KR101265845B1 - 열 분산 서포트를 가진 발광 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

발광 어셈블리(light emitting assembly)는 상기 어셈블리로부터 열을 분산시키기 위한 금속 기판을 포함한다. 상기 금속 기판은 전기적 절연 레이어 또는 적어도 한쪽 면 상의 코팅을 포함한다. 회로 트레이스는 후막 기술(thick film technique) 또는 박막 기술(thin film technique)을 이용하는 전기적 절연 레이어에 의해 제공되어진다. 회로 트레이스의 적어도 단부들은 발광 요소의 도선(lead)들이 솔더링(soldering)되어지거나 또는 와이어-본드(wire-bond) 되어지는 금속 섹션을 포함한다. 금속 섹션은 아래에 놓인 기판으로 열을 전달하거나 또는/및 기판에서 이격된 재료로부터 빛을 반사하도록 발광 요소에 인접하여 제공되어진다. 깨끗한 마감은 반사되는 금속 섹션이 오염되지 않도록 한다.

Description

열 분산 서포트를 가진 발광 어셈블리 {LIGHT EMITTING ASSEMBLY WITH HEAT DISSIPATING SUPPORT}
도 1은 본 발명의 발광 어셈블리(light emitting assembly)의 기판의 평면도
도 2는 조립된 LED를 가지는 기판을 도시하는 화살표에 의해서 지시된 방향으로 도시되어진, 선 2--2를 따라서 취해진 도 1의 어셈블리의 확대된 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 대하여 도 2와 유사하게 도시된 확대된 단면도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 도 2 및 도 3과 유사하게 도시된 확대된 단면도
도 5는 본 발명의 다양한 LED를 도시하는 테스트 패널(panel)의 부분
도 6은 본 발명에 따른 LED 형성의 다른 세트를 도시하는 테스트 패널의 부분
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,10',10" : 발광 어셈블리 12,12',12" : 금속기판
14 : 회로 트레이스 16 : 발광요소 또는 LED
18,18',18" : 전기적 절연코팅 29 : 전류제한 저항기
22,24,26 : 터미널 30 : 금속패치 또는 섹션
31,31' : 래커 32 : 보호코팅
34,44,44" : 내부반사기 36,46,46" : 열전달 부재
48,104 : 개구부 50,100 : 테스트 패널
본 발명은 어셈블리의 작동온도(operating temperature)를 감소시키기 위한 열 분산 서포트(heat dissipating support)를 가지는 개선된 발광 어셈블리(light emitting assembly)에 관한 것이다.
광원(light source)은 LED로 공지된 발광다이오드와 같은 발광 요소의 어셈블리로 발전되고 있다. LED의 어셈블리들은 많은 고용량(high volume) 적용들에서 사용되어지고 있거나 또는 사용되어지는데, 이는 상기 어셈블리들이 소비되는 전원에 비례하는 실질적인 빛을 발생하고 장기간 존속하며 그리고 매우 신뢰할 수 있기 때문이다. 그러한 적용예의 한 가지는 헤드라이트, 후미등 그리고 지시등과 같은 자동차용 광원이다. 다른 적용예들은 형광등(florescent light)과 백열등(incandescent light) 등을 위한 대체(replacement)를 포함한다.
특히 동일한 서포트(support) 상에서 다수가 사용되어질 때 고출력 LED(high output LED)들은, 현저한 양의 열을 발생하고 현재의 LED들은 약 100℃ 보다 더 뜨겁게 될 때 밝기(brightness)가 약하게 되기 때문에 문제점을 가지고 있다. 상업적으로 생산되는 고출력 LED 어셈블리에서 열을 분산시키기 위한 접근방법은 현재 두 가지가 있다. 첫 번째는 알루미늄 히트 싱크(aluminum heat sink)에 접착되어지는 회로기판(circuit board)에 LED를 제공하는 것이다. 회로기판 및 접착제(glue)들은 꽤 우수한 단열재(thermal insulator)이고 따라서 열원을 히트싱크로부터 단열시키기 때문에 열을 분산시키기 위한 특별히 효과적인 기술은 아니다. 두 번째 방법은 알루미늄 판에 부착되어진 에폭시 레이어(epoxy layer)에 LED를 제공하는 것이다. 에폭시 레이어는 전기적인 이유로 전기 절연체(electrical insulator)로서 작동하지만, 이는 우수한 단열재와 유사하며 따라서 열원으로부터 히트싱크를 단열시킨다.
미국특허 제5,857,767호는 양극처리(anodize)되어지거나 또는 열적 전도성 접착제, 예를 들어 분산된 금속입자들을 가지는 접착제를 사용함으로서 전기적 절연레이어로 코팅되어지는 알루미늄 히트싱크에 LED를 제공하는 것을 개시하고 있다. 이러한 접근방법에는 여러 가지 문제점이 있다. 첫째, 전도성 접착제들은 전기적 그리고 열적 전도성 모두에 있어서 솔더(땜납,solder)보다 더 열등하다. 둘째, 전자 어셈블리 공정(electronics assembly process)은, 선호적으로 솔더되어지는 구성성분의 부착과 접착적으로 결속되어져야만 하는 구성성분의 부착의 두 단계를 필요로 한다.
미국특허 제4,628,422호, 제4,729,076호, 제4,742,432호, 제4,935,665호, 제5,528,474호, 제5,632,551호, 제5,782,555호, 제5,785,418호, 제6,016,038호, 제6,045,240호, 제6,161,910호, 제6,435,459호, 제6,480,389호, 제6,517,218호 및 제6,582,100호에서 이러한 관심사들을 개시하고 있다.
본 발명에 있어서, 발광 어셈블리(light emitting assembly)는 기판(substrate) 또는 히트싱크(heat sink)와, 기판 상의 일련의 회로 트레이스(circuit trace) 그리고 하나 또는 그 이상의 발광요소(light emitting element)를 포함한다. 상기 기판 또는 히트싱크는 얇은 전기적 절연레이어로 코팅되어지는 금속이다. 선호적으로 상기 금속은 전기적 절연레이어를 발생하도록 양극처리(anodize)되어진다. 상기 금속은 어떠한 적절한 형태로 될 수도 있지만, 선호적으로는 알루미늄, 마그네슘 그리고 이들의 합금과 같이 양극처리가능한 형태로 되어진다. 기판은 아래에 놓인 금속에 직접적으로 부착되어진 얇고, 강인한(tough) 전기적 절연 코팅을 생성하도록 전통적인 방법으로 양극처리되어진다. 양극처리된 알루미늄 기판은 저렴한 비용, 구조적인 강도 그리고 높은 열 분산성능의 세 가지 우수한 장점을 가진다. 특정한 상황에 있어서, 기판은 LED로부터 기판에 직접적인 열 경로를 제공하기 위하여, 섹션(section)들에 양극처리되지 않은 레이어를 제공하도록 마스크(mask)되어진다. 또한 기판의 마스크된 섹션들은 LED로부터 빛을 반사하고 따라서 어셈블리로부터 발산되는 빛의 양을 증가시키고 기판에 의해 흡수되어지는 에너지의 양을 감소하도록 사용되어질 수도 있다.
본 발명의 LED 어셈블리의 회로 트레이스(circuit trace)는 적용에 따라서 박막 기술(thin film technique) 또는 후막 기술(thick film technique)에 의해 만들어질 수도 있다. 박막 기술은 더 비싸지만, 전기적 절연레이어가 후막 장치의 제작에서 요구되어지는 열 처리(heat process)에 의해 저하(degrade)되어지지 않기 때문에 더 높은 전압에서 작동가능한 장치를 생산할 수 있다. 또한 박막 기술은 더 미세한 기하(finer geometry)로 알려진, 단위면적당 더 많은 구성요소의 결과로 되는 더 작은 라인 폭(line width)을 허용한다. 종래의 기술에서 공지된 바와 같이, 전통적인 박막 기술은 증기증착(vapor deposition) 또는 기판 상으로 전도성 재료의 스퍼터링(sputtering)에 의해 전기적으로 절연된 기판에 회로 트레이스를 제공한다.
후막 기술은 약 100 마이크론(micron)까지 크기가 감소되는 특징을 가지는 저렴한 비용의 어셈블리를 생산하는 경향이 있다. 종래의 기술에서 공지된 바와 같이, 전통적인 후막 기술은 일반적으로 스크린 프린팅(screen printing) 또는 직접 쓰기 기술(direct writing technique)에 의해서 잉크를 전기적으로 절연된 기판에 제공하고 오븐에서 잉크를 양생하는 것에 의해서 회로 트레이스를 제공한다. 따라서 LED, 전원(power supply) 그리고 최종 생성물의 작동에서 필요할 수 있거나 또는 요구되어질 수 있는 다른 회로 또는 구성성분 사이에 전류경로(current path)를 제공하도록, 회로 트레이스는 후막 기술 또는 박막 기술에 의해 기판에 제공되어진다.
더욱 명백하게 되어지는 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은 회로 트레이스를 제공하며, 특히, LED에 인접하거나 또는 아래에 윤이 나는 금속패치(shiny metallic patch)를 제공하도록 은 또는 은 기반 재료(silver based material)를 사용하는 것이다. 은 기반 회로 트레이스는 종래의 기술로서 솔더링 되어지거나 또는 와이어 본드(wire-bond)되어질 수 있어서, 모든 연결(conncetion)들이 하나의 프로세스 단계에서 만들어질 수 있다. 은 패치들은 공기 속에서 오염되어지는 경향이 있기 때문에, 은 패치들은 깨끗한 래커(lacquer)로서 오버프린트(overprint) 되어진다. 따라서 은 패치들은 기판의 반사도(reflectivity)를 증가시키고, 기판에 의한 에너지 흡수를 최소화하며, 어셈블리로부터의 방출되는 빛을 최대화 한다. 여기서 사용되어진 바와 같이, 용어 "은 풍부 코팅(silver rich coating)"은 은(silver) 또는 은 및 유리의 혼합물과 같은 은 기반 재료(silver based material)의 코팅을 의미하는 것이다.
어떤 상업적으로 이용가능한 LED는 장치의 베이스 상에 금속의 열전달 재료 및 내부 반사기(internal reflector)를 포함할 수 있다. 다른 상업적으로 이용가능한 LED는 내부 반사기 또는/및 열전달 재료를 포함하지 않는다. 상기 양자 모두의 경우에 있어서, 금속의 열전달 재료를 인접하고 따라서 열 분산(heat dissipation)을 개선하거나 또는, 만일 그렇지 않으면 기판에 의해서 흡수되어지게 되는 LED로부터의 빛을 반사하도록 하여 어셈블리로부터 발산되는 빛의 양을 증가시키도록, 본 발명의 어셈블리는 LED의 베이스, 특히 예정된 영역(predetermined area)의 평평한 섹션을 가진 열전도성 베이스에 인접하는 금속 섹션(metallic section)을 포함한다.
대안적으로는, 전기적 절연레이어(insulating layer) 또는 양극처리된 레이어(anodized layer)의 영역들은, 베어 메탈 기판(bare metal substrate)을 LED로 노출시키고 따라서 열 분산을 개선하거나 또는/및 반사도를 개선하는 그 적용과정 동안 마스크(mask)되어질 수도 있다.
LED로부터의 도선(lead)은 종래의 솔더링(soldering) 또는 와이어 본딩(wire-bonding)에 의해서 회로 트레이스에 연결되어진다. 이는 솔더링 또는 와이어-본딩과 양립가능한 재료의 회로 트레이스를 만드는 것에 의해서 또는/및 솔더링 또는 와이어-본딩과 양립가능한 회로 트레이스의 터미널에 금속 섹션을 제공하는 것에 의해서 실행되어진다. 솔더링 및 와이어-본딩은 LED를 기판에 결속시키기 위한 선호적인 기술인데, 이는 용이하게 자동화되어지고, 다른 구성요소들이 기판에 솔더링되어지거나 와이어-본드되어지는 것과 동시에 처리되어질 수 있으며, 그리고 높은 열적 및 전기적 전도성의 내구적인 연결(durable connection)을 제공하기 때문이다.
본 발명의 목적은 개선된 발광 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기적 절연 코팅을 가지는 금속 기판과, 상기 코팅에 제공되어지는 하나 또는 그 이상의 회로 경로(circuit path) 그리고 상기 회로 경로에 솔더링(solder)되어지거나 또는 와이어-본드되어진 하나 또는 그 이상의 발광 요소를 포함하는 개선된 발광 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 전류 제한 저항기(current limiting resistor)가 어셈블리 내에 포함되어진 개선된 발광 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 은 패치들이 전기적으로 절연된 금속 기판에 제공되어지고 발광 요소로부터 발산되는 빛의 반사기(reflector)로서 작용하는 개선된 발광 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기한 목적 및 다른 목적들은 첨부된 도면과 특허청구범위를 참고로 하여 다음에서 기술되는 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1 및 도 2와 관련하여, 본 발명의 발광 어셈블리(light emitting assembly, 10)가 도시되어지는데, 상기 어셈블리의 주된 구성요소는 금속 기판 또는 히트싱크(heat sink) (12), 그리고 상기 기판 상의 일련의 회로 트레이스(circuit trace, 14) 그리고 일련의 발광 요소 또는 LED(16) 이다. 상기 발광 요소는 금속성 하부 표면을 포함하며, 금속성 하부 표면은 솔더링 가능한 커넥터에 인접하게 된다. 상기 어셈블리(10)는 자동차 헤드라이트, 후미등, 브레이크등과 같은 다양한 적용분야를 위한 광원(light source)을 제공하도록 또는 일련의 LED가 빛을 전달하도록 사용되어지는 비-자동차 광원을 제공하도록 사용되어질 수 있다.
기판 또는 히트 싱크(12)는 적절한 열 분산 성질, 강도, 비용 그리고 얇은 전기적 절연레이어 또는 코팅(18)의 수용가능성을 가지는 적절한 금속으로 될 수 있다. 선호적인 금속은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 납철(pot metal)을 포함한다. 전기적 절연 코팅(18)은 10 마이크로(micron)에서 천 마이크론의 두께로 형성되어지며, 선호적으로는 50 내지 100 마이크로이다. 전기적 절연 코팅(18)은 어떠한 적절한 형태로 될 수도 있으며 그리고 어떠한 적절한 방법으로 제공되어질 수도 있다. 상기 코팅(18)은 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 제공되어지고 다음으로 오븐(oven)내에서 구워(fire)지거나, 플라즈마 스프레이 기술으로 제공되어지거나 또는 법랑(porcelain enamel)로서 제공되어질 수도 있다. 따라서, 양극처리층, 후막 레이어 코팅, 법랑 및 플라즈마 스프레이로 구성된 그룹에서 선택된 전기적 무기(inorganic) 절연 코팅이 기판에 제공될 수 있다. 그러나 코팅(18)은 양극처리된 코팅인 것이 선호되어지며, 이는 기판(12)의 금속이 선호적으로는 알루미늄, 마그네슘 그리고 이들의 합금과 같이 양극처리 가능한 금속이라는 것을 의미한다. 기판을 위한 최적의 재료는 양극처리된 알루미늄 합금인데, 이는 높은 열분산 성능, 구조적 강도 그리고 낮은 비용의 조합 때문이다. 기판(12)은 박막 레이어(thin film layer) 또는 후막 레이어(thick film layer)를 제공하는데 필요하거나 또는 편리한 평편한 표면(flat surface)을 포함하고, 그리고 열 분산 핀(heat dissipating fin), 물결 모양(corrugation) 또는 기판(12)의 열 반사 성능(heat rejecting capacity)을 증가시키도록 평편한 측면의 반대편 측면 상에 파동(undulation)이 증가되는 다른 불규칙 면적을 포함할 수도 있다.
회로 트레이스(14)는 종래의 기술에 의해 제공되어지는 후막 코팅 또는 박막 코팅이 될 수도 있다. 저 전압 장치(low voltage device)는 프린팅 기술(printing technique)에 의해 잉크가 코팅(18)에 제공되어지는 후막 기술(thick film technique)을 이용하여 일반적으로 만들어진다. 종래의 프린팅 기술은 스크린 프린팅, 직접 쓰기(direct writing) 등을 포함한다. 프린팅 후에, 코팅(18) 상에 접착성 전기 전도성 회로 트레이스 또는 경로(14)를 생성하도록, 기판은 잉크를 가열(fire)하는 오븐을 통하여 지나가게 되어져서 후막(thick film) 잉크의 유리 성분이 용해되도록 한다. 잉크를 양생(curing)하는 공정에서, 약 400℃ 이상의 온도에서 기판(12)을 가열(firing)하는 것은 양극처리된 레이어(18)의 전기적 절연 성질을 저감시킨다. 이러한 이유로, 더 높은 전압 장치(higher voltage device)들은 접착성 전기 전도성 회로 트레이스들이 스퍼터링(sputtering), 증기 증착(vapor deposition) 또는 높은 온도를 필요로 하지 않는 다른 적절한 박막 기술에 의해서 증착되어지는 박막 기술에 의해서 만들어진다. 박막(thin film)이라는 구문은 레이어(layer)이 약 200 내지 20,000 옴스트롱(angstrom)에 있는 공정 및 생산물에 관한 것으로 당업자들에게 공지되어져 있다. 후막(thick film)이라는 구문은 레이어(layer)가 8 내지 50 마이크론에 있는 공정 및 생산물에 관한 것이다.
회로 트레이스(14)는 어셈블리(10)의 요구되는 회로를 제공하도록 상기 트레이스(14)의 단부들에서의 다양한 터미널(terminal, 22,24,26) 사이에서 연장된다. 박막 장치(thin film device)에서, 상기 회로 트레이스(14) 및 터미널(22,24,26)들은 높은 전도성(conductivity), 솔더링(soldering) 또는 와이어-본딩(wire-bonding) 작업과의 양립성(compatibility) 그리고 높은 반사도(reflectivity)를 제공하도록 은(silver)이 되는 것이 선호된다. 후막 장치(thick film device)에 있어서는, 양극처리된 레이어(anodized layer, 18) 상으로 은 기반 잉크(silver based ink)를 프린팅하고 다음으로 잉크를 가열(fire)함에 의해서 회로 트레이스(14), 터미널(22,24,26)들이 만들어진다. 적절한 은 기반 잉크는 펜실바니아, Elverson의 Metech Polymers로부터 입수가능한 은-유리-캐리어(silver-glass-carrier) 혼합물이고, Type 3270으로 알려져 있다. 따라서 회로 트레이스(14) 및 터미널(22,24,26)들은 동일한 재료로 되는 것이 선호되고, 동일한 공정 단계동안 동시에 놓여지게 된다.
터미널(26)의 일부는 기판(12)의 가장자리 상에 위치되어질 수도 있으며, 그리고 솔더링 또는 이와 유사한 것에 의해서와 같이 어셈블리(10)의 측면으로부터 연장되며 그 중 하나는 전원(power source)으로 연장되는 (도시되지 않은) 커넥터 (connector)에 결속되어질 수도 있다. 대안적으로, 터미널(26)은 트레이스(14) 아래의 (도시되지 않은) 회로 트레이스를 통하여 연결되어질 수도 있다. (도시되지 않은) 회로 트레이스가 트레이스(14) 아래에 제공되어지는 경우에는, 트레이스를 위한 전기적 절연 베이스를 제공하기 위하여 전기적 절연 레이어가 제공되어지고 다음으로 양생되어진다. 추가적인 기능들이 어셈블리(10)에 의해서 요구되어지는 경우에는, 하나 또는 그 이상의 추가적인 구성요소들이 기판(12) 상의 영역(28) 내에 위치되어질 수도 있다.
본 발명의 중요한 특징은 어셈블리(10)의 회로 내에 전류 제한 저항기(29)가 포함되어질 수 있는 가능성이다. 상기 저항기(resistor, 29)는 회로 트레이스(14)를 위한 선택에 따라서 후막 또는 박막 형태로 되어지고, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride)과 같이 적절한 저항성 재료로 구성된다. 기판(12)은 특히 고온에 적응하기에 적합하기 때문에, 작은 크기로 된 저항기(29)의 함유물(inclusion)은 어떠한 열적 문제를 제공하지 않는다.
LED(16)로부터 벗어나게 열을 전달하거나 또는/및 기판(12)으로부터 벗어나 있는 LED로부터의 빛을 반사하기 위하여 금속 패치 또는 섹션(section, 30)은 LED(16) 아래 또는 인접하여 제공되어진다. 본 발명의 중요한 특징은, 회로 트레이스(14), 터미널(24,26,28) 그리고 패치(30)들이 박막장치의 경우에는 은이고, 후막장치의 경우에는 은 기반 재료인 것이다. 이러한 은의 재료를 만드는 것은, 솔더링 또는 와이어 본딩과 같은 금속 액적 연결(metal droplet connection)과의 양립성을 제공하며, LED와 금속 기판(12) 사이에 우수한 열적 전도성을 제공하고, LED로부터 발산되는 현저한 양의 빛을 반사하고 따라서 사용가능한 빛의 양을 최대한으로 하고 기판으로 전달되어지는 에너지의 양을 최소로 한다.
패치(patch, 30)는 회로 트레이스(14) 및 터미널(22,24,26)과 같은 재료로 만들어지는 것이 선호되며, 따라서 트레이스(14) 및 터미널(22,24,26)과 같이 동일한 공정단계동안 그리고 동시에 놓여질 수도 있다. 패치(30)의 오염을 최소화하기 위하여, 패치들은 래커(lacquer, 31)와 같이 깨끗한 또는 투명한 마감(finish)으로 코팅되어지는 것이 선호된다. 도 1에서 잘 도시되어진 바와 같이, 패치는 반사도를 위하여 의존되어지는 유일한 구성요소이기 때문이기 때문에, 래커(31)는 일반적으로 패치(30) 만을 덮는다.
도 1 및 도 2에서 잘 도시되어진 바와 같이, 회로 트레이스(14)를 보호하기 위하여 보호 코팅(32)이 기판(12)의 평편한 표면에 제공되어진다. 보호 코팅(32)의 적용 동안, 만일 필요하다면 터미널(22,24,26) 및 패치(30)들은 마스크 제거(mask off) 되어질 수도 있으며, 따라서 터미널 및 패치들이 실질적으로 설더링되어지기 때문에 또는 보호 코팅이 그 반사도(reflectivity)를 간섭하기 때문에 이들은 노출되어지게 된다. 전체 기판(12)을 위하여 깨끗하거나 또는 투명한 보호코팅의 사용은 별개의 깨끗한 마감(31)을 위한 필요성을 제거하게 되는 것이 명백하게 된다.
도 2의 실시예에 있어서, LED(16)는 내부 반사기(internal reflector, 34) 및 금속 열전달 부재(36)를 포함하는 형태로서 도시되어진다. 상기 열전달 부재(36)는 패치(30)와 접촉하거나 또는 패치(30)에 나란히 놓여지게 되며, 따라서 LED로부터 벗어나서 히트 싱크(heat sink, 12)로의 열 전달을 조장하게 된다. LED(16)의 도선(lead, 38)은 종래의 솔더링 또는 와이어 본딩 작업의 결과로서 금속의 응고된 액적(solidified droplet)에 의해 터미널(22,24)에 연결되어진다. 솔더링 및 와이어-본딩 작업은 용이하고 통상적으로 자동화되어지기 때문에, 어셈블리(10) 상의 모든 연결들은, 특정의 솔더링과 특정의 열 접착 적용의 경우에서와 같이 일련의 단계들 보다는 동일한 공정 단계동안에 만들어 질 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서 LED와 금속 기판(12) 사이의 유일한 열적 장애는 얇은 전기적 절연코팅(18)이기 때문에, 어셈블리(10)는 LED에 의해서 발생되어진 열을 위한 효과적인 히트 싱크(heat sink)를 제공하는 것을 알 수 있다. 코팅(18)은 얇은, 즉 1000 마이크론 이하이고, 선호적으로는 약 100 마이크론이기 때문에, 많지 않은 정도의 열 투과도(thermal transmissivity)가 손실되어진다.
만일 LED(16)가 내부 반사기(34)를 가지지 않는 형태라면, 금속 패치(30)는 윤이 나며 은이기 때문에 LED로부터 발산되는 빛의 반사기로서 작동하는 것이 명백하다.
복수부호(apostrophe)를 가진 유사한 도면부호에 의해 유사한 구성요소가 도시되어진 도 3과 관련하여, 본 발명의 발광 어셈블리(10')는 그 주된 구성요소로서, 금속 기판 또는 히트 싱크(12'), 그리고 내부 반사기(44)를 제공하지만 더 뚜렷한 열 전달 부재(46)의 제공으로 LED(16)와는 다르게 되는 하나 또는 그 이상의 발광 요소 또는 LED(42)로 구성되어진다. 도 3의 실시예에 있어서, 열 전달부재(46)는 전기적 절연 코팅(18')과 직접적으로 접하게 되는데, 즉 금속 패치(30)들은 제거되어진다.
이중 복수부호를 가진 유사한 도면부호에 의해 유사한 구성요소가 도시되어진 도 4와 관련하여, 본 발명의 발광 어셈블리(10")는 그 주된 구성요소로서, 금속 기판 또는 히트 싱크(12")와 그리고 내부 반사기(44") 및 뚜렷하게 된 열 전달 부재(46")를 또한 포함하는 하나 또는 그 이상의 발광 어셈블리 또는 LED(42")로 구성되어진다. 도 4의 실시예에 있어서, 코팅(18") 내에 개구부(opening, 48)를 제공하도록 전기적 절연 코팅(18")의 적용과정 동안 기판(12")이 제거(mask off)되어지기 때문에 열 전달 부재(46")는 금속 기판(12")에 직접적으로 인접하게 되며, 따라서 열 전달 부재(46")은 금속 기판(12")에 직접적으로 인접하거나 또는 병렬배치되어지고 따라서 코팅(18")을 가로지르는 열 투과도의 손실이 없다.
만일 LED(42")가 내부 반사기(44")를 가지지 않는 형태로 되어진다면, 개구부(48)를 통하여 노출되어진 기판(12")은 특히 기판(12")이 알루미늄, 마그네슘 그 리고 이들의 합금과 같이 밝은 색 윤이나는 금속(light colored shiny metal)일 때 적절한 반사기를 제공한다. 이러한 경우에 있어서는, 반사도가 중요한 부위 내에서 기판(12")이 오염되어지지 않도록 기판(12")은 래커(31")와 같이 깨끗하거나 또는 투명한 마감으로서 코팅되어질 수도 있다.
도 5와 관련하여, 테스트 패널(test panel, 50)이 도시되어지는데, 여기에는 우측 상의 단일의 LED 어셈블리로부터 좌측 상의 4개 LED 어셈블리 범위의 서로 다른 일련의 LED 형상이 도시되어진다. 테스트 패널(50)은 양극처리된 코팅이 선호되는 전기적 절연 코팅(54)을 가지는 금속 기판 또는 히트 싱크(52)로 구성되어진다. 단일-LED 어셈블리(55)는 터미널(58)로서 종결되고 일반적으로 원 형태로 코팅(54) 상에 제공되어지는 한 쌍의 은 또는 은 기반 회로 트레이스(56)를 포함한다. 상기 터미널(58)은 일반적으로 솔더링 또는 와이어-본딩에 의해서 기판(52)의 측면에서 하부로 연장되는 (도시되지 않은) 커넥터에 연결되어진다. 회로 트레이스(56)는 LED(62)가 그 위에 위치되어지는 중앙 개구부(60) 둘레를 연장한다. 상기 LED(62)는 금속 액적(metal droplet, 66)에 의해서 회로 트레이스(56)에 접착되어지는 터미널(64)을 포함한다. 상기 회로 트레이스(56)는 LED(62)로부터의 빛을 반사하도록 작용하고 따라서 기판(52)에 의한 에너지 흡수를 최소화하고 광 생성을 최대로 한다.
LED(62)는 전기적 절연코팅(54)과 인접하거나 아니면 회로 트레이스(56) 내 의 개구부(60)에 의해 허용되어진 바와 같이 전기적 절연코팅(54)과 열적 접촉을 하고 따라서 금속 기판(52)과 열적 접촉을 하게 된다. 인접한 회로 트레이스(56) 사이의 슬릿(68)은 트레이스(56)를 전기적으로 분리하고 따라서 어떠한 전기적 전류도 LED(62)를 통해서 통과하기에 충분하다. 회로 트레이스(56)의 오염을 최소로 하기 위하여, 솔더링이 처리되어지는 섹션의 마스킹 제거에 의해서 또는 실질적으로 전체 회로 트레이스(56)에 걸쳐서 솔더링이 처리되어진 후에 깨끗한 마감(70)이 제공되어진다.
비록 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은, 요구되는 개수만큼의 LED들이 상기 배열 내에 포함되어질 수 있다고 인식하지만, 테스트 패널(50)은 또한 두개의 4-LED 어셈블리(72,74)를 포함할 수도 있다. 연속적으로 위치되어지는 LED(84,86)에 따라서 회로 트레이스(80,82) 내의 슬릿(slit, 76,78)의 패턴이 선택되어진다. 따라서 슬릿(76,78)은 회로 트레이스(80,82)로 솔더링 되어지거나 또는 와이어-본드 되어지는 LED(84,86) 및 그 도선(88,90)에 의해 전기적으로 연결되어지는 세그먼트로 회로 트레이스(80,82)를 나눈다. 회로 트레이스(80,82)는, 전원 공급 회로를 가진 종래의 배열에 의해 연결되는 터미널(92,94)을 제공한다. 회로 트레이스(80,82)의 오염을 최소화하도록, 솔더링이 처리되어지는 섹션을 마스킹 오프하는 것에 의해서 또는 실질적으로 전체 회로 트레이스(56)에 걸쳐서 솔더링이 처리되어진 후에 깨끗한 마감(70)이 제공되어진다.
도 6과 관련하여, 서로 다른 일련의 LED 형상을 도시하는 테스트 패널(100)이 도시되어진다. 테스트 패널(100)은 전기적 절연 코팅(106) 내의 다수의 윈도우(window) 또는 개구부(opening, 104)를 통하여 노출되어지는 금속 기판(102)을 포함하고 있다. 한 쌍의 회로 트레이스(108,110)는 코팅(106)에 제공되어지고, 회로 트레이스(108,110)를 전기적으로 절연하기에 충분한 크기의 갭(gap, 112)에 의해서 분리되어진다. LED(114)는 금속 액적(metal droplet, 118)에 의해 회로 트레이스(108,110)에 부착되어지는 터미널(116)을 포함한다. LED(114)로부터 발산되는 빛의 윤이나는 반사기(reflector)를 제공하도록, 회로 트레이스(108,110)는 은 또는 은 기반 재료이다. 또한 LED(114)는 회로 트레이스(108,110)에 인접하거나 그렇지 않으면 열적 접촉을 하고 따라서 전기적 절연 코팅(106) 및 금속 기판(102)과 열적으로 접촉하게 된다. 회로 트레이스(108,110)의 오염을 최소화하도록, 솔더링이 처리되어지는 섹션을 제거하는 것에 의해서 또는 실질적으로 전체 회로 트레이스(108,110)에 걸쳐서 솔더링이 처리되어진 후에 깨끗한 마감(120)이 제공되어진다.
회로 트레이스를 분리시키는 갭은, 예를 들어 3개의 열적 장치(122)를 제공하는 것과 같은 다양한 이유로 실질적으로 변하게 되어질 수도 있다. 갭(123)은 세 개의 도선(lead)이 장치(122)에 솔더링되어지거나 와이어-본드 되어지는 것을 허용하는 섹션(section, 124,126,128)으로 은 레이어(silver layer)를 나눈다. 회로 트레이스(124,126,128)의 오염을 최소화하도록, 솔더링이 처리되어지는 섹션을 제거하는 것에 의해서 또는 실질적으로 전체 회로 트레이스(124,126,128)에 걸쳐서 솔 더링이 처리되어진 후에 깨끗한 마감(130)이 제공되어진다.
도 6의 기판(132)에 의해서 도시되어진 바와 같이 다른 LED형상 또는 회로 트레이스 형상들이 제공되어질 수도 있다.
본 발명은 발광요소로부터의 빛을 반사하기 위한 그리고 열을 분산시키기 위한 효과적인 기술을 가지는 발광 어셈블리를 제공하는 것으로 이해되어진다.
비록 본 발명은 특정된 정도를 가진 선호적인 형상으로서 기술되어지고 개시되어지고 있지만, 선호적인 형태의 제시된 개시내용은 단지 실례에 의한 것이며, 다음에서 청구되는 바와 같이 본 발명의 사상이나 범위로부터 벗어남이 없이 구성이나 기능에 있어서 수많은 변형이 가능한 것으로 이해되어진다.

Claims (17)

  1. 발광 어셈블리에 있어서, 상기 어셈블리는
    양극처리층, 후막 레이어 코팅, 법랑 및 플라즈마 스프레이로 구성된 그룹에서 선택된 전기적 절연 코팅을 제공하는 금속 기판과;
    회로 내에 발광 요소들을 배치시키기 위한 전도성 경로들 및 터미널들을 제공하는 전기적 절연 코팅에 열 접착(fired and thereby bonded)되는 복수의 회로 트레이스를 포함하며, 상기 터미널은 금속 액적 연결과 양립될 수 있는(compatible) 조성물로 형성되며, 상기 회로 트레이스들은 그 내부에 은 또는 은 기반 재료(silver based material)를 가지며,
    예정된 영역(predetermined area)의 평평한 섹션을 가진 열전도성 베이스를 제공하고 금속 액적을 이용하여 터미널로 결합된 도선(lead)을 가진 복수의 발광 요소를 포함하며 및
    절연 코팅에 열 접착되며, 내부에 은 또는 은 기반 재료(silver based material)를 포함한 솔더링 가능한 금속코팅을 포함하고, 상기 금속코팅은 회로 트레이스로부터 이격되고 절연되며, 적어도 몇몇의 발광 요소의 베이스의 평평한 섹션은 금속코팅과 열교환을 하고, 이에 따라 기판과 전도성 열전달을 하는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속 기판은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 그리고 마그네슘 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택되어지며, 전기적 절연 코팅은 양극화 처리된 레이어인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연 코팅은 양생된 후막 코팅인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연 코팅은 법랑(porcelain enamel)인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연 코팅은 플라즈마가 제공된 코팅인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연코팅을 제공하는 금속 기판은, 상기 금속 기판에서 이격된 발광요소로부터 빛을 반사하는 윤이나는 금속 섹션을 제공하며, 따라서 어셈블리의 반사도를 증가시키고 상기 어셈블리로부터 발산되는 빛의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 발광 요소는 금속성 하부 표면을 포함하며, 상기 금속성 하부 표면은 솔더링 가능한 커넥터에 인접하는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 회로 트레이스 및 금속코팅은 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 회로 트레이스 및 금속코팅은 은(silver)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서, 회로 트레이스 및 금속코팅에 걸쳐서 투명한 마감(finish)으로 코팅되는 것을 추가로 포함하며 따라서 은의 오염을 감소시키는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  11. 제 9 항에 있어서, 회로 트레이스 및 금속코팅은 은 및 유리의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서, 회로 트레이스는 박막 트레이스인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서, 회로 트레이스는 후막 트레이스인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  14. 제 1 항에 있어서, 금속 액적(droplet) 연결이 솔더링된 연결인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  15. 제 1 항에 있어서, 금속 액적 연결이 와이어-본드된 연결인 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  16. 제 1 항에 있어서, 전기적 절연 코팅은 그 속에 하나이상의 개구부를 가지며, 하나 이상의 발광요소는 기판과 열전달 관계에 있는 코팅 내의 개구부에 걸쳐서 위치되어지는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서, 코팅 내의 개구부에 의해서 노출되어진 금속 기판은 금속 기판에서 나오는 빛을 반사하고 따라서 기판의 반사도를 증가시키고 어셈블리로부터 방출되는 빛의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 발광 어셈블리.
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