KR101324987B1 - 안정적인 조도 기능과 방열 기능을 제공하는 인쇄회로기판 및 이것을 이용한 조명 장치 - Google Patents

안정적인 조도 기능과 방열 기능을 제공하는 인쇄회로기판 및 이것을 이용한 조명 장치 Download PDF

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Abstract

인쇄회로기판은 절연층, 및 절연층의 일면에 적층되고 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 실장되며, 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성된 도전층을 포함한다. 상기 하나의 도전판은 적어도 두 개의 그룹들의 발광소자들 전체가 접촉 가능한 면적을 가질 수 있다.

Description

안정적인 조도 기능과 방열 기능을 제공하는 인쇄회로기판 및 이것을 이용한 조명 장치 {Printed circuit board providing radiant heat function and steady illuminance function and lighting apparatus using the same}
다수의 발광소자들이 실장되는 인쇄회로기판 및 이것을 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)은 다양한 전자 부품들이 실장되며, 이것들을 전기적으로 연결하는 도전 패턴(conductive pattern)이 형성되어 있는 기판을 말한다. 인쇄회로기판의 도전 패턴은 페놀 수지, 에폭시 수지 등 재질의 절연판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 동박(copper foil)을 압착시킨 후에 회로 설계에 따라 불필요한 부분을 제거함으로써 형성된다. 인쇄회로기판에 실장될 수 있는 전자 부품들 중 일부는 높은 열이 발생되기 때문에 인쇄회로기판의 방열 효과를 높이기 위한 연구가 진행되고 있다. 열이 발생되는 전자 부품의 대표적인 예로는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode) 등을 들 수 있다.
뛰어난 방열 기능과 발광소자들의 고장에 강인한 안정적인 조도 기능을 갖는 인쇄회로기판을 제공하는데 있다. 또한, 이러한 인쇄회로기판을 이용하는 조명 장치를 제공하는데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 인쇄회로기판은 절연층, 및 상기 절연층의 일면에 적층되고 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 실장되며, 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성된 도전층을 포함한다. 상기 하나의 도전판은 적어도 두 개의 그룹들의 발광소자들 전체가 접촉 가능한 면적을 가질 수 있다.
상기 도전층 상에 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 각 그룹 별로 일렬로 정렬되고, 상기 도전층에는 상기 하나의 도전판을 상기 하나의 도전판에 이웃한 다른 도전판으로부터 분리시키는 절연 경로가 상기 일렬로 정렬된 각 그룹의 발광소자들의 애노드 리드와 캐소드 리드 사이에 형성되어 있을 수 있다. 상기 하나의 도전판은 어느 하나의 그룹의 발광소자들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측과 다른 그룹의 발광소자들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측을 두 개의 변들로 하는 사각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 도전층 상에 상기 발광소자들이 행렬 형태로 정렬되며, 상기 도전 패턴은 상기 행렬의 동일한 열에 대응하는 동일한 그룹의 발광소자들을 상기 하나의 도전판을 통하여 병렬로 연결하고, 상기 행렬의 서로 다른 열에 대응하는 서로 다른 그룹의 발광소자들을 상기 하나의 도전판을 통하여 직렬로 연결할 수 있다. 상기 도전 패턴은 상기 하나의 도전판을 통하여 어느 하나의 그룹의 발광소자들과 상기 어느 하나의 그룹에 이웃한 다른 그룹의 발광소자들의 서로 다른 극성의 리드들을 상기 행렬의 행 방향으로 직렬 연결하면서 상기 행 방향의 직렬 연결들을 상기 행렬의 열 방향으로 병렬 연결할 수 있다.
상기 도전 패턴은 제 1 도전판을 통하여 상기 제 1 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결하고, 상기 제 1 도전판을 통하여 상기 제 1 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들과 제 2 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 행 방향으로 직렬 연결하고, 상기 제 1 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결할 수 있다. 상기 도전 패턴은 제 2 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들끼리 상기 열 방향으로 병렬 연결하고, 상기 제 2 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들과 제 3 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 행 방향으로 직렬 연결하고, 상기 제 2 도전판을 통하여 상기 제 3 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결할 수 있다.
상기 도전층에는 상기 도전 패턴에 연결되어, 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로만 연결하는 도전 패턴이 추가적으로 형성되어 있을 수 있다. 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들은 상기 복수 개의 그룹들의 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)들일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 조명 장치는 복수 개의 그룹들의 발광소자들, 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 실장되는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판을 수용하는 하우징, 및 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들에 전력을 공급하는 전력 공급부를 포함하고, 상기 인쇄회로기판은 절연층, 및 상기 절연층의 일면에 적층되며, 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성된 도전층을 포함한다.
상기 인쇄회로기판은 상기 절연층의 타면에 적층되며, 상기 절연층의 타면 전체를 덮는 통판 형태의 다른 도전층을 더 포함하고, 상기 하우징은 도전성의 금속으로 제조되며, 상기 다른 도전층과 전기적으로 접촉될 수 있다. 상기 도전층의 음전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있고, 상기 하우징에는 상기 적어도 하나의 홀에 대응하는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있고, 상기 음전극의 적어도 하나의 홀과 상기 하우징의 적어도 하나의 홀에 삽입되어 상기 음전극과 상기 하우징을 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들은 상기 복수 개의 그룹들의 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)들일 수 있다.
인쇄회로기판의 도전층에 형성된 도전 패턴은 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결함으로써 뛰어난 방열 기능과 함께 발광소자들의 고장에 강인한 안정적인 조도 기능을 제공할 수 있다. 이러한 기능들은 도전 패턴의 형상만으로 실현될 수 있기 때문에 매우 저렴한 비용으로 안정적인 조도 기능과 뛰어난 방열 기능을 동시에 제공하는 인쇄회로기판의 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(10)의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 적층 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 적층 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들과 대비되는 인쇄회로기판의 직병렬 배선 구조의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 직병렬 배선 구조의 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서의 전류 흐름의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서의 전류 흐름의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 조명 장치의 단면의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)의 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 8에 도시된 조명 장치의 단면의 다른 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 발광소자(light emitting element)가 실장(mount)되는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)과 이와 같은 인쇄회로기판을 이용하는 조명 장치에 관한 것으로, 이하에서 기술될 발광소자의 대표적인 예로는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 들 수 있다. 특히, 이하에서 기술될 발광소자는 인쇄회로기판에 실장될 수 있는 SMD(Surface Mount Device) 타입의 LED 칩이 될 수 있다. 이하에서는 발광소자를 "LED"로 호칭할 수도 있으나, 발광소자가 "LED"로 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 또한, 이하에서는 직류(direct current)를 "DC"로 간략하게 호칭하거나, 교류(alternating current)를 "AC"로 간략하게 호칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(10)의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 적층 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)은 절연층(122), 절연층(122)의 일면에 적층(laminate)되는 제 1 도전층(121), 및 절연층(122)의 타면에 적층되는 제 2 도전층(123)으로 구성된 적층 구조를 가질 수 있다. 일반적으로, 절연층(122)은 FR-4(Flame Retardant-4)의 에폭시 수지(epoxy resin)로 제조되고, 제 1 도전층(121)과 제 2 도전층(123)은 구리(copper)로 제조된다. 이러한 적층 구조의 인쇄회로기판은 "FR-4 PCB"로 호칭되기도 한다.
LED는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자로서 이러한 변환 과정에서 열이 발생된다. 다수의 LED들이 조밀하게 집결된 LED 조명 장치에서는 다수의 LED들로부터 발생된 열이 모여서 LED의 온도가 더욱 상승하게 된다. LED의 온도가 일정 수준 이상이 되면 LED의 수명이 단축되거나 고장나게 된다. 도 1에 도시된 실시예는 인쇄회로기판의 본래의 기능인 배선 기능을 제공하는 제 1 도전층(121) 외에 LED로부터 발생되는 열을 방출하는 용도의 제 2 도전층(123)을 추가적으로 구비한다. 제 2 도전층(123)은 LED로부터 발생되는 열을 최대한 방출하기 위해 절연층(122)의 밑면 전체를 덮는 통판(one plate) 형태의 구리로 제조된다. 특히, 제 1 도전층(121)은 배선 기능과 함께 LED의 방열 기능을 제공한다.
도 3은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 적층 구조의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)은 절연층(132), 절연층(132)의 일면에 적층되는 도전층(131), 및 절연층(132)의 타면에 적층되는 메탈층(133)으로 구성된 적층 구조를 가질 수 있다. 일반적으로, 절연층(132)은 에폭시 수지로 제조되고, 도전층(131)은 구리로 제조되고, 메탈층(133)은 알루미늄(aluminium)으로 제조된다. 메탈층(133)은 제 2 도전층(123)과 마찬가지로 LED로부터 발생되는 열을 방출하는 용도로 사용된다. 이러한 적층 구조의 인쇄회로기판은 "메탈 PCB"로 호칭되기도 한다. 본 발명의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)은 도 2 또는 도 3에 도시된 적층 구조들 이외에 다른 적층 구조를 가질 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)은 제 1 도전층(121)과 절연층(122)만으로 구성될 수도 있다. 이하에서는 도 2에 도시된 적층 구조를 기준으로 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 제 1 도전층(121) 상에는 다수의 LED들이 실장된다. 어떤 세로 방향의 LED들의 집합을 하나의 그룹으로 설정하면, 제 1 도전층(121) 상에 실장된 LED들은 총 15 개의 그룹으로 분류될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 도전층(121)에는 하나의 도전판(conductive plate)을 통하여 동일한 세로 방향의 LED들, 즉 동일한 그룹의 LED들을 병렬로 연결하면서, 이 도전판을 통하여 서로 다른 세로 방향의 LED들, 즉 서로 다른 그룹의 LED들을 직렬로 연결하는 도전 패턴(conductive pattern)이 형성되어 있다. 도 1에 도시된 실시예에서 이러한 직병렬 연결 기능을 제공하는 도전판들(111-1114)의 개수는 총 14 개다.
제 1 도전층(121)의 도전 패턴이 하나의 도전판을 통하여 다수의 LED들을 직병렬로 연결하기 위해서, 이러한 도전 패턴의 하나의 도전판은 적어도 두 개의 그룹들의 LED들 전체가 접촉 가능한 면적을 갖는다. 예를 들어, 제 1 도전판(111)은 제 1 그룹의 LED들과 제 2 그룹의 LED들 전체가 접촉 가능한 면적을 갖는다. 또한, 제 1 도전층(121)의 도전 패턴은 제 1 그룹의 LED들의 애노드 리드(anode lead)들이 연결되는 양전극(positive electrode, 101)과 제 15 그룹의 LED들의 캐소드 리드(cathode lead)들이 연결되는 음전극(negative electrode, 102)을 갖는다.
어떤 시간 t동안 어떤 판을 통해 고온의 면에서 저온의 면으로 단위시간당 전달되는 열 에너지를 열전도율(thermal conduction rate)이라고 하며, 열전도율 P는 다음 수학식 1로 정의될 수 있다. 수학식 1에서 k는 열의 전달 정도를 나타내는 물질의 상수인 열전도도(thermal conductivity)이고, A는 열이 전달되는 판의 면적이고, L은 열이 전달되는 판의 두께이고, T1은 고온의 면의 온도이고, T2는 저온의 면의 온도이다.
Figure 112013030752410-pat00001
상기된 수학식 1을 참조하면, 열이 전달되는 판의 열전도도가 높을수록 그 판의 면적이 넓을수록 그 판을 통하여 단위시간당 보다 많은 열이 전달됨을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 도전층(121)은 열전도도가 높은 구리로 제조되기 때문에 각 도전판의 열전도도는 높다. 게다가, 각 도전판은 적어도 두 개의 그룹의 LED들 전체가 접촉 가능한 넓은 면적을 갖고 있다. 또한, 각 도전판에는 LED들의 리드(lead)들이 납땜되어 있기 때문에 LED들에서 발생된 열이 각 도전판으로 직접 전달된다. 이와 같은 이유들로 인해, 각 도전판은 각 도전판에 연결된 LED들에서 발생된 열의 대부분을 단시간 내에 각 도전판의 외부로 방출할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 도전층(121) 상에는 LED들이 각 그룹 별로 일렬로 정렬되어 있다. 제 1 도전층(121)에는 각 도전판을 각 도전판에 이웃한 다른 도전판으로부터 분리시키는 절연 경로(insulation channel)가 이와 같이 일렬로 정렬된 각 그룹의 LED들의 애노드 리드와 캐소드 리드 사이에 형성되어 있다. 예를 들어, 제 1 도전판(111)과 제 2 도전판(112) 사이에는 띠 형태의 절연 경로가 형성되어 있다. 다른 도전판들 사이에도 마찬가지로 띠 형태의 절연 경로가 형성되어 있다. 또한, 띠 형태의 양전극(101)과 제 1 도전판(111) 사이에도 마찬가지로 띠 형태의 절연 경로가 형성되어 있고, 띠 형태의 음전극(102)과 제 14 도전판(1114) 사이에도 마찬가지로 띠 형태의 절연 경로가 형성되어 있다.
즉, 각 도전판은 어떤 그룹의 LED들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측(도 1에서는 우측)과 이 그룹에 이웃한 다른 그룹의 LED들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측(도 1에서는 좌측)을 두 개의 변들로 하는 사각형의 형상을 갖는다. 또한, 각 도전판은 양전극(101)과 음전극(102)을 제외한 인쇄회로기판의 크기 내에서 각 도전판의 면적이 최대가 될 수 있도록 하는 나머지 두 개의 변들을 갖는다. 한편, LED들의 열 분산과 LED들의 전체 조도 향상을 위해 LED들은 양전극(101)과 음전극(102)을 제외한 인쇄회로기판의 크기 내에서 서로간에 최대한 멀리 떨어져 균일한 간격으로 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이와 같은 LED들의 배치를 위해 제 1 도전층(121) 상에 LED들이 8 행 15 열의 행렬 형태로 정렬된다. 상술한 바와 같이, 동일한 열에 속하는 LED들을 하나의 그룹으로 설정하면, 제 1 도전층(121) 상에 정렬된 LED들은 총 15 개의 그룹으로 분류될 수 있다. 즉, 제 1 도전층(121)의 도전 패턴은 이러한 행렬의 동일한 열에 대응하는 동일한 그룹의 LED들을 하나의 도전판을 통하여 병렬로 연결하면서, 이러한 행렬의 서로 다른 열에 대응하는 서로 다른 그룹의 LED들을 이 도전판을 통하여 직렬로 연결한다. 또한, 도전 패턴은 제 1 그룹의 LED들의 애노드 리드들이 연결된 양전극(101)과 제 15 그룹의 LED들의 캐소드 리드들이 연결된 음전극(102)을 갖는다. 이하에서는 이와 같이 행렬 형태로 정렬된 LED들의 직병렬 배선 구조를 이러한 배선 구조가 적용된 회로도를 참조하면서 상세하게 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들과 대비되는 인쇄회로기판의 직병렬 배선 구조의 회로도이다. 도 4에 도시된 직병렬 구조의 회로는 본 발명의 발명자가 본 발명을 고안하는 과정에서 도출된 회로로서 본 발명의 특허 출원 전에 일반 공중에게 공개된 기술이라고 할 수 없다. 도 4를 참조하면, 각 LED와 이것에 이웃한 다른 LED의 서로 다른 극성의 리드들이 행 방향으로 직렬 연결되어 있고, 양전극에 연결되는 LED들의 애노드 리드들은 열 방향으로 병렬 연결되어 있고, 음전극에 연결되는 LED들의 캐소드 리드들은 열 방향으로 병렬 연결되어 있다. 이와 같은 직병렬 배선 구조에서는 행 방향으로 직렬 연결된 LED들 중 어느 하나가 고장나서 개방(open)되면, 그 행에 속하는 모든 LED들에 전류가 공급되지 못하게 된다. 이에 따라, 어떤 행의 LED들 중 어느 하나가 고장이 나면 그 행에 속하는 모든 LED들은 소등된다. 일반적으로, LED 조명 장치는 다수의 LED들의 발광의 합에 의해 조명이 형성되기 때문에 하나의 LED의 고장으로 인해 조명의 밝기가 현저하게 떨어질 수 있으며, 이로 인해 사용자에게 불편을 초래할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 직병렬 배선 구조의 회로도이다. 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 회로도와 마찬가지로 양전극에 연결되는 LED들의 애노드 리드들은 열 방향으로 병렬 연결되어 있고, 음전극에 연결되는 LED들의 캐소드 리드들은 열 방향으로 병렬 연결되어 있다. 도 4에 도시된 회로도와는 달리, 도 5에 도시된 회로도에서 제 1 도전층(121)의 도전 패턴은 하나의 도전판을 통하여 어느 하나의 그룹의 LED들과 이 그룹에 이웃한 다른 그룹의 LED들의 서로 다른 극성의 리드들을 상기된 행렬의 행 방향으로 직렬 연결하면서 이러한 행 방향의 직렬 연결들을 상기된 행렬의 열 방향으로 병렬 연결한다.
도 1 및 도 5를 동시에 참조하면서 보다 상세하게 설명하면, 제 1 도전층(121)의 도전 패턴은 제 1 도전판(111)을 통하여 제 1 그룹의 LED들의 캐소드 리드들을 상기된 행렬의 열 방향으로 병렬 연결하고, 제 1 도전판(111)을 통하여 제 1 그룹의 LED들의 캐소드 리드들과 제 2 그룹의 LED들의 애노드 리드들을 상기된 행렬의 행 방향으로 직렬 연결하고, 제 1 도전판(111)을 통하여 제 2 그룹의 LED들의 애노드 리드들을 상기된 행렬의 열 방향으로 병렬 연결한다. 또한, 제 1 도전층(121)의 도전 패턴은 제 2 도전판(112)을 통하여 제 2 그룹의 LED들의 캐소드 리드들을 상기된 행렬의 열 방향으로 병렬 연결하고, 제 2 도전판(112)을 통하여 제 2 그룹의 LED들의 캐소드 리드들과 제 3 그룹의 LED들의 애노드 리드들을 상기된 행렬의 행 방향으로 직렬 연결하고, 제 2 도전판(112)을 통하여 제 3 그룹의 LED들의 애노드 리드들을 상기된 행렬의 열 방향으로 병렬 연결한다. 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 나머지 도전판들(113-1114)에 대해서도 마찬가지의 직병렬 연결이 적용된다.
도 6은 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서의 전류 흐름의 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 예에서는 어느 하나의 LED가 고장나서 개방된 상태이다. 이와 같은 개방으로 인해 고장난 LED의 행과 동일한 행에 속하는 이웃 LED로부터 고장난 LED로 전류가 흘러 들어갈 수는 없으나, 도 6에 도시된 바와 같이 고장난 LED의 행과 다른 행에 속하는 이웃 LED로부터 전류가 흘러 들어갈 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서는 어느 하나의 LED가 고장나더라도 고장난 LED만 소등될 뿐, 나머지 LED들은 모두 점등된다.
도 7은 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서의 전류 흐름의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 예에서는 두 개의 LED들이 고장나서 개방된 상태이다. 이와 같은 개방으로 인해 고장난 각 LED의 행과 동일한 행에 속하는 이웃 LED로부터 고장난 각 LED로 전류가 흘러 들어갈 수는 없으나, 도 6에 도시된 바와 같이 고장난 각 LED의 행과 다른 행에 속하는 이웃 LED로부터 전류가 흘러 들어갈 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서는 두 개의 LED들이 고장나더라도 고장난 LED들만 소등될 뿐, 나머지 LED들은 모두 점등된다.
나아가, 세 개 이상의 LED들이 고장나더라도 어떤 열에 속하는 모든 LED들이 고장나지 않는 한, 마찬가지의 이유로 고장난 LED들만 소등될 뿐, 나머지 LED들은 모두 점등된다. 동일한 제조 공정에 의해 생산된 LED들이라 할지라도 LED마다 열, 과전압, 과전류 등에 강인한 정도가 다를 수 있다. 이로 인해, 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED들에 동일한 열, 과전압, 과전류가 가해지는 환경이라 할지라도 LED들 중 일부만이 고장날 가능성이 있다. 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조에서는 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED들 중 일부가 고장나더라도 고장난 LED들만 소등될 뿐, 나머지 LED들은 모두 점등된다. 그 결과, 도 4에 도시된 직병렬 배선 구조와는 달리, 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED들 중 일부가 고장나더라도 조명의 밝기는 거의 차이가 없게 된다.
특히, 인쇄회로기판(10)에 공급되는 전력이 일정하다면, 고장난 LED에 공급될 전력은 정상 작동하는 LED들로 공급되게 된다. 이 경우, 정상 작동하는 LED들은 전체 LED들의 개수에 따라 원래 공급받게 될 전력 외에 추가적으로 고장난 LED에 공급될 전력만큼을 더 공급받게 된다. 예를 들어, LED들 각각에 걸리는 전압이 일정하다면, 정상 작동하는 LED들은 보다 많은 양의 전류를 공급받게 된다. 이에 따라, 정상 작동하는 LED들의 밝기는 추가로 공급된 전력만큼 향상되게 된다. 결국, 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED들 중 일부가 고장나더라도 조명의 밝기는 거의 변화가 없게 된다. 이를 위해, 인쇄회로기판(10)에는 LED들 각각에 공급되는 전력보다 더 높은 정격 전력을 갖는 LED들이 실장되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조는 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED들의 고장에 강인한 안정적인 조도 기능을 제공한다. 한편, 이와 같은 안정적인 조도 기능은 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조가 적용된 도전 패턴, 즉 도 1에 도시된 도전 패턴에 의해 실현될 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 도전 패턴은 뛰어난 방열 기능을 제공한다. 따라서, 도 1에 도시된 도전 패턴은 안정적인 조도 기능과 뛰어난 방열 기능을 동시에 제공한다. 특히, 이러한 기능들은 도전 패턴의 형상만으로 실현될 수 있기 때문에 매우 저렴한 비용으로 안정적인 조도 기능과 뛰어난 방열 기능을 동시에 제공하는 인쇄회로기판의 제작이 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조를 따르는 인쇄회로기판(10)에는 이것에 실장된 LED들이 요구하는 크기의 전력이 공급되어야 한다. 이러한 전력 공급을 위해 교류를 직류로 변환하는 기존의 AC/DC 컨버터(converter)가 사용될 수 있다. 그런데, 시장에 출시되어 있는 기존의 AC/DC 컨버터의 출력 전압 내지 출력 전류는 몇 가지로 한정되어 있기 때문에 기존의 AC/DC 컨버터는 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조의 LED들에 적합한 전압 내지 전류를 출력하지 못할 수 있다. 기존의 AC/DC 컨버터의 출력 전압 내지 출력 전류에 맞추기 위하여 도 4에 도시된 직병렬 배선 구조와 도 5에 도시된 직병렬 배선 구조가 혼합되어 사용될 수도 있다. 즉, 제 1 도전층(121)에는 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 LED들을 병렬로 연결하면서, 이 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 LED들을 직렬로 연결하는 도전 패턴에 연결되어, 서로 다른 그룹의 LED들을 직렬로만 연결하는 도전 패턴이 추가적으로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 구성도이다. 도 8을 참조하면, 도 8에 도시된 조명 장치는 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)을 이용한 조명 장치로서 제 1 인쇄회로기판(11), 제 2 인쇄회로기판(12), 다수의 LED들(20), 하우징(housing, 30), 및 전력 공급부(power supply, 40)로 구성된다. 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 사이에는 이것들을 연결하는 배선들이 존재하고, 제 1 인쇄회로기판(11)과 전력 공급부(40) 사이에는 이것들을 연결하는 배선들이 존재한다. 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 일종이다. 도 8에 도시된 조명 장치는 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)이 적용된 두 개의 인쇄회로기판들을 채용하고 있다. 그러나, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)이 적용된 하나의 인쇄회로기판만을 채용하거나 적어도 세 개 이상의 인쇄회로기판들을 채용하도록 도 8에 도시된 조명 장치를 용이하게 변형하여 설계할 수 있음을 알 수 있다.
제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)의 일종이기 때문에, 상술한 바와 같이 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각의 제 1 도전층(121)에는 하나의 도전판)을 통하여 동일한 그룹의 LED들을 병렬로 연결하면서, 이 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 LED들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성되어 있다. 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)에 관하여 앞서 설명된 내용은 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12)에도 그대로 적용되며, 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12)에 대한 설명은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(10)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.
상술한 바와 같이, 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각에는 복수 개의 그룹들의 LED들이 실장된다. 하우징(30)은 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12)을 수용하며, 건물 내부의 일면에 부착되어 LED들의 빛이 그 건물 내부에 투사되도록 한다. 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12)에는 건물 내부에 투사되는 LED들의 광량을 증가시키기 위하여 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12)의 도전층 상에는 LED들의 빛을 반사시키는 물질이 박막 형태로 도포(coat)될 수도 있다. 또한, 하우징(30)에는 LED의 빛이 건물 내부에 보다 부드럽게 투사되도록 하기 위한 반투명의 PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), 또는 유리 등 재질의 덮개(미도시)가 결합될 수 있다.
전력 공급부(40)는 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각에 실장되어 있는 복수 개의 그룹들의 LED들에 전력을 공급한다. 일반적으로, 도 8에 도시된 조명 장치는 220 볼트(volt) 또는 110 볼트의 교류가 공급되는 건물의 내부에 설치되기 때문에 전력 공급부(40)는 이러한 교류를 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각에 실장된 LED들에 적합한 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터(converter)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 각 LED의 정격 전압이 3 볼트라고 한다면, 8 행 15 열의 LED들이 실장된 제 1 인쇄회로기판(11)과 제 2 인쇄회로기판(12) 각각에는 45 볼트의 직류가 공급됨이 바람직하다. 이 예에서, 전력 공급부(40)는 건물 내부의 전원으로부터 출력된 교류를 45 볼트의 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터로 구현될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)의 구현 예를 도시한 도면이고, 도 10은 도 8에 도시된 조명 장치의 단면의 일례를 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)과 하우징(30)에는 총 11 개의 홀(hole)들이 형성되어 있다. 이 홀들에는 리벳, 나사 등과 같은 결합 부재들이 삽입되고, 결합 부재들은 인쇄회로기판(11, 12)과 하우징(30)을 결합시킨다. 일반적으로, 리벳, 나사 등과 같은 결합 부재들은 도전성의 금속 물질로 제조되기 때문에 이러한 결합 부재들로 인한 회로 단락을 막기 위하여 인쇄회로기판(11, 12)의 제 1 도전층(121)에 형성된 홀들의 지름은 리벳, 나사 등의 머리의 지름보다 넓을 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 도전층(123)은 LED로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 용도로 사용되며, 절연층(122)의 밑면 전체를 덮는 구리 통판이다. 하우징(30)은 열전도도가 우수한 도전성의 금속으로 제조되며, 상기된 결합 부재들에 의해 제 2 도전층(123)과 전기적으로 접촉된다. 예를 들어, 하우징(30)은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 이와 같이, 제 2 도전층(123)과 하우징(30)은 전기적으로 접촉될 정도로 서로 밀착되어 있기 때문에 LED들(20)로부터 제 2 도전층(123)에 전달된 열은 하우징(30)에 바로 전달되게 된다. 그 결과, LED들(20)의 열은 하우징(30)을 통하여 신속하게 조명 장치의 외부로 방출될 수 있게 된다.
도 11은 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)의 다른 구현 예를 도시한 도면이고, 도 12는 도 8에 도시된 조명 장치의 단면의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 도 8에 도시된 조명 장치에 적용된 인쇄회로기판(11, 12)에는 도 10에 도시된 11 개의 홀들 외에 제 1 도전층(121)의 음전극(102)에 3 개의 홀들이 추가적으로 형성되어 있다. 하우징(30)에도 마찬가지로 음전극(102)에 형성되는 홀들에 대응하는 3 개의 홀들이 형성되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 연결 부재들(50)은 음전극(102)의 적어도 하나의 홀과 하우징(30)의 적어도 하나의 홀에 삽입되어 음전극(102)과 하우징(30)을 전기적으로 연결한다. 연결 부재들(50)은 열전도도가 우수하며 도전성의 금속으로 제조된다. 예를 들어, 연결 부재들(50)은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 음전극(102)과 하우징(30)은 전기적으로 연결되어 있기 때문에 음전극(102) 내의 전하는 하우징(30)으로 이동 가능하다. 음전극(102)과 하우징(30) 간의 전하 이동은 열 이동을 수반하며, LED들(20)로부터 제 2 도전층(123)에 전달된 열은 하우징(30)에 바로 전달되게 된다. 그 결과, LED들(20)의 열은 하우징(30)을 통하여 신속하게 조명 장치의 외부로 방출될 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 ... 인쇄회로기판 111-1114 ... 도전판
101 ... 양전극 102 ... 음전극
121 ... 제 1 도전층 122 ... 절연층
123 ... 제 2 도전층
131 ... 도전층 132 ... 절연층
133 ... 메탈층
11 ... 제 1 인쇄회로기판 12 ... 제 2 인쇄회로기판
20 ... 다수의 LED들 30 ... 하우징
40 ... 전력 공급부

Claims (14)

  1. 절연층; 및
    상기 절연층의 일면에 적층되고 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 실장되며, 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성된 도전층을 포함하고,
    상기 도전층 상에 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 각 그룹 별로 일렬로 정렬되고, 상기 도전층에는 상기 하나의 도전판을 상기 하나의 도전판에 이웃한 다른 도전판으로부터 분리시키는 띠 형태의 절연 경로가 상기 일렬로 정렬된 각 그룹의 발광소자들의 애노드 리드와 캐소드 리드 사이에 형성되어 있는 인쇄회로기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 도전판은 적어도 두 개의 그룹들의 발광소자들 전체가 접촉 가능한 면적을 갖는 인쇄회로기판.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 도전판은 어느 하나의 그룹의 발광소자들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측과 다른 그룹의 발광소자들의 아래에 형성된 절연 경로의 일측을 두 개의 변들로 하는 사각형의 형상을 갖는 인쇄회로기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층 상에 상기 발광소자들이 행렬 형태로 정렬되며,
    상기 도전 패턴은 상기 행렬의 동일한 열에 대응하는 동일한 그룹의 발광소자들을 상기 하나의 도전판을 통하여 병렬로 연결하고, 상기 행렬의 서로 다른 열에 대응하는 서로 다른 그룹의 발광소자들을 상기 하나의 도전판을 통하여 직렬로 연결하는 인쇄회로기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전 패턴은 상기 하나의 도전판을 통하여 어느 하나의 그룹의 발광소자들과 상기 어느 하나의 그룹에 이웃한 다른 그룹의 발광소자들의 서로 다른 극성의 리드들을 상기 행렬의 행 방향으로 직렬 연결하면서 상기 행 방향의 직렬 연결들을 상기 행렬의 열 방향으로 병렬 연결하는 인쇄회로기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전 패턴은 제 1 도전판을 통하여 상기 제 1 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결하고, 상기 제 1 도전판을 통하여 상기 제 1 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들과 제 2 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 행 방향으로 직렬 연결하고, 상기 제 1 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결하는 인쇄회로기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전 패턴은 제 2 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들끼리 상기 열 방향으로 병렬 연결하고, 상기 제 2 도전판을 통하여 상기 제 2 그룹의 발광소자들의 캐소드 리드들과 제 3 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 행 방향으로 직렬 연결하고, 상기 제 2 도전판을 통하여 상기 제 3 그룹의 발광소자들의 애노드 리드들을 상기 열 방향으로 병렬 연결하는 인쇄회로기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층에는 상기 도전 패턴에 연결되어, 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로만 연결하는 도전 패턴이 추가적으로 형성되어 있는 인쇄회로기판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들은 상기 복수 개의 그룹들의 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)들인 인쇄회로기판.
  11. 복수 개의 그룹들의 발광소자들;
    상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 실장되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판을 수용하는 하우징; 및
    상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들에 전력을 공급하는 전력 공급부를 포함하고,
    상기 인쇄회로기판은
    절연층; 및
    상기 절연층의 일면에 적층되며, 하나의 도전판을 통하여 동일한 그룹의 발광소자들을 병렬로 연결하면서 상기 하나의 도전판을 통하여 서로 다른 그룹의 발광소자들을 직렬로 연결하는 도전 패턴이 형성된 도전층을 포함하고,
    상기 도전층 상에 상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들이 각 그룹 별로 일렬로 정렬되고, 상기 도전층에는 상기 하나의 도전판을 상기 하나의 도전판에 이웃한 다른 도전판으로부터 분리시키는 띠 형태의 절연 경로가 상기 일렬로 정렬된 각 그룹의 발광소자들의 애노드 리드와 캐소드 리드 사이에 형성되어 있는 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 절연층의 타면에 적층되며, 상기 절연층의 타면 전체를 덮는 통판 형태의 다른 도전층을 더 포함하고,
    상기 하우징은 도전성의 금속으로 제조되며, 상기 다른 도전층과 전기적으로 접촉되는 조명 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 도전층의 음전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있고,
    상기 하우징에는 상기 적어도 하나의 홀에 대응하는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있고,
    상기 음전극의 적어도 하나의 홀과 상기 하우징의 적어도 하나의 홀에 삽입되어 상기 음전극과 상기 하우징을 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함하는 조명 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그룹들의 발광소자들은 상기 복수 개의 그룹들의 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)들인 조명 장치.
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