KR101920510B1 - Ｌｅｄ 광 엔진/히트 싱크 조립체 - Google Patents

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지이 라이팅 솔루션스, 엘엘씨
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Abstract

발광 다이오드(LED) 광 엔진이 개시된다. 발광 다이오드는 LED 광 엔진 기판의 전방 측부 상에 배치되는 하나 이상의 LED 소자를 포함한다. LED 광 엔진용 정합 리셉터클을 갖는 히트 싱크가 또한 제공된다. LED 광 엔진 기판 및 히트 싱크의 정합 리셉터클은 테이퍼형 피팅(tapered fitting)을 형성하고, 테이퍼형 피팅에 의해 LED 광 엔진이 히트 싱크의 정합 리셉터클 내에 보유된다.

Description

ＬＥＤ 광 엔진/히트 싱크 조립체{LED LIGHT ENGINE/HEAT SINK ASSEMBLY}
본 출원은 2011년 1월 19일 출원된 미국 특허 출원 제 61/434,048 호의 우선권을 주장한다. 그 내용은 여기에 참고 자료로 포함된다.
다음은 조명 분야, 발광 분야, 고상 발광 분야, 램프 및 조명 기구 분야, 및 관련 분야에 관한 것이다.
종래의 백열등, 할로겐등, 및 고강도 방전(HID) 광원은 비교적 높은 작동 온도를 갖고, 그 결과, 열 소산이 복사열 및 대류열 전도 경로에 의해 지배된다. 예를 들어, 복사열 소산은 온도의 네제곱과 함께 진행되어, 복사열 전달 경로는 작동 온도가 증가함에 따라 초선형으로 더욱 지배적이 된다. 따라서, 백열등, 할로겐등, 및 HID 광원용 열 관리는 효율적인 복사형 및 대류형 열 전달을 위해 통상적으로 램프 인근에 적절한 에어 공간을 제공하게 된다. 통상적으로, 이러한 타입의 광원에서, 램프의 요망 작동 온도를 달성하기 위해 복사형 또는 대류형 열 전달을 개선시키고자 램프의 표면적을 증가시키거나 수정할 필요가 없다.
다른 한편, 발광 다이오드(LED)-기반 램프는 통상적으로 소자 성능 및 신뢰도의 이유로 실질적으로 저온에서 작동한다. 예를 들어, 전형적인 LED 소자에 대한 정션 온도는 200℃ 미만이어야 하고, 일부 LED 소자에서는 100℃ 미만이어야 하며, 심지어 더 낮을 수도 있다. 이와 같은 낮은 작동 온도에서, 주변으로의 복사열 전달 경로는 종래의 광원의 경우에 비해 약하여, 주변으로의 대류열 및 전도열 전달이 통상적으로 복사열에 비해 지배적이게 된다. LED 광원에서, 램프 또는 조명 기구의 외측 표면적으로부터 대류열 및 복사열 전달은 두 경우 모두 히트 싱크의 추가에 의해 개선될 수 있다.
히트 싱크는 LED 소자로부터 멀리 열을 복사 및 대류시키기 위해 큰 표면을 제공하는 구성요소이다. 전형적인 설계에서, 히트 싱크는 외측 표면 상에 핀(fins) 또는 다른 열 소산 구조물을 가짐으로써 큰 가공 표면적을 갖는 비교적 거대한 금속 요소이다. 큰 덩어리의 히트 싱크는 LED 소자로부터 히트 핀까지 열을 효율적으로 전도하고, 히트 핀의 큰 면적은 복사 및 대류에 의해 효율적 열 소산을 제공한다. 고출력 LED-기반 램프의 경우에, 열 제거를 개선시키기 위해 팬 또는 합성 제트 또는 열 파이프 또는 열전 냉각기 또는 펌프형 냉매 유체를 이용한 능동 냉각을 이용하는 것이 또한 알려져 있다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드(LED) 광 엔진을 제공하는 것이다.
제 1 실시예에 따르면, 발광 다이오드(LED) 광 엔진이 설명된다. 발광 다이오드는 LED 광 엔진 기판의 전방 측부 상에 배치되는 하나 이상의 LED 소자를 포함한다. LED 광 엔진용 정합 리셉터클을 갖는 히트 싱크가 또한 제공된다. LED 광 엔진 기판 및 히트 싱크의 정합 리셉터클은 테이퍼형 피팅(tapered fitting)을 형성하고, 테이퍼형 피팅에 의해 LED 광 엔진이 히트 싱크의 정합 리셉터클 내에 보유된다.
추가 실시예에 따르면, 발광 다이오드(LED) 광 엔진을 구성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 히트 싱크의 정합 리셉터클 및 LED 광 엔진을 함께 가압하는 단계를 포함하며, 가압 단계는 테이퍼형 피팅의 결합에 적어도 기여하고, 테이퍼형 피팅에 의해 LED 광 엔진이 히트 싱크의 정합 리셉터클 내에 보유된다.
도 1은 본 발명의 램프의 측면도이다.
도 2는 도 1의 램프의 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 램프의 히트 싱크에 정합되는 광 엔진의 상세도이다.
도 6 및 도 7은 광 엔진의 상세도이다.
도 8 및 도 9는 램프의 히트 싱크에 대한 정합을 보여주는 대안의 광 엔진의 상세도이다.
도 10은 제작 순서도를 나타내는 블록도이다.
도 11은 램프의 히트 싱크에 대한 광 엔진 정합을 보여주는 추가적인 대안의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 램프가 도시된다. 예시적인 램프는 A-라인 구조를 갖고, 40-100W 또는 그 이상의 전기 입력 전력 범위에 사용되는 타입의 종래의 백열등 전구의 형상에 대응하는 외형을 갖는다. 도 1은 예시적인 램프를 도시하고, 도 2는 이러한 램프의 측면도(도 1에 도시된 단면 A-A)를 보여준다. 램프는 기저부(10)를 포함하며, 이러한 기저부(10)는 도 1 및 도 2에 가상선으로(즉, 쇄선을 이용하여) 윤곽을 도시하는 에디슨-형 나사선 또는 "스크루-인"(screw-in) 기저부이다. 램프의 본체는 핀(14)을 갖는 히트 싱크(12)에 의해, 그리고 광학 디퓨저(16)에 의해 형성된다. 램프 기저부(10)처럼, 광학 디퓨저(16)의 윤곽도 도 1 및 도 2에서 가상선으로 도시된다. 디퓨저(16)는 구형 형상, 계란형(장구형 및 편구형상의 조합), "전구" 형상(종래의 백열 전구의 유리 전구 형상을 닮음), 등을 가질 수 있다. 디퓨저(16)는 선택적으로, 반사 방지 코팅, 자외선 필터링 코팅, 파장-변환 인(phosphor) 코팅 등과 같은 하나 이상의 광학적 코팅을 또한 포함할 수 있다. 도시되는 A-라인 램프에서, 핀(14)은 광학 디퓨저(16)의 하측부 주위로 감긴다.
특히 도 2의 단면도를 참조하면, 발광 다이오드(LED) 엔진(20)이 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클 내에 배치된다. LED 광 엔진은 LED 광 엔진 기판(26)의 전방 측부(24) 상에 배치되는 하나 이상의 LED 소자(2)를 포함한다. 도시되는 광 엔진(20)은 전방 측부(24)에 대향된 LED 광 엔진 기판(26)의 후방 측부(32) 상에 배치되는 선택적인 전자 장치(30)를 또한 포함한다. 전자 장치(30)는 LED 광 엔진 기판(26)을 통과하는 전기 도관(34)에 의해 하나 이상의 LED 소자(22)와 전기적으로 연결된다. 추가적으로, 또는, 대안으로서, 하나 이상의 LED 소자(22)를 작동시키기 위한 전자 장치는 램프 기저부(10)의 중공부 및/또는 히트 싱크(12)의 중공 영역에 배치되는, 개략적으로 도시되는 전자 장치 모듈(36)과 같이, 다른 어딘가에 위치할 수 있다. 일반적으로, 램프 기저부(10), 전자 장치(30, 36), 및 하나 이상의 LED 소자(22)는 전기적으로 상호연결되어, 램프 기저부(10)에 대한 작동 전력 입력에 응답하여 하나 이상의 LED 소자(22)로 하여금 광을 방출하게 한다.
LED 소자(22)는 일반적으로, 반도체 LED 소자(예를 들어, GaN-계 LED 소자), 유기 LED 소자, 반도체 레이저 다이오드 등과 같은 임의의 고상 발광 소자일 수 있다. 예를 들면, 백색광 조명 응용예를 위해, LED 소자(22)는 청색광, 자색광, 및/또는 자외선광을 백색광 스펙트럼(즉, 사람의 눈에 "백색" 광으로 합리적으로 근사하는 것으로 보이는 스펙트럼)으로 변환하기 위해 (예를 들어, LED 칩 상에, 또는 디퓨저(16) 상에 배치되는) 파장-변환 인에 광학적으로 연결되는 GaN-계 청색광, 자색광, 및/또는 자외선-방출 LED 칩이다. 작동하는 LED 소자(22)는 열을 발생시킨다. LED 소자(22)는 서브-마운트, 표면-마운트 리드 프레임 등과 같이 당 분야에 흔히 사용되는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
작동하는 LED 소자는 열을 발생시킨다. 통상적으로, 이러한 소자들은 약 100℃ 또는 그 미만의 최대 다이오드 정션 온도에서 작동하도록 설계되지만, 이보다 높은 최대 정션 온도 또한 고려된다. 최대 설계 온도로, 또는 그 이하로 LED 소자를 유지시키기 위해, LED 광 엔진 기판(26)은 열 전도성으로 제조된다. 이를 위해, LED 광 엔진 기판(26)은 적어도 10W/m-K(예를 들어, 스테인레스강 또는 티타늄), 바람직하게는 수십 W/m-K, 더욱 바람직하게는 적어도 100W/m-K의 열 전도도(예를 들어, 200W/m-K 이상의 열 전도도를 갖는 알루미늄 또는 약 400W/m-K 이상의 열 전도도를 갖는 구리 또는 은)를 갖는 물질을 포함한다. 여기서 사용되는 바와 같이, 다양한 금속은 그 합금을 또한 포함하는 것으로 고려된다 - 예를 들어, "구리"는, 여기서 사용될 때, "텔루륨 구리"와 같은 다양한 구리 합금을 역시 포괄하는 것으로 간주된다. 또 다른 예로서, 일부 적절한 아연 합금은 110W/m-K 수준의 열 전도도를 제공할 수 있다. LED 광 엔진 기판(26)이 나노튜브 또는 탄소 섬유를 포함하는 복합 물질을 포함하는 경우를 또한 고려하며, 적절한 타입 및 밀도의 나노튜브 또는 섬유 및 적절한 호스트 물질의 경우, 더 높은 열 전도도를 달성할 수 있다.
일부 실시예에서, LED 광 엔진 기판(26)은 전기 전도성이기도 한 물질로 제조된다. 이는 예를 들어, 스틸, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속의 경우에 해당한다. 이러한 경우에, 얇은 전기 절연층(40)이 LED 광 엔진 기판(26)의 전방 측부(24) 상에 적절히 배치되어, 전기 전도성 LED 광 엔진 기판(26)으로부터 LED 소자(22)의 전기적 절연을 제공하게 된다. LED 광 엔진 기판(26)은 일부 실시예에서, 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, LED 광 엔진(20)은 두꺼운 금속 디스크 또는 플레이트에 납땜 연결되는, 또는, 그렇지 않을 경우, 열적으로 그리고 기계적으로 접합되는, 얇은 금속 후방 플레이트를 갖는 종래의 금속-코어 인쇄 회로 보드(MCPCB)를 포함한다 - 이러한 경우에 LED 광 엔진 기판(26)은 MCPCB의 금속 코어와 금속 디스크 또는 플레이트 모두를 포함한다. 도시되지 않지만, 후방 측부 전자 장치(30)를 전기적으로 분리시키기 위해, LED 광 엔진 기판(26)의 후방 측부(32) 상에 전기 절연층이 또한 제공될 수 있다. 마찬가지로, LED 광 엔진 기판(26)이 금속 또는 다른 전기 전도성 물질을 포함할 경우, 전기 도관(34)은 기판(26)에 대한 전기적 분로를 방지하기 위해 적절한 절연물을 포함하여야 한다.
도 2를 계속 참조하고 도 3 및 도 4를 또한 참조하면, LED 광 엔진(20)은 LED 광 엔진 기판(26)의 테이퍼형(tapered) 환형 측벽(50)과, 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 테이퍼형 정합 환형 측벽(52)에 의해 형성되는 테이퍼형 피팅(tapered fitting)에 의해 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)(도 4에 표시됨)에 고정된다. 도 3의 확대도에서 가장 잘 나타나는 바와 같이, 2개의 테이퍼형 표면(50, 52)은 소각도(θT)로 가늘어져서, LED 광 엔진(20)이 힘(F)(도 4 참조)에 의해 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44) 내로 가압될 때, LED 광 엔진(20)은 테이퍼형 피팅에 의해 정합 리셉터클(44) 내에 압축 방식으로 보지된다. 이러한 테이퍼형 피팅은 기계가공 드릴 비트 섕크의 고정에 사용되는 테이퍼 또는 화학 실험실의 글래스웨어 장치에 사용되는 타입의 원추형으로 테이퍼형 그라운드 글라스 조인트와 유사하게 작동한다(예를 들어, 절삭 기계 아버(arbors), 스핀들, 소정의 선반 스핀들, 등을 장착하는데 가끔 사용되는 것과 같은 미국 표준 기계 테이퍼 또는 다른 테이퍼형 "퀵-체인지" 섕크). 정합 리셉터클(44) 내로 LED 광 엔진 기판(26)의 압축과 정합 테이퍼형 표면(50, 52) 사이의 정적 마찰의 조합은 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44) 내에 LED 광 엔진(20)을 보유하는 강한 보유력을 발생시킨다.
작은 값의 테이퍼 각도(θT)는 강한 보유력을 발생시키는 데 유리하다. 테이퍼 각도(θT)는 5도 미만인 것이 바람직하고, 3도 미만인 것이 더욱 바람직하다. 일부 적절한 실시예에서, θT는 2°보다 작고, 예를 들어, 하나의 실시예에서 1.75°, 다른 하나의 실시예에서 1.50°이다. 각도(θT)가 작을 경우, 도 4에 도시되는 예시적 "설치"력(F)에 대향하는 방향으로 작용하는 시도 제거력은 거의 두 표면(50, 52)의 평면에서 작용하여, 시도되는 제거가 거의 전적으로 두 표면(50, 52)의 서로에 대한 슬라이딩을 통해 이루어진다. 이러한 슬라이딩 모션은 강한 마찰력에 의해 저지된다. 정적 마찰력은 Ffriction ∝ μs x FN으로 모델링될 수 있고, 이때, FN은 표면에 수직으로 작용하는 수직력이고, μs는 (정적) 마찰 계수이다. 큰 수직력(FN)은 정합 리셉터클(44) 내 LED 광 엔진 기판(26)의 압축으로 인재 존재한다.
다른 한편, θT가 증가함에 따라, 시도되는 수축력의 상당 부분(또는 성분)이 두 표면(50, 52)의 법선 방향으로 작용한다. 이러한 힘 성분은 서로에 대해 미끄러지는 것보다는 서로로부터 멀리 표면(50, 52)을 당기고, 따라서, 슬라이딩 마찰에 의해 저지되지 않는다. 주어진 시도 제거력(Fremove)의 경우, 표면(50, 52)에 평행하게 작용하는 (따라서 슬라이딩 마찰에 의해 저지되는) 성분은 Fremove x cos(θT)이고, 표면(50, 52)에 수직으로 작용하는 (따라서 슬라이딩 마찰에 의해 저지되지 않는) 성분은 Fremove x sin(θT)이다. 따라서, 작은 값의 θT가 일반적으로 우수하다. (유효 테이퍼형 피팅을 여전히 제공하면서 테이퍼 각도(θT)가 얼마나 작게 만들어질 수 있는 지에 대한 제한이 존재한다. 이는, 테이퍼가 전혀 없음에 대응하는 θT = 0°에서 압축 수직력(FN)이 미미하거나 0이기 때문에, 따라서, 정적 마찰력이 강하게 감소하기 때문에, 확인될 수 있다. 따라서, 테이퍼 끼워맞춤은 적어도 압축 수직력(FN)을 제공하기에 충분한, 소정의 테이퍼링을 포함하여야 한다).
작은 테이퍼 각도(θT)의 경우에(예를 들어, θT < 5°, 바람직한 경우 θT ≤3°, 더욱 바람직한 경우 θT ≤ 2°), 테이퍼형 피팅은 접착성 유체 또는 땜납으로부터 어떠한 보유 기여없이 충분한 보유력을 제공할 수 있다. 더욱이, 테이퍼형 피팅에 의해 제공되는 밀접한 끼워맞춤(intimate fit)은 표면(50, 52) 사이에서 우수한 열접촉을 제공하며, 이는 LED 광 엔진 기판(26)으로부터 히트 싱크(12)까지 테이퍼형 피팅을 통해 LED 소자(22)에 의해 발생되는 열의 유효 열 전달을 촉진시킨다. 따라서, 일부 실시예에서, 테이퍼형 피팅에 어떤 접착성 유체, 열 전도성 유체, 또는 땜납도 배치되지 않는다. 이는 접착제, 땜납, 나사, 또는 다른 보유 구성요소의 이용을 제거함으로써 제조 비용 및 복잡도가 감소하는 한 유리하다. 그러나, (예를 들어, 정합 리셉터클(44) 내로 LED 광 엔진(20)을 가압하기 전에 도포되는) 접착성 유체, 열 전도성 유체, 또는 땜납을 테이퍼형 피팅 내에 포함시키는 것도 고려된다.
도 1 내지 도 4의 장치에 대한 열제거 경로는 LED 소자(22)로부터 LED 광 엔진 기판(26)까지, LED 광 엔진 기판(26)을 통해 횡방향으로, 테이퍼형 피팅까지, 테이퍼형 피팅을 건너 히트 싱크(12)까지, 그리고 궁극적으로 히트 싱크 핀(14)까지, 그 후 대류 및 복사의 조합에 의해 주변 환경으로 전도된다. 이러한 관점에서, LED 광 엔진 기판(26)은 테이퍼형 피팅까지 횡방향으로 열을 효율적으로 전도할 수 있도록 충분히 두꺼워야 한다. 종래의 상업적으로 가용한 MCPCB의 구리 또는 알루미늄 후방 플레이트는 충분한 측면 열 전달을 지원하기에 너무 얇을 수 있다. 이러한 경우에, MCPCB는 두꺼운 디스크-형상 구리(또는 다른 열 전도성) 슬러그에 적절히 납땜되거나 그렇지 않을 경우 접합되어, LED 광 엔진 기판(26)에 대한 요망 두께를 갖는 LED 광 엔진(20)을 실현할 수 있다. 대안으로서, 기판(26)에 대한 요망 두께의 디스크-형상 구리 슬러그에 바로 절연층이 배치될 수 있고, 선택적으로 인쇄 회로가 추가될 수 있어서, LED 광 엔진(20)을 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 4의 실시예에서, 작은 테이퍼 각도(θT)(예를 들어, θT < 5°, 바람직한 경우 θT ≤ 3°, 더욱 바람직한 경우 θT ≤ 2°)를 이용함으로써, 정합 표면(50, 52) 상에 가해지는 (거의) 수직 압축력에 의해 크게 만들어지는 슬라이딩 마찰의 저항에 기초하여 강한 보유력이 제공된다. 이와 같이 강한 보유력은 실질적으로 매끄러운 표면인 표면(50, 52)과 함께 획득된다. 보유력은 보유를 더 돕기 위해 하나 또는 두 표면 상에 러프닝(roughening), 텍스처링(texturing), 또는 미세구조체를 제공함으로써 더욱 크게 만들어질 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 변형 실시예가 도시되며, LED 광 엔진 기판(26)의 매끄러운 테이퍼형 환형 측벽(50)이, 테이퍼형 스플라인 미세구조체를 포함하는 환형 측벽(50S)에 의해 변형 LED 광 엔진 기판(26S)에서 대체된다. 본 실시예에서, 환형 측벽(50S)이 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 환형 측벽(52)보다 비교적 경질인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, (예를 들어, 도 5 내지 도 7에 도시되는 실시예의 스플라인 미세구조체와 같은) 특징부를 포함하는 비교적 경질의 테이퍼형 표면(50S)은 테이퍼형 피팅 내 비교적 연질의 테이퍼형 표면(52)을 변형시키고(또는 "테이퍼형 표면(52)에 물리고"), 따라서, 개선된 보유를 제공한다. 도시되는 스플라인 미세구조체 대신에, 불규칙한 러프닝 또는 텍스처링, 또는 일부 다른 타입의 미세구조체가 사용될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 다른 예시적인 실시예에서, LED 광 엔진 기판(26R)은 변형 환형 측벽(50R)이 테이퍼형 스레딩을 포함한다는 점을 제외하곤 LED 광 엔진(26, 26S)과 유사하다. 도 8 및 도 9의 실시예에서, 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 환형 측벽(52)은 매끄럽게 유지된다. 설치 중, 압축력(F)을 가함에 추가하여, 추가적인 회전력 또는 토크(T)가 가해져서, 환형 측벽(50R)의 테이퍼형 스레딩이 매끄러운 측벽(52)에 "물리게" 한다. 따라서, 설치는 나무 나사가 스크루드라이버에 의해 가압 및 회전함에 따라 목재 내로 물려들어가는 방식과 유사하게 작동한다. 결과적인 테이퍼형 끼워맞춤(tapered fit)은 설치 중 환형 측벽(52) 내로 형성되는(또는 변형되는) 대응하는 스레딩 구조와 정합되는 LED 광 엔진 기판(26R)의 환형 측벽(50)의 테이퍼형 스레딩을 포함한다. 도시되는 예에서, 토크(T)(및 가능하다면 힘(F) 또한)는 LED 광 엔진 기판(26R) 내로 형성되는 스패너 렌치 구멍(60)과 연결되는 스패너 렌치(도시되지 않음)에 의해 가해진다. 스레딩이 회전 중 정합 리셉터클(44)의 환형 측벽 내로 물려들어감에 따라, 이 작동 자체가 압축력(F)의 일부분(또는 심지어 전부)을 가할 수 있다.
도 8 및 도 9의 실시예에서, 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 환형 측벽(52)이 (적어도, LED 광 엔진의 설치 중 나사선 측벽(50)에 의해 변형되기 전에) 매끄럽다고 가정된다. 추가적인 변형 실시예에서(도시되지 않음), 측벽(52)은 LED 광 엔진 기판(26R)의 환형 측벽(50R)의 스레딩과 정합하는 (미리 형성된) 스레딩을 또한 포함한다고 가정된다. 테이퍼형 피팅의 본 실시예는 테이퍼형 파이프 피팅(예를 들어, NPT 파이프 피팅)과 유사하게 작동한다.
도 10은 설치 프로세스를 개략적으로 제시한다. LED 광 엔진(20)은 작동(S1)에서, 테이퍼형 환형 측벽(50, 50S, 50R)을 포함하는 LED 광 엔진 기판(26, 26S, 26R)과 함께 형성된다. 이와 별도로, 히트 싱크(12, 14)가 작동(S2)에서, 테이퍼형 측벽(52)을 포함하는 정합 리셉터클(44)과 함께 형성된다. 작동(S1, S2)은 최초 구성요소들의 제조 후 측벽(50, 52)을 형성하기 위해 연삭, 절삭, 레이저-절단 등을 이용하여, 또는, (주조 작동에서) 주물로 이러한 표면을 형성하는 등과 같이, 테이퍼형 측벽(50, 52)을 형성하기 위해 임의의 적절한 프로세스를 이용할 수 있다. 작동(S3)에서, LED 광 엔진은 히트 싱크의 정합 리셉터클 내로 가압되고, 따라서, 테이퍼형 피팅과 결합하며, 이에 의해 LED 광 엔진이 히트 싱크의 정합 리셉터클 내에 보유된다. 선택적으로, (예를 들어, 도 8 및 도 9의 실시예에 따르면) 작동(S3)은 회전력 또는 토크를 가하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 테이퍼형 끼워맞춤은 충분한 보유력을 제공할 것으로 일반적으로 예상된다. 그러나, 또한 언급한 바와 같이, 선택적인 작동(S4)이 작동(S3) 전에, 중에, 또는 후에 적용될 수 있고, 작동(S4)은 보유를 더욱 돕기 위해 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 테이퍼형 측벽(52)에, 및/또는 LED 광 엔진의 테이퍼형 측벽(50, 50S, 50R)에 열 페이스트(thermal paste), 접착제, 땜납, 또는 다른 보조 유체를 도포하는 단계를 포함한다.
도 5 내지 도 9의 실시예에서, 러프닝, 텍스처링, 또는 미세구조체가 LED 광 엔진의 측벽(50)에 도포되고, 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)의 측벽(52)은 매끄럽다고 가정한다. 그러나, 이러한 순서가 역전될 수 있다 - 즉, 러프닝, 텍스처링, 또는 미세구조체가 히트 싱크의 정합 리셉터클의 측벽 상에 위치할 수 있고, LED 광 엔진의 측벽은 매끄럽게 유지될 수 있다. 더욱이, 테이퍼형 끼워맞춤의 양 표면이 러프닝, 텍스처링, 또는 미세구조체를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 9에 도시되는 실시예에서, LED 광 엔진 기판(26, 26S, 26R)은 테이퍼형 피팅의 일 표면을 형성하는 주변부(즉, 측벽(50, 50S, 50R))를 갖는 평면형 LED 광 엔진 기판이다. 특히, 도 1 내지 도 9의 실시예에서, LED 광 엔진 기판(26, 26S, 26R)은 테이퍼형 피팅의 일 표면을 형성하는 원형 주변부(즉, 측벽(50, 50S, 50R))를 갖는 디스크-형상 LED 광 엔진 기판이다. 그러나, 테이퍼형 피팅의 일 표면을 형성하는 주변부가 원형 외에 다른 것일 수 있다(예를 들어, 도 8 및 도 9의 회전 스레딩을 이용하는 실시예에서 예외). 예를 들어, LED 광 엔진 기판은 정사각형 정합 리셉터클을 갖는 히트 싱크와 함께 정사각형 주변부를 가질 수 있다. 마찬가지로, LED 광 엔진 기판은 평면형이 아닌 다른 것일 수 있다 - 예를 들어, 전방 표면은 큰 입체각에 걸쳐 광 방출을 제공하기 위한 소정의 볼록 곡률을 포함할 수 있고, 후방 측부는 전자 장치 또는 다른 구성요소를 지지하기 위한 소정의 구조를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 9의 도시되는 실시예에서, LED 광 엔진은 테이퍼형 피팅에 의해서만 - 즉, 정합 측벽(50, 52)에 의해서만 - 히트 싱크 내에서 지지된다. 그러나, 테이퍼형 피팅에 대한 기계적 스톱을 제공하기 위해 히트 싱크의 정합 리셉터클 상에 환형 립을 포함하는 것이 또한 고려된다. 테이퍼링의 방향이 또한 역전될 수 있다.
도 11을 참조하면, 또 다른 고려되는 변형에서, 테이퍼형 피팅의 수형/암형 순서가 역전될 수 있다. 도 1 내지 도 9의 실시예에서, LED 광 엔진(20)은 이러한 실시예에서 개구부인 정합 리셉터클(44) 내로의 수형 구성요소 피팅이다. LED 광 엔진은 따라서, 이러한 실시예에서 히트 싱크 내부에 압축적으로 보지된다. 도 11에서, 변형 히트 싱크(12')는 외부 상의 테이퍼형 피팅에 기여하는 표면(52')을 갖는 환형 링 형태로 정합 리셉터클(44')을 포함한다. 변형 LED 광 엔진(20)은 내부 상의 테이퍼형 피팅에 기여하는 정합 표면(50')을 형성하는 환형 링을 갖는 변형 LED 광 엔진 기판(26')을 포함한다. (단순화를 위해 도 11에 LED 광 엔진(20')의 다른 세부사항이 도시되지 않고, 더욱이, 개략적인 히트 싱크(12')로부터 구분하기 위해 개략적 LED 광 엔진(20')이 쇄선으로 도시된다). 본 실시예에서, LED 광 엔진 기판(26')은 테이퍼형 피팅의 암형 부분으로 기능하고, 히트 싱크(12')(및 특히, 정합 리셉터클(44'))는 테이퍼형 피팅의 수형 부분으로 기능한다.
도시되는 실시예는 예시적인 A-라인 램프의 범주에서 설명되었다. 그러나, 히트 싱크에 LED 광 엔진을 조립하기 위한 개시되는 기법들은 지향성 LED-기반 램프(예를 들어, MR, R, 또는 PAR 램프)와 같은 다른 타입의 LED-기반 램프뿐 아니라, 다른 타입의 LED-기반 조명 기구(예를 들어, 모듈, 다운라이트, 등)에도 적절히 이용된다.
추가적인 개시사항은 특허청구범위 형태로 쓰여진 다양한 개시 형태에 대한 다음의 일-문장형 구문의 형태로 여기서 제공되며, 다중 종속항의 이용은 특징들의 다양한 고려되는 조합을 개시하기 위한 것이다.

Claims (25)

  1. 장치에 있어서,
    LED 광 엔진 기판(26)의 전방 측부 상에 배치되는 하나 이상의 LED 소자(22)를 포함하는 발광 다이오드(LED) 광 엔진(20)과,
    상기 LED 광 엔진(20)용 정합 리셉터클(44)을 갖는 히트 싱크(12)를 포함하며,
    상기 LED 광 엔진 기판(26) 및 상기 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)은 테이퍼형 피팅(tapered fitting)을 형성하고, 상기 테이퍼형 피팅에 의해 상기 LED 광 엔진(20)이 상기 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44) 내에 보유되는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 상기 테이퍼형 피팅의 일 표면을 형성하는 주변부를 갖는 평면형 LED 광 엔진 기판을 포함하는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 적어도 10W/m-K의 열 전도도를 갖는 물질을 포함하는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 전기 전도성이고,
    상기 LED 광 엔진(20)은 상기 LED 광 엔진 기판(26)으로부터 하나 이상의 LED 소자(22)를 전기적으로 절연시키는 LED 광 엔진의 전방 측부 상에 배치되는 전기 절연층을 더 포함하는
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 상기 전방 측부에 대향된 후방 측부를 갖고,
    상기 LED 광 엔진(20)의 후방 측부의 적어도 중앙 영역이 상기 히트 싱크(12)와 접촉하지 않는
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진(20)은, 상기 LED 광 엔진 기판(26)의 후방 측부 상에 배치되며, 상기 LED 광 엔진(20)의 전방 측부 상에 배치되는 하나 이상의 LED 소자(22)와 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전자적 구성요소를 더 포함하는
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 상기 테이퍼형 피팅에서만 상기 히트 싱크(12)와 접촉하는
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크(12)는 플라스틱 포머(plastic former)와, 상기 테이퍼형 피팅에서 포함되는 상기 플라스틱 포머 위에 배치되는 금속 코팅을 포함하여, 상기 LED 광 엔진 기판(26)이 상기 테이퍼형 피팅에서 상기 히트 싱크(12)의 금속 코팅과 접촉하게 되는
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광 엔진 기판(26)은 상기 테이퍼형 피팅의 수형 부분을 형성하고, 상기 히트 싱크(12)는 상기 테이퍼형 피팅의 암형 부분을 형성하는
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크(12)의 정합 리셉터클(44)은 정합 개구부를 포함하고, 상기 LED 광 엔진 기판(26)은, 상기 히트 싱크(12)의 상기 정합 개구부 내부에 압축 방식으로 끼워맞춰지는 상기 LED 광 엔진 기판(26)의 외측 주변부를 포함하는 상기 테이퍼형 피팅과 함께 상기 정합 개구부 내로 끼워맞춰지는
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 피팅은 5° 미만의 테이퍼 각도를 갖는
    장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 피팅은,
    (1) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 LED 광 엔진 기판(26)의 표면과, (2) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 히트 싱크(12)의 표면 중 하나로 구성되는 연질의 테이퍼형 표면과,
    (1) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 LED 광 엔진 기판(26)의 표면과, (2) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 히트 싱크(12)의 표면 중 다른 하나로 구성되는 경질의 테이퍼형 표면을 포함하는
    장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 경질의 테이퍼형 표면은 상기 테이퍼형 피팅 내 연질의 테이퍼형 표면을 변형시키는 특징부를 포함하는
    장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 피팅 내 연질의 테이퍼형 표면을 변형시키는 특징부는 테이퍼형 스플라인(tapered splines)을 포함하거나, 또는
    상기 테이퍼형 피팅 내 연질의 테이퍼형 표면을 변형시키는 특징부는 테이퍼형 스레딩(tapered threading)을 포함하는
    장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    (1) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 LED 광 엔진 기판(26)의 표면과, (2) 상기 테이퍼형 피팅을 형성하는데 기여하는 상기 히트 싱크(12)의 표면 중 적어도 하나는 러프닝(roughening), 텍스처링(texturing), 또는 미세구조체(microstructures)를 포함하는
    장치.
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