KR100936223B1 - 발광 다이오드 램프 - Google Patents

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KR100936223B1
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송민훈
황인호
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송민훈
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 램프에 대한 것으로서, 특히 내전압 테스트를 통과할 수 있는 발광 다이오드 램프에 관한 것이다. 본 발명은 몸체와 발광 다이오드 사이에 연장 필름부가 형성된 절연 필름을 구비하여 몸체와 발광 다이오드 사이의 절연내력 거리를 증가시킴으로써, 내전압 테스트를 견딜 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공할 수 있다.
발광 다이오드, 램프, 내전압, 절연, FPCB

Description

발광 다이오드 램프{LIGHT EMITTING DIODE LAMP}
본 발명은 발광 다이오드 램프에 대한 것으로서, 특히 내전압 테스트를 통과할 수 있는 발광 다이오드 램프에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 P-N 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 상기와 같은 발광 다이오드를 이용한 발광소자는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소모 전력이 작고 수명이 수 내지 수십 배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다.
하지만, 이와 같이 발광 다이오드는 효율적인 광원이지만 기존의 발광 다이오드 램프는 고출력인 다수의 발광 다이오드를 사용하므로 많은 열이 발생되어 발광 다이오드의 특성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 기존에는 방열부재를 구비하여 이를 해결하였다. 또한, 보다 나은 방열을 위해 발광 다이오드가 장착되는 기판으로 금속 베이스 상에 절연층 및 동박 패턴이 형성된 금속 심 인쇄 회로 기판(Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB)을 사용한다.
하지만, 이와 같은 기존의 발광 다이오드 램프는 금속 심 인쇄 회로 기판의 구조로 인해 안전인증 시험 중 내전압 시험에 부적합한 특성을 가지고 있다. 즉, 모든 조명기기는 KS규정에 의한 안전인증 시험 검사를 받아야 한다. 또한, 안전인증 시험 검사중 내전압 시험은 절연 저항 시험 직후 위에 측정 부위에 시험전압 1500Vrms를 1분간 인가하였을 때 견뎌야 하며, 이는 전원선과 조명기기 외관의 금속 부분에 고전압을 가하는 시험이므로 그 효과는 방열부재와 같은 외관 케이스 금속과 금속 심 인쇄 회로 기판의 동박 패턴에 고전압을 가하는 것과 동일하다. 하지만, 기존의 금속 심 인쇄 회로 기판을 사용한 발광 다이오드 램프는 외관 케이스 금속과 메탈 PCB의 동박 패턴에 고전압을 인가할 경우, 절연층의 파괴로 인해 전류가 흘러 내전압 시험을 통과하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 이를 해결하기 위해서는 금속 심 인쇄 회로 기판의 금속 베이스와 동박 패턴 사이의 거리를 증가시켜 절연거리를 확보하여야 하나 소형 조명기구에 장착된 발광 다이오드 램프의 경우 공간의 협소함으로 인해 금속 심 인쇄 회로 기판의 부품 또는 동박 패턴으로부터 절연거리를 확보하는 것은 거의 불가능하다.
본 발명의 목적은 금속 몸체를 사용하더라도 내전압 테스트를 견딜 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 몸체와, 상기 몸체의 일면에 부착된 절연 필름과, 상기 절연층의 일면에 장착된 발광 다이오드를 포함하고, 상기 절연 필름은 상기 몸체의 일면을 덮는 베이스 필름부와 상기 베이스 필름부에서 연장 형성된 연장 필름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프를 제공한다.
상기 몸체는 금속을 포함하며, 상기 금속은 알루미늄, 구리 중 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 절연 필름은 연성 인쇄 회로 기판을 포함하며, 상기 연성 인쇄 회로 기판은 커버레이 필름과 동박 패턴을 포함하고, 상기 동박 패턴과 상기 몸체 사이의 커버레이 필름 표면의 최단 거리는 4mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 연장 필름부는 상기 몸체의 측면에 접할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 고르게 분산시키는 커버를 포함하고, 상기 커버는 상기 연장 필름부가 접하는 몸체의 측면에 고정될 수 있다. 상기 몸체의 타면에 부착된 방열부재를 포함할 수 있다.
본 발명은 몸체와 발광 다이오드 사이에 연장 필름부가 형성된 절연 필름을 구비하여 몸체와 발광 다이오드 사이의 절연내력 거리를 증가시킴으로써, 내전압 테스트를 견딜 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 램프의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A'에서 취한 개략 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기판의 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 램프의 내전압 테스트를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 램프는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)과, 기판(100)의 일면에 장착된 발광 다이오드(200)와, 기판(100)의 타면에 부착된 방열부재(300)를 포함한다.
기판(100)은 발광 다이오드(200)를 장착하고 외부에서 인가된 전원을 상기 발광 다이오드(200)에 인가하기 위한 것으로서, 몸체(110)와 몸체(110) 상에 부착된 절연 필름(130)을 포함한다.
몸체(110)는 절연 필름(130)을 지지하며 발광 다이오드(200)에서 생성되어 방출된 열을 방열부재(300)에 전달하기 위한 것으로서, 금속으로 제작될 수 있다. 이때, 이러한 금속으로는 방열 성능이 우수한 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시예는 몸체(110)로 소정 두께를 갖는 직사각 형상의 금속 몸체를 예시한다. 이에 따라 몸체(110)는 일면 및 타면과 네 개의 측면으로 구성된다. 한편, 본 실시예는 몸체(110)로 별도로 구비된 금속을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도시되지는 않았으나 몸체(110)는 발광 다이오드 램프의 케이스가 될 수도 있다.
절연 필름(130)은 발광 다이오드(200)에 외부 전원을 인가하기 위한 것으로서, 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 포함한다. 또한, 연성 인쇄 회로 기판은 외부의 신호 또는 전원을 발광 다이오드(200)에 인가하는 동박 패턴(134)과, 동박 패턴(134)을 지지하며 보호하는 커버레이 필름(132)을 포함한다. 이러한 절연 필름(130)은 상기 몸체(110)의 하면에 마련되어 접착제(120)로 부착될 수 있다. 이때, 접착제(120)는 발광 다이오드(200)에서 생성되어 방출된 열을 효과적으로 몸체(110)에 전달할 수 있도록 열 전도성 접착제인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 절연 필름(130)은 몸체(110)의 하면과 직접적으로 접하여 부착되는 베이스 필름부(132a)와 베이스 필름부(132a)에서 연장된 연장 필름부(132b)로 영역을 정의할 수 있다.
베이스 필름부(132a)는 몸체(110)의 하면과 대응되는 형상으로 형성되어 몸체(110)의 하면을 덮도록 부착된다. 또한, 상기 발광 다이오드(200)는 베이스 필름부(132a)의 커버레이 필름(132)에 직접 장착되어 동박 패턴(134)으로부터 외부 전원을 인가받게 된다. 즉, 예시된 바와 같이 몸체(110)가 소정 두께를 갖는 직사각형상이며 그 일면이 직사각형상일 경우, 베이스 필름부(132a)는 몸체(110)의 하면에 대응되는 직사각형상인 것이 바람직하다.
연장 필름부(132b)는 베이스 필름부(132a)에서 날개 형상으로 연장된 영역으로서, 절연 물질로만 형성된다. 즉, 연장 필름부(132b)에는 전류가 흐를 수 있는 동박 패턴(134)이 형성되지 않으며 절연체인 커버레이 필름(132) 등만이 구비된다. 또한, 연장 필름부(132b)는 베이스 필름부(132a)의 가장자리, 즉, 선단에서 절연거리를 확보할 수 있을 만큼 연장되며, 이에 따라 연장 필름부(132b)가 형성되더라도 절연 필름(130)의 전체 형상은 몸체(110)의 측면과 그 형상은 상동할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 절연 필름(130)에서 발광 다이오드(200)와 전기적으로 접속된 베이스 필름부(132a)의 동박 패턴(134)에서 연장 필름부(132b)의 선단까지의 거리를 제 1 거리(L1)로 정의하고, 연장 필름부(132b)의 선단에서 몸체(110)까지의 거리를 제 2 거리(L2)로 정의할 때, 도 3을 참조하면, 제 1 거리(L1)와 제 2 거리(L2)의 합은 절연내력 거리 이상인 것이 바람직하다. 즉, 제 1 거리(L1)와 제 2 거리(L2)의 합이 절연내력 거리, 예를 들어, 4mm미만이 될 경우 내전압 테스트 시 절연 필름(130)이 파괴되어 내전압 테스트 실패로 이어질 수 있다. 따라서, 제 1 거리(L1)와 제 2 거리(L2)는 동일하거나 상이할 수 있으나 그 합은 약 1500V의 내전압시험을 견딜 수 있는 절연거리를 확보하기 위해 절연내력 거리, 예를 들어, 4mm이상이 되는 것이 바람직하다. 물론, 전술된 바와 같은 연성 인쇄 회로 기판의 구조에 의해 제 1 거리(L1)와 제 2 거리(L2)에 속하는 연성 인쇄 회로 기판에는 도전성 물질인 동박 패턴(134)이 존재하지 않으며 커버레이 필름(132) 등과 같은 절연성 물질만이 구비된다. 이와 같이 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 내전압 시험 시 전류(화살표)가 통과하지 못하여 절연 파괴를 방지할 수 있으므로 내전압 시험을 견딜 수 있다.
발광 다이오드(200)는 본 발명에 따른 발광 다이오드 램프의 광원으로서, 하우징과 하우징 내에 실장된 발광칩과 발광칩을 봉지하는 몰딩부를 포함한다.
하우징은 발광칩을 보호하고 발광칩에서 출사된 광을 상부로 모아주기 위한 것으로서, 통상적으로 열경화성 또는 열가소성 수지, 예를 들어, 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA), 액정 고분자 수지(Liquid Crystal Polymer, LCP), 열 가소성 폴리이미드(Thermoplastic polyimide, TPI), 이불소화비닐(Poly Vinylidene Fluoride, PVDF), 폴리아미드12(Polyamide12 ,PA12), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) , 폴리설폰(Polysulphone, PSU), 폴리아미드6T(Polyamide 6T, PA6T) 등으로 제작될 수 있다.
발광칩은 p-n 접합구조를 가지는 화합물 반도체 적층구조로서 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한다. 상기 발광칩은 제 1 및 제 2 반도체층(미도시)과 상기 제 1 및 제 2 반도체층 사이에 형성된 활성층(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 발광칩은 외부전원과 접속되는 리드 상에 실장되고, 발광칩과 리드를 전기적으로 접속시키는 배선(미도시)을 통해 외부전원을 인가받을 수 있다. 또한, 본 발명은 발광칩으로 수직형 발광칩 또는 수평형 발광칩을 사용할 수 있으며, 가시광 또는 자외선 등을 발광하는 다양한 종류의 발광칩을 사용할 수 있다. 또한, 발광칩은 하우징 내에 적어도 하나 이상이 실장될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 발광칩은 서로 색상 및 종류가 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 하우징 내에 백색 발광칩과 녹색 발광칩 및 적색 발광칩을 실장하여 백색을 구현하거나, 백색 발광칩 하나를 사용하여 백색을 구현할 수 있다. 물론, 하나의 하우징에 실장된 발광칩 뿐만 아니라 다수개의 발광 다이오드(200) 역시 각각이 서로 색상이 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 다수개의 발광 다 이오드의 색상을 서로 상이하게 하여 온백색 등과 같이 일반 백색이 아닌 인간이 더욱 편안하게 느낄 수 있는 색상을 구현할 수도 있다. 또한, 동일 하우징 내에 실장된 다수의 발광칩과 다수개의 발광 다이오드는 서로 상이한 전류를 인가하여 색상 또는 휘도를 조절할 수도 있다.
몰딩부는 발광칩을 봉지하고 발광칩과 연결된 배선을 고정시키기 위한 것으로서, 이러한 몰딩부는 발광칩)에서 방출된 광을 외부로 투과시켜야 하므로 통상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명수지로 형성될 수 있다.
방열부재(300)는 기판(100)을 통해 전달된 발광 다이오드(200)의 동작 시 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출하기 위한 것으로서, 방열 플레이트(300a)와 방열 플레이트(300a)에서 연장된 방열핀(300b)을 포함한다.
방열 플레이트(300a)는 방열핀(300b)을 고정하며 기판(100)을 통해 전달되는 열을 1차 방열하기 위한 것으로서, 기판(100)의 타면에 부착된다. 이러한 방열 플레이트(300a)는 기판(100)에서 전달된 열을 효과적으로 배출하기 위해 기판(100) 타면의 전체면과 접촉되는 것이 효과적이며, 이를 위해 기판(100)의 타면과 대응되는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전술된 바와 같이 기판(100)이 소정두께를 갖는 직사각형상이고 그 타면이 직사각형상일 경우 방열 플레이트(300a) 역시 직사각형상인 것이 바람직하다. 하지만, 이는 바람직한 실시예이며, 기판(100)의 타면과 방열 플레이트(300a)의 형상은 서로 상이할 수도 있다. 즉, 방열 플레이트(300a)는 원형, 타원형 및 다각형으로 제작될 수 있다. 이러한 방열 플레이트(300a)는 방열 성능의 극대화를 위해 열전도율이 높은 재질로 제작되며, 이 러한 열전도율이 높은 재질로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등을 사용할 수 있다.
방열핀(300b)은 방열 플레이트(300a)에 전달된 열을 2차 방열하기 위한 것으로서, 방열 플레이트(300a)의 일면에 형성된다. 물론, 방열 플레이트(300a)의 타면에는 기판(100)이 부착된다. 이러한 방열핀(300b)은 다수개, 예를 들어, 도시된 바와 같이 7개의 방열핀(300b)이 소정간격 이격되어 배치되며, 방열핀(300b) 간에 열이 복사되는 것을 최소화하기 위해 방열핀(300b)의 크기는 서로 상이하다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 방열핀(300b)의 개수는 방열성능 및 미관 등에 따라 변경될 수 있다. 즉, 방열핀(300b)은 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다. 또한, 방열핀(300b) 간의 간격 역시 서로 상이할 수 있으며, 방열핀(300b)의 크기는 서로 동일할 수 있다. 또한, 방열핀(300b)은 방열 플레이트(300a)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 이 경우, 방열 플레이트(300a)와 방열핀(300b)은 일체로 제작되는 것이 바람직하다. 물론, 방열핀(300b)과 방열 플레이트(300a)는 서로 상이한 재질로 형성될 수도 있으며, 이 경우, 방열 플레이트(300a)와 방열핀(300b)은 별도로 제작되어 서로 결합될 수 있다.
한편, 본 발명은 도시된 바와 같이, 조명기구로 사용되기 위해 커버(400)를 더 포함할 수 있다.
커버(400)는 기판(100)과 발광 다이오드(200)를 보호함과 동시에 발광 다이오드(200)에서 방출된 광을 고르게 분산하기 위한 것으로서, 발광 다이오드(200)가 장착된 기판(100)의 적어도 일부를 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 커버(400)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(200)가 장착된 기판(100) 전체를 감싸는 반구형상 또는 측면이 개방되도록 감싸는 U자 형상으로 형성될 수 있다. 물론, 커버(400)는 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 기판(100)과 발광 다이오드(200)를 보호하며 발광 다이오드(200)에서 방출된 광을 고르게 분산할 수 있다면, 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 이와 같이 커버(400)가 구비될 경우, 연장 필름부(132b)는 몸체(110)의 측면으로 절곡되어 커버(400)와 몸체(110) 측면 사이에 위치될 수 있다. 즉, 커버(400)를 이용하여 몸체(110)와 커버(400) 사이에 연장 필름부(132b)를 절곡시켜 고정시킬 수 있다. 물론, 커버(400)가 구비되지 않더라도 연장 필름부(132b)는 몸체(110)의 측면에 절곡되어 고정될 수 있으며, 이 경우, 연장 필름부(132b)의 고정은 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 몸체(110)와 발광 다이오드(200) 사이에 연장 필름부(132b)가 형성된 절연 필름(130)을 구비하여 몸체(110)와 발광 다이오드(200) 사이의 절연내력 거리를 증가시킴으로써, 내전압 테스트를 견딜 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 램프의 개략 사시도.
도 2는 도 1의 선 A-A'에서 취한 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 기판의 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 램프의 내전압 테스트를 설명하기 위한 개략 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100: 기판 110: 몸체
120: 접착제 130: 절연 필름
132: 커버레이 필름 132a: 베이스 필름부
132b: 연장 필름부 134: 동박 패턴
200: 발광 다이오드 300: 방열부재
300a: 방열 플레이트 300b: 방열핀
400: 커버

Claims (8)

  1. 상하면과 측면을 갖는 블록 형상의 금속 몸체와,
    상기 금속 몸체에 부착된 절연 필름과,
    상기 절연 필름의 일면에 장착된 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 절연 필름은 상기 금속 몸체의 하면을 덮는 베이스 필름부와 상기 베이스 필름부에서 연장 형성되어 상기 금속 몸체의 측면 전체을 덮는 연장 필름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 몸체는 알루미늄, 구리 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 필름은 연성 인쇄 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연성 인쇄 회로 기판은 커버레이 필름과 동박 패턴을 포함하고,
    상기 동박 패턴과 상기 금속 몸체 사이의 커버레이 필름 표면의 최단 거리는 4mm 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연장 필름부는 상기 금속 몸체의 측면에 접하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 고르게 분산시키는 커버를 포함하고,
    상기 커버는 상기 연장 필름부가 접하는 금속 몸체의 측면에 고정된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 몸체의 타면에 부착된 방열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
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