JP5255725B1 - スリーブ接合方式を用いたｌｅｄモジュール及びそれを用いた灯器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップから発生する熱を迅速に排出し、必要に応じて簡単に相互連結又は分離して多様な形状の照明が製作できるスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール及びそれを用いた灯器具の提供。
【解決手段】ＬＥＤモジュールは、第１貫通孔１１３が形成され、一端に第１結合孔１１２を有する第１電極部１１１が形成される電気伝導性の第１電極板１１、第１電極板１１の下側に位置して他端に第２結合孔１２２を有する第２電極部１２１が形成される電気伝導性及び熱伝導性の第２電極板１２、第１電極板１１と第２電極板１２の間を絶縁して第１貫通孔１１３と連結される第２貫通孔１３１が形成される絶縁層１３、第３貫通孔１４１に設けられ、一側の端子は第１貫通孔１１３の第１電極板１１に、他側の端子は第２貫通孔１３１を通って第２電極板１２にそれぞれ連結されるＬＥＤチップ１５、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属で製作された電極部を介してＬＥＤチップから発生する熱を迅速に排出し、必要に応じて簡単に相互連結又は分離して多様な形状の照明が製作できるスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール及びそれを用いた灯器具に関するものである。

最近、照明用光源として広く用いられるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）は、既存の白熱電球と比べて長寿命と電力消費が少ないという特徴により、照明、信号灯、看板を始めとする様々な発光機器などに、その使用が拡大している。

ＬＥＤは、その特性上、電磁誘導（電気）による電子の移動時に光子と熱が発生することになり、この時、この二つは互いに反比例の相関関係を形成する。よって、ＬＥＤから発生した熱を素早く冷却することで光子の発生を増加させ、ダイオードの耐久性を維持することができるが、適正な電子の活性に必要な熱以外の熱は、電気エネルギーによる光子発生を減少させ、過度な電子の活性度（電流量の増加）は原子構造の結合力を低下させ、ダイオードが耐えうる電子の移動度（電圧）を減少させることになる結果を招き、最終的にはＬＥＤが破壊されることもある。

このような発熱の問題は特に照明として使用するための高輝度ＬＥＤ光源を製作する時に、重大なものとして考慮される要因であるため、ＬＥＤから発生する電子活性に必要な熱以外の熱を迅速に排出できる設計が必要である。

また、導体の温度が増加すれば、抵抗が大きくなると同時に、自由電子の運動が活発になり、活発になった自由電子の運動によって発熱が大きくなる悪循環が持続するため、発熱の問題を解決するために導線の断面積を極大化させる必要があるが、それに対する解決策が提示されていないのが実情である。

一方、既存にはＬＥＤを使用して照明装置を具現する時、用途に応じて適切なサイズと形にＬＥＤが装着される基板を毎回新たに製作しなければならないため、設計及び製造に伴う人員とコストが多く必要とされ、ＬＥＤが装着された基板を固定するために、殆どは別途のフレームを備え、複数のはめ込み突起を形成して基板をはめ込んで設置する方式を使用するため、ＬＥＤ基板の製造とともにフレームの製造工程も複雑になるという問題があった。

また、多数のＬＥＤを長く配列しようとする場合、フレームを長く製造するのに限界があり、露出された電源線によってＬＥＤ基板を長く連結するため、均一な間隔を保つことが難しいだけでなく、電源線を一つ一つ手作業で連結するが、半田付け後、絶縁作業を行わなければならないため、多くの時間と努力が必要とされるなどの問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するために創出されたもので、本発明の目的は、電気伝導性及び熱伝導性に優れた材質の電極ユニットを介して熱を迅速に排出できるように構成されたＬＥＤモジュールを相互間に簡単に連結又は分離して多様な光量を有するように照明を具現できるスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール及びそれを用いた灯器具を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、別途の印刷回路基板（ＰＣＢ）の設計及び製作と半田付け作業なしでも照明を具現できるスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール及びそれを用いた灯器具を提供することである。

上記のような目的のために、本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールは、スリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールにおいて、一つ以上の第１貫通孔が形成されており、一端に第１結合孔を有する第１電極部が形成される電気伝導性の第１電極板；前記第１電極板の下側に位置して他端に第２結合孔を有する第２電極部が形成される電気伝導性及び熱伝導性の第２電極板；前記第１電極板と第２電極板の間を絶縁して前記第１貫通孔と連結される第２貫通孔が形成される絶縁層；前記第１電極板と第２電極板を取り囲むが、一端には第１電極部を、他端には第２電極部をそれぞれ露出させ、上側には第１貫通孔と連結される第３貫通孔が形成されており、下側には第３貫通孔に対応する位置に第２電極板を露出させる冷却孔が形成された非電気伝導性のケーシング；前記第３貫通孔に設けられるが、一側の端子は前記第１貫通孔の第１電極板に、他側の端子は第２貫通孔を通って第２電極板にそれぞれ連結されるＬＥＤチップ；を含むＬＥＤモジュールからなることを特徴とする。

この時、前記第１電極部は、一方向に一部が切開された第１切開部をさらに含み、前記第２電極部は、他の方向に一部が切開された第２切開部をさらに含み、二つ以上のＬＥＤモジュールを連結する時、各ＬＥＤモジュールの第１切開部及び第２切開部が噛み合って連結するように構成することができる。

また、前記第１結合孔は前記第１切開部を間において一対に形成され、前記第２結合孔は前記第２切開部を間において一対に形成することができる。

本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いた灯器具は、スリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いた灯器具において、上述の構成のＬＥＤモジュール又はＬＥＤモジュールの結合体が所定の間隔で設けられるが、下側に前記冷却孔が露出されるように構成された支持体と、前記支持体に備えられて前記ＬＥＤモジュール又はＬＥＤモジュールの結合体が直列又は並列に連結して単一回路を構成するように隣接したＬＥＤモジュールを電気的に連結する連結片と、前記連結片とＬＥＤモジュール又はＬＥＤモジュールの結合体からなる回路に電源を供給する電源部；をさらに含んでなることを特徴とする。

この時、前記支持体の下側に位置し、下側に貫通する多数の通気孔が形成され、前記電源部を介して電源の供給を受けるが、上側に位置するＬＥＤモジュール又はＬＥＤモジュールの結合体の下側に空気の流れを誘導する冷却ファンが設けられるベース板をさらに含むことができる。

本発明によってＬＥＤチップから発生する熱を最短時間で 効果的に放出してＬＥＤ活性層の温度が急激に上昇する問題点を解決することができ、ＬＥＤチップの抵抗が安定し、電流が安定化され、それによってコンバータの設計時に定電流による駆動を容易に具現することができる。

また、必要に応じて別途の印刷配線回路基板（PCB、printed circuit board）を製作しなくても所望の形とサイズにＬＥＤモジュールが製作できるだけでなく、特に、多数のＬＥＤモジュールを連結しようとする場合にもノーソルダー（No Solder）方式で、容易く連結又は分離することができて光量を可変し、多様な形態の照明を具現することができる。

本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの外形を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの連結形状を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの構造を示す分解斜視図である。 本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールが連結されている灯器具の形状を示す斜視図である。 連結片によってＬＥＤモジュールが連結されている形状を示す部分斜視図である。 本発明の灯器具の他の実施例を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照して本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールの構成を詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの外形を示す斜視図、図２は、本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの連結形状を示す平面図、図３は、本発明の好ましい実施例によるＬＥＤモジュールの構造を示す分解斜視図である。

本発明は、多数のＬＥＤチップ（１５）が設けられており、簡単な相互連結構造を有するＬＥＤモジュール（１）が構成されて、看板を始めとする多様な照明機器に活用できるものであって、説明の便宜のために、ＬＥＤチップ（１５）が上側に向けて光を発散するように配置される実施例を示した。

先ず、ＬＥＤモジュール（１）の構成を見ると、一定間隔に同一の大きさの第１貫通孔（１１３）が形成される第１電極板（１１）が備えられる。前記第１電極板（１１）を電気伝導性に優れた金属材質の平たい形状の板として一端には第１電極部（１１１）が形成される。

また、前記第１電極部（１１１）には、それを垂直貫通する第１結合孔（１１２）が形成される。前記第１結合孔（１１２）は、後の部分で詳細に説明されるように、二つのＬＥＤモジュール（１）を連結する時、ボルト又はピンなどが挿入できるようにする構成である。

前記第１貫通孔（１１３）は、後述のＬＥＤチップ（１５）を設置するための孔で、設置されるＬＥＤチップ（１５）の個数と同一の個数で設けられる。添付の図１〜図３では１１個のＬＥＤチップ（１５）が設けられることを実施例としているため、第１貫通孔（１１３）も同様に１１個が形成されている。

前記第１電極板（１１）の下側には、第１電極板（１１）と同一の面積の電気伝導性と熱伝導性に優れた材質の第２電極板（１２）が位置する。前記第２電極板（１２）の他端には第２電極部（１２１）が形成される。

前記第２電極部（１２１）にもそれを垂直貫通する第２結合孔（１２２）が形成される。この時、前記第２結合孔（１２２）は前記第１結合孔（１１２）と同一のサイズに形成される。これは多数のＬＥＤモジュール（１）を連結しようとする場合、一つのＬＥＤモジュールの第１電極部が他のＬＥＤモジュールの第２電極部と接合するようにし、この時、一つのＬＥＤモジュールの第１結合孔（１１２）と他のＬＥＤモジュールの第２結合孔（１２２）が重なるようにした後、ボルト及びナット又はピンなどの手段を挿入して固定するためである。

好ましくは、前記第１電極部（１１１）は、一方向に一部が切開された第１切開部（１１４）をさらに含み、前記第２電極部（１２１）は、他の方向に一部が切開された第２切開部（１２４）をさらに含み、二つ以上のＬＥＤモジュールを連結する時、各ＬＥＤモジュールの第１切開部（１１４）及び第２切開部（１２４）が噛み合って連結するように構成されることが好ましい。即ち、図２のように、二つのＬＥＤモジュールでそれぞれのＬＥＤモジュールの第１切開部（１１４）及び第２切開部（１２４）が互いに噛み合って連結するようにする構造である。これによって本発明は複数のＬＥＤモジュールを簡単に直列連結できるようにして必要に応じて光量を自在に調節することができ、特に、半田付けなどの別途接合作業を必要としなくなる。

特に、添付の図１〜３のように、前記第１結合孔（１１２）は前記第１切開部（１１４）を間において一対に形成し、前記第２結合孔（１２２）は前記第２切開部（１２４）を間において一対に形成することで複数のＬＥＤモジュールを長く連結する時、進行方向が直線になるように容易に確認及び固定できるようにすることで、既存の蛍光灯又は看板の内部灯への代替使用が可能である。

前記第１電極板（１１）及び第２電極板（１２）は、それぞれＬＥＤチップ（１５）に電源を供給する両端子（＋端子及び−端子）の役割を行うもので、一般の導線や回路基板に比べて広い面積に形成されるため、抵抗を減少させて電圧降下を最小化できる特性を有する。特に、第２電極板（１２）は、導線の役割だけでなくＬＥＤチップ（１５）から発生する熱の伝達を受けて排出する冷却フィンのような役割を兼ねるもので、ＬＥＤチップ（１５）の冷却面積を広げる効果によって冷却効率を極大化できるようになる。

前記第１電極板（１１）と第２電極板（１２）の間には、絶縁層（１３）が形成され、第１電極板（１１）と第２電極板（１２）の間に通電が起こることを防止する。絶縁層（１３）は、０．２μｍ以下の厚さのセラミックを利用する。この時、前記絶縁層（１３）には、前記第１貫通孔（１１３）と連結される第２貫通孔（１３１）が形成され、前記第２貫通孔（１３１）は、第１貫通孔（１１３）とともにＬＥＤチップ（１５）が設けられる部分であるため、第２貫通孔（１３１）は第１貫通孔（１１３）と同一の位置に同一のサイズで形成される。

前記第１電極板（１１）と第２電極板（１２）の外側には、第１電極板（１１）と第２電極板（１２）を取り囲んで外部導体の接触による漏電を防止し、第１電極板（１１）と第２電極板（１２）を保護するように絶縁性能に優れた非電気伝導性合成樹脂材質のケーシング（１４）が形成される。この時、前記ケーシング（１４）は一側には前記第１電極部（１１１）を、他側には前記第２電極部（１２１）をそれぞれ露出するように構成され、上側には第１貫通孔（１１３）と連結される第３貫通孔（１４１）が形成されており、下側には第３貫通孔（１４１）に対応する位置に冷却孔（１４２）が形成されて、前記冷却孔（１４２）を介して第２電極板（１２）の一部が下側に露出されるようにする。

即ち、前記第３貫通孔（１４１）は、第１貫通孔（１１３）及び第２貫通孔（１３１）とともに連結されてＬＥＤチップ（１５）を設けるための構成であり、前記冷却孔（１４２）はＬＥＤチップ（１５）から発生する熱をＬＥＤチップ（１５）の下側に放出するための構成である。

この時、前記絶縁層（１３）とケーシング（１４）を同一の材質を用いて一体に形成されるように製作することができ、前記ケーシング（１４）の構成によって前記第１電極部（１１１）と第２電極部（１２１）及び前記冷却孔（１４２）を介して露出される第２電極板（１２）の部分以外は絶縁状態が維持できるようになる。

前記第３貫通孔（１４１）には、ＬＥＤチップ（１５）が設けられる。これを勘案して第３貫通孔（１４１）の大きさはＬＥＤチップ（１５）の大きさと同一に形成することになり、第３貫通孔（１４１）は、第１貫通孔（１１３）及び第２貫通孔（１３１）と連結されるため、ＬＥＤチップ（１５）の二つの端子（正極端子、負極端子）のうち、一方の端子は前記第１貫通孔（１１３）上の第１電極板（１１）に連結され、他方の端子は第２貫通孔（１３１）を通って第２電極板（１２）に連結されてＬＥＤモジュール（１）が完成する。

上記のような構造のＬＥＤモジュール（１）の第１電極部（１１１）と第２電極部（１２１）にそれぞれ電源の正極と負極を連結することでＬＥＤチップ（１５）が光を発するようになり、ＬＥＤチップ（１５）から発生する熱は第２電極部（１２１）とケーシング（１４）の下側に形成された冷却孔（１４２）を通って放出される。

以下、添付の図面を参照して本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いた灯器具の構成を詳細に説明する。

図４は、本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールが連結されている灯器具の形状を示す斜視図、図５は、連結片によってＬＥＤモジュールが連結されている形状を示す部分斜視図である。

本発明のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いて実質的に照明装置を具現するために、ＬＥＤモジュール（１）を所望の数量に配置した後、固定できる支持体（２１）が備えられる。例えば、既存には看板の内部に蛍光灯を一定間隔に配置して固定し、光を透過する材質の看板のカバーを被せることで看板が光るようにしたが、本発明では、既存の蛍光灯をＬＥＤモジュールに替えて、より耐久性が高く、寿命が長いだけでなく、低電力で安定的な光を放出する看板などを具現することができる。また、多様な室内灯を始めとし、各ＬＥＤモジュールの第１結合孔（１１２）及び第２結合孔（１２２）によって連結角度を調節することで、所望の形態に配置した電光板を具現する時にも容易に使用できる。

前記支持体（２１）は、前記ＬＥＤモジュール（１）又は複数のＬＥＤモジュールの結合体の両端部に位置するものであって、ＬＥＤモジュール（１）又は複数のＬＥＤモジュールの結合体が少なくとも一つ以上設けられるが、下側には各ＬＥＤモジュール（１）の冷却孔（１４２）が露出するようにする。添付の図４及び６では、支持体（２１）に３個のＬＥＤモジュールが連結された結合体が５個設けられている形状を示しているが、ユーザーの必要に応じて適切に調節することができ、場合によっては単一のＬＥＤモジュールだけを設けることもできる。

この時、前記支持体（２１）には、図５のように設けられたＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体が直列又は並列に連結して単一回路を構成するように隣接するＬＥＤモジュールを電気的に連結する連結片（２１１）が備えられる。前記本発明の添付の図面では、４個の連結片（２１１）によって５個のＬＥＤモジュールの結合体が直列に連結されている形状を示しているが、これもまた、ユーザーの必要に応じて適切に調節することができる。

また、ＬＥＤモジュール又はＬＥＤモジュールの結合体を前記支持体（２１）に設置する時、前記支持体（２１）に接する第１電極部及び第２電極部を、図５のように曲げて、より堅固に固定できるようにすることが好ましい。

最後に、前記連結片（２１１）とＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体からなる回路に電源を供給する電源部（２２）が備えられており、前記連結片（２１１）とＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体からなる回路の抵抗値及び許容電流値などを勘案して、適切な容量の電源部（２２）を備えることになる。

通常のＬＥＤチップ（１５）は、直流電源によって駆動されるため、前記電源部（２２）は、一般交流電源をＬＥＤチップ（１５）の駆動に必要な直流電源に変換させてくれる整流回路を含むようにし、別途の電源変換装置がなくても通常供給される家庭用又は産業用電源が使用できるように構成することが好ましい。

図６は、本発明の灯器具の他の実施例を示す斜視図であって、前記支持体（２１）の下側に位置しており、下側に貫通する多数の通気孔（２３）が形成され、前記電源部（２２）を介して電源の供給を受けるが、上側に位置するＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体の下側に空気の流れを誘導する形状を示している。本空間は、ＬＥＤ駆動部等の多様な回路を構成できる空間を提供する。

前記ベース板（２）は、前記支持体（２１）の下側に位置するものであって、ＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体が設けられた支持体（２１）と電源部（２２）を固定する機能を行い、絶縁素材の板状に構成されるが、具体的なサイズ及び形はユーザーによって決定することができる。

この時、ＬＥＤモジュール（１）の冷却孔（１４２）がベース板（２）に向けて設けられるため、冷却孔（１４２）を通る熱放出がスムーズなように前記支持体（２１）はＬＥＤモジュール（１）とベース板（２）を一定間隔離して構成される。

先に説明したように、ＬＥＤチップ（１５）から発生する熱は、第２電極板（１２）と冷却孔（１４２）を通ってＬＥＤモジュール（１）の下側に放出される。この時、ＬＥＤモジュール（１）の配置間隔が狭くなる場合、ＬＥＤモジュール（１）の下側に放出された熱がＬＥＤモジュール（１）とベース板（２）の間に留まることがあるため、迅速に熱を放出するために、前記ベース板を下側に貫通するように多数の通気孔（２３）を形成する。添付の図６では、正方形状の通気孔（２３）が形成されている形状が示されているが、それ以外にも必要に応じて多様な形状と数量で通気孔（２３）を形成することができる。

本発明の権利は、上記で説明した実施例に限定されず、請求範囲に記載されているところにより定義され、本発明の分野で通常の知識を有する者が請求範囲に記載された権利範囲内で多様な変形と改作ができるということは自明である。

１ ＬＥＤモジュール
２ ベース板
３ 連結ボルト
１１ 第１電極板
１２ 第２電極板
１３ 絶縁層
１４ ケーシング
１５ ＬＥＤチップ
１６ 固定具
２１ 支持体
２２ 電源部
２３ 通気孔
１１１ 第１電極部
１１２ 第１結合孔
１１３ 第１貫通孔
１１４ 第１切開部
１２１ 第２電極部
１２２ 第２結合孔
１２４ 第２切開部
１３１ 第２貫通孔
１４１ 第３貫通孔
１４２ 冷却孔
２１１ 連結片

Claims (4)

1. スリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールであって、
   一つ以上の第１貫通孔（１１３）が形成されており、一端に第１結合孔（１１２）を有する第１電極部（１１１）が形成される電気伝導性の第１電極板（１１）；
   前記第１電極板（１１）の下側に位置して他端に第２結合孔（１２２）を有する第２電極部（１２１）が形成される電気伝導性及び熱伝導性の第２電極板（１２）；
   前記第１電極板（１１）と第２電極板（１２）の間を絶縁して前記第１貫通孔（１１３）と連結される第２貫通孔（１３１）が形成される絶縁層（１３）；
   前記第１電極板（１１）と第２電極板（１２）を取り囲み、一端には第１電極部（１１１）を、他端には第２電極部（１２１）をそれぞれ露出させ、上側には第１貫通孔（１１３）と連結される第３貫通孔（１４１）が形成されており、下側には第３貫通孔（１４１）に対応する位置に第２電極板（１２）を露出させる冷却孔（１４２）が形成された非電気伝導性のケーシング（１４）；及び
   前記第３貫通孔（１４１）に設けられ、一側の端子は前記第１貫通孔（１１３）の第１電極板（１１）に、他側の端子は第２貫通孔（１３１）を通って第２電極板（１２）にそれぞれ連結されるＬＥＤチップ（１５）；
   を含むＬＥＤモジュール（１）からなることを特徴とするスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール。
2. 前記第１電極部（１１１）は、一方向に一部が切開された第１切開部（１１４）をさらに含み、
   前記第２電極部（１２１）は、他の方向に一部が切開された第２切開部（１２４）をさらに含み、
   二つ以上のＬＥＤモジュールを連結する時、各ＬＥＤモジュールの第１切開部（１１４）及び第２切開部（１２４）が噛み合って連結するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール。
3. 前記第１結合孔（１１２）は前記第１切開部（１１４）を間において一対に形成され、
   前記第２結合孔（１２２）は前記第２切開部（１２４）を間において一対に形成されることを特徴とする請求項２に記載のスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュール。
4. スリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いた灯器具において、
   前記第１項〜第３項の中から選択される一つの項からなるＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体が所定の間隔で設けられるが、下側に前記冷却孔（１４２）が露出されるように構成された支持体（２１）と、
   前記支持体に備えられて前記ＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体が直列又は並列に連結して単一回路を構成するように隣接したＬＥＤモジュールを電気的に連結する連結片（２１１）と、
   前記連結片（２１１）とＬＥＤモジュール（１）又はＬＥＤモジュールの結合体からなる回路に電源を供給する電源部（２２）と
   をさらに含んでなることを特徴とするスリーブ接合方式を用いたＬＥＤモジュールを用いた灯器具。

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