KR101080697B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 조명 장치는 복수의 발광소자; 복수의 발광소자가 배열되고, 다층구조를 가지는 기판; 및 기판을 수납하기 위한 수납홈을 가지며, 복수의 발광소자로부터의 열을 방열하는 방열체;를 포함하되, 기판은 상측부와 하측부에 각각 배치된 도체층과 도체층 사이에 배치된 절연층을 포함하고, 기판의 중심 축으로부터 도체층의 최외각 단까지의 길이는 기판의 중심 축으로부터 절연층의 최외각 단까지의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 실시예는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
본 실시예는 새로운 구조를 갖는 조명 장치를 제공한다.
본 실시예는 내전압이 향상된 조명 장치를 제공한다.
본 실시예는 방수 특성이 양호한 조명 장치를 제공한다.
본 실시예는 취급이 용이한 조명 장치를 제공한다.
본 실시예는 방열 특성이 양호한 조명 장치를 제공한다.
본 실시예는 부품의 교체가 용이한 조명 장치를 제공한다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 실시예에 따른 조명 장치는 복수의 발광소자; 복수의 발광소자가 배열되고, 다층구조를 가지는 기판; 및 기판을 수납하기 위한 수납홈을 가지며, 복수의 발광소자로부터의 열을 방열하는 방열체;를 포함하되, 기판은 상측부와 하측부에 각각 배치된 도체층과 도체층 사이에 배치된 절연층을 포함하고, 기판의 중심 축으로부터 도체층의 최외각 단까지의 길이는 기판의 중심 축으로부터 절연층의 최외각 단까지의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
본 실시예는 새로운 구조를 갖는 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 내전압이 향상된 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 방수 특성이 양호한 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 취급이 용이한 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 방열 특성이 양호한 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 부품의 교체가 용이한 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 조명 장치를 아래 방향에서 바라본 사시도,
도 2는 도 1의 조명 장치를 윗 방향에서 바라본 사시도,
도 3은 도 1의 조명 장치의 분해 사시도,
도 4는 도 1의 조명 장치의 단면을 나타내는 도면,
도 5는 도 1의 조명 장치의 방열체의 사시도,
도 6은 도 5의 A-A' 단면을 나타내는 단면도,
도 7은 도 1의 조명 장치의 발광모듈기판 및 제1 보호링의 결합 사시도,
도 8은 FR4 다층구조를 가지는 기판의 단면도,
도 9는 도 8에 도시된 제 1 도체층의 모양을 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 7의 B-B' 단면을 나타내는 단면도,
도 11은 도 1의 조명 장치의 가이드부재의 사시도,
도 12는 도 11의 가이드부재의 평면도,
도 13은 도 1의 조명 장치의 하부 영역을 나타내는 확대 단면도,
도 14는 도 1의 조명 장치의 하면도,
도 15는 도 1의 조명 장치의 상면도,
도 16은 다른 실시예에 따른 조명 장치의 가이드부재의 사시도,
도 17은 도 1의 조명 장치의 내부 케이스의 사시도,
도 18에 다른 실시예에 따른 조명 장치의 방열체를 나타내는 도면,
도 19는 도 1의 조명 장치의 외부 케이스의 사시도.
본 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 조명 장치(1)를 아래 방향에서 바라본 사시도이고, 도 2는 상기 조명 장치(1)를 윗 방향에서 바라본 사시도이고, 도 3은 상기 조명 장치(1)의 분해 사시도이고, 도 4는 상기 조명 장치(1)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 조명 장치(1)는 상부에 연결 단자(175)를 포함하고, 하부에 삽입부(174)를 포함하는 내부 케이스(170)와, 상기 내부 케이스(170)의 삽입부(174)가 삽입되는 제1 수납홈(151)을 포함하는 방열체(150)와, 상기 방열체(150)의 하면에 빛을 방출하며, 하나 또는 복수의 발광 소자(131)를 포함하는 발광모듈기판(130)과, 상기 방열체(150) 하부의 둘레 영역에 결합되어 상기 발광모듈기판(130)을 상기 방열체(150)에 견고히 고정시키는 가이드부재(100)와, 상기 방열체(150)의 외측에 외부 케이스(180)를 포함한다.
상기 방열체(150)는 양면에 수납홈(151,152)을 포함하여 상기 발광모듈기판(130) 및 상기 전원제어부(160)를 수용하며, 상기 발광모듈기판(130) 또는/및 상기 전원제어부(160)에서 생성된 열을 방출시키는 역할을 한다.
구체적으로는, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 상기 방열체(150)의 상면에는 상기 전원제어부(160)가 배치되는 상기 제1 수납홈(151)이 형성되고, 상기 방열체(150)의 하면에는 상기 발광모듈기판(130)이 배치되는 제2 수납홈(152)이 형성될 수 있다.
상기 방열체(150)의 외측면은 요철 구조를 가질 수 있으며, 상기 요철 구조에 의해 상기 방열체(150)의 표면적이 증가하여 방열 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 방열체(150)는 열 방출 효율이 뛰어난 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 방열체(150)의 재질은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈기판(130)은 상기 방열체(150)의 하면에 형성된 상기 제2 수납홈(152)에 배치될 수 있다. 상기 발광모듈기판(130)은 기판(132)과, 상기 기판(132)에 탑재되는 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131)를 포함할 수 있다.
상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색, 청색 또는 백색 발광 다이오드일 수 있으나, 그 종류나 수에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광모듈기판(130)은 상기 방열체(150)의 바닥면을 관통하는 관통홀(153)을 통해 상기 전원제어부(160)와 배선 등에 의해 전기적으로 연결되어 전원을 제공받음으로써 구동될 수 있다.
이때, 상기 관통홀(153)에는 제2 보호링(155)이 형성되어, 상기 발광모듈기판(130) 및 상기 방열체(150) 사이로 수분 및 이물질이 침투하는 것을 방지하고, 상기 배선이 상기 방열체(150)과 접촉함으로써 발생할 수 있는 전기적 쇼트, 내전압, EMI, EMS 등의 문제를 방지할 수 있다.
상기 발광모듈기판(130)의 하면에는 방열패드(140)가 부착될 수 있으며, 상기 방열패드(140)는 상기 제2 수납홈(152)에 부착될 수 있다. 또는, 상기 발광모듈기판(130)과 상기 방열패드(140)는 일체로 형성될 수도 있다. 상기 방열패드(140)에 의해 상기 발광모듈기판(130)에서 생성된 열이 상기 방열체(150)로 더욱 효과적으로 전달될 수 있다.
상기 발광모듈기판(130)은 상기 가이드부재(100)에 의해 상기 제2 수납홈(152)에 견고히 고정될 수 있다. 상기 가이드부재(100)는 상기 발광모듈기판(130)에 탑재된 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131)들이 노출되도록 개구부(101)를 가지며, 상기 발광모듈기판(130)의 둘레면을 상기 방열체(150)의 제2 수납홈(152)에 압착함으로써 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드부재(100)에는 상기 방열체(150) 및 상기 외부 케이스(180) 사이로 공기가 흐르도록 할 수 있는 공기 유입 구조가 형성되어 상기 조명 장치(1)의 방열 효율을 극대화 시킬 수 있다. 상기 공기 유입 구조는 예를 들어, 상기 가이드부재(100)의 내측면과 외측면 사이에 형성되는 다수의 제1 방열홀(102) 또는 상기 가이드부재(100)의 내측면에 형성되는 요철 구조 일 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
상기 가이드부재(100)와 상기 발광모듈기판(130) 사이에는 렌즈(110) 및 제1 보호링(120) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
상기 렌즈(110)는 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 파라볼라 형태의 렌즈, 프레넬 렌즈 등 다양한 형태를 가지는 것으로 선택되어 상기 발광모듈기판(130)에서 방출되는 빛의 배광을 원하는 대로 조절할 수 있다. 또한, 상기 렌즈(110)는 형광체를 포함하여 상기 빛의 파장을 변화시키는 용도로 활용될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 보호링(120)은 상기 가이드부재(100)와 상기 발광모듈기판(130) 사이로 수분이나 이물질이 침투하는 것을 방지하는 동시에, 상기 발광모듈기판(130)의 외측면 및 상기 방열체(150)의 내측면 사이를 이격시켜 상기 발광모듈기판(130)이 상기 방열체(150)와 직접 접촉하는 것을 방지함으로써 상기 조명 장치(1)의 내전압, EMI, EMS 등을 향상시킬 수 있다.
상기 내부 케이스(170)는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 하부 영역에 상기 방열체(150)의 상기 제1 수납홈(151)에 삽입되는 삽입부(174)와, 상부 영역에 외부 전원과 전기적으로 연결되는 연결 단자(175)를 포함할 수 있다.
상기 삽입부(174)의 측벽은 상기 전원제어부(160)와 상기 방열체(150) 사이에 배치되어, 둘 사이의 전기적 쇼트 등을 방지함으로써 내전압, EMI, EMS 등을 향상시킬 수 있다.
상기 연결 단자(175)는 소켓(socket) 형태를 갖는 외부 전원에 삽입됨으로써 상기 조명 장치(1)에 전원이 제공될 수 있다. 다만, 상기 연결 단자(175)의 형태는 상기 조명 장치(1)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있으므로, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 방열체(150)의 제1 수납홈(151)에는 상기 전원제어부(160)가 배치될 수 있다. 상기 전원제어부(160)는 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 발광모듈기판(130)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 발광모듈기판(130)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic Discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 외부 케이스(180)는 상기 내부 케이스(170)와 결합되어 상기 방열체(150), 발광모듈기판(130), 전원제어부(160) 등을 수납하고, 상기 조명 장치(1)의 외관을 이룰 수 있다.
상기 외부 케이스(180)는 원형의 단면을 가지는 것으로 도시되었으나, 다각형, 타원형 등의 단면을 가지도록 설계될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 외부 케이스(180)에 의해 상기 방열체(150)가 노출되지 않으므로 화상 사고 및 감전 사고를 방지될 수 있으며, 상기 조명 장치(1)의 취급성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 조명 장치(1)에 대해 각 구성 요소를 중심으로 상세히 설명한다.
<방열체(150)>
도 5는 상기 방열체(150)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 방열체(150)의 제1면에는 상기 전원제어부(160)가 배치되는 제1 수납홈(151)이 형성되고, 상기 제1면의 반대면인 제2면에는 상기 발광모듈기판(130)이 배치되는 제2 수납홈(152)이 형성될 수 있다.
다만, 상기 제1,2 수납홈(151,152)의 너비 및 깊이는 상기 전원제어부(160) 및 상기 발광모듈기판(130)의 너비 및 두께에 따라 변화될 수 있다.
상기 방열체(150)는 열 방출 효율이 뛰어난 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 방열체(150)의 재질은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열체(150)의 외측면은 요철 구조를 가질 수 있으며, 상기 요철 구조에 의해 상기 방열체(150)의 표면적이 증가하여 방열 효율이 향상될 수 있다. 상기 요철(凹凸) 구조는 도시된 바와 같이, 일 방향으로 휘어지는 웨이브(wave) 형태의 철(凸) 구조를 포함할 수 있으나, 이에 대해서 한정하지는 않는다.
상기 방열체(150)의 바닥면에는 상기 관통홀(153)이 형성될 수 있으며, 상기 관통홀(153)을 통해 상기 발광모듈기판(130) 및 상기 전원제어부(160)가 배선에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 관통홀(153)에는 상기 제2 보호링(155)이 결합되어, 상기 관통홀(153)을 통해 수분 및 이물질이 침투하는 것을 방지하고, 상기 배선이 상기 방열체(150)와 접촉함으로써 발생할 수 있는 전기적 쇼트(short) 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 제2 보호링(155)은 고무 재질, 실리콘 재질 또는 기타 전기 절연 재질로 형성될 수 있다.
상기 방열체(150)의 하부 측면에는 상기 가이드부재(100)를 견고히 결합하기 위해 제1 체결부재(154)가 형성될 수 있다. 상기 제1 체결부재(154)에는 나사가 삽입될 수 있는 홀이 형성될 수 있으며, 상기 나사는 상기 가이드부재(100)를 상기 방열체(150)에 견고히 결합할 수 있다.
또한, 상기 가이드부재(100)가 용이하게 결합되도록, 상기 가이드부재(100)가 결합되는 상기 방열체(150)의 하부 영역의 제1폭(P1)은 상기 방열체(150)의 다른 영역의 제2폭(P2)에 비해 좁을 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
<발광모듈기판(130) 및 제1 보호링(120)>
도 7은 상기 발광모듈기판(130) 및 상기 제1 보호링(120)의 결합 사시도이고, 도 10은 도 7의 B-B' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3, 도 7 및 도 10을 참조하면, 상기 발광모듈기판(130)은 상기 방열체(150)의 상기 제2 수납홈(152)에 배치되며, 상기 발광모듈기판(130)의 둘레 영역에는 상기 제1 보호링(120)이 결합된다.
상기 발광모듈기판(130)은 기판(132)과, 상기 기판(132)에 탑재되는 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131)를 포함할 수 있다.
상기 기판(132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR4 등을 포함할 수 있다.
상기 기판(132)은 다층구조로 형성될 수 있다. 이에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 8은 기판(132)의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(132)은 복수의 발광소자(131)가 배열되며, 방열체(150)의 제 2 수납홈(152)에 수용된다. 이러한 기판(132)은 제 1 도체층(L1), 제 1 절연층(P1), FR4 동박적층판(C), 제 2 절연층(P2), 제 2 도체층(L2)을 포함한다. 그리고 제 1 절연층(P1)과 FR4 동박적층판(C) 사이에 형성된 제 3 도체층(L3)과 FR4 동박적층판(C)과 제 2 절연층(P2) 사이에 형성된 제 4 도체층(L4)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제 3 도체층(L3)와 제 4 도체층(L4)은 생략되어도 무방하다.
제 1 도체층(L1) 위에는 복수의 발광소자(131)가 원형으로 배치된다. 제 1 도체층(L1) 아래에는 제 1 절연층(P1)이 배치된다.
기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 도체층(L1)의 최외각 단까지의 길이는 기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 절연층(P1)의 최외각 단까지의 길이보다 소정 길이(D)만큼 짧다. 여기서, 상기 중심 축은 원형의 기판(132)에서 중심을 관통하는 축을 말한다. 상기 기판(132)은 도 9에 도시된 바와 같은 원형뿐만 아니라 삼각형, 사각형 등과 같은 다각형 형태로도 구현될 수 있으므로, 본 명세서 상에서 상기 중심 축이 원의 중심을 관통하는 축으로 한정하지 않는다.
이렇게 기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 도체층(L1)의 최외각 단까지의 길이가 기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 절연층(P1)의 최외각 단까지의 길이보다 짧으면, 제 1 도체층(L1)이 제 2 수납홈에 의해 형성된 방열체(150)의 내주면으로부의 거리가 멀어지기 때문에, 방열체(150)와의 전기적 쇼크를 방지할 수 있다. 따라서 조명 장치(1)의 내전압을 향상시킬 수 있다.
제 1 도체층(L1)은 구리 등과 같은 열전도도와 전기 전도도가 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 1 절연층(P1)은 제 1 도체층(L1)과 제 3 도체층(L3) 사이에 배치된다. 제 1 절연층(P1)에는 제 1 도체층(L1)과 제 3 도체층(L3)을 전기적으로 연결하기 위한 비아(H)가 형성된다. 비아(H)에는 구리와 같은 열전도도와 전기전도도가 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 1 절연층(P1)은 프리프레그(PREPREG, 수지 침투 가공재)로 이루어지는 것이 바람직하다.
FR4 동박적층판(C)은 제 3 도체층(L3)과 제 4 도체층(L4) 사이에 배치된다. FR4 동박적층판(C)에는 제 3 도체층(L3)과 제 4 도체층(L4)을 전기적으로 연결하기 위한 비아(H)가 형성된다.
제 2 절연층(P2)은 제 4 도체층(L4)과 제 2 도체층(L2) 사이에 배치된다. 제 2 절연층(P2)에는 제 4 도체층(L4)과 제 2 도체층(L2)을 전기적으로 연결하기 위한 비아(H)가 형성된다. 비아(H)에는 구리와 같은 도체로 채워지는 것이 바람직하다. 제 2 절연층(P2)은 제 1 절연층(P1)과 마찬가지로 프리프레그(PREPREG, 수지 침투 가공재)로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 2 도체층(L2)은 제 2 절연층(P2) 아래에 배치된다.
기판(132)의 중심 축으로부터 제 2 도체층(L2)의 최외각 단까지의 길이는 기판(132)의 중심 축으로부터 제 2 절연층(P2)의 최외각 단까지의 길이보다 소정 길이(D)만큼 짧다. 여기서, 상기 중심 축은 도 9에 도시된 바와 같이, 원형의 기판(132)에서 중심을 관통하는 축을 말한다. 상기 기판(132)은 도 9에 도시된 바와 같은 원형뿐만 아니라 삼각형, 사각형 등과 같은 다각형 형태로도 구현될 수 있다.
이렇게 기판(132)의 중심 축으로부터 제 2 도체층(L2)의 최외각 단까지의 길이가 기판(132)의 중심 축으로부터 제 2 절연층(P2)의 최외각 단까지의 길이보다 짧으면, 제 2 도체층(L2)이 제 2 수납홈에 의해 형성된 방열체(150)의 내주면으로부의 거리가 멀어지기 때문에, 방열체(150)와의 전기적 쇼크를 방지할 수 있다. 따라서 조명 장치(1)의 내전압을 향상시킬 수 있다.
숄더 마스크(S)는 제 1 도체층(L1)에서 복수의 발광소자(131)가 배치될 영역을 제외한 나머지 영역과 제 1 절연층(P1)에서 제 1 도체층(L1)이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역 위에 형성된다.
또한, 숄더 마스크(S)는 제 2 절연층(P2)에서 제 2 도체층(L2)이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역 아래에 형성된다. 이러한 숄더 마스크(S)는 복수의 발광소자(131)에서 발광되는 빛을 반사하기 용이하도록 흰색계열의 색상을 갖는 것이 바람직하다.
도 9는 도 8에 도시된 제 1 도체층(L1)의 모양을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제 1 도체층(L1)은 복수의 발광소자(131)들이 각각 배치될 영역(Z)들이 미리 나누어져 있다. 발광소자(131)가 배치될 영역(Z)은 직사각형 형상의 제 1 영역(Z1)과 마름모 꼴의 제 2 영역(Z2)으로 구성된다. 제 1 영역(Z1)과 제 2 영역(Z2)에서 발광소자(131)가 배치되는 영역은 제 2 영역(Z2)이다.
앞서 상술한 바와 같이, 기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 도체층(L1)의 최외각 단까지의 길이는 기판(132)의 중심 축으로부터 제 1 절연층(P1)의 최외각 단까지의 길이보다 소정 길이(D)만큼 짧다. 여기서, 소정 길이(D)은 적어도 5mm 이상인 것이 바람직하다.
아래의 <표 1>은 상기 소정 길이(D)에 따른 내전압 특성 실험 데이터이다.
D 내전압 특성 결과
1 mm 2.0 KV에서 FAIL
5 mm 4.0 KV에서 PASS
<표 1>의 실험 데이터는, 본 발명의 조명 장치(1)가 15와트(W)급으로서, 발광모듈기판(130)의 사이즈를 69파이(φ), 방열패드(150)의 사이즈를 70파이(φ), 방열패드(150)의 두께를 0.4mm, 관통홀(153)의 사이즈를 15파이(φ)로 고정하고, 소정 간격(D)만을 달리하였다. 실험 시, 방열체(150)와 발광모듈기판(130)과 연결되는 배선라인(164)에 고전압(최대 4.0KV까지)과 고전류(최대 100mA)을 1분동안 인가하였다. 상기 조건을 견뎌내야 내전압 특성이 좋은 것으로 판단받는다.
실험 결과, 소정 길이(D)가 1mm 인 경우에 2.0KV에서 방열체(150)와 발광모듈기판(130)이 전기적으로 단락이 되어 내전압 특성을 만족하지 못하였다(FAIL). 하지만, 소정 길이(D)가 5mm 인 경우에 4.0KV에서 방열체(150)와 발광모듈기판(130)에 전기적인 쇼트가 생기지 않음을 알 수 있었다(PASS).
따라서, 제 1 및 제 2 도체층(L1, L2)은 제 1 및 제 2 절연층의 최외각 단으로부터 적어도 5mm 이상인 것이 바람직하다.
결국, 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(132)의 제 1 내지 제 4 도체층(L1, L2, L3, L4)이 비아(H)를 통해서 전기적으로 연결되면 복수의 발광소자(131)에서 방출된 열을 방열체(150)로 용이하게 전달할 수 있고, 제 1 및 제 2 도체층(L1, L2)의 크기가 다른 층들보다 작게 형성됨으로써 방열체(150)와의 전기적 쇼크를 방지할 수 있고 내전압을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판(132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(132) 상에는 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131)가 탑재될 수 있다. 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색, 청색 또는 백색 발광 다이오드일 수 있으나, 그 종류나 수에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 하나 또는 복수의 발광 소자(131)의 배치에 대해서는 한정하지 않는다. 다만, 실시예에서는 상기 발광모듈기판(130) 아래로 배선이 형성되게 되는데, 상기 발광모듈기판(130)의 영역 중 상기 배선이 형성된 영역에는 발광 소자가 탑재되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 상기 배선이 상기 발광모듈기판(130)의 중간 영역에 형성된 경우, 상기 중간 영역에는 발광 소자가 탑재되지 않을 수 있다.
상기 발광모듈기판(130) 하면에는 상기 방열패드(140)가 부착될 수 있다. 상기 방열패드(140)는 열 전도율이 뛰어난 열전도 실리콘 패드 또는 열전도 테이프 등으로 형성될 수 있으며, 상기 발광모듈기판(130)에서 생성된 열을 상기 방열체(150)로 효과적으로 전달할 수 있다.
상기 제1 보호링(120)은 고무 재질, 실리콘 재질 또는 기타 전기 절연 재질로 형성될 수 있으며, 상기 발광모듈기판(130)의 둘레 영역에 형성될 수 있다.
구체적으로는, 도시된 바와 같이, 상기 제1 보호링(120)은 내측 하단에 단차(121)를 포함할 수 있으며, 상기 단차(121)에 상기 발광모듈기판(130)의 측면 영역 및 상면의 둘레 영역이 접촉할 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1 보호링(120)의 내측 상단은 상기 발광모듈기판(130)의 배광을 향상시키기 위해 경사(122)를 가지도록 형성될 수도 있다.
상기 제1 보호링(120)은 상기 가이드부재(100)와 상기 발광모듈기판(130) 사이로 수분이나 이물질이 침투하는 것을 방지하는 동시에, 상기 발광모듈기판(130)의 측면 영역이 상기 방열체(150)와 직접 접촉하는 것을 방지함으로써 상기 조명 장치(1)의 내전압, EMI, EMS 등을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 보호링(120)은 상기 발광모듈기판(130)를 견고히 고정하고, 외부의 충격으로부터 보호함으로써, 상기 조명 장치(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 13을 참조하면, 상기 제1 보호링(120) 상에 상기 렌즈(110)가 배치되는 경우, 상기 제1 보호링(120)에 의해 상기 렌즈(110)가 상기 발광모듈기판(130) 상에 제1 거리(h) 이격되도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 조명 장치(1)의 배광 조절이 더욱 용이해질 수 있다.
<가이드부재(100)>
도 11은 상기 가이드부재(100)의 사시도이고, 도 12는 상기 가이드부재(100)의 평면도이다.
도 4, 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 가이드부재(100)는 상기 발광모듈기판(130)이 노출되는 개구부(101), 내측과 외측 사이에 다수의 제1 방열홀(102) 및 상기 방열체(150)와 결합되는 체결홈(103)을 포함할 수 있다.
상기 가이드부재(100)는 원형의 링(ring) 형태로 도시되었으나, 다각형, 타원형의 링 형태를 가질 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 개구부(101)를 통해 상기 발광모듈기판(130)의 하나 또는 복수의 발광 소자(131)들이 노출되게 된다. 다만, 상기 가이드부재(100)는 상기 발광모듈기판(130)을 상기 제2 수납홈(152)에 압착하는 작용을 하므로, 상기 개구부(101)의 폭은 상기 발광모듈기판(130)의 폭보다는 작은 것이 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 상기 가이드부재(100)를 상기 방열체(150)에 결합시킴에 따라, 상기 가이드부재(100)는 상기 렌즈(110), 제1 보호링(120) 및 상기 발광모듈기판(130)의 둘레 영역에 압력을 가하여, 상기 렌즈(110), 제1 보호링(120) 및 상기 발광모듈기판(130)을 상기 방열체(150)의 제2 수납홈(152)에 견고히 고정시킬 수 있으므로, 상기 조명 장치(1)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 체결홈(103)은 상기 가이드부재(100)를 상기 방열체(150)에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 상기 방열체(150)의 제1 체결부재(154)의 홀과 상기 가이드부재(100)의 상기 체결홈(103)을 대향시킨 후, 상기 제1 체결부재(154)의 홀 및 상기 체결홈(103)에 나사를 삽입함으로써 상기 가이드부재(100) 및 상기 방열체(150)를 결합시킬 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 조명 장치(1)의 전원제어부(160), 발광모듈기판(130) 등의 내부 부품의 교체가 필요한 경우, 상기 가이드부재(100)는 상기 방열체(150)에서 용이하게 분리될 수 있으므로, 사용자 등이 용이하게 상기 조명 장치(1)의 유지 보수를 실시할 수 있다.
상기 다수의 제1 방열홀(102)은 상기 가이드부재(100)의 내측과 외측 사이에 형성되며, 상기 다수의 제1 방열홀(102)은 상기 조명 장치(1) 내부의 공기 흐름을 원활하게 함으로써 방열 효율을 극대화할 수 있다. 이하, 이에 대해 설명한다.
도 13은 실시예에 따른 조명 장치(1)의 하부 영역을 나타내는 확대 단면도이고, 도 14는 상기 조명 장치(1)의 하면도이고, 도 15는 상기 조명 장치(1)의 상면도이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 상기 다수의 제1 방열홀(102)을 통해 상기 조명 장치(1) 내부로 유입된 공기(AIR)는 상기 방열체(150) 측면의 요 구조(b) 및 철 구조(a)로 흐르게 된다. 그리고, 공기 대류 원리에 의해, 상기 방열체(150)의 요철 구조 사이를 통과하여 데워진 공기(AIR)는 상기 내부 케이스(170)와 상기 외부 케이스(180) 사이에 형성된 다수의 통풍홀(182)을 통해 빠져나갈 수 있다. 또는, 상기 다수의 통풍홀(182)로 유입된 공기가 상기 다수의 제1 방열홀(102)을 통해 빠져나갈 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
즉, 상기 다수의 제1 방열홀(102) 및 상기 다수의 통풍홀(182)에 의해 공기 대류 원리를 이용한 방열이 가능해지므로, 상기 조명 장치(1)의 방열 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 가이드부재(100)의 공기 유입 구조의 형태는 이에 한정되지는 않으며, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 것처럼, 다른 실시예에 따른 가이드부재(100A)는 내측면이 요철 구조를 가지도록 형성되어, 요 구조(102A)를 통해 공기(AIR)가 유입될 수도 있다.
<렌즈(110)>
도 4 및 도 13을 참조하면, 상기 렌즈(110)는 상기 발광모듈기판(130) 아래에 형성되어 상기 발광모듈기판(130)에서 방출되는 빛의 배광을 조절한다.
상기 렌즈(110)는 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어, 상기 렌즈(110)는 파라볼라 형태의 렌즈, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 렌즈(110)는 상기 발광모듈기판(130) 아래에 제1 거리(h) 이격되도록 배치될 수 있으며, 상기 제1 거리(h)는 상기 조명 장치(1)의 설계에 따라 0mm 내지 50mm일 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 거리(h)는 상기 발광모듈기판(130)과 상기 렌즈(110) 사이에 배치되는 상기 제1 보호링(120)에 의해 유지될 수 있다. 또는, 상기 방열체(150)의 제2 수납홈(152)에 상기 렌즈(110)를 지지할 수 있는 별도의 지지부를 형성함으로써, 상기 발광모듈기판(130)과 상기 렌즈(110) 사이에 상기 제1 거리(h)가 유지될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 렌즈(110)는 상기 가이드부재(100)에 의해 고정될 수 있다. 즉, 상기 가이드부재(100)의 내측면은 상기 렌즈(110)와 접촉하며, 상기 가이드부재(100)의 내측면에 의해 상기 렌즈(110) 및 상기 발광모듈기판(130)은 상기 방열체(150)의 제2 수납홈(152)에 압착되어 고정되게 된다.
상기 렌즈(110)는 유리, PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbornate) 등의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 조명 장치(1)의 설계에 따라, 상기 렌즈(110)는 형광체를 포함하도록 형성되거나, 상기 렌즈(110)의 입사면 또는 출사면에 형광체를 포함하는 광여기 필름(PLF:Photo Luminescent Film)이 부착될 수도 있다. 상기 형광체에 의해 상기 발광모듈기판(130)에서 방출되는 광은 파장이 변화되어 출사되게 된다.
<내부 케이스(170)>
도 17은 상기 내부 케이스(170)의 사시도이다.
도 4 및 도 17을 참조하면, 상기 내부 케이스(170)는 상기 방열체(150)의 상기 제1 수납홈(151)에 삽입되는 삽입부(174), 외부 전원과 전기적으로 연결되는 연결 단자(175) 및 상기 외부 케이스(180)와 결합되는 제2 체결부재(172)를 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(170)는 절연성 및 내구성이 뛰어난 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 삽입부(174)는 상기 내부 케이스(170)의 하부 영역에 형성되며, 상기 삽입부(174)의 측벽은 상기 제1 수납홈(151)에 삽입되어 상기 전원제어부(160)와 상기 방열체(150) 사이의 전기적 쇼트 등을 방지함으로써 상기 조명 장치(1)의 내전압을 향상시킬 수 있다.
상기 연결 단자(175)는 예를 들어, 소켓(socket) 방식으로 외부 전원에 연결될 수 있다. 즉, 상기 연결 단자(175)는 정점에 제1 전극(177), 측면부에 제2 전극(182) 및 상기 제1 전극(177) 및 제2 전극(182) 사이로 절연부재(179)를 포함할 수 있으며, 상기 제1,2 전극(177)은 외부 전원에 의해 전원을 제공받을 수 있다. 다만, 상기 연결 단자(175)의 형태는 상기 조명 장치(1)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있으므로, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 체결부재(172)는 상기 내부 케이스(170)의 측면에 형성되어 다수의 홀을 포함할 수 있으며, 상기 다수의 홀에 나사 등이 삽입되어 상기 내부 케이스(170)와 상기 외부 케이스(180)를 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 내부 케이스(170)에는 다수의 제2 방열홀(176)이 형성되어, 상기 내부 케이스(170) 내부의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
<전원제어부(160) 및 내부 케이스(170)의 내부 구조>
도 4를 참조하면, 상기 전원제어부(160)는 상기 방열체(150)의 제1 수납홈(151)에 배치될 수 있다.
상기 전원제어부(160)는 지지기판(161)과, 상기 지지기판(161) 상에 탑재되는 다수의 부품(162)을 포함할 수 있는데, 상기 다수의 부품(162)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 발광모듈기판(130)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 발광모듈기판(130)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 도시된 바와 같이, 상기 지지기판(161)은 상기 내부 케이스(170) 내의 공기 흐름을 원활히 하기 위해 수직 방향으로 세워져 배치될 수 있다. 따라서, 상기 지지기판(161)이 수평 방향으로 배치되는 경우에 비해, 상기 내부 케이스(170) 내부에 상하 방향으로 대류 현상에 의한 공기 흐름이 발생할 수 있게 되므로, 상기 조명 장치(1)의 방열 효율이 향상될 수 있다.
한편, 상기 지지기판(161)은 상기 내부 케이스(170) 내에 수평 방향으로 배치될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전원제어부(160)는 상기 내부 케이스(170)의 연결 단자(175) 및 상기 발광모듈기판(130)과 각각 제1 배선(164) 및 제2 배선(165)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로는, 상기 제1 배선(164)은 상기 연결단자(175)의 제1 전극(177) 및 제2 전극(182)과 연결되어, 외부 전원으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 제2 배선(165)은 상기 방열체(150)의 관통홀(153)을 통과하여 상기 전원제어부(160) 및 상기 발광모듈기판(130)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
그런데, 상기 지지기판(161)이 상기 내부 케이스(170) 내에 수직 방향으로 세워져 배치되므로, 상기 조명 장치(1)를 장시간 사용하는 경우 상기 제2 배선(165)이 상기 지지기판(161)에 눌려 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 실시예에서는, 도 18에 도시된 것처럼 상기 방열체(150)의 바닥면에 상기 관통홀(153)의 주위로 돌출부(159)를 형성하여, 상기 지지기판(161)을 지지하는 동시에 상기 제2 배선(165)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
<외부 케이스(180)>
상기 외부 케이스(180)는 상기 내부 케이스(170)와 결합되어 상기 방열체(150), 발광모듈기판(130), 전원제어부(160) 등을 수납하고, 상기 조명 장치(1)의 외관을 이룰 수 있다.
상기 외부 케이스(180)에 의해 상기 방열체(150)가 노출되지 않으므로 화상 사고 및 감전 사고를 방지될 수 있으며, 사용자가 상기 조명 장치(1)를 용이하게 취급할 수 있다. 이하, 상기 외부 케이스(180)에 대해 상세히 설명한다.
도 19는 상기 외부 케이스(180)의 사시도이다.
도 19를 참조하면, 상기 외부 케이스(180)는 상기 내부 케이스(170) 등이 삽입되는 개구부(181)와, 상기 내부 케이스(170)의 제2 체결부재(172)와 결합되는 결합홈(183)과, 상기 조명 장치 내에 공기를 유입 또는 방출하는 상기 다수의 통풍홀(182)을 포함할 수 있다.
상기 외부 케이스(180)는 절연성 및 내구성이 뛰어난 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 외부 케이스(180)의 상기 개구부(181)로 상기 내부 케이스(170)가 삽입되고, 상기 결합홈(183) 및 상기 내부 케이스(170)의 제2 체결부재(172)를 나사 등에 의해 서로 결합함으로써, 상기 외부 케이스(180) 및 상기 내부 케이스(170)가 서로 결합될 수 있다.
상기 다수의 통풍홀(182)은 앞에서 설명한 것처럼, 상기 가이드부재(100)의 다수의 제1 방열홀(102)과 함께 상기 조명 장치(1) 내의 원활한 공기 흐름을 가능하게 하여 상기 조명 장치(1)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도시된 것처럼, 상기 다수의 통풍홀(182)은 상기 외부 케이스(180)의 상면의 둘레 영역에 형성될 수 있으며, 부채꼴의 호 형상을 가질 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 상기 결합홈(183)은 상기 다수의 통풍홀(182)들 사이에 형성될 수 있다.
한편, 상기 외부 케이스(180)의 측면에는 방열 효율을 향상시키기 위한 다수의 홀(184) 및 상기 조명 장치(1)의 취급을 용이하게 하기 위한 마킹홈(185) 중 적어도 하나가 형성될 수 있다. 다만, 상기 다수의 홀(184) 및 상기 마킹홈(185)은 형성되지 않을 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 가이드 부재
110: 렌즈
120: 제1 보호링
130: 발광모듈기판
140: 방열패드
150: 방열체
160: 전원제어부
170: 내부 케이스
180: 외부 케이스

Claims (7)

  1. 복수의 발광소자;
    상기 복수의 발광소자가 배열되고, 다층구조를 가지는 기판; 및
    상기 기판을 수납하기 위한 수납홈을 가지며, 상기 복수의 발광소자로부터의 열을 방열하는 방열체;
    를 포함하되,
    상기 기판은
    상측부와 하측부에 각각 배치된 도체층과 상기 도체층 사이에 배치된 절연층을 포함하고,
    상기 기판의 중심 축으로부터 상기 도체층의 최외각 단까지의 길이는 상기 기판의 중심 축으로부터 상기 절연층의 최외각 단까지의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체층의 최외각 단까지의 길이에서 상기 절연층의 최외각 단까지의 길이는 적어도 5mm 이상인 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은
    상기 복수의 발광소자가 배열되는 제 1 도체층;
    상기 제 1 도체층 하부에 배치되는 제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층 하부에 배치되는 FR4 동박적층판(Copper Clad Laminate sheet, CCL);
    상기 FR4 동박적층판 하부에 배치되는 제 2 절연층;
    상기 제 2 절연층 하부에 배치되고, 상기 수납홈의 바닥면 위에 배치되는 제 2 도체층; 및
    상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 제 1 절연층, 상기 FR4 동박적층판 및 상기 제 2 절연층을 관통하여 형성된 비아
    를 포함하는 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판은
    상기 제 1 절연층과 상기 FR4 동박적층판 사이에 배치되는 제 3 도체층; 및
    상기 FR4 동박적층판과 상기 제 2 절연층 사이에 배치되는 제 4 도체층
    을 더 포함하는 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은
    상기 상측부에 배치된 도체층에서 상기 복수의 발광소자가 배치될 영역을 제외한 나머지 영역과 상기 절연층에서 상기 상측부에 배치된 도체층이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역 위에 형성된 숄더 마스크를 더 포함하는 조명 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 숄더 마스크는
    상기 절연층에서 상기 하측부에 배치된 도체층이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역 아래에 더 형성된 조명 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 숄더 마스크는 상기 복수의 발광소자에서 발광되는 빛을 반사하기 위한 색상을 가지는 조명 장치.
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