KR101458086B1

KR101458086B1 - 배광각도가 가변되는 led 패키지

Info

Publication number: KR101458086B1
Application number: KR1020140033192A
Authority: KR
Inventors: 정남림; 장준구; 이영림
Original assignee: 정남림
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-11-05

Abstract

본 발명은 배광각도가 가변되는 LED 패키지에 관한 것으로, 기판 및 LED를 구비한 LED 모듈을 포함하고, 이 LED 모듈은 기판에 적어도 2개 이상의 구역으로 LED가 배치되어 이루어짐으로써, 다수의 LED 모듈이 배치된 위치에 따라 각각 점등되거나 소등되어 반사갓을 통해 조사되는 각도를 조정할 수 있고, 종래의 할로겐 램프에서의 배광각도와 본 발명의 LED 패키지에서의 배광각도를 동일 또는 유사하면서 종래의 할로겐 전구를 COB형 또는 SMD형 LED 패키지로 대체할 수 있도록 한 것이다.

Description

배광각도가 가변되는 LED 패키지{LED package with variable light distbution angel}

본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 LED가 구역별로 점등하는 구동 메카니즘을 통해 빛의 배광 각도를 가변하도록 된 배광각도가 가변되는 LED 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, LED는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 형성시키고 이들의 재결합에 의하여 소정 파장의 광을 발산하는 소자이다.

이러한 LED는 광 변환 효율이 높으므로 소비전력이 상대적으로 매우 낮으며, 광원이 소형이므로 소형화, 박형화 및, 경량화에 적합하면서도 무한 확장 설치가 가능하고, 수명이 반영구적이다. 또한, LED는 열적 또는 방전 발광이 아니므로 예열이 불필요하여 응답 속도가 대단히 신속하고, 점등회로가 간단하다.

그리고, LED는 방전용 기체 및 필라멘트를 사용하지 않으므로 내충격성이 크고 안전하며 환경오염 유발 요인이 적고, 고(高)반복 펄스 동작이 가능하여 시신경의 피로가 덜하며, 풀 칼라의 구현이 가능하다는 장점으로 인해 고급 실내외 조명용으로 널리 사용되고 있으며, 특히 종래 LED의 일반적인 문제점이었던 저휘도 문제를 개선한 고휘도 LED가 상업적 규모로 시판됨으로 인하여 그 용도 및 사용처는 급속히 확대되고 있다.

한편, LED는 모듈을 만드는 방식에 따라, 여러 개의 개별 LED 칩을 1개의 보드에 일정한 간격을 두고 배치하는 SMD 타입과, 여러 개의 LED 칩을 1개의 보드 위에 묶음형태로 밀집으로 배열한 COB(chip on board) 타입으로 구분된다.

최근에 이르러 이러한 LED 모듈의 활용방향으로 종래의 할로겐 전구를 대체하고자 하는 개발이 요구되었다.

이러한 종래의 기술의 일 예로 할로겐 전구로 제작된 차량용 헤드램프는 도 1에 도시된 바와 같이, 반사갓(10) 내에 위치를 달리하여 설치된 다수의 할로겐 전구(11) 및, 할로겐 전구(11)에서 발광된 빛의 일부를 차단하기 위한 블럭(12)을 포함하여 이루어졌다.

여기서, 다수의 할로겐 전구(11)는 헤드램프를 하향등 또는 상향등으로 조작하는 경우 각각 점등하도록 설치된다. 일 예로, 전방 할로겐 전구(11)와 후방 할로겐 전구(11)를 구비하고, 하향등인 경우 전방 할로겐 전구(11)가 점등되면서 후방 할로겐 전구(11)가 소등되며, 상향등인 경우 전방 할로겐 전구(11)가 소등되면서 후방 할로겐 전구(11)가 점등되도록 이루어진다.

또한, 블럭(12)은 할로겐 전구(11)에서 발광된 빛이 하방으로 조사되는 것을 제한하고, 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 빛을 차단하도록 하나 이상이 설치된다.

하지만, 할로겐 전구(11)는 기본적으로 발열이 심하고, 수명이 짧기 때문에 이러한 할로겐 전구(11)의 단점을 극복하기 위해 LED모듈로 교체하여 사용하고자 하는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

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상기된 요구에 부합하고자 안출된 본 발명은, LED 모듈이 다수 배치되고, 이 LED 모듈이 구역별로 점등 또는 소등되면서 발광하는 빛의 각도를 가변하도록 된 배광각도가 가변되는 LED 패키지를 제공함에 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배광각도가 가변되는 LED 패키지는, LED 패키지에 있어서, 기판 및 LED를 구비한 LED 모듈을 포함하고, 이 LED 모듈은 다수의 LED가 기판상에 적어도 2개 이상의 구역으로 배치되면서 구역별로 점등 또는 소등되는 것을 특징으로 한다.

여기서, LED는 3개의 구역으로 배치되고, 제1구역과 제2구역 및, 제2구역과 제3구역이 교번으로 점멸하여 반사갓에 의해 외부로 배광되는 각도가 가변되는 것을 특징으로 한다.

이때, 제2구역의 광량과, 제1구역 또는 제3구역의 광량을 합한 총 광량을 조정하기 위해 제2구역의 면적은 제1구역 또는 제3구역보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명은, LED 모듈이 접속하는 방열체 및, 방열체에 형성되어 방열하는 방열핀을 구비한 히트싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 LED 모듈이 배치된 위치에 따라 각각 점등되거나 소등되어 반사갓을 통해 조사되는 배광각도를 조정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 할로겐 램프에서의 배광각도와 본 발명의 LED 패키지가 적용된 램프에서의 배광각도를 동일 또는 유사하면서 종래의 할로겐 전구를 COB형 또는 SMD형의 LED 패키지로 대체할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 특히 차량의 전조등에 적용하여 기본 전조등 구조를 변경하지 않고 할로겐 전구를 LED 패키지로 교체할 수 있고, 이외에도 차량의 안개등 및 후진등을 포함한 모든 램프는 물론 일상에서 사용되는 할로겐 전구를 COB형 또는 SMD형의 LED 패키지로 교체할 수 있는 효과가 있다.

또한, LED 패키지가 차량에 설치된 경우, 정전류구동IC에 의해 차량의 전원 변동에도 일정한 전류를 공급할 수 있어 광원을 일정하게 유지할 수 있고, DC/DC방식으로 LDM을 구동하면서 부스트방식으로 구동 토폴로지를 적용함으로써, 차량 전원의 소비전력을 저감하면서 입력전압보다 출력전압을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, LED 모듈에서 발생하는 열이 히트싱크와 더불어 방열팬에 의해 강제로 방열되므로 최적의 방열 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고, LED 패키지로 할로겐 전구를 대체함으로써, 차량의 전등은 물론 일상에서 사용되는 할로겐 램프에 대체 적용할 수 있고, 할로겐 전구와 대비하여 전력 소모가 현저히 감소하면서 수명이 연장되어 교체 등의 관리비용이 절감되며, 높은 조도 및 색온도로 시인성이 향상되면서 눈부심이 제거되어 시력보호 및 눈의 피로도가 감소되는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 종래의 할로겐 램프를 사용한 차량용 전조등이 개략적으로 도시된 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배광각도가 가변되는 LED 패키지가 도시된 실사이다.
도 3은 도 2에 도시된 LED 모듈의 구조가 개략적으로 도시된 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성>

도 2는 본 발명에 따른 배광각도가 가변되는 LED 패키지가 도시된 실사이고, 도 3은 도 2에 도시된 LED 모듈의 구조가 개략적으로 도시된 평면도이다.

본 발명에 따른 배광각도가 가변되는 LED 패키지는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 빛을 발광하는 LED 모듈(100) 및, LED 모듈(100)이 접속되면서 LED 모듈(100)에서 발생한 열을 방열하는 히트싱크(110)를 포함하여 이루어진다.

LED 모듈(100)은 COB형 또는 SMD형으로, 기판(101), 기판(101) 상에 길이방향 또는, 길이와 폭의 행렬구조로 2개의 구역 이상으로 배치되어 실장된 LED(102)를 구비하여 이루어진다.

한편, LED 패키지를 차량의 헤드램프에 적용하는 경우, 일 예로 도 3과 같이 LED(102)가 3개의 구역으로 배치되고, 제1구역(103) 및 제3구역(105)보다 제2구역(104)의 면적을 작게 한다. 여기서, 제2구역(104)의 면적을 작게 하는 이유는 제2구역(104)의 광량과, 제1구역(103) 또는 제3구역(105)의 광량을 합한 총 광량을 조정하기 위함이다. 물론, 2개 이상의 구역으로 배치된 각각의 구역은 동일한 면적을 가질 수도 있다. 또한, 편의상 LED 모듈(100)에 대해 1개의 기판(101)에 LED(102)가 다수의 구역으로 실장된 것으로 기재되지만, 이외에 기판(101)과 LED(102)가 각각 다수의 구역으로 배치될 수도 있다.

그리고, 헤드램프를 하향등으로 사용하는 경우, 도 1의 로우 빔(low beam)과 같이 제1구역(103) 및 제2구역(104)이 발광하고, 상향등으로 사용하는 경우, 도 1의 하이 빔(high beam)과 같이 제2구역(104) 및 제3구역(105)이 발광하게 된다. 이외에 LED 모듈(100)이 2개의 구역으로 배치될 수도 있고, 이때에는 하향등 또는 상향등일 때 각각 1개씩의 구역이 교번으로 점멸된다. 또한, LED 모듈(100)이 4개 이상의 구역으로 배치될 수도 있고, 상향등 또는 하향등에 따라 기 설정된 해당 구역이 점멸하도록 이루어진다.

따라서, 제1구역(103) 및 제2구역(104)이 발광하여 반사갓(10,도 1 참조)에 의해 반사된 후 외부로 조사되는 빛이 하향등으로 배광되고, 이때 제3구역(105)은 소등된다.

또한, 제2구역(104) 및 제3구역(105)이 발광하여 반사갓(10)에 의해 반사된 후 외부로 조사되는 빛이 상향등으로 배광되고, 이때 제1구역(103)은 소등된다.

이렇듯, LED 모듈()에서 구역별로 점등 또는 소등되면 이를 반사하는 반사갓(10)의 형태에 따라 배광되는 각도를 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 상술된 헤드램프의 상,하향등 이외에도 조명등, 가로등 또는 광고용 조명 등을 포함하여 다양한 장소 및 용도로 사용 가능하다.

한편, 히트싱크(110)는 LED 모듈(100)에서 발생한 열을 방열하는 부재로, LED 모듈(100)이 접속하는 방열체(111) 및, 방열을 위한 방열핀(112)을 구비한다.

먼저, 방열체(111)는 도 2에서와 같이 대략 원기둥 형상으로, LED 모듈(100)이 전기적으로 접속할 수 있는 매개체 역할을 하고, LED 모듈(100)에서 발생한 열을 방열핀(112)까지 전열시키거나 전열시키는 도중에 방열하도록 이루어진다.

또한, 방열핀(112)은 방열체(111)에 의해 전달된 열을 최대한 방열할 수 있도록 방열체(111)를 중심으로 방사상 형태로 다수 형성된다. 이 방열핀(112)은 방열 효과를 극대화하기 위해 방열핀(112)의 개수를 증가시키거나, 방열핀(112)의 높이 및 길이를 증가시키거나, 방열체(111)에 길이방향으로 히트파이프를 매립할 수도 있다. 이때, 히트파이프는 방열체(111)의 일단부에 부착된 LED 모듈(100)로부터 전이된 열을 타단부로 신속히 전열하기 위한 부재이다.

본 발명에 따른 LED 패키지는 LED 모듈(100)은 입력전압변동이 심하거나 낮은 전압으로부터 안정된 밝기 및 높은 효율을 제공하기 위한 정전류구동IC(미도시)를 추가로 구성할 수 있다. 이 정전류구동IC는 LED의 순방향 전류를 직접 제어하고, 정전류원 회로의 부하 트랜지스터에 걸리는 전압을 센싱하여 전원 공급회로 출력전압을 제어하고, 이를 통해 일정 수준의 부하전류를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 정전류구동IC는 DC/DC 방식으로 LDM을 구동하면서 고출력 LED를 사용함으로써, 차량 전원의 소비전력을 감소시키고, 발열을 효과적으로 관리할 수 있다. 또한, 정전류구동IC는 입력 전압보다 출력 전압을 높이기 위해 부스트(boost) 방식의 구동 토폴로지(power topology)를 이용한다. 여기서, 정전류구동IC는 LED모듈(100)의 하부에 배치되거나 기판(101)의 일측부에 배치될 수 있다.

이러한 정전류구동IC에 의해 차량의 전원 변동에도 일정한 전류를 공급할 수 있어 광원을 일정하게 유지할 수 있고, DC/DC방식으로 LDM을 구동하면서 부스트방식으로 구동 토폴로지를 적용함으로써, 차량 전원의 소비전력을 저감하면서 입력전압보다 출력전압을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LED 패키지는 상기된 구성요소 이외에 방열효과를 향상시키기 위해 별도의 방열팬(미도시)이 추가로 구성할 수 있다.

이 방열팬은 방열핀(112)의 방열체(111) 반대측 부위에 장착되어 히트싱크(110)로 전열된 열을 외부로 배출하거나, 반대로 외부의 차가운 공기를 히트싱크(110)로 공급하여 방열효과를 얻을 수도 있다.

이 방열팬은 히트싱크(110)의 방열핀(112)에 형성된 체결홀(미도시)이나, 방열핀(112)들 사이에 형성된 체결홀(미도시)에 볼팅 또는 나사 등의 체결부재로 체결되어 고정된다.

또한, 방열팬과 방열핀(112) 사이에는 방열팬의 작동시 발생하는 진동을 흡수하기 위한 방진부재(미도시)가 개재될 수 있다. 이 방진부재는 고무, 스펀지 또는 탄성체 등의 탄성재질로 제작된다. 또한, 방진부재는 방열팬과 방열핀(112)이 접촉하는 부위 전체 또는 일부위에 다수 부착될 수도 있다. 이때, 방진부재가 개재된 상태에서의 방열팬과 방열핀(112)의 체결이 진동에 의해 해제되는 것을 방지하기 위해 나사 또는 볼트 등의 체결부재와 방열팬과의 접촉되는 부위에 별도의 탄성부재가 개재될 수 있고, 또는 히트싱크(110)에 나사 또는 볼팅 체결된 체결부재가 방열팬과는 탄성부재가 개재된 채로 끼움결합될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:LED 모듈
101:기판
102:LED
103:제1구역
104:제2구역
105:제3구역
110:히트싱크
111:방열체
112:방열핀.

Claims

LED 패키지에 있어서,
기판(101) 및 LED(102)를 구비한 LED 모듈(100);을 포함하고,
상기 LED 모듈(100)은 다수의 LED(102)가 상기 기판(101)상에 적어도 2개 이상의 구역으로 배치되면서 구역별로 점등 또는 소등하되, 상기 LED(102)은 3개의 구역으로 배치되고, 제1구역(103)과 제2구역(104) 및, 제2구역(104)과 제3구역(105)이 교번으로 점멸하여 반사갓에 의해 외부로 배광되며 각도가 가변하되, 상기 제2구역(104)의 광량과, 상기 제1구역(103) 또는 제3구역(105)의 광량을 합한 총 광량을 조정하기 위해 상기 제2구역(104)의 면적은 상기 제1구역(103) 또는 제3구역(105)보다 작은 것을 특징으로 하는 배광각도가 가변되는 LED 패키지.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 LED 모듈(100)이 접속하는 방열체(111) 및, 상기 방열체(111)에 형성되어 방열하는 방열핀(112)을 구비한 히트싱크(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배광각도가 가변되는 LED 패키지.