KR100416390B1 - 발광다이오드 램프 장치 - Google Patents

Abstract

LED램프 장치는 하나 이상의 LED칩을 그의 구동회로와 함께 프린트회로기판(PCB)상에 실장하고, PCB에는 LED에 전원을 공급하도록 별도의 관통구멍에 금속제의 전원단자가 형성되거나 중공의 결합핀이 삽입되는 방식으로 휘메일 단자가 형성되며, 이렇게 구성된 유니트를 투명 또는 반투명의 에폭시 수지로 그의 동체를 형성하는 LED램프; 휘메일 단자에 동시에 연결되어 프린트 회로 기판상에는 LED칩을 구동시키는 구동회로와; LED램프의 구동회로의 소정 LED램프의 작동시 자체LED램프의 점등을 제어하는 제어회로와; 다수의 LED램프를 직렬, 병렬로 연결되는 다수의 블록으로 구성하고 투명 또는 반투명으로 에폭시수지로 동체를 형성하고 이 블록들이 적절히 배열된 구동회로와 제어회로에 의하여 선택적으로 작동하게 한 하나 이상의 케이스로 구성된다.

Description

발광다이오드 램프 장치{LED LAMP APPARATUS}

이 발명은 LED의 응용기술에 관한 것으로, 특히 다수의 프러그 인-타입으로 되는 LED램프와 이 LED램프를 이용하여 그 외형에 대하여 유연성을 부과하도록 한 LED램프장치에 관한 것이다.

일반적으로 LED (Light Emitting Diode)는 주로 표시장치에서 사용되어 왔으며, 근래에 이르러 조명기구로 사용되는 등 그 사용범위가 확대되고 있다. 이 LED는 발광색, 조도의 세기 등에 따라 갈륨 아세나이드(GaAs), 갈륨 포스화이드(GaP), 갈륨 니트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 등으로 제조되고 있으며, 아버랜치 브레이크따운(Avalanche Breakdown)영역에서 바이어스 된 때 그의 PN접합부는 비교적 낮은 전압에서 가시광선을 방출할 수 있다. 표시장치에서는 전력소모를 줄이기 위하여 멀티프렉싱 회로망에 의하여 전원 인가되고, LED는 그들의 구조를 변경하므로 상이한 파장의 빛을 제공하도록 한다. 또, 이 LED는 개별적이거나 매트릭스구조로 사용되고 있다.

이러한 점에서 LED의 밝기, 배열, 구조에 따라서 사용이거나 응용이 다양할 수 있고, 그 중에서도 LED램프등, LED램프를 이용한 조명장치, 교통신호등에 적용하고 있다. 그러나, 이러한 응용장치들은 소정배열에 따른 한정된 목적에 국한하여사용되고 있으며 그 사용 범위가 제한된다는 단점을 가진다.

즉, LED램프의 구조는 전원에 대하여 메일(Male) 타입의 리드전극단자를 가져 핀 헤더(Pin Header)의 형태로 제공되고 있다. 이에 따라 이 LED램프를 소정목적에 따라 회로를 구성할 때는 리드전극을 돌출시키게 되고 이들의 전기적 연결을 하는데 있어 별도의 소켓장치를 요구하게 되고 더 나아가 그에 맞는 전용의 프린트회로 기판이 제작되는 등, 그 전체구조가 상당히 복잡하여지고 제품의 사용범위가 제한된다.

이러한 단점을 극복하고자 한 대표적인 기술로써는 미국특허 제 6,072,280 호에 직렬-병렬 블록 커플링을 사용한 LED등 스트링이 개시되어 있다. 이 특허는 LED등 스트링이 이 직렬-병렬 블록으로 배선된 다수의 LED로 구성된다. 각각의 직렬-병렬 블록은 병렬로 접속되는데, 이 병렬접속은 전기 인터페이스를 경유한 전원전압의 양단에 접속된다. LED등 스트링은 상이한 색의 다수의 서브다이로 이루어진 단일의 색 LED 또는 LED 어느 것으로도 이루어진다. 등 스트링의 LED 직렬-병렬 블록들은 연속적으로, 주기적이거나 유사-랜덤 한 상태로 작동될 수 있다. LED등 스트링은 극성연결기를 제공하여 그들이 단부 대 단부로 연결되고 전원전압과 병렬로 연결된다. 전기 인터페이스는 하나 이상의 병렬출력과 하나의 스위치를 가져 다수의 LED등 스트링들을 연속적으로, 주기적이거나 유사-랜덤 한 상태로 작동시킬 수 있다. 이 LED등 스트링들은 상이한 구동전압을 가지는 LED들을 직렬-병렬 블록의 직렬 단(section)에서 사용하도록 적용될 수 있다.

이와 같이 이 특허는 다수의 LED들이 서브다이에 의하여 직렬로 연결되고,전원전압에 대해서는 직렬 LED블록이 전원선에 병렬로 배열되는 것을 그 구성으로 하고 있으나, 이 구성에서는 LED램프의 직렬연결이 어떻게 이루어지고 있는지 개시된 바가 없다. 다만 LED의 연결을 위하여 서브다이가 사용된다고 할 뿐 이 또한 LED간의 연결이 어떻게 이루어지는지에 대해서도 개시가 이루어지지 않고 있다. 단지, 이 특허는 동 명세서의 종래 기술에서 기재와 같이 LED등의 직렬블록에 대하여 병렬배선을 한 개량기술이고, 그에 의하여 전원전압회로가 단순하게 되고 전압공급 제어가 용이하게 이루어지도록 하고 있다.

그러나, 이 특허는 다수의 LED가 단순히 결합되는 정도에서 그 제품이 사용하고자 하는 범위가 제한되는데, 실례를 들면 물체에 올려놓아 장식되는 조명장치정도에 국한될 수 있다. 결국, 이 특허는 사용하고자 하는 범위가 제한되어 유연성 있는 제품이라 할 수 없다.

따라서, 이 발명은 LED램프의 제품에 대하여 유연성을 부여하도록 새로운 LED램프의 구조로 되는 다수의 LED램프로 구성되는 LED램프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이 발명의 다른 목적은 LED램프가 휘메일 단자를 갖도록 구성되어 각각이거나 다수가 소정의 단일 유니트로 축조되게 한 LED램프장치를 제공하는데 있다.

이 발명의 또 다른 목적은 LED램프가 각각이거나 다수의 그룹으로 연속적이거나 선택적으로 작동제어가 용이하게 하여 LED램프의 제품에 대하여 다양한 설계,용도 및 형상을 부여할 수 있는 유연성을 가진 LED램프장치를 제공하는데 있다.

도 1은 이 발명의 원리에 따른 LED램프를 축조하여 보인 단면도;

도 2는 도 1의 LED램프의 휘메일 리드단자의 전기적 접속상태를 확대한 단면도;

도 3은 이 발명에 원리에 따라 다수의 LED램프를 결합하여 보인 LED램프장치의 단면도;

도 4는 이 발명의 원리에 따라 LED램프의 점등을 제어하는 구동회로를 보인 LED램프장치의 단면도;와

도 5는 이 발명의 원리에 따라 LED램프의 점등을 제어하는 구동회로를 보인 LED램프장치의 단면도이다.

♣주요 도면부호의 간단한 설명♣

10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 : LED램프 1: 기판

2, 2': LED칩 3, 3': 패턴

4, 4': 소자 9, 9': 휘메일 리드단자

20: 케이스 25: 에폭시 수지

30: 구동회로 40: 제어회로

이 발명은 하나 이상의 LED칩을 그의 구동회로와 함께 프린트회로기판(PCB)상에 실장하고, PCB에는 LED에 전원을 공급하도록 별도의 관통구멍에 금속제의 전원단자가 형성되거나 중공의 결합핀이 삽입되는 방식으로 휘메일 단자가 형성되며, 이렇게 구성된 유니트를 투명 또는 반투명의 에폭시 수지로 그의 동체를 형성하는 LED램프; 프린트 회로 기판상에는 휘메일 단자에 동시에 연결되어 LED칩을 구동시키는 구동회로; 이 구동회로에 의하여 해당 LED램프의 작동을 제어하는 제어회로와; 다수의 LED램프를 직렬, 병렬로 연결되는 다수의 블록으로 구성하고 투명 또는 반투명으로 에폭시수지로 동체를 형성하고 블록들이 제어회로에 의하여 선택적으로 작동하게 한 다수의 케이스로 구성되는 LED램프장치로 구성된다.

이 LED램프장치는 프린트회로기판에 하나 이상의 LED칩을 실장하고, 소정의 LED칩의 구동과 동시에 작동제어가 가능한 구동회로와 제어회로를 구성하고, 이 구동회로 및 제어회로에 대하여 하나 이상의 전원단자구멍과 제어단자의 구멍들에 중공의 결합핀으로 되는 휘메일단자를 형성하고, 이렇게 구성된 유니트를 투명 또는 반투명의 에폭시수지로 유니트의 동체를 형성하여 LED램프를 제조하고, 다수의 LED램프를 소정의 직렬 및 병렬의 배열로 블록을 형성하고 동시에 전원단자를 연결하고 필요에 따라 제어단자를 선택적으로 연결하고, 블록을 각각이거나 블록을 직렬, 병렬 배열하여 다수의 블록을 함께 투명이거나 반투명의 에폭시수지로 동체를 형성하여 제조되는 케이스를 적절한 구성으로 배열되게 한 구성으로 이루어진다..

따라서, 이 발명은 LED램프를 다양한 구성으로 할 수 있고 이에 따라 LED램프블록이 다양한 색을 가진 문자거나 도형의 표현이 가능하고, LED램프 및 LED램프블록들을 개별적이거나 집단으로 작동제어가 가능하므로 다양한 표현이 가능하게 한다. 즉, LED램프장치는 LED램프 조명장치, LED램프 표시장치, LED램프 광고장치등 사용범위를 다양화 할 수 있는 유연성을 가지고 있다.

이 발명을 첨부도면에 근거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

도 1 및 2에 도시와 같이, LED램프의 프린트회로기판(1)(이후 기판으로 통칭함)은 양면으로 형성되고, 이 기판(1)의 양면에는 LED칩(2), (2')들이 배설된다. 또한, 이 기판(1)의 양면에는 LED칩의 구동회로거나 제어회로가 형성되는 패턴(3), (3')이 형성되어 있다. 이 패턴(3), (3')상에는 제어회로이거나 구동회로를 구성하는 LED칩을 구동시키는 구동 또는 제어소자(4), (4')들이 실장되어 있다. 이 제어회로와 구동 소자들은 이후 상세히 설명된다. 여기서, 소자들과 LED칩과 같이 SMT(Surface Mount Technology)에서 사용되는 칩상의 저항이거나 트랜지스터등이 될 수 있다. 물론, 기판(1)은 단면 일 수 있다. 패턴(3), (3')들은 도전성재질의 구리등의 금속제로 되고, LED칩(2),(2')들은 기판(1)상에 회로패턴이거나 도면에서와 같이 패턴(3), (3')들에 와이어(5), (5')들로 본딩 될 수도 있다.

한편, 기판(1)에는 이 발명의 특징으로 하는 관통공(6), (6')이 형성되어 있고 이 관통공(6, 6')에는 패턴(3), (3')과 접속되는 니켈등의 높은 도전성을 갖는도전층(8), (8')이거나 패턴의 배선으로 연장될 수 있다. 이 도전층(8), (8')들 또한 도면에서와 같이 와이어(5), (5')등에 의하여 LED칩(2), (2')들과 전기적으로 연결된다. 이 도전층(8), (8')으로 피복된 관통공(6), (6')의 각각에는 전원전극 또는 제어단자로 되는 휘메일 리드단자(9)과 (9')들이 소정 길이로 도전층(8), (8')과 전기적 접촉을 보장하도록 긴밀하게 삽입되어 있다. 이 휘메일 리드단자(9), (9')들은 그 명칭에서도 암시하듯이 내부가 공동으로 되어 있으며, 필요에 따라서는 각각의 양 단부에 인접하여 공동을 형성할 수 있다. 그러므로, 휘메일 리드단자(9), (9')들이 패턴(3), (3')들과 전기적 접속이 이루어지고 LED칩(2), (2')과 소자(4), (4')들이 기판(1)의 양면에 실장되게 되면 에폭시수지(11)로 소정형상, 도면에서는 구형상으로 몰딩하므로 소정의 LED램프(10)가 형성된다.

여기서, LED램프(10)는 하나의 유니트로 구성시킨 것으로 이 유니트의 상하로 하나 이상 중첩하여 배열 할 수 있고, 또는 좌우로 기판(1)이 연장되게 할 수 있다. 그리고, 리드단자(9), (9')들의 길이는 도면에서와 같이 에폭시수지(11)내에 있거나 연장되어 수지(11)의 외부에 위치될 수 있다.

그러므로, 이 발명은 도 3에 도시와 같이 다수의 LED램프(10)들이 수직으로 배열되어서 기판(1)에 실장되고, 투명한 외부프레임이거나 케이스(20)의 벽부(21)에는 소정의 연결장치에 의하여 각 기판(1)이 차례로 고정된다. LED램프(10)는 휘메일 리드단자(9), (9')를 가지므로 이들 다수의 LED램프(10)를 연결하기 위하여 도선(22), (22')들이 휘메일 리드단자(9), (9')들과 전기적 접촉을 보장하는 상태로 통과하고 전원소켓에 접속되는 메일단자(23), (23')들과 연결되거나 휘메일 연결단자(24), (24')에 연결된다. 그리고, 도면에 도시되어 있지 않으나 LED램프(10)는 수평으로 배열되어서도 동일한 구성으로 이루어질 수 있다. 이러한 구성으로 되는 케이스(20)내에는 투명한 연질의 에폭시수지(25)가 밀봉될 수 있다. 이 경우, 에폭시수지 이 외에도 투명한 연질의 재질이면 사용 가능하다.

이렇게 구성되는 LED램프(10)의 응용기기의 케이스(20)는 이 발명의 일부로 구성되며 조명장치에 사용될 수 있으며 다수의 케이스(20)가 직렬이거나 병렬로 전기적인 접속이 가능함을 알 수 있다.

더하여, 이 케이스 내에 설치되는 다수의 LED램프(10)의 기판(1)의 일측이거나 양면에 실장되는 구동회로(30)는 도 4에 도시와 같이 병렬점등이 가능한 LED응용장치를 조립할 수 있게 한다. 즉, 케이스(20)내에는 위 기재와 같이 다수의 LED램프(11, 12, 13, 14, 15)들이 투명한 연질의 에폭시수지(25)가 밀봉된다. 이러한 구성을 갖기위하여 먼저 각 기판(1)상에는 구동회로(30)을 형성하도록 LED(2), (2')와 그의 구동소자들이 실장되고 휘메일 리드단자(9), (9')들이 전기적으로 연결된 기판(1)의 양면에 접촉되어 통과된다. 실예를들면 구동회로(30)는 기판(1)의 일측면이거나 양면에 형성되는데 LED(L1)와 저항(R1)의 직렬회로와 또 다른 LED(L2)와 저항(R2)의 직렬회로들이 병렬로 접속되어 있다. 이와 같은 구성의 구동회로(30)에서 LED(L1), (L2)들이 점등되고 동시에 LED램프(11) 내지 (15)들이 동시에 점등되도록 되어있다.

마찬가지로, 도 5에 도시와 같이 케이스(20)에는 휘메일 단자들이 양측면에 접촉된 다수의 기판이 설치되면 그의 전원 입력단에는 기판상에 LED와 함께 구동회로(30)를 구비한 LED램프(16)가 설치된다. 그리고, 이 LED램프(16)에 인접하여 다수의 LED램프(17, 18, 19)들이 순차로 설치되고 그들 각각에는 기판상에 LED와 함께 또 다른 제어회로(40)가 설치된다. 실예를들면 이 제어회로(40)는 직렬연결된 포토트랜지스터(PT1), 저항(R11) 및 콘덴서(C1)로 되는 회로가 휘메일 단자에 의하여 양 전원단자에 연결되고, LED(L11)와 저항(R12)의 직렬회로와 또 다른 LED(L12)와 저항(R13)의 직렬회로가 병렬로 접속되어, 일측이 전원단자에 타측이 PNP트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속되어 있으며, 트랜지스터(Q1)는 그의 베이스가 저항(R11) 및 콘덴서(C1)사이에 접속되고 그의 에미터는 휘메일 단자에 의하여 다른 전원단 즉, 마이너스전원에 연결된다. 그러므로, 이 제어회로(40)는 구동회로(30)의 LED(L1)과 (L2)가 점등되어야 포토트랜지스터(PT1)가 구동된다. 이때, 저항(R11) 및 콘덴서(C1)에 의한 소정의 지연 시간후에는 트랜지스터(Q1)가 작동되면서 LED(L11)과 (L12)들이 점등한다. 그 다음, LED램프(17)의 점등 후에는 동일한 방식으로 LED램프(18)와 (19)들이 점등된다.

따라서, 이 발명의 구동회로(30)와 제어회로(40)들은 별도로 설치되거나 동시에 설치될 수 있으며, 필요에 따라서는 설계변경이 가능하다. 실예를 들면, 소정크기로 설계되는 케이스(20)가 단순하게는 조명장치로 이용될 수 있다. 즉, 이 발명의 원리에 따라 가장 간단히 구현될 수 있고, 다수의 케이스(20)를 문자거나 그래픽 배열이 가능하게되고, 이에 따라 구동회로(30)와 제어회로(40)들을 적절히 배열하게 되면, 그래픽의 동영상을 얻을 수 있고, 문자의 표시는 물론 네온사인과 같이 다양한 광고효과를 구현할 수 있다. 여기서, 구동회로(30)는 문자이거나 그래픽의 초기점등을 위한 시동 제어부로 적용하고, 제어회로(40)는 동영상이거나 살아있는 문자를 표현하는 표시 작동 제어부로 구성시킬 수 있다.

이상에서와 같이 이 발명은 휘메일 단자를 가진 LED램프를 그의 구동을 제어하는 소자와 함께 기판에 일체로 실장하고 소정의 개수로 구성하여 투명한 유연재질로 케이스에 밀봉하므로 일체로 형성하고, 각 기판상에는 LED램프를 개별적으로 점등 제어하도록 구동회로와 제어회로를 선택적으로 설치하므로 LED램프케이스의 응용에 대한 유연성을 부여하도록 하고 있다.

Claims (4)

1. LED램프 장치에 있어서,

   하나 이상의 LED을 그의 구동회로와 함께 프린트회로기판(PCB)상에 실장하고, PCB에는 LED에 전원을 공급하도록 별도의 관통구멍에 금속제의 전원단자가 형성되고 중공의 결합핀이 삽입되는 방식으로 휘메일 리드단자가 형성되며, 이렇게 구성된 유니트를 에폭시 수지로 그의 동체를 형성하는 LED램프;

   한 LED램프의 프린트 회로 기판상에 하나이상의 직렬연결된 LED와 이의 구동을 시키는 구동소자들의 병렬회로가 실장되고 이 병렬회로가 휘메일 단자들에 동시에 연결되어 LED을 구동시키는 구동회로와:

   다른 LED램프의 프린트 회로 기판상에 하나이상의 LED와 함께 실장되고 구동회로를 가진 LED의 작동시 그의 LED의 점등을 제어하는 제어회로와;

   프린트 기판상에 구동회로를 구비한 LED램프와 제어회로를 구비한 LED램프를 직렬, 병렬로 연결되는 다수의 블록으로 구성하여 투명 또는 반투명으로 에폭시수지로 동체를 형성하고, 이 블록들이 그 내부에 적절히 배열된 구동회로와 제어회로에 의하여 선택적으로 작동하게 한 하나 이상의 케이스로 구성되는 LED램프장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   구동회로를 가진 LED램프와 제어회로를 가진 LED램프를 동시에 구비한 다수의 케이스로 구성되는 LED램프장치
3. 제 1 항에 있어서,

   구동회로는 하나이상의 LED와 그에 직렬연결된 저항으로 구성되게 한 LED램프장치
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   제어회로는 구동회로를 가진 LED램프의 작동에 따라 작동하도록 직렬연결된 포토트랜지스터, 저항 및 콘덴서와 포토트랜지스터 작동으로 저항 및 콘덴서의 시정수에 해당하여 소정시간후 스위칭되는 트랜지스터와 이 트랜지스터의 온시 LED를 점등되게한 LED램프장치.