KR101338899B1 - 엘이디 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 조명 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 엘이디 조명 장치의 불량률 개선 및 제조 비용의 절감이 가능한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.본 발명은 히트 싱크; 상기 히트 싱크 상부에 결합되는 기판; 상기 기판 상부에 결합되는 엘이디 모듈; 일측이 전원과 연결되고 타측이 상기 엘이디 모듈과 연결되며 상기 엘이디 모듈을 구성하는 엘이디 패키지의 개수에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 강압시켜 상기 엘이디 모듈로 공급하는 전압 강하부; 및 상기 전원과 상기 전압 강하부 사이에 연결되며 상기 전원으로부터 공급되는 전압이 미리 결정된 전압을 초과하는 경우 상기 초과된 전압을 상기 미리 결정된 전압으로 강압시키는 전압 안정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 AC-DC 컨버터를 사용하는 대신 변압기를 이용하여 엘이디 조명 장치를 구성함으로써 엘이디 조명 장치의 불량률을 개선할 수 있고 엘이디 조명 장치의 무게 및 제조 비용 절감이 가능한 효과를 갖는다.

Description

엘이디 조명 장치 {LED lighting device}
본 발명은 엘이디 조명 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 엘이디 조명 장치의 불량률 개선 및 제조 비용의 절감이 가능한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
엘이디(Light Emitting Diode:LED)를 이용한 조명 장치의 경우 백열등 또는 형광등과 같은 종래의 조명 장치와 비교시에 소비 전력(백열등과 비교시 약 85% 감소) 대비 광효율이 우수하고 수명이 길어(약 50,000시간 이상) 유지 보수비를 절감할 수 있으며, 이산화탄소 배출이 감소되어 친환경적이고 쉽게 파손되지 않는 등의 장점을 가지므로 백열등 또는 형광등과 같은 종래의 조명 장치를 대체할 수 있는 차세대 조명 장치로 주목받고 있다.
그러나, 엘이디의 경우 고가격이며 고휘도 특성에 따른 엘이디의 발열 문제의 해결이 용이하지 못한 관계로 원하는 휘도를 얻기 위해 다수의 엘이디를 구성하는데 한계가 발생하므로 소형 조명 장치나 휴대폰, 모니터, 또는 티비 등의 백라이트 용도와 같은 디스플레이 장치 분야에 주로 활용되어 왔다.
종래의 직류 전원용 엘이디 조명 장치의 경우 통상의 전원으로부터 공급되는 교류를 AC-DC 컨버터를 이용하여 직류로 변환시켜 엘이디 조명 장치의 동작을 위한 전원을 공급하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 직류 전원용 엘이디 조명 장치의 경우 AC-DC 컨버터로 인하여 엘이디 조명 장치의 전원부 회로 구성이 복잡해지고 가격이 높아지며 크기와 무게가 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, AC-DC 컨버터의 수명이 엘이디의 수명보다 낮은 관계로 엘이디 조명 장치 고장의 주요 원인이 되므로 결과적으로 엘이디 조명 장치의 장점인 고수명을 담보할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 AC-DC 컨버터를 사용하는 대신 변압기를 이용하여 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 강압시켜 공급함으로써 소수의 엘이디 패키지로 엘이디 조명 장치를 구성할 수 있도록 하여 불량률 개선 및 제조 비용의 절감이 가능한 엘이디 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치는 히트 싱크; 상기 히트 싱크 상부에 결합되는 기판; 상기 기판 상부에 결합되는 엘이디 모듈; 일측이 전원과 연결되고 타측이 상기 엘이디 모듈과 연결되며 상기 엘이디 모듈을 구성하는 엘이디 패키지의 개수에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 강압시켜 상기 엘이디 모듈로 공급하는 전압 강하부; 및 상기 전원과 상기 전압 강하부 사이에 연결되며 상기 전원으로부터 공급되는 전압이 미리 결정된 전압을 초과하는 경우 상기 초과된 전압을 상기 미리 결정된 전압으로 강압시키는 전압 안정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 상기 기판의 상부면 및 하부면에 형성되는 절연층, 및 상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층의 상부면에 형성되며 상부에 상기 엘이디 모듈이 결합되는 금속 배선층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 강하부 및 상기 전압 안정부는 각각 상기 기판의 상부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 엘이디 모듈은 복수 개의 엘이디 패키지가 직렬 연결되는 제1 엘이디 어레이, 및 상기 제1 엘이디 어레이와 역방향으로 병렬 연결되고 서로 직렬 연결되는 복수 개의 엘이디 패키지를 포함하는 제2 엘이디 어레이를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 강하부는 변압기일 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크 하부면으로부터 복수 개가 연장 형성되는 방열핀을 더 포함하며, 상기 기판과 상기 히트 싱크는 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면 AC-DC 컨버터를 사용하는 대신 변압기를 이용하여 엘이디 조명 장치를 구성함으로써 엘이디 조명 장치의 불량률을 개선할 수 있고 엘이디 조명 장치의 무게 및 제조 비용 절감이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 엘이디 모듈을 구성하는 엘이디 패키지의 개수에 따라 전원으로부터 공급되는 교류 전압의 크기를 낮추어 공급함으로써 소량의 엘이디 패키지 구성되는 다양한 엘이디 조명 장치의 구현이 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 블록도,
도 3은 도 1의 기판 제조 과정에 대한 참고도,
도 4는 도 1의 엘이디 모듈에 대한 상세 블록도, 및
도 5와 도 6은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 단면도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치(1)는 히트 싱크(10), 기판(20), 엘이디 모듈(30), 전압 강하부(40), 전압 안정부(50), 제1 전극부(60), 및 제2 전극부(70)를 포함한다.
히트 싱크(10)는 엘이디 모듈(30)로부터 발생되는 열을 방출하기 위하여 구비된다.
이때, 히트 싱크(10)는 하부면으로부터 복수 개가 연장 형성되는 방열핀(12)을 포함할 수 있다.
기판(20)은 히트 싱크(10) 상부면에 결합된다.
이때, 기판(20)은 알루미늄 기판일 수 있고, 기판(20)의 상부면 및 하부면에 형성되는 절연층(22), 기판(20)의 상부면에 형성되는 절연층(22)의 상부면에 형성되며 상부면에 엘이디 모듈(20)이 결합되는 금속 배선층(24)을 더 포함할 수 있다.
엘이디 모듈(30)은 기판(20)의 상부면, 다시 말해서 금속 배선층(24)의 상부면에 결합된다.
이때, 엘이디 모듈(30)은 복수 개의 엘이디 패키지(LP)를 포함할 수 있는데, 엘이디 패키지(LP)는 내부에 엘이디 소자(L) 및 엘이디 소자(L)와 금속 배선층(24)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(BW)가 패키징될 수 있고, 엘이디 패키지(LP)에 포함되는 엘이디 소자(L)는 교류 구동 엘이디 소자일 수 있다.
또한, 엘이디 모듈(30)의 상세 구성은 이하 도 4를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
전압 강하부(40)는 일측이 전원(P)과 연결되고 타측이 엘이디 모듈(20)과 연결되며 엘이디 모듈(20)을 구성하는 엘이디 패키지(LP)의 갯수에 따라 전원(P)으로부터 공급되는 교류 전압을 강압시켜 엘이디 모듈(20)로 공급하며, 전압 강하부(40)는 변압기일 수 있다.
전압 안정부(50)는 전원(P)과 전압 강하부(40) 사이에 연결되며 전원(P)으로부터 공급되는 전압이 미리 결정된 전압을 초과하는 경우 상기 초과된 전압을 상기 미리 결정된 전압으로 강하시킨다.
이때, 상기 미리 결정된 전압의 크기는 상용 교류 전원의 전압 크기인 220V일 수 있다.
제1 전극부(60)는 일측이 전압 강하부(40)와 연결되고 타측이 엘이디 모듈(30)의 일측과 연결되어 전압 강하부(40)에서 엘이디 모듈(30)을 구성하는 엘이디 패키지(LP)의 개수에 따라 강압된 교류 전압을 엘이디 모듈(30)로 공급하고, 제2 전극부(70)는 일측이 전압 강하부(40)와 연결되고 타측이 엘이디 모듈(30)의 타측과 연결되어 전압 강하부(40)에서 엘이디 모듈(30)을 구성하는 엘이디 패키지(LP)의 개수에 따라 강압된 교류 전압을 엘이디 모듈(30)로 공급한다.
도 3은 도 1의 기판 제조 과정에 대한 참고도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 알루미늄 소재로 기판(20)을 형성하며, 기판(20)의 일측 및 타측의 일 지점에 제1 전극부(60)와 제2 전극부(70)의 배치 및 히트싱크(10)와 기판(20)을 나사못 등으로 기구적으로 결합하기 위한 관통홀(26, 28)이 형성될 수 있다.(도 3의 (a))
그리고, 기판(20)의 상부면 및 하부면에 절연층(22)을 형성할 수 있는데, 절연층(22)은 아노다이징(anodizing) 방식으로 형성되는 알루미나(Al2O3)층일 수 있으며, 상기 알루미나 층은 5mm 내지 30mm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.(도 3의 (b))
또한, 기판(20)의 상부면에 형성되는 절연층(22)의 일부를 제거한 후(도 3의(c)) 절연층(22)의 상부면 및 기판(20)의 상부면의 절연층(22)이 제거된 면에 금속 배선층(24)을 형성할 수 있다.(도 3의 (d))
이때, 금속 배선층(24)은 동박층일 수 있고, 도면에는 도시되지 않았지만 금속 배선층(24)을 금 등의 소재로 금속 도금하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 4는 도 1의 엘이디 모듈의 상세 블록도 이다.
도 4에 도시된 바와 같이 엘이디 모듈(30)은 제1 엘이디 어레이(32) 및 제2 엘이디 어레이(34)를 포함한다.
제1 엘이디 어레이(32)는 복수 개의 엘이디 패키지(LP1)가 직렬 연결되고, 제2 엘이디 어레이(34)는 제1 엘이디 어레이(32)와 역방향으로 병렬 연결되고 서로 직렬 연결되는 복수 개의 엘이디 패키지(LP2)를 포함한다.
이때, 제1 엘이디 어레이(32)를 구성하는 복수 개의 엘이디 패키지(LP1)와 제2 엘이디 어레이(34)를 구성하는 복수 개의 엘이디 패키지(LP2)는 각각 금속 배선층(24)에 의해 서로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 제1 전극부(60)는 일측이 전압 강하부(40)에 연결되고 타측이 제1 엘이디 어레이(32) 및 제2 엘이디 어레이(34)의 일측에 연결될 수 있고, 제2 전극부(70)는 일측이 전압 강하부(40)에 연결되고 타측이 제1 엘이디 어레이(32) 및 제2 엘이디 어레이(34)의 타측에 연결될 수 있다.
또한, 상기와 같은 제1 엘이디 어레이(32) 및 제2 엘이디 어레이(34)의 구성에 따라 전원(P)으로부터 공급되며 전압 강하부(40)에서 강압된 후 엘이디 모듈(20) 측으로 공급되는 교류 전압이 양의 방향으로 인가되면(다시 말해서, 교류 전압의 양의 반주기 동안) 제1 엘이디 어레이(32)의 구동이 이루어질 수 있고(다시 말해서, 제1 엘이디 어레이(32)가 점등됨), 전원(P)으로부터 공급된 후 전압 강하부(40)에서 강압된 교류 전압이 음의 방향으로 인가되면(다시 말해서, 교류 전압의 음의 반주기 동안) 제2 엘이디 어레이(34)의 구동이 이루어질 수 있다.(다시 말해서, 제2 엘이디 어레이(34)가 점등됨)
예를 들어, 제1 엘이디 어레이(32)와 제2 엘이디 어레이(34)가 각각 3.5V의 입력 전압에 따라 동작하는 10개의 엘이디 패키지(LP1, LP2)를 포함하는 경우 전원(P)으로부터 공급되는 220V의 크기를 갖는 교류 전압은 전압 강하부(40)에 의해 35V의 크기로 강압된 후 엘이디 모듈(30)로 공급될 수 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 단면도이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치(1)의 경우 제조 비용을 낮추기 위하여 변압기인 전압 강하부(40)와 다양한 전자소자(예를 들어, 트랜지스터, 저항, 다이오드, 및 인덕터 등)으로 구성되는 전압 안정부(50)를 각각 기판(20) 상부면에 배치시켜, 기판(20)의 상부면에 엘이디 모듈(30), 전압 강하부(40), 및 전압 안정부(50)가 배치되도록 구성한 형태이다.
또한, 절연층(22)의 경우 일반적으로 열전도도가 기판(20)의 소재인 금속과 비교시에 낮기 때문에 히트 싱크(10)와 기판(20)이 결합되는 경우 엘이디 모듈(30)로부터 발생되는 열이 히트 싱크(10) 및 방열핀(12)에 제대로 전달되지 않을 수 있으므로 기판(20)의 하부면에 형성되는 절연층(22)을 제거한 상태에서 히트 싱크(10)의 상부면과 기판(20)의 하부면이 결합되도록 구성한 형태이다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명 장치(1)의 경우 방열 효율을 높이기 위하여 히트 싱크(10)와 기판(20)을 일체형으로 구성한 형태로서, 상기와 같이 히트 싱크(10)와 기판(20)을 일체형으로 구성하는 경우 절연층(22)이 기판(20)의 상부면, 히트 싱크(10)의 하부면 및 방열핀(12)의 하부면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 엘이디 조명 장치(1)는 종래에 사용되던 AC-DC 컨버터 대신 변압기인 전압 강하부(40)를 이용하여 전원(P)으로부터 공급되는 220V 크기의 교류 전압을 엘이디 모듈(30)을 구성하는 복수 개의 엘이디 패키지 개수에 따라 강압시킨 후(예를 들어, 220V를 35V로 강압시킴) 엘이디 모듈(30)로 공급하여 강압된 교류 전압에 의해 엘이디 모듈(30)의 구동이 이루어지도록 한다.
따라서, AC-DC 컨버터를 사용하지 않으므로 엘이디의 장점인 긴 수명(약 50,000 시간)을 보장할 수 있게 되고, 전원부의 회로 구성이 간단해지며 소수의 엘이디 패키지(LP)로 엘이디 모듈(30)을 구성할 수 있으므로 불량률 개선이 가능해지며, 엘이디 조명 장치(1)의 무게 및 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, AC-DC 컨버터 대신 전압 강하부(40)를 이용하여 전원(P)으로부터 엘이디 어레이(30)로 공급되는 교류 전압의 크기를 강압시키므로 강압된 교류 전압의 크기에 상응하는 개수만큼의 엘이디 패키지로 엘이디 모듈(30)을 구성(예를 들어, 전압 강하부(40)에서 강압된 교류 전압의 크기가 35V인 경우 3.5V의 입력 전압에 의해 동작하는 엘이디 패키지 10개로 제1 엘이디 어레이(32) 및 제2 엘이디 어레이(34)를 구성함)할 수 있으므로 소량의 엘이디 패키지로 구성되며 특정한 상황에서 요구될 수 있는 다양한 엘이디 조명 장치(예를 들어, 무드등 또는 욕실등)의 구현이 용이해질 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 엘이디 조명 장치 (10) : 히트 싱크
(12) : 방열핀 (20) : 기판
(22) : 절연층 (24) : 금속 배선층
(30) : 엘이디 모듈 (32) : 제1 엘이디 어레이
(34) : 제2 엘이디 어레이 (40) : 전압 강하부
(50) : 전압 안정부 (60) : 제1 전극부
(70) : 제2 전극부

Claims (6)

  1. 히트 싱크;
    상기 히트 싱크 상부에 결합되는 기판;
    상기 기판 상부에 결합되는 엘이디 모듈;
    일측이 전원과 연결되고 타측이 상기 엘이디 모듈과 연결되며 상기 엘이디 모듈을 구성하는 엘이디 패키지의 개수에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 강압시켜 상기 엘이디 모듈로 공급하는 전압 강하부; 및
    상기 전원과 상기 전압 강하부 사이에 연결되며 상기 전원으로부터 공급되는 전압이 미리 결정된 전압을 초과하는 경우 상기 초과된 전압을 상기 미리 결정된 전압으로 강압시키는 전압 안정부를 포함하고,
    상기 기판은 상기 기판의 상부면 및 하부면에 형성되는 절연층, 및 상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층의 상부면에 형성되며 상부에 상기 엘이디 모듈이 결합되는 금속 배선층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 강하부 및 상기 전압 안정부는 각각 상기 기판의 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 엘이디 모듈은 복수 개의 엘이디 패키지가 직렬 연결되는 제1 엘이디 어레이, 및 상기 제1 엘이디 어레이와 역방향으로 병렬 연결되고 서로 직렬 연결되는 복수 개의 엘이디 패키지를 포함하는 제2 엘이디 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크 하부면으로부터 복수 개가 연장 형성되는 방열핀을 더 포함하며, 상기 기판과 상기 히트 싱크는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
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