KR101921127B1 - 조명 장치 - Google Patents

Abstract

실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 일 면을 갖는 방열체; 상기 방열체의 일 면 상에 배치된 기판; 상기 기판의 상면 상에 배치된 발광 소자를 갖는 발광부; 및 상기 기판으로부터 방출된 열을 상기 방열체로 전달하는 히트 스프레더;를 포함하고, 상기 히트 스프레더는 상기 기판의 상면 및 측면과 접촉하고, 상기 방열체의 일 면과 접촉한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}

실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이미 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.

실시 예는 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 제공한다.

또한, 실시 예는 고정 나사에 의한 기판의 손상이나 균열을 없앨 수 있는 조명 장치를 제공한다.

또한, 실시 예는 커넥터를 위한 납땜이 필요없는 조명 장치를 제공한다.

실시 예에 따른 조명 장치는, 일 면을 갖는 방열체; 상기 방열체의 일 면 상에 배치된 기판; 상기 기판의 상면 상에 배치된 발광 소자를 갖는 발광부; 및 상기 기판으로부터 방출된 열을 상기 방열체로 전달하는 히트 스프레더;를 포함하고, 상기 히트 스프레더는 상기 기판의 상면 및 측면과 접촉하고, 상기 방열체의 일 면과 접촉한다.

실시 예에 따른 조명 장치는, 일 면을 갖는 방열체; 상기 방열체의 일 면 상에 배치된 기판; 상기 기판의 상면에 배치된 발광 소자를 갖는 발광부; 및 상기 방열체의 일 면과 상기 기판의 상면 및 측면 상에 배치되고, 일부가 적어도 2회 이상 구부러진 히트 스프레더;를 포함한다.

실시 예에 따른 조명 장치를 사용하면, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 실시 예는 고정 나사에 의한 기판의 손상이나 균열을 없앨 수 있는 이점이 있다.

또한, 실시 예는 커넥터를 위한 납땜이 필요없는 이점이 있다.

도 1은 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 히트 스프레더의 구성 물질와 두께에 따른 상대적 열 저항을 보여주는 그래프,
도 3은 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도,
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 조명 장치를 설명한다.

도 1은 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는, 방열체(100), 기판(300), 발광부(500) 및 히트 스프레더(heat spreader, 700)를 포함할 수 있다.

방열체(100)는 소정의 체적을 가지며, 일 예로 방열체(100)는 소정의 두께를 갖고, 상면과 하면을 갖는 판 형상일 수 있다.

방열체(100)의 상면에는 기판(300)이 배치된다. 또한, 방열체(100)의 상면에는 히트 스프레더(700)가 배치된다. 방열체(100)는 기판(300)과 히트 스프레더(700)로부터 전달되는 열을 방열한다. 이를 위해 방열체(100)는 방열 성능이 좋은 금속 재질 또는 수지 재질로 구성될 수 있다.

방열체(100)의 하면에는 외부로 연장된 복수의 방열핀(150)을 가질 수 있다. 방열핀(150)은 방열체(100)의 표면적을 넓혀 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

기판(300)은 방열체(100)의 상면 상에 배치된다. 따라서, 기판(300)의 하면은 방열체(100)의 상면과 직접 접촉한다. 여기서, 기판(300)과 방열체(100) 사이에 열 전도를 향상시키기 위한 방열 패드나 방열 그리스가 배치될 수 있다.

기판(300) 상에는 발광부(500)와 히트 스프레더(700)의 일부가 배치된다. 구체적으로, 기판(300)의 상면의 중앙부 상에 발광부(500)가 배치되고, 기판(300)의 상면의 외곽부와 기판(300)의 측면 상에 히트 스프레더(700)의 일부가 배치된다. 여기서, 기판(300)의 상면의 외곽부와 기판(300)의 측면은 히트 스프레더(700)의 일부와 물리적으로 접촉한다. 따라서, 기판(300)과 발광부(500)에서 방출되는 열은 히트 스프레더(700)로 빠르게 전도될 수 있다

기판(300)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(300)은 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board)일 수 있다. COB는 세라믹 재질을 포함하여 열에 대한 내열성 및 절연성을 확보할 수 있다.

기판(300)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 일 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색 또는 은색 도료 등으로 코딩될 수 있다.

발광부(500)는 기판(100) 상에 배치된다. 구체적으로, 발광부(500)는 기판(100)의 상면의 중앙부에 배치될 수 있다.

발광부(500)는 리드 프레임(510), 발광 소자(530), 가이드(550) 및 봉지부(570)를 포함할 수 있다.

리드 프레임(510)은 기판(100) 상에 배치된다. 리드 프레임(510)은 하나 이상일 수 있다. 리드 프레임(510)은 전도성 물질로 구성되고, 리드 프레임(510) 상에 발광 소자(530)가 배치될 수 있다. 리드 프레임(510)은 이웃한 발광 소자와 와이어(w)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

발광 소자(530)는 리드 프레임(510) 상에 배치된다. 발광 소자(530)는 하나 이상이 배치될 수 있다.

발광 소자(530)는 청색(Blue), 적색(Red) 및 녹색(Green)의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 백색(White)의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 뿐만 아니라, 발광 소자(330)는 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type)일 수도 있고, 수직형(Vertical Type)일 수 있다.

가이드(550)는 리드 프레임(510)와 발광 소자(530)를 둘러싸도록 기판(300) 상에 배치된다. 가이드(550)는 리드 프레임(510), 발광 소자(530) 및 와이어(w)가 봉지부(570)에 의해 매립될 수 있는 높이를 가질 수 있다.

봉지부(570)는 가이드(550)에 의해 가이드되고, 리드 프레임(510), 발광 소자(530) 및 와이어(w)를 덮는다.

봉지부(570)는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투광성 수지일 수 있다. 여기서, 봉지부(570)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 투광성 수지에 전체적으로 또는 부분적으로 분산되어 배치될 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 투광성 수지에 황색 계열의 형광체만을 포함되도록 하여 자연광(백색광)을 구현할 수 있지만, 연색지수의 향상과 색온도의 저감을 위해 녹색 계열의 형광체나 적색 계열을 형광체를 더 포함할 수 있다.

봉지부(570)에 여러 형광체들이 혼합된 경우, 형광체의 색상에 따른 첨가 비율은 적색 계열의 형광체보다는 녹색 계열의 형광체를, 녹색 계열의 형광체보다는 황색 계열의 형광체를 더 많이 사용할 수 있다.

봉지부(570)은 복수의 층들로 나눠질 수 있다. 예를 들어, 봉지부(570)는 적색 계열의 형광체를 갖는 층, 녹색 계열의 형광체를 갖는 층 및 황색 계열의 형광체를 갖는 층들이 적층된 것일 수 있다.

히트 스프레더(700)는 방열체(100)와 기판(300) 상에 배치된다. 구체적으로, 히트 스프레더(700)의 일부는 방열체(100)의 상면과 상에 배치되고, 나머지 일부는 기판(300)의 상면과 측면에 배치된다. 히트 스프레더(700)는 방열체(100)의 상면과 물리적으로 접촉하고, 기판(300)의 상면 및 측면과 물리적으로 접촉한다.

히트 스프레더(700)는 방열체(100)의 상면과 기판(300)의 상면 사이의 단차로 인해, 적어도 일부가 2회 이상 구부러진 형상을 갖는다. 이러한 구조는 기판(300)을 고정시키는 역할도 할 수 있다. 둘 이상의 히트 스프레더(700)들을 사용하면 기판(300)을 방열체(100) 상에 고정시킬 수도 있다.

히트 스프레더(700)는 열을 분산 및 전달하는 역할을 한다. 구체적으로, 히트 스프레더(700)는 기판(300)의 외곽부 또는 측부에서 발생되는 열을 전달받아 방열체(100)로 전달한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능이 향상될 수 있다.

히트 스프레더(700)는 방열체(100)와 기판(300) 사이의 열저항을 낮출 수 있다. 또한, 히트 스프레더(700)를 구성하는 물질에 따라 열저항이 달라질 수 있다. 도 2를 참조하도록 한다.

도 2는 도 1에 도시된 히트 스프레더의 구성 물질와 두께에 따른 상대적 열 저항을 보여주는 그래프이다. 도 2의 그래프의 열저항은, 히트 스프레더(700)가 없는 경우의 열저항을 1로 가정한 것이다.

도 2를 참조하면, 히트 스프레더(700)의 두께가 두꺼워질수록 열저항이 감소됨을 알 수 있다. 또한, 동일 두께를 가정하였을 때, 히트 스프레더(700)가 질화알루미늄(AlN)인 경우가 산화알루미늄(Al2O3)인 경우보다 열저항이 더 낮음을 알 수 있다.

결과적으로, 히트 스프레더(700)에 의해, 방열체(100)와 기판(300) 사이의 열저항이 낮아짐을 알 수 있다.

도 3은 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 조명 장치는, 도 1에 도시된 조명 장치에 고정 나사(800)가 더 추가된 것이다. 따라서, 이하에서는 고정 나사(800)에 대해서 구체적으로 설명하도록 한다.

고정 나사(800)는 히트 스프레더(700)를 관통하여 방열체(100)와 결합한다. 이러한 고정 나사(800)는 기판(300)을 관통하지 않기 때문에, 기판(300)의 손상이나 균열이 발생되지 않는 이점이 있다.

도 4는 또 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 조명 장치는, 도 1에 도시된 조명 장치에 전기 접속부(900)가 더 추가된 것이다. 이하에서는 전기 접속부(900)를 중심으로 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 전기 접속부(900)는 히트 스프레더(700) 상에 배치된다.

전기 접속부(900)는 배선(910)과 절연층(930)을 포함할 수 있다.

배선(910)은 도전성 물질로서, 외부로부터 전원이 인가된다.

배선(910)은 절연층(930) 상에 배치되고, 와이어(w)를 통해 발광부(500)의 리드 프레임(510)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 배선(910)을 통해 입력된 전원은 와이어(w)를 거쳐 리드 프레임(510)으로 이동할 수 있다.

절연층(930)은 히트 스프레더(700)의 일 면 상에 배치된다. 절연층(930) 상에는 배선(910)이 배치된다. 절연층(930)은 배선(910)과 히트 스프레더(700)를 전기적으로 절연시킨다.

종래의 LED 칩이 장착된 기판들 중 외부 전원을 인가받기 위한 커넥터를 구비한 기판이 있었다. 커넥터는 기판의 일 측에 납땜을 통해 결합되었다. 따라서, 기판이 높은 온도에서 구동할 경우에 납땜이 녹아 기판에 전기적 문제를 일으키는 경우가 발생되었다. 하지만, 도 4에 도시된 조명 장치는 종래에 사용되던 커넥터를 사용하지 않기 때문에, 커넥터를 위한 납땜이 없어 높은 구동 온도에서도 안정적으로 동작할 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 방열체
300: 기판
500: 발광부
700: 히트 스프레더
800: 고정 나사
900: 전기 접속부

Claims (9)

1. 일 면을 갖는 방열체;
   상기 방열체의 일 면 상에 배치된 기판;
   상기 기판의 상면 상에 배치된 발광 소자를 갖는 발광부;
   상기 기판으로부터 방출된 열을 상기 방열체로 전달하는 히트 스프레더;
   상기 히트 스프레더를 관통하여 상기 방열체와 결합하는 고정 나사;
   상기 히트 스프레더 상에 배치된 절연층; 및
   상기 절연층 상에 배치되고 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 배선을 포함하는 전기 접속부;를 포함하고,
   상기 히트 스프레더는 상기 방열체의 상면과 상기 기판의 상면 사이의 단차로 인해 일부가 2회 구부러져 제1 하면 및 상기 제1 하면 보다 낮게 배치된 제2 하면을 포함하며,
   상기 기판과 상기 히트 스프레더의 상기 제2 하면은 상기 방열체의 상면의 동일 평면에 배치되며,
   상기 발광부와 상기 히트 스프레더의 상기 제1 하면은 상기 기판의 상면의 동일평면에 배치되고,
   상기 발광부는
   상기 기판의 상면 상에 배치된 리드 프레임;
   상기 리드 프레임 상에 배치된 상기 발광 소자;
   상기 리드 프레임과 상기 발광 소자를 둘러싸도록 상기 기판의 상면 상에 배치된 가이드; 및
   상기 가이드에 의해 가이드되어 상기 리드 프레임과 상기 발광 소자를 매립하고, 투광성 수지와 형광체를 갖는 봉지부;를 포함하며,
   상기 히트 스프레더의 두께가 두꺼울수록 상기 기판과 상기 방열체 사이의 열저항이 낮아지고,
   상기 히트 스프레더는 산화알루미늄 및 질화알루미늄 중 어느 하나이고,
   상기 발광부는 상기 기판의 상면의 중앙부에 배치되고, 상기 히트 스프레더는 상기 기판의 상면의 외곽부에 배치된, 조명 장치.
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