KR101713059B1 - 발광소자 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

발광소자 조명 장치가 개시된다. 개시된 발광소자 조명 장치는 배치된 격벽에 의해 제1공간과 제2공간으로 구분되는 하우징과, 상기 하우징에서 상기 격벽의 제1면 상으로 배치되며, 상기 제1면 상의 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판 상의 복수의 발광소자칩들을 구비한 발광소자 모듈과, 상기 하우징 내에서 상기 제1면과 마주보는 상기 격벽의 제2면 상으로 배치되어서 상기 발광소자 모듈에 전압을 공급하는 전압공급부를 포함한다.

Description

발광소자 조명 장치{Illumination apparatus employing light emitting device}
본 개시는 복수의 발광소자를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)와 같은 발광소자는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN접합을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 최근, 물리적, 화학적 특성이 우수한 질화물을 이용하여 구현된 청색 발광다이오드 및 자외선 발광 다이오드가 등장하였고, 또한 청색 또는 자외선 발광 다이오드와 형광물질을 이용하여 백색광 또는 다른 단색광을 만들 수 있게 됨으로써 발광 다이오드의 응용범위가 넓어지고 있다.
이러한 발광다이오드는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 빛의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 발광다이오드는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어, 여러가지 용도로 적용이 가능하다.
예를 들어, 발광다이오드는 조명 장치에 적용될 수 있다. 발광다이오드가 고출력화함에 따라 방열부재, 예컨대 히트싱크가 필요해진다. 종래의 발광다이오드 조명 장치는 히트싱크와 발광소자 모듈이 일체형으로 되어 히트싱크의 크기가 제한을 받으며, 이로 인해 고출력 발광소자 조명 장치의 방열성능을 만족시키기가 어렵다.
발광소자 모듈과 방열수단(히트싱크)을 독립적으로 설치할 수 있는 발광소자 조명 장치를 제공한다.
일 유형에 따르는 조명 장치는,
내부에 배치된 격벽에 의해 제1공간과 제2공간으로 구분되는 하우징;
상기 하우징에서 상기 격벽의 제1면 상으로 배치되며, 상기 제1면 상의 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판 상의 복수의 발광소자칩들을 구비한 발광소자 모듈; 및
상기 하우징 내에서 상기 제1면과 마주보는 상기 격벽의 제2면 상으로 배치되어서 상기 발광소자 모듈에 전압을 공급하는 전압공급부를 포함한다.
상기 하우징은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 인쇄회로기판의 하부에 배치된 금속 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2공간을 덮도록 상기 하우징의 하부면과 접촉하는 열방출부재를 더 구비할 수 있다.
상기 금속 플레이트 및 상기 격벽 사이에 도포된 열전달 계면 물질을 더 구비할 수 있다.
상기 열방출부재의 하부면에 연결된 히트싱크를 더 구비할 수 있다.
상기 열방출부재의 하부면 및 상기 히트싱크의 상부면이 접촉되도록 연결된다.
상기 열방출부재의 하부면 및 상기 히트싱크의 상부면 사이에 도포된 열전달 계면물질을 더 구비할 수 있다.
상기 전압공급원은 상기 전압공급원으로 외부의 전압을 연결하도록 상기 하우징의 측벽에서 돌출되어 연장된 터미널을 더 구비할 수 있다.
상기 격벽은 금속으로 이루어지며, 상기 하우징과 상기 격벽은 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 제1공간을 덮도록 상기 하우징의 상부면을 덮어서 상기 발광소자 모듈로부터의 광을 고르게 확산시키는 디퓨저를 더 구비할 수 있다.
상기 디퓨저를 상기 하우징에 고정하는 고정부재를 더 구비할 수 있다.
상기 하우징은 원통 실린더 형상일 수 있다.
상기 제1공간 보다 상기 제2공간이 더 크다.
개시된 실시예들에 따른 발광소자 조명 장치는 발열부분인 발광소자 모듈과 열방출 수단(히트 싱크)이 분리되어 설계되며, 이들을 열전도성 하우징이 연결하므로, 효과적으로 방열 설계를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 조명 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1의 개략적 사시도이다.
도 3은 도 1의 일부를 확대한 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 조명 장치의 개략적 구조를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 조명 장치를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 조명 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이며, 도 2은 도 1의 개략적 사시도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 발광소자 조명 장치(100)는 원형 실린더 형상의 하우징(110)을 구비한다. 하우징(110)은 열전도성 물질, 즉, 열전도도가 높은 금속 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(110)은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
하우징(110)의 내부에는 하우징(110)을 두개의 공간으로 나누는 격벽(112)이 형성된다. 격벽(112)은 금속물질로 형성될 수 있다. 격벽(112)은 하우징(110)과 일체형으로 형성될 수 있다. 하우징(110) 내의 공간은 격벽(112)을 기준으로 격벽(112)의 제1면(112a) 상의 제1 공간과 격벽(112)에서 제1면(112a)과 마주보는 제2면(112b) 상의 제2 공간으로 나뉜다.
제1면(112a) 상에는 발광소자 모듈(120)이 배치된다. 발광소자 모듈(120)은 인쇄회로기판(122)과 인쇄회로기판(122) 상에서 인쇄회로기판(122)과 전기적으로 연결된 복수의 발광소자칩(124)으로 이루어진다. 인쇄회로기판(122)의 하부면에는 금속플레이트(126), 예컨대 알루미늄 플레이트가 형성되어 있다. 금속플레이트(126)는 제1면(112a)과 접촉한다. 인쇄회로기판(122)과 금속플레이트(126)는 하나의 구조물로 이루어질 수 있으며, 금속 코어 인쇄회로기판(Metal Core PCB)으로 불릴 수도 있다.
발광소자칩(124)은 인쇄회로기판(122)에 직접 실장되거나 또는 패키지 형태로 되어서 인쇄회로기판(122)에 실장될 수 있다. 발광소자칩(124)은 +극과 -극을 구비한 발광다이오드칩(Light emiiting diode chip)일 수 있다. 발광다이오드칩은 발광다이오드칩을 이루는 화합물반도체의 재질에 따라 청색, 녹색, 적색 등을 발광할 수 있다. 나아가, 발광다이오드칩 표면에 형광코팅을 하여 백색광을 발광토록 할 수도 있다. 예를 들어, 청색 발광다이오드칩은 GaN과 InGaN이 교번되어 형성된 복수의 양자 우물층 구조의 활성층을 가질 수 있으며, 이러한 활성층의 상하부에 AlXGaYNZ의 화합물반도체로 형성된 P형 클래드 층과 N형 클래드 층이 형성될 수 있다. 본 실시예는 발광소자칩이 발광다이오드칩인 경우를 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광소자칩(124)은 UV 광다이오드칩, 레이저 다이오드칩, 유기발광 다이오드칩 등일 수도 있다.
도 3은 도 1의 일부를 확대한 일부 확대도이다.
도 3을 참조하면, 금속플레이트(126)와 제1면(112a) 사이에는 열적 계면 물질(thermal interface material)(128)이 더 형성될 수 있다. 도 1에는 편의상 열적 계면 물질이 도시되지 않았다. 열적 계면 물질(128)은 금속플레이트(126)와 제1면(112a) 사이의 열적 전사 효율(thermal transfer efficency)을 증가시키기 위한 것이다. 열적 계면 물질(128)은 실리콘 오일과 같은 열적 그리스에 알루미늄 옥사이드, 징크 옥사이드 등이 필러로 포함된 물질일 수 있다.
제2 공간에는 전압공급부(130)가 배치된다. 전압공급부(130)는 외부 전원을 입력받는 터미널(132)과, 발광소자 모듈(120)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(134) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 전원 제어부(134)는, 예를 들어, 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파장애신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다. 전원으로 교류전원이 입력되는 경우, 교류를 직류로 변환하는 컨버터와, 발광소자 모듈(120)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 전압 제어부를 포함할 수 있다. 전원 자체가 발광소자 모듈(120)에 적합한 전압을 갖는 직류원(예를 들어, 전지)이라면, 컨버터나 전압 제어부가 생략될 수도 있다. 전원 제어부(134)로부터의 전류는 격벽(112)에 형성된 관통홀(미도시)을 통해서 발광소자 모듈(120)에 공급된다.
터미널(132)은 하우징(110)의 일측에 형성된 홀로부터 돌출되게 설치되어서 외부전압원과 연결될 수 있다.
하우징(110)의 상부에는 확산판(diffuser)(140)이 배치된다. 확산판(140)은 발광소자칩(124) 각각으로부터의 점원광을 확산시켜주기 위해 사용된다. 하우징(110)의 외주면과 고정 부재(142)의 내주면은 나사결합을 하도록 형성될 수 있다. 또한, 하우징(110)의 외주면과 고정 부재(142)의 내주면은 미도시된 접착재로 결합될 수도 있다.
하우징(110)의 상부에는 확산판(140)을 하우징(110)의 상부에 고정하기 위한 고정 부재(142)가 더 배치될 수 있다.
하우징(110)의 하부에는 제2공간을 커버하는 열방출부재(150)가 배치된다. 열방출부재(150)는 열전도도가 높은 물질, 예컨대 알루미늄으로 형성될 수 있다.
열방출 효율을 증가시키기 위해서 제1공간 보다 제2공간을 더 크게 형성한다. 이는 제1공간을 발광소자 모듈(120)이 설치되는 최소공간으로 하여 발광소자 모듈(120)로부터 발생되는 열을 하우징으로 효율적으로 전달하기 위한 것이며, 제2공간은 전압공급부(130)를 위한 공간이며 또한, 제1공간의 열이 열방출부재(150)로 이동하는 동안 외부로 열이 방열될 수 있는 것을 고려한 것이다.
발광소자 모듈(120)로부터 발생된 열은 열전도도가 높은 격벽(112) 및 하우징(110)을 통해서 열방출부재(150)로 이동되며, 열방출부재(150)로부터의 열은 미도시된 히트 싱크에 의해서 보다 효과적으로 방출될 수 있다. 특히, 발광소자 모듈(120)에서 발생되는 열의 양을 계산하여 하우징(110)과는 별도로 히트 싱크를 사용하므로, 효과적인 열방출을 설계할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 조명 장치(200)를 보여주는 단면도이다. 도 1의 구조와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
발광소자 조명 장치(200)는 하우징(110)의 하부에 부착된 열방출부재(150)와 접촉하여 외부로 열을 방출하는 히트 싱크(260)를 포함한다. 히트 싱크(260)는 열방출부재(150)의 하부면(150a)와 접촉되는 상부면(260a)을 구비한다. 히트 싱크(260)의 상부면(260a)과 열방출부재(150)의 하부면(150a) 사이에는 열적 계면 물질(thermal interface material)(262)이 더 형성될 수 있다. 열적 계면 물질(262)은 열방출부재(150)와 히트 싱크(260) 사이의 열적 전사 효율(thermal transfer efficency)을 증가시키기 위한 것이다. 열적 계면 물질(262)은 실리콘 오일과 같은 열적 그리스에 알루미늄 옥사이드, 징크 옥사이드 등이 필러로 포함된 물질일 수 있다.
히트 싱크(260)는 하부에 방열면적을 넓게하도록 복수의 핀(264)이 더 형성되어 있다. 히트 싱크(260)는 발광소자모듈(120)로부터의 열의 방열을 위해 다양한 형태로 열방출부재(150)에 열적 접촉되게 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 내부에 배치된 격벽에 의해 구분되는 제1공간과 제2공간을 포함하는 하우징;
    상기 하우징에서 상기 격벽의 제1면 상으로 배치되며, 상기 제1면 상의 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판 상의 복수의 발광소자칩들을 포함한 발광소자 모듈; 및
    상기 하우징 내에서 상기 제1면과 마주보는 상기 격벽의 제2면 상으로 배치되어서 상기 발광소자 모듈에 전압을 공급하는 전압공급부;를 포함하고,
    상기 제2공간을 덮도록 상기 하우징의 하부면과 접촉하는 열방출부재와, 상기 열방출부재의 하부면에 연결된 히트싱크를 더 구비하는, 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 열전도성 물질로 이루어진 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 금속으로 이루어진 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 하부에 배치된 금속 플레이트를 더 포함하는 조명 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압공급부는 상기 전압공급부로 외부의 전압을 연결하도록 상기 하우징의 측벽에서 돌출되어 연장된 터미널을 더 구비한 조명 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 격벽은 일체형으로 형성된 조명 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공간을 덮도록 상기 하우징의 상부면을 덮어서 상기 발광소자 모듈로부터의 광을 고르게 확산시키는 디퓨저를 더 구비한 조명 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디퓨저를 상기 하우징에 고정하는 고정부재를 더 구비한 조명 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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