphite sheet, which is a heat diffusion sheet, is attached to the substrate for an electronic component itself, the heat dissipation efficiency can be improved more than a system employing a heat diffusion sheet outside the casing or a system using a metal PCB. There is
경성회로기판을 채용하기 때문에 도전성 박막을 사용하는 기판, 메탈 PCB를 사용하는 기판 보다 저가로 제조 가능한 이점이 있다.Since the rigid circuit board is adopted, there is an advantage that it can be manufactured at a lower cost than a substrate using a conductive thin film and a substrate using a metal PCB.
또한 열 전도성 부재를 사용하여 열원의 열을 직접 흡수하여 열 확산시트로 전도하기 때문에 우수한 방열 효율을 얻을 수 있다.In addition, since the heat conductive member directly absorbs the heat of the heat source and conducts the heat diffusion sheet, excellent heat dissipation efficiency can be obtained.
한편 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 유닛은,Meanwhile, the lighting unit according to another embodiment of the present invention,
케이싱과;Casing;
상기 케이싱 내면에 접하여 열을 확산시키는 그라파이트 시트와, 상기 그라파이트 시트상에 적층되되 각 LED에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED가 장착되는 위치에 관통 홀들이 형성되어 있는 인쇄회로기판과, 상기 관통 홀내에 위치하여 일측 끝단이 상기 인쇄회로기판상에 위치하는 LED 방열판에 접촉되어 상기 그라파이트 시트로 열을 전도하는 열 전도성 부재들과, 상기 열 전도성 부재들과 그라파이트 시트 사이에 부도체층;을 포함하는 다수의 LED 기판들과;A graphite sheet for diffusing heat in contact with the inner surface of the casing, a printed circuit board stacked on the graphite sheet, a pattern for supplying an electrical signal to each LED, and a through hole formed at a position where each LED is mounted; A thermally conductive member positioned in the through hole and having one end thereof in contact with the LED heat sink disposed on the printed circuit board to conduct heat to the graphite sheet; and an insulator layer between the thermally conductive members and the graphite sheet. A plurality of LED substrates;
상기 인쇄회로기판으로부터 전기신호를 공급받아 발광하는 다수의 LED들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a plurality of LEDs which receive electric signals from the printed circuit board and emit light.
이러한 조명용 유닛 역시 LED 기판 자체에 열 확산 시트인 그라파이트 시트를 부착하기 때문에 케이싱 외부에 열 확산시트를 채용하는 조명용 유닛 보다 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 있으며,Since the lighting unit also attaches a graphite sheet, which is a heat diffusion sheet, to the LED substrate itself, there is an effect of improving heat dissipation efficiency than a lighting unit employing a heat diffusion sheet outside the casing.
또한 열 전도성 부재를 사용하여 열원의 열을 직접 흡수하여 열 확산시트로 전도하기 때문에 우수한 방열 효율을 얻을 수 있다.In addition, since the heat conductive member directly absorbs the heat of the heat source and conducts the heat diffusion sheet, excellent heat dissipation efficiency can be obtained.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명에서는 설명의 편의상 BLU에 사용되는 LED 기판을 전자부품용 기판으로 대체하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, for convenience of description, the LED substrate used for the BLU will be replaced with an electronic component substrate.
우선 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면 예시도를 도시한 것으로, 보다 구체적으로 (a)는 LED 기판을 단면 처리하여 분해한 상태를 도시한 것이며, (b)는 케이싱(C)에 결합된 LED 기판의 단면을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view illustrating an LED substrate and a lighting unit including the LED substrate according to the first embodiment of the present invention. More specifically, (a) illustrates a state in which the LED substrate is cross-sectional processed. , (b) shows a cross section of the LED substrate coupled to the casing (C).
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED 기판은 열을 확산시키는 그라파이트 시트(18)와, 상기 그라파이트 시트(18)상에 적층되되 각 LED(10)에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED(10)가 장착되는 위치에 관통 홀(20)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(14)과, 상기 관통 홀(20)내에 위치하여 일측 끝단이 상기 인쇄회로기판(14)상에 위치하는 LED 방열판(22)에 접촉되어 상기 그라파이트 시트(18)로 열을 전도하는 열 전도성 부재(12)들과, 상기 열 전도성 부재(12)들과 그라파이트 시트(18) 사이에서 이들의 전기적 접속을 단절시키기 위한 부도체층(16)을 포함한다.As shown in FIG. 1, an LED substrate according to an embodiment of the present invention is laminated on a
참고적으로 그라파이트 시트(18:GPS라고도 함)는 편상구조의 흑연들이 발포되어 강력한 힘으로 압연되어 시트상태로 만들어진 것이다. 이러한 그라파이트 시트(18)는 보통 열이방화 계수가 20 내지 30이 되도록 만들어진 것으로 고이방성 흑연시트의 특징을 갖는다. 고이방성 흑연시트의 열적특성은 면 방향으로의 열전도성은 높지만 두께방향(열원과 수평방향)으로의 열전도성은 20:1 ∼ 50:1에 접근할 수 있는 비율만큼 낮다. 이러한 이유로 고이방성 그라파이트 시트를 대면적의 디스플레이 장치에 적용하다 보면 디스플레이 중심부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산 제거하는데 한계가 있다. 따라서 열원과 수평 방향의 열전도도, 즉 두께방향으로의 열 전도도를 높임으로서, 열원에서 발생되는 열을 신속히 흡수 확산시켜 결과적으로 디스플레이 중심부와 외곽부위의 열 확산 차이를 줄일 수 있다. 이와 같이 두께 방향으로의 열 전도도를 높이기 위해서는 열 이방화계수가 3 ∼ 20인 준 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트를 사용하면 된다.For reference, the graphite sheet (also referred to as 18: GPS) is formed in a sheet state by rolling graphite with a force of flake structure.
참고적으로 열 이방화계수가 3 ∼ 20인 준 이방성 흑연시트는, 30-150메시 바람직하게는 30-100메시 천연흑연을, 예를 들어 고농도의 질산 및 황산의 혼합용액(체적비로 황산 90%와 질산 10% 혼합용액)을 증류수로 희석하여 황산(제1용액)의 노르말 농도가 0.3 - 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음, 유리하게는 천연흑연 100중량부 당 인터칼레이트 용액 약 5 - 300중량부의 레벨로 분산시켜서 인터칼레이트시킨다.For reference, the semi-anisotropic graphite sheet having a thermal anisotropy coefficient of 3 to 20 is preferably 30-150 mesh, preferably 30-100 mesh natural graphite, for example, a mixed solution of high concentration nitric acid and sulfuric acid (90% sulfuric acid by volume ratio). Dilute 10% nitric acid solution) with distilled water so that the normal concentration of sulfuric acid (first solution) is 0.3-1.5, low concentration intercalate solution, and advantageously about 5 parts per 100 parts by weight of natural graphite. Intercalate by dispersing at 300 parts by weight.
그리고 인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인, 수세한 연후에 수세된 천연 측연을 증가된 온도(700℃-1000℃이상)에 노출시키면 인터칼레이트된 흑연 입자들은 c-방향으로 원래 체적의 20-80배로 팽창하여 웜 모양의 저팽창 흑연 입자를 형성한다. 이와 같이 팽창된 흑연을 압축 압연 성형하면 열 이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트가 제조된다.After draining and rinsing the excess solution from the intercalated natural graphite, the washed natural side edges are exposed to increased temperature (above 700 ° C-1000 ° C), and the intercalated graphite particles are in the original volume in the c-direction. It expands 20-80 times to form worm-shaped low-expansion graphite particles. Compression rolling molding the expanded graphite in this manner produces a semi-anisotropic graphite sheet having a thermal anisotropy coefficient of 3 to 20.
한편 LED(10)에 전기신호를 공급하기 위한 패턴이 형성된 인쇄회로기판(14)은 제품의 저가 구현을 위해 경성인쇄회로기판을 사용하는 것이 더 바람직하다. 공 지된 바와 같이 인쇄회로기판(14)의 저면은 절연되어 있다.On the other hand, the printed
각 LED(10)의 방열판(22)으로부터 열을 흡수하여 그라파이트 시트(18)로 전달하는 열 전도성 부재(12)는 금 페이스트, 은 페이스트, 납 페이스트 등의 모든 도전성 페이스트와 파우더로 만들어질 수 있고, 금, 은, 동, 알루미늄, 구리와 같은 금속재질로 만들어질 수도 있다. 경우에 따라서는 도전성 테이프, 동박 필름으로 만들 수도 있다. 이러한 열 전도성 부재(12)는 대부분 전기 전도성을 가지기 때문에 그라파이트 시트(18)에 직접 접촉될 경우 직렬 접속 관계에 놓여 있는 인접 LED(10)들의 단락을 유발시킨다. 이와 같은 현상을 방지코자 열 전도성 부재(12)들과 그라파이트 시트(18) 사이에 부도체층(16)이 위치하여야 한다.The thermally
이러한 부도체층(16)은 상기 열 전도성 부재(12)의 일측 끝단과 상기 그라파이트 시트(18) 사이에 위치하는 것으로서, 상기 열 전도성 부재(12)의 일측 끝단에 코팅 형성될 수도 있으며, 열 전도성 부재(12)와 접촉되는 그라파이트 시트(18)의 일부면에만 코팅 형성될 수도 있을 것이다.The
상술한 바와 같은 구성을 가지는 LED 기판이 디스플레이 장치(혹은 조명 유닛)의 버틈 케이싱(C)에 부착되는 형태가 도 1의 (b)에 도시되어 있다. 도 1의 (b)를 참조해 보면, 케이싱(C) 내측면에 그라파이트 시트(18)가 접착되어 있으며, 그 그라파이트 시트(18)상에는 인쇄회로기판(14)이 적층되어 있다. 그라파이트 시트(18)상에 적층되어 있는 인쇄회로기판(14)에 형성되어 있는 관통 홀(20) 내부에는 열전도성 부재(12)가 위치하는데, 이러한 열전도성 부재(12)의 일측 끝단 혹은 표피층은 부도체층으로 코팅되어 있기 때문에 그라파이트 시트(18)에 의해 인접 LED(10)들이 전기적으로 단락되는 것을 막을 수 있다.The form in which the LED substrate having the above-described configuration is attached to the gap casing C of the display device (or the lighting unit) is shown in FIG. 1B. Referring to FIG. 1B, a
따라서 열원인 LED(10)의 방열판(22)에서 발생되는 열은 열 전도성 부재(12)를 통해 직접 그라파이트 시트(18)로 전달되어 열 확산되기 때문에 우수한 방열 효과를 얻을 수 있으며, 더 나아가 본 발명은 면 방향 뿐만 아니라 두께 방향으로도 열 확산이 잘 이루어지는 준이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트를 사용하기에 더욱 더 우수한 방열효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.Therefore, the heat generated from the
또한 FPCB와 같은 도전성 박막 대신에 경성인쇄회로기판을 사용하기 때문에 저가의 LED 기판을 제공할 수 있게 되는 것이다.In addition, since a rigid printed circuit board is used instead of a conductive thin film such as FPCB, a low-cost LED substrate can be provided.
한편 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것으로, 도 1과 비교해 볼때 열전도성 부재(26)들이 그라파이트 시트(18) 내로 삽입되게 연장 형성된 것을 제외하고는 도 1에서 언급한 것과 동일한 구조, 재질 특성을 갖는다. 참고적으로 도 2에서 부도체층(16)은 열 전도성 부재(26)의 표피에 코팅 형성된다. 이러한 구조의 LED 기판은 열전도성 부재(26)가 그라파이트 시트(18)내로 삽입된 구조이기 때문에, 도 1에 도시된 구조보다 접촉면 증가로 인해 우수한 방열 효과를 가져 올 것이다.Meanwhile, FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention. Compared with FIG. 1, thermally
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것으로, 도 1과 비교해 볼때 열전도성 부재들(28)은 그라파이트 시트(18)를 관통하여 외부로 인출되게 연장 형성되되, 그 끝단에 나사산 형성된 것을 제외하고는 도 1과 동일한 구조 및 재질 특성을 갖는다. 경우에 따라서는 열전도성 부재(28)가 LED 기판의 케이싱 부착을 위해 그라파이트 시트(18)는 물론 케이싱(C) 외부로 인출되게 연장 형성되되 그 끝단에 나사 결합하기 위한 나사산이 형성된 열전도성 부재(28)를 고려할 수도 있을 것이다. 물론 인접 LED들의 전기적 단락을 막기 위해 각 열전도성 부재(28)들의 표피는 부도체층으로 코팅되어 있어야 한다.3 illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention. Compared to FIG. 1, the thermally
본 실시예 역시 도 3에 도시한 LED 기판에서와 같이, LED(10)의 방열판(22)에서 발생되는 열은 열 전도성 부재(28)를 통해 직접 그라파이트 시트(18)로 전달되어 열 확산되기 때문에 우수한 방열 효과를 얻을 수 있으며, 더 나아가 면 방향 뿐만 아니라 두께 방향으로도 열 확산이 잘 이루어지는 준 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트를 사용하기에 더욱 더 우수한 방열효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.3, the heat generated from the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것으로, 도 1과 비교해 볼때 열 전도성 부재(32)를 제외하고는 도 1과 동일한 구조를 갖는다.4 illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention, and has the same structure as that of FIG. 1 except for the thermally
도 4에 도시된 열 전도성 부재(32)는 평판 플레이트로서, 그 플레이트 상에는 그라파이트 시트(18)와 인쇄회로기판(14)을 관통하여 각 LED 방열판(22)에 접촉되는 다수의 돌출부(34)가 형성되어 있다. 이러한 열 전도성 부재(32)의 표피 역시 그라파이트 시트(18)와의 절연을 위해 부도체층이 코팅되어 있다. 도 4에 도시된 열 전도성 부재(32)와 그라파이트 시트(18)와의 접촉면은 도 1에 도시된 LED 기판에 비해 상대적으로 넓다. 따라서 도 4에 도시된 열 전도성 부재(32)의 형상은 우수한 방열 효과를 얻기 위한 것이라고 말할 수 있을 것이다. 참고적으로 상기 열 전도성 부재(32)로는 금속재가 바람직할 것이다.The thermally
도 5 역시 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것이다. 도 5에 도시된 LED 기판 역시 열 전도성 부재(36)를 제외한 나머지 구성 및 재질 특성은 앞서 설명한 실시예들과 동일하다.5 also illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention. Except for the thermally
도 5에서 열전도성 부재(36)들은 그라파이트 시트(18) 내로 삽입되게 연장 형성되되, 외부로부터 나사 결합될 수 있는 나사홈이 내부에 형성되어 있음을 특징으로 한다. 이는 곧 LED 기판과 디스플레이 장치의 버틈 케이싱(C)간의 부착을 용이하게 함은 물론, 열원의 열을 그라파이트 시트(18)로 직접 전달하기 위한 것이다. 이러한 열 전도성 부재(36)의 표피 역시 부도체층으로 코팅되어 있어야 한다.In FIG. 5, the thermally
도 6 역시 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것이다.6 also illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조해 보면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판은 열을 확산시키는 그라파이트 시트(18)와, 상기 그라파이트 시트(18)상에 적층되되 각 LED(10)에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED(10)가 장착되는 위치에 관통 홀(20)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(14)과, 상기 인쇄회로기판(14)의 관통 홀(20)내로 삽입되되 끝단이 LED 방열판(22)에 접촉되는 돌출부(42)와 다수의 방열핀(44)이 형성되어 있는 열 전도성 부재(40)들을 포함한다. 이러한 열 전도성 부재(40)들은 히트 싱크(heat sink)로서 인접하는 그라파이트 시트(18)로 열을 전도한다. 물론 열 전도성 부재(40)와 그라파이트 시트(18)와의 접촉면은 부도체층으로 코팅되어 있다.Referring to FIG. 6, an LED substrate according to another embodiment of the present invention is laminated on a
상술한 바와 같은 구성을 가지는 LED 기판이 디스플레이 장치의 버틈 케이싱(C)에 부착되는 형태가 도 6의 (b)에 도시되어 있다. 도 6의 (b)를 참조해 보면, 열 전도성 부재(40)의 방열핀(44) 부분이 대기에 노출되도록 디스플레이 장치의 버틈 케이싱(C)에는 다수의 홀들이 형성되어 있는 케이싱 구조를 가질 수 있다. 이는 우수한 방열 효과를 얻기 위함이다. 즉, 열원인 LED(10)의 방열판(22)에서 발생되는 열은 열 전도성 부재(40)의 돌출부(42)와 몸체를 통해 직접 그라파이트 시트(18)로 전달됨은 물론, 방열핀(44)을 통해 대기중으로 확산되기 때문에 그 어떤 실시예들 보다 우수한 방열 효과를 기대할 수 있다.The form in which the LED substrate having the configuration as described above is attached to the gap casing C of the display device is shown in FIG. Referring to FIG. 6B, the casing structure C of the display apparatus may have a casing structure in which a plurality of holes are formed so that the
도 7에 도시된 LED 기판 역시 도 6에 도시된 열 전도성 부재(40)의 변형 실시예이다. 즉, 도 7에 도시한 LED 기판 역시 열을 확산시키는 그라파이트 시트(18)와, 상기 그라파이트 시트(18)상에 적층되되 각 LED(10)에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED(10)가 장착되는 위치에 관통 홀(20)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(14)과, 상기 인쇄회로기판(14)과 그라파이트 시트(18)를 관통하여 LED 방열판(22)에 접촉되는 돌출부(48)와 다수의 방열핀(50)이 형성되어 있는 열 전도성 부재(46)들을 포함한다. 이러한 열 전도성 부재(46) 역시 히트 싱크(heat sink)로서 인접하는 그라파이트 시트(18)로 열을 전도하는 역할을 한다. 열원에서 전달되는 열은 열 전도성 부재(46)의 돌출부(48)를 통해 그라파이트 시트(18)로 전달됨은 물론 방열핀(50)을 통해서도 대기중으로 전달되기 때문에 방열 효과가 우수하다.The LED substrate shown in FIG. 7 is also a variant of the thermally
도 8 역시 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판과 그를 포함하는 조명 유닛의 단면도를 예시한 것이다.8 also illustrates a cross-sectional view of an LED substrate and a lighting unit including the same according to another embodiment of the present invention.
도 8에 도시한 LED 기판 역시 열을 확산시키는 그라파이트 시트(18)와, 상기 그라파이트 시트(18)상에 위치하되 각 LED(10)에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED(10)가 장착되는 위치에 관통 홀(20)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(14)과, 상기 그라파이트 시트(18) 상에 적층되어 프레스에 의해 상기 인쇄회로기판(14)의 관통 홀(20) 내부로 삽입되는 절편형 동박 필름(52)을 포함한다. 이러한 절편형 동박 필름(52)은 인쇄회로기판(10)상에 장착되는 LED(10)의 방열판(22)에 접촉되어 그라파이트 시트(18)로 열을 전도하는 역할을 한다. 물론 상기 절편형 동박 필름(52)의 표피 역시 LED(10)들의 단락 방지를 위해 부도체층으로 코팅되어 있어야 한다.The LED substrate shown in FIG. 8 also has a
상술한 구조의 LED 기판은 별도의 열 전도성 부재를 제조하여 인쇄회로기판(14)에 삽입하는 구조가 아니라, 단순히 그라파이트 시트(18)상에 절편형 동박 필름(52)을 위치시키고 그 위에 인쇄회로기판(14)을 적층한후 일정 압력을 가하는 것만으로도 LED의 방열판(22)을 열 전도성 부재에 접촉시킬 수 있기 때문에, 기판 제조공정을 단순화시킬 수 있는 실익이 있다 할 것이다.The LED substrate having the above-described structure is not a structure for manufacturing a separate thermally conductive member and inserting the same into the printed
이상에서 설명된 각 실시예에 별도의 열 전도성 부재를 추가하여 방열 효과를 극대화할 수도 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(14)상에 장착되는 LED(10)들 사이 사이(열 집합위치)에 인쇄회로기판(14)과 그라파이트 시트(18)를 관통(혹은 삽입)하는 열전도성 부재를 삽입하고, 그 끝단에 디스플레이 장치의 버틈 케이싱(C)과 체결될 수 있는 나사산을 형성하면 효율적인 방열효과를 얻을 수 있음은 물론, LED 기판과 케이싱과의 체결이 용이하게 이루어질 것이다.It is also possible to maximize the heat dissipation effect by adding a separate thermal conductive member to each embodiment described above. For example, a thermally conductive member penetrating (or inserting) the printed
이상의 실시예에서는 부도체층을 통해서 인접 LED들이 전기적으로 단락되는 것을 막기 위한 LED 기판의 구조를 설명하였다. 이하에서는 그라파이트 시트의 구조 변경을 통해서 인접 LED들의 전기적 단락을 막는 LED 기판에 대해 설명하기로 한다.In the above embodiment, the structure of the LED substrate has been described to prevent adjacent LEDs from being electrically shorted through the insulator layer. Hereinafter will be described with respect to the LED substrate to prevent the electrical short circuit of adjacent LEDs by changing the structure of the graphite sheet.
우선 도 9와 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 기판의 구조를 설명하기 위한 평면도와 단면도를 도시한 것으로, 보다 구체적으로는 그라파이트 시트(62)의 기구적 변형을 통해 인접 LED들을 절연시킨 것이다.9 and 10 are a plan view and a cross-sectional view for explaining the structure of the LED substrate according to another embodiment of the present invention, more specifically, adjacent LEDs through the mechanical deformation of the
도 9와 도 10에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LED 기판은 LED에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED가 장착되는 위치에 관통 홀(64)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(60)과, 상기 인쇄회로기판(60)의 관통 홀(64)내에 위치하여 일측 끝단이 인쇄회로기판(60)상에 위치하는 LED의 방열판에 접촉되어 열을 전도하는 열 전도성 부재들(참조번호 65이기도 함)과, 상기 열 전도성 부재 각각의 타측 끝단에 접촉되어 열을 확산시키되, 인접 LED 상호간의 전기적 단락을 방지하기 위해 서로 이격되어 상기 인쇄회로기판(60)에 부착되는 다수의 그라파이트 단편들(62)을 포함함을 특징으로 한다.9 and 10, the LED substrate according to the embodiment of the present invention is a printed circuit board having a through
즉, 도 9, 도 10에 도시된 LED 기판은 도 1 내지 도 8에 도시한 LED 기판과 같이 그라파이트 시트와 열 전도성 부재 사이에 부도체층을 형성한 구조가 아니라, 그라파이트 단편들(62)을 구조적으로 서로 이격시킴으로서 인접 LED 상호간의 전기적 단락을 방지한 것이다. 이와 같이 각 LED 방열판과 접촉하는 열 전도성 부재(65)가 접촉하는 그라파이트 단편들(62)을 서로 이격시켜 놓으면 인접 LED 상호 간의 전기적 단락은 일어나지 않게 되며, 각 LED에서 발생된 열은 열 전도성 부재(64)를 통해 해당 그라파이트 단편들(62)로 전달됨으로서 방열 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.That is, the LED substrate shown in FIGS. 9 and 10 is not a structure in which an insulator layer is formed between the graphite sheet and the thermally conductive member like the LED substrates shown in FIGS. 1 to 8, but the graphite fragments 62 are structurally formed. By spaced apart from each other to prevent electrical short circuit between adjacent LEDs. As such, when the graphite fragments 62 in contact with each of the LED heat sinks are spaced apart from each other, electrical short circuits between adjacent LEDs do not occur. 64 is to be transferred to the graphite fragments 62 to obtain a heat dissipation effect.
이러한 구조의 LED 기판에서 열 전도성 부재(64)는 도 1 내지 도 8에서 설명한 바와 같이 다양한 형태로 구현 가능하다.In the LED substrate having such a structure, the thermally
예를 들어, 열 전도성 부재(65)는 도 11에 도시한 바와 같이 그라파이트 시트(62)내로 삽입되게 연장 형성될 수 있으며, 도 12에 도시한 바와 같이 그라파이트 시트((62)와 상기 인쇄회로기판(60)을 관통하여 각 LED 방열판(22)에 접촉하기 위한 돌출부가 형성되어 있는 열 전도성 부재일 수 있다. 이러한 열 전도성 부재는 앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트, 파우더, 금속재, 도전성 테이프, 동박 필름들 중 어느 하나를 사용할 수 있을 것이다.For example, the thermally
더 나아가 상기 열 전도성 부재(65)는 도 13a, 도 13b에 도시한 바와 같이 인쇄회로기판(60)의 관통 홀(64)내로 삽입되는 돌출부(67)와 다수의 방열핀(68)이 형성된 히트 싱크를 사용할 수도 있는데, 이러한 열전도성 부재(64)는 디스플레이 장치의 케이싱(C) 접촉면과의 전기적 단락을 방지하기 위해 일부에 부도체층이 코팅되어 있어야 한다.Furthermore, the thermally
더 나아가 상기 열 전도성 부재(65)는 도 14에 도시한 바와 같이 그라파이트 시트(62)상에 적층되어 프레스에 의해 인쇄회로기판(60)의 관통 홀(64) 내부로 삽입되는 절편형 동박 필름일 수도 있다.Furthermore, the thermally
한편 도 9 내지 도 14에 도시된 LED 기판에서는 열 확산 시트인 그라파이트 소재가 단편(62) 처리되어 인쇄회로기판(60)에 부착되는 구조이기 때문에, 그라파이트 소재가 인쇄회로기판 전면에 부착되는 형식보다 방열 효과가 떨어진다고 볼 수 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로서 도 15에 도시한 바와 같은 구조의 LED 기판을 강구할 수도 있다.Meanwhile, in the LED substrates illustrated in FIGS. 9 to 14, since the graphite material, which is a heat diffusion sheet, is disposed on the printed
도 15에 도시한 LED 기판은 (b)에 도시한 바와 같이 열을 확산시키는 그라파이트 시트(70)와, 상기 그라파이트 시트(70)상에 적층되되 각 LED에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED가 장착되는 위치에 관통 홀(76)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(78)과, 상기 관통 홀내에 위치하여 일측 끝단이 상기 인쇄회로기판(78)상에 위치하는 LED 방열판(22)에 접촉되어 열을 전도하는 열 전도성 부재(80)들과, 상기 열 전도성 부재(80)들중 대응하는 열 전도성 부재와 그라파이트 시트(70)에 접촉되어 열을 전달하되, 그 표면은 인접 LED 상호간의 전기적 단락을 방지하기 위해 부도체층이 코팅되어 있는 다수의 금속재 단편들(74)을 포함한다. 이러한 금속재 단편들(74)들은 도시된 바와 같이 그라파이트 시트(70)내에 삽입될 수 있으며, 일면이 그라파이트 시트(70)의 외부에 노출되도록 일부만이 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 만약 금속재 단편(74)들이 그라파이트 시트(70)내에 삽입되는 경우라면 대응하는 열 전도성 부재(80)가 그라파이트 시트(70)내로 삽입되어 금속재 단편(74)과 접촉할 수 있도록 그라파이트 시트(70)에 다수의 홀(72)을 형성해야 할 것이다.As shown in (b), the LED substrate shown in FIG. 15 includes a
이와 같이 각 LED에 대응하는 금속재 단편(74)들을 그라파이트 시트(70)내에 삽입하면 열 전도성 부재(80)를 통해 전달된 열은 금속재 단편(74)을 통해 그라파 이트 시트(70)로 전달되기 때문에 방열 효과를 가지게 되며, 그 금속재 단편(74)들의 표피는 부도체층으로 코팅되어 있기 때문에 인접 LED들이 전기적으로 단락되는 것을 막을 수 있게 되는 것이다.As such, when the
참고적으로 도 16은 그라파이트 시트(70)내에 절연처리된 열 전도성 부재(80)가 삽입되는 또 다른 형태의 단면을 예시한 것이다. 도 9 내지 도 16에서 각각 설명한 LED 기판의 그라파이트 시트로서는 열이방화계수가 3 ∼ 20인 준이방성 그라파이트 시트를 사용할 수도 있다. 또한 열 전도성 부재 역시 앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트, 파우더, 금속재, 도전성 테이프, 동박 필름들 중 어느 하나를 사용할 수 있을 것이다.For reference, FIG. 16 illustrates another form of cross section in which an insulated thermally
이러한 실시예들에서도 역시 인쇄회로기판에 장착되는 LED 사이 사이의 열 집합위치에 인쇄회로기판과 그라파이트 시트를 관통하는 보조 열 전도성 부재를 더 삽입하므로서, 열 확산효과를 극대화할 수 있다.In such embodiments, the auxiliary heat conductive member penetrating through the printed circuit board and the graphite sheet may be further inserted into the heat collection position between the LEDs mounted on the printed circuit board, thereby maximizing the heat spreading effect.
한편 상술한 여러 실시예에 따른 LED 기판을 포함하는 조명용 유닛을 제안할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 LED 기판을 포함하는 조명용 유닛은 크게 도 1에 도시한 바와 같이:Meanwhile, a lighting unit including an LED substrate according to the above-described embodiments may be proposed. That is, the lighting unit including the LED substrate according to the embodiment of the present invention is largely as shown in FIG.
케이싱(C)과, Casing (C),
상기 케이싱(C) 내면에 접하여 열을 확산시키는 그라파이트 시트(18)와, 상기 그라파이트 시트(18)상에 적층되되 각 LED에 전기신호를 공급하기 위한 패턴과 각 LED가 장착되는 위치에 관통 홀(20)들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(14)과, 상기 관통 홀(20)내에 위치하여 일측 끝단이 상기 인쇄회로기판(14)상에 위치하는 LED 방열판에 접촉되어 상기 그라파이트 시트(18)로 열을 전도하는 열 전도성 부재(12)들과, 상기 열 전도성 부재(12)들과 그라파이트 시트(18) 사이에 위치하는 부도체층을 포함하는 다수의 조명용 LED 기판들과, 상기 인쇄회로기판(14)으로부터 전기신호를 공급받아 발광하는 다수의 LED(10)들을 포함하여 구성할 수 있다.
물론 이러한 조명 유닛에서도 열 전도성 부재(12)들은 상기 그라파이트 시트 (18) 및 케이싱(C)을 관통하여 외부로 인출되게 연장 형성될 수 있고,Of course, even in such a lighting unit, the thermally
경우에 따라서는 케이싱(C) 및 그라파이트 시트(18)를 관통하여 삽입되는 나사와 결합될 수 있는 나사홈이 내부에 형성된 열 전도성 부재(12)를 강구할 수도 있을 것이다.In some cases, the thermally
중요한 사실은 위 구성의 조명용 유닛 역시 LED 기판 자체에 열 확산 시트인 그라파이트 시트를 부착하는 방식이기 때문에 케이싱 외부에 열 확산시트를 채용하는 시스템 보다 방열 효율을 높일 수 있으며, 경성인쇄회로기판을 채용하기 때문에 도전성 박막을 사용하는 기판 보다 저가로 제조 가능하다는 것이며, 열 전도성 부재의 채용으로 인해 열원의 열을 직접 흡수하여 열 확산시트로 전도하기 때문에 우수한 방열 효율을 얻을 수 있다는 것이다.The important fact is that the lighting unit of the above configuration also attaches a graphite sheet, which is a heat diffusion sheet, to the LED substrate itself, so that the heat dissipation efficiency can be improved more than a system employing a heat diffusion sheet outside the casing. Therefore, it is possible to manufacture at a lower cost than a substrate using a conductive thin film, and by adopting a thermally conductive member, it is possible to directly absorb heat from a heat source and conduct it to the heat diffusion sheet, thereby obtaining excellent heat dissipation efficiency.
물론 본 발명의 실시예에서 설명된 그라파이트 단편들을 포함하는 전자부품용 기판, 또는 금속재 단편들을 포함하는 전자부품용 기판 역시 조명용 유닛의 회로기판으로 사용 가능하다 할 것이다.Of course, the electronic component substrate including the graphite fragments described in the embodiment of the present invention, or the electronic component substrate including the metal fragments may also be used as a circuit board of the lighting unit.
참고적으로 메탈 PCB, 그라파이트 상에 도전성 박막(FPCB)이 적층된 각각의 기판을 사용할 경우의 LED 소모전류와 온도, 본 발명의 실시예에 따른 기판에서의 LED 소모전류와 온도를 대비한 실험 데이터를 하기 표에 기재하였다.For reference, the LED consumption current and temperature when using each substrate having a conductive thin film (FPCB) laminated on a metal PCB, graphite, the experimental data for the LED consumption current and temperature in the substrate according to the embodiment of the present invention Are listed in the table below.
하기 표를 참조해 보면, 본 발명의 실시예에 따라 열 전도성 부재가 단편 처리되어 그라파이트 시트내에 삽입된 기판, 혹은 열 전도성 부재가 절연 처리된 경우의 기판이 상대적으로 메탈 PCB와 도전성 박막(FPCB)을 사용하는 기판의 경우 보다 케이스내 온도가 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 곧 본 발명이 이전 기술 보다 열 확산효과가 좋다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명은 저가로 제조 가능한 발명인 동시에 열 확산 효율면에서 어떠한 제품 보다 우수한 성능을 가진다고 할 수 있다.Referring to the following table, according to an embodiment of the present invention, the substrate inserted into the graphite sheet by fragmentation of the thermally conductive member or the substrate when the thermally conductive member is insulated is relatively metal PCB and the conductive thin film (FPCB). It can be seen that the temperature in the case is lower than in the case of using a substrate. This means that the present invention has a better heat diffusion effect than the prior art. Therefore, the present invention can be said that the invention can be manufactured at low cost and at the same time, it has superior performance to any product in terms of heat diffusion efficiency.
상술한 바와 같이 본 발명은 열 전도성 부재를 통해 열원의 열을 직접 흡수하여 열 확산시트로 전달하기 때문에 메탈 PCB를 이용하여 열 확산하는 것 보다 우수한 방열 효과를 얻을 수 있는 장점을 가진다.As described above, since the present invention directly absorbs the heat of the heat source through the heat conductive member and transfers the heat to the heat diffusion sheet, the present invention has an advantage of obtaining excellent heat dissipation effect than heat diffusion using the metal PCB.
또한 본 발명은 메탈 PCB 혹은 도전성 박막 대신에 일반적인 경성인쇄회로기판을 사용하기 때문에 상대적으로 제조원가를 더 낮출 수 있는 이점도 있으며, 유 연성을 가지는 그라파이트 시트를 채용한 관계로 적용대상에 구애 없이 폭 넓게 사용될 수 있는 이점이 있다.In addition, since the present invention uses a general rigid printed circuit board instead of a metal PCB or a conductive thin film, there is an advantage of relatively lower manufacturing costs, and because it adopts a flexible graphite sheet, it can be widely used regardless of the application object. There is an advantage to this.
또한 본 발명은 고 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트 대신에 면 방향은 물론 두께 방향으로도 열 전달특성이 우수한 준 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트를 채용하기 때문에 열원의 열을 신속히 흡수하여 확산할 수 있는 장점을 가진다.In addition, the present invention employs a graphite sheet having a semi-isotropic property excellent in heat transfer properties in the surface direction as well as the thickness direction instead of the graphite sheet having a high anisotropy property has the advantage of being able to quickly absorb and diffuse the heat of the heat source Have
더 나아가 본 발명은 열 흡수가 요구되는 지점의 인쇄회로기판에 보조적인 열 전도성 부재를 삽입하여 열 전달하기 때문에 조명 유닛 내 온도 분포 차이를 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 응력 초래에 의한 손상을 방지할 수 있는 이점도 있다.Furthermore, since the present invention transmits heat by inserting an auxiliary thermal conductive member into a printed circuit board at a point where heat absorption is required, it is possible to minimize the difference in temperature distribution in the lighting unit, thereby preventing damage caused by stress. There are also benefits.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 따른 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛은 평판 패널용 백라이트와 같은 디스플레이 장치뿐만 아니라, 자동차용 방향지시등, 브레이크 등, 교통 신호등, 조명등, 광고판과 같이 광범위한 전자/전기기기 등에 폭 넓게 적용될 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. For example, the LED board and the lighting unit for lighting according to the embodiment of the present invention are not only a display device such as a backlight for a flat panel, but also a wide range of electronic / electrical devices such as a turn signal for a vehicle, a brake light, a traffic signal, a light, a billboard, and the like. It can be widely applied. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (32)
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