KR101423457B1

KR101423457B1 - 방열 구조를 갖는 면광원용 ｌｅｄ 램프

Info

Publication number: KR101423457B1
Application number: KR1020070133256A
Authority: KR
Inventors: 강석진; 김도형
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2014-07-28
Also published as: KR20090065772A

Abstract

여기에서는, LED 어레이로부터 발생된 열로 인한 주변 부품의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 구조의 면광원용 LED 램프가 개시된다. 개시된 면광원용 LED 램프는, 복수의 LED가 길게 정렬되어 이루어진 LED 어레이와, 상기 LED 어레이가 봉합 상태로 수용되며, 적어도 일단부에 상기 LED 어레이와 전기적으로 연결된 커넥터가 구비된, 기다란 형태의 투광성 램프관과, 상기 투광성 램프관 내에 액체 상태로 채워져 존재하는 투광성의 방열 오일을 포함한다.

LED, 어레이, 램프, 면광원, 방열, 오일, PCB, FPCB, 파라핀, 탄화수소

Description

방열 구조를 갖는 면광원용 ＬＥＤ 램프{LED LAMP WITH HEAT DISSIPATION STRUCTURE FOR SURFACE LIGHT SOURCE}

본 발명은, 투광성의 램프관 내에 LED 어레이를 길게 배치한 면광원용 LED 램프에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, LED 어레이로부터 발생된 열로 인한 주변 부품의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 구조의 LED 램프에 관한 것이다.

기존에는 백라이팅 모듈의 면광원용으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)가 주로 이용되어 왔다. 그러나, 냉음극형광램프는, 수은 가스를 사용하므로 환경 친화적이지 못하고, 느린 응답속도 및 낮은 색재현성, 조대한 구조 등의 단점을 갖고 있다.

이에 대해, LED(Light Emitting Diode)는, 친환경적이고, 응답속도 및 색재현성이 좋으며, 상대적으로 콤팩트한 백라이트 유닛의 구현이 가능하다는 이점이 있다. 따라서, 기존 냉음극형광램프 대신에 LED를 LCD의 백라이팅 모듈의 광원으로 이용하는 적용이 증가하는 추세이다.

LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의한 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자이다. 이러한 LED는 배어 칩(bare chip) 형태로 이용되거나, 또는, 패키지 구조로 제작되어 이용되고 있다. 흔히, 배어 칩 형태의 LED는 'LED칩'이라 칭해지고, 패키지 구조의 LED는 'LED 패키지'라 칭해진다.

LED를 면광원의 용도에 이용하는 종래의 기술은, 복수의 LED를 기다란 PCB 상에 일정 간격으로 길게 정렬한 LED 어레이를 이용하며, 이러한 LED 어레이는 흔히 'LED 스트립 바(LED strip bar)'라 칭해지고 있다.

종래기술에 있어서, LED 어레이는 상대적으로 많은 LED들의 개수와 그 LED들을 밝게 구동시키기 위해 요구되는 높은 소비전력으로 인해 많은 열이 발생한다. 따라서, 종래의 LED 어레이는, 좋은 방열 성능이 요구됨에도 불구하고, 발광 방향 반대편의 열 방출 경로가 열전도성이 작은 PCB로 제한되어, 방열성능이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

또한, PCB를 통해 방출되지 못한 많은 양의 열이 발광방향으로 향하는데, 이는 백라이팅 모듈의 다른 광학 부품들인, 도광판, 확산판 또는 다른 광학시트(예컨대, 확산시트 또는 프리즘 시트 등)의 열에 의한 변형을 야기할 수 있다. 또한, 복수의 LED로부터 방출된 열에 의해 PCB가 휘는 것과 같은 열 변형을 야기할 수 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, LED 어레이를 봉합 상태로 수용할 수 있는 투광성의 램프관(lamp tube)을 마련하고, 그 램프관 내에 LED로부터의 열을 여러 방향으로 넓게 방출시킬 수 있는 물질을 넣은 면광원용 LED 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, 복수의 LED가 길게 정렬되어 이루어진 LED 어레이와, 상기 LED 어레이가 봉합 상태로 수용되며, 적어도 일단부에 상기 LED 어레이와 전기적으로 연결된 커넥터가 구비된, 기다란 형태의 투광성 램프관과, 상기 투광성 램프관 내에 액체 상태로 채워져 존재하는 투광성의 방열 오일을 포함하는 면광원용 LED 램프가 제공된다. 상기 투광성 램프관은 유리관인 것이 바람직하지만, 투광성 재질의 수지로 형성된 중공형의 관일 수도 있다.

바람직하게는, 상기 방열 오일은 파라핀 탄화수소계의 오일일 수 있다. 바람직하게는, 상기 LED 어레이는 상기 복수의 LED가 실장되는 기다란 PCB(Printed Circuit Board) 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Boar)를 포함할 수 있으며, 특히, FPCB는, 방열 오일의 존재에 의한 넓은 방열 경로에 의해 그 채택이 가능한 것이며, 그 FPCB의 채택은 직선형에 제한되지 않는 다양한 형태의 LED 어레이, 더 나아가서는, 다양한 형태의 LED 램프의 구현을 가능하게 해준다.

상기 투광성 램프관은, 그 외주면이 전체적으로 원형인 면일 수 있지만, 방열 성능을 보다 더 좋게 하는 하나의 실시예로서, 원형의 곡면과 평면으로 이루어지되, 상기 원형의 곡면은 상기 LED 어레이의 발광방향에 있고, 상기 평면은 상기 LED 어레이의 바닥과 마주하여 위치할 수 있다. 또한, 상기 투광성 램프관에는 상기 LED 어레이의 발광방향을 피해 열전도성 금속이 결합될 수 있다. 또한, 상기 방열 오일에는 LED로부터 발생한 광의 파장을 변환하기 위한 형광체가 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 면광원용 LED 패키지는, 적어도 하나의 LED와, 상기 적어도 하나의 LED가 봉합 상태로 수용되며, 적어도 일단부에 적어도 하나의LED와 연결된 커넥터가 구비된, 기다란 형태의 투광성 램프관과, 상기 투광성 램프관 내에 액체 상태로 채워져 존재하는 투광성의 방열 오일을 포함한다.

본 발명은, 투광성 램프관 내에서 충전된 방열 오일의 이용에 의해, 기존 면광원용 LED 어레이가 갖는 여러 문제점, 즉, LED 어레이의 낮은 방열 성능에 의한, 주변 광학부품의 변형 및 손상, 그리고, PCB 등 LED 어레이가 실장되는 부분의 변형을 해결하는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원용 LED 램프를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 LED 램프의 절개사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 면광원용 LED 램프(1)는 LED 어레이(10), 투광성 램프관(20), 그리고, 투광성의 방열 오일(40; 도트 해치로 표시함) 등을 포함한다. 상기 LED 어레이(10)는 복수의 LED(12)가 기다란 PCB(11)의 상면에 길게 정렬된 구조로 이루어진다. 또한, 상기 복수의 LED(12)는 PCB(11) 상에 형성된 단자 패턴(미도시됨)을 매개로 서로에 대해 전기적으로 연결된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 복수의 LED(12)는 상기 단자 패턴과 연결된 리드프레임(121)을 포함하는 하우징에 패키징 된 LED 패키지의 구조이지만, 상기 PCB(11) 상에 직접 실장된 배어 칩(bare chip)일 수도 있다. 또한, 상기 PCB(11)는 유연한 성질을 갖는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)인 것이 바람직하다. LED 어레이(10)의 LED 정렬 기판인 PCB를 FPCB로 할 경우, 직선형으로 국 한되었던 LED 어레이의 형상을, 곡선 또는 기타 다른 형상으로 형성하는 것이 가능해진다.

상기 투광성 램프관(20)은 그 양단에 상기 PCB(11)와 전기적으로 연결되는 캡(cap)형의 커넥터(21)들을 구비하는 것으로, 기다란 중공 원통형의 구조이며 투광성을 갖는다. 바람직하게는, 상기 투광성 램프관(20)은, 기존 CCFL 또는 형광등에 이용되던 유리관일 수 있으며, 이 경우, 그 내부에 들어가는 내용물인 LED 어레이(10)와 방열 오일(40)을 달리할 뿐 나머지 부분은 기존 CCFL 또는 형광등과 같은 부품이 이용될 수 있으며, 이는 기존 설비의 활용을 가능하도록 해주므로 경제적으로도 유리하다. 또한, 상기 커넥터(21)를 분리식 구조로 하고, 그 커넥터(21)를 분리 하여 투광성 램프관(20) 내의 봉합을 해제하고, 그 다음, 그 램프관(20) 내의 부품, 특히, LED를 교체할 수 있도록 하는 것도 고려될 수도 있다.

상기 투광성 램프관(20) 내에는 상기 LED 어레이(10)가 길게 수용되며, 그 LED 어레이(10)가 수용되고 방열 오일(40)이 채워진 상태에서, 상기 투광성 램프관(20)은 커넥터(21) 및/또는 그것의 부속 부품(예컨대, 밀봉수단)에 의해 봉합될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 투광성 램프관(20)은 양 단부에 커넥터(21)를 구비한 구조이지만, 일단부는 투광성 램프관(20) 자체에 의해 막혀있고, 타단부에만 커넥터(21) 등에 의해 봉합된 구조도 고려될 수 있다.

상기 투광성 램프관(20)은, 커넥터(21)가 설치된 양단부를 제외한 길이 방향의 외주면이 광을 투과하게 되므로, 각 LED(12)의 광들이 합쳐져서 얻어진 기다란 LED 어레이(10)의 면광을 외부로 방출하는 것을 허용한다. 또한, 상기 투광성 램프관(20)은 방열 오일(40)이 채워지는 공간을 한정하는 역할을 한다. 방열 오일(40)은, 투광성 램프관(20) 내에 채워진 채, 상기 LED 어레이(10), 즉, PCB(11)와 그 위에 실장된 복수의 LED(12)를 전체적으로 감싼다.

방열 오일(40)은, 상기 투광성 외에, 상온, 더 나아가서는, LED(12) 주변의 온도 조건 하에서의 유동성을 갖는 액체로, 열전도성이 뛰어난 특성을 갖는다. 따라서, 상기 LED 어레이(10)를 전체적으로 감싸는 상기 방열 오일(40)은 그 LED 어레이(10)의 각 LED(12)로부터 발생한 열을 실질적으로 모든 방향에 걸쳐서 빼앗을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 방열 오일(40)은, 파라핀 탄화수소(C_nH_2n+2)계의 오일, 가장 바람직하게는, C₁₀H₂₂의 분자식을 갖는 오일로 이루어진다. 파라핀 탄화수소계의 오일은, 투명이며, 습기를 밀어내는 성질이 크며, 열전도성 또한 크다. 따라서, 파라핀 탄화수소계의 방열 오일(40)은, LED 어레이(10)로부터 나온 광을 전방을 향해 면광원의 형태로 전달하고 그 LED 어레이(10)로부터의 열을 넓게 분산시켜 방출함과 동시에, 습기의 침투를 미연에 차단하여, 습기 침투 에 의한 여러 불량, 예컨대, 전기 쇼트(electric short)의 위험성을 막아줄 수 있다.

또한, 상기 방열 오일(40) 내에는 광의 파장 변환을 위한 형광체(42)가 포함될 수 있다. 상기 형광체(42; 도 2에 도시함)는 LED(12)의 광 일부를 다른 색의 파장으로 변환하는데, 그 파장 변환된 광과 파장 변화되지 아니한 광의 혼합에 의해 백색광을 구현할 수 있다. 예컨대, LED(12)로부터의 청색광과 형광체에 의해 파장 변환된 황색광(또는, 적색 및 녹색광)의 혼합에 의해 백색광을 구현할 수 있다. 또한, 상기 방열 오일(40) 내에 반사성을 갖는 확산제가 포함될 수도 있다. 이때, 방열 오일(40)은 형광체(42) 또는 확산제의 침전 또는 부유를 막을 수 있는 정도의 비중을 갖는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원용 LED 램프를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예의 면광원용 LED 램프(1)는, 앞선 실시예의 원통 중공형의 투광성 램프관 대신에, 외주면이 원형의 곡면(202)과 평면(204)으로 이루어진 투광성 램프관(20)을 포함한다. 이때, 상기 원형의 곡면(202)은 상기 LED 어레이(10)의 발광 경로(또는, 발광 방향)에 있고, 상기 평면(204)은 상기 LED 어레이(10)의 PCB 바닥과 마주하여 위치한다. 이러한 투광성 램프관(20)의 형상은, LED 어레이(10)의 발광방향으로는 지향각 또는 발광 효율을 고려하고, 발광 경로가 아닌 바닥면은 평면으로 하여 방열 성능을 보다 좋게 하기 위한 것이다.

또한, 보다 나은 방열 성능을 위해, 상기 투광성 램프관(20)의 평면(204) 외측에는 구리와 같은 열전도성 금속(205)이 결합되어 있다. 이때, 상기 열전도성 금속(205)이 결합되는 위치는 투광성 램프관(20)의 바닥 평면에 국한되는 것이 아니며, LED 어레이(10)의 발광방향을 빗겨난 투광성 램프관(20)의 임의의 위치일 수 있다.

위에서는 복수의 LED가 길이방향으로 정렬된 LED 어레이를 포함하는 면광원용 LED 램프에 대해 주로 설명되었다. 하지만, 하나 이상의 LED와 방열 오일을 투광성 램프관 내에 봉합하여 만들어진 면광원용 램프 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원용 LED 램프를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 면광원용 LED 램프의 절개 사시도.

도 3은 보 발명의 다른 실시예에 따른 면광원용 LED 램프의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: LED 어레이 11: PCB

12: LED 20: 투광성 램프관

40: 방열 오일

Claims

복수의 LED가 길게 정렬되어 이루어진 LED 어레이와;

상기 LED 어레이가 봉합 상태로 수용되며, 적어도 일단부에 상기 LED 어레이와 전기적으로 연결된 커넥터가 구비된, 기다란 형태의 투광성 램프관과;

상기 투광성 램프관 내에 액체 상태로 채워져 존재하는 투광성의 방열 오일을 포함하되,

상기 방열 오일은 파라핀 탄화수소계의 오일인 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 LED 어레이는 상기 복수의 LED가 실장되는 기다란 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프
청구항 1에 있어서, 상기 LED 어레이는 상기 복수의 LED가 실장되는 기다란 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.
청구항 1에 있어서, 상기 투광성 램프관은 유리관인 것을 특징으로 하는 면 광원용 LED 램프.
청구항 1에 있어서, 상기 투광성 램프관은 외주면이 원형의 곡면과 평면으로 이루어지며, 상기 원형의 곡면은 상기 LED 어레이의 발광방향에 있고, 상기 평면은 상기 LED 어레이의 바닥과 마주하여 위치하는 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.
청구항 1에 있어서, 상기 투광성 램프관에는 상기 LED 어레이의 발광방향을 피해 열전도성 금속이 결합된 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.
청구항 1에 있어서, 상기 방열 오일에는 형광체가 포함된 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.
적어도 하나의 LED와;

상기 적어도 하나의 LED가 봉합 상태로 수용되며, 적어도 일단부에 적어도 하나의 LED와 연결된 커넥터가 구비된, 기다란 형태의 투광성 램프관과;

상기 투광성 램프관 내에 액체 상태로 채워져 존재하는 투광성의 방열 오일을 포함하되,

상기 방열 오일은 파라핀 탄화수소계의 오일인 것을 특징으로 하는 면광원용 LED 램프.