KR102327477B1 - 열 전도성 바디 및 반도체 발광 디바이스를 포함하는 조명 디바이스 - Google Patents

열 전도성 바디 및 반도체 발광 디바이스를 포함하는 조명 디바이스 Download PDF

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Abstract

조명 디바이스는 바디(10)를 포함한다. 바디(10)는 복수의 전도성 패드들(50, 52)을 갖는 탑재 영역(11) 및 탑재 영역(11)으로부터 연장되는 가늘고 긴 부재(16)를 포함한다. 탑재 영역(11) 및 가늘고 긴 부재(16)는 열 전도성, 전기적 절연 재료로 형성된다. 전도성 패드들(50, 52)이 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립된다. 디바이스는 탑재 영역(11)에서 바디(10)와 직접 접촉하여 배치된 반도체 발광 디바이스(12)를 더 포함한다.

Description

열 전도성 바디 및 반도체 발광 디바이스를 포함하는 조명 디바이스{LIGHTING DEVICE INCLUDING A THERMALLY CONDUCTIVE BODY AND A SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 열 전도성 바디를 포함하는 조명 디바이스에 관한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs), 공진 캐비티 발광 다이오드들(RCLEDs), 수직 캐비티 레이저 다이오드들(VCSELs), 및 에지 발광 레이저들을 포함하는 반도체 발광 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들이다. 가시 스펙트럼에 걸쳐 동작가능한 고휘도 발광 디바이스들의 제조에 있어서 현재 관심이 있는 재료 시스템들은, Ⅲ-질화물 재료들로도 지칭되는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체들, 특히, 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 2원, 3원, 및 4원 합금들을 포함한다. 통상적으로, Ⅲ-질화물 발광 디바이스들은, 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD), 분자 빔 에피택시(MBE), 또는 다른 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 카바이드, Ⅲ-질화물, 또는 다른 적합한 기판 위에 상이한 조성들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜하게 성장시킴으로써 제조된다. 스택은, 기판 위에 형성된 예를 들어, Si로 도핑된 하나 이상의 n형 층들, n형 층 또는 층들 위에 형성된 활성 영역에서의 하나 이상의 발광층들, 및 활성 영역 위에 형성된 예를 들어, Mg로 도핑된 하나 이상의 p형 층들을 종종 포함한다. 전기적 콘택트들(electrical contacts)이 n형 및 p형 영역들 위에 형성된다.
도 1은 US 7,625,104호에 더욱 상세히 설명되어 있는, 적어도 하나의 LED를 히트 싱크(heat sink)에 탑재하기 위한 슬러그(240)를 예시한다. LED 다이들(244)은 슬러그의 탑재부(248)에 탑재된다. 슬러그는 예를 들어, 알루미늄, 강철, 또는 구리와 같은 열 전도성 재료로 형성된다. 슬러그는 포스트(post)(250)를 더 포함한다. 포스트(250)는 포스트의 말단부에서 나사산부(threaded portion)(252)를 포함한다. 나사산 너트(threaded nut)(254)가 포스트(250)의 나사산부(252) 위에 수용된다.
히트 싱크(270)에 탑재된 슬러그(240)가 도시되어 있다. 히트 싱크(270)는 포스트(250)를 수용하는 개구부(272)를 포함한다. 열 전도성 재료(249)가 히트 싱크(270)의 전면(front surface)(274)과 슬러그의 탑재부(248) 사이에 배치된다. 슬러그(240)는 나사산 너트(254)를 맞물리고 조임으로써 히트 싱크(270)에 고정되어서, 슬러그의 탑재부(248)로 하여금 히트 싱크(270)의 전면(274)과 열적 결합하도록 촉구된다. 전도체들(260 및 262)이 포스트(250)의 나사산부(252)의 단부를 지나 연장하고, 동작 전류를 LED들(244)에 공급하는 전류 서플라이에 대한 연결을 용이하게 한다.
히트 싱크(270)는 LED 다이들(244)에 의해 생성된 광을 수집하고 안내하는 광 리플렉터 및/또는 광 가이드로 더 작용하는 원통형 캔-형상 바디를 갖는다. 전도체들(260 및 262)은 LED 장치를 매다는 실내의 천장의 조명 기구(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 히트 싱크(270)는 예를 들어, 플레이트, 또는 냉각 핀들을 갖는 히트 싱크일 수 있다.
본 발명의 목적은 개별 히트 싱크와 함께 또는 개별 히트 싱크 없이 사용될 수 있는 조명 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 조명 디바이스는 바디를 포함한다. 바디는 복수의 전도성 패드들을 갖는 탑재 영역 및 탑재 영역으로부터 연장되는 가늘고 긴 부재(elongate member)를 포함한다. 탑재 영역 및 가늘고 긴 부재는 열 전도성, 전기적 절연 재료로 형성된다. 전도성 패드들이 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립된다. 디바이스는 탑재 영역에서 바디와 직접 접촉하여 배치된 반도체 발광 디바이스를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에서, 조명 디바이스는 바디를 포함한다. 바디는 열 전도성, 전기적 절연 재료를 포함한다. 반도체 발광 디바이스는 바디 상에 탑재된다. 바디는 히트 싱크 없이 시트 금속에 부착되도록 구성된다.
도 1은 히트 싱크 상에 탑재되는 슬러그에 부착된 LED들을 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 조명 디바이스를 예시한다.
도 3은 반도체 발광 다이오드의 예를 예시한다.
도 4는 도 2에 예시된 조명 디바이스의 바디의 상면도이다.
도 5는 도 2에 예시된 조명 디바이스의 바디의 단면도이다.
도 6은 드라이버 회로와 같은 회로를 포함하는 조명 디바이스의 단면도이다.
도 7은 도 6의 단면도에 예시된 콘택트 패드들의 상면도이다.
도 1에 예시된 구조에서, 하나 이상의 LED들(244)이 나사산 포스트(250)를 갖는 슬러그에 부착된다. 그 후, 슬러그는 광 가이드 또는 리플렉터로 성형(shaped)될 수 있는 히트 싱크에 부착되어야 한다. 다시 말해, 도 1에 예시되어 있는 탑재된 LED를 가장 효율적으로 사용하기 위해, 사용자 또는 구매자가 도 1의 탑재된 LED를 설치하기 위한 적합한 히트 싱크 및/또는 리플렉터 또는 광 가이드를 선택할 수 있도록 사용자 또는 구매자는 열적 관리 및 광학에 친숙해야 한다.
본 발명의 실시예에서, 외부 히트 싱크가 요구되지 않을 수 있도록 LED와 같은 조명 디바이스가 충분히 양호한 열적 성능을 갖는 바디에 탑재된다. 렌즈가 LED 위에 형성될 수 있다. 그에 따라, 구조체의 사용자 또는 구매자는 열적 관리 또는 광학에 어떠한 전문적 지식을 필요로 하지 않는다. 탑재된 LED는 시트 금속과 같은 단순한 구조체에 부착될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예를 예시한다. LED와 같은 발광 디바이스(12)가 바디(10)에 부착된다. 발광 디바이스(12)는 바디의 상면 상의 탑재 영역(11) 상의 전도성 패드들에 부착된다. 탑재 영역을 포함하는 상면이 도 4에 더욱 상세히 도시되어 있다. 렌즈(14)가 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 발광 디바이스(12) 위에 형성될 수 있다.
바디(10)는 탑재 영역(11)으로부터 연장되는 가늘고 긴 부재(16)를 포함한다. 가늘고 긴 부재(16)는 가늘고 긴 부재(16)를 수용하는 홀을 갖는 시트 금속과 같은 다른 구조체에 바디(10)를 부착하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 예시되어 있는 바와 같이, 가늘고 긴 부재(16)는 나사산 표면(threaded surface)(17)을 가질 수 있다. 나사산 표면(17)은 바디(10)를 다른 구조체에 고정하는 너트(도 2에 도시되지 않음)를 수용할 수 있다. 도 2에 예시된 예가 바디를 다른 구조체에 부착하기 위해 나사산형의 가늘고 긴 부재(16) 및 너트를 사용하지만, 예를 들어, 트위스트-락 배열(twist-lock arrangement), 스프링 푸쉬-온(spring push-on) 배열, 리벳-기반 배열, 또는 임의의 다른 적합한 기계적 배열과 같은, 다른 구조체에 바디를 부착하는 임의의 적합한 구조체가 사용될 수 있다.
바디(10)의 탑재 영역에서 전도성 패드들에 전기적 연결을 제공하는 구조체(18)가 가늘고 긴 부재(16)의 단부에 배치된다. 전기적 연결 구조체는, 와이어들, 금속 스페이드 러그들(metal spades lugs), 금속 포스트들, 또는 임의의 다른 적합한 구조체를 포함하는 임의의 적합한 구조체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 구조체(18)는 저가로 바디(10)에 통합될 수 있는 절연 변위 커넥터 또는 IDC이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 Ⅲ-질화물 LED의 일례를 예시한다. 임의의 적합한 발광 디바이스(12)가 사용될 수 있으며 본 발명은 도 3에 예시된 예에 한정되지 않는다. 도 3의 예에서, 반도체 발광 디바이스가 블루 또는 UV 광을 방출하는 Ⅲ-질화물 LED지만, 다른 Ⅲ-Ⅴ 재료들, Ⅲ-인화물, Ⅲ-비화물, Ⅱ-Ⅵ 재료들, ZnO, 또는 Si계 재료들과 같은 다른 재료 시스템들로 이루어진 레이저 다이오드들 및 반도체 발광 디바이스들과 같은 LED들 이외의 반도체 발광 디바이스들이 사용될 수 있다.
도 3의 디바이스는 본 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이 성장 기판(20)상에 Ⅲ-질화물 반도체 구조체(22)를 성장시킴으로써 형성된다. 성장 기판은 종종 사파이어이지만, 예를 들어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판과 같은 임의의 적합한 기판일 수 있다. Ⅲ-질화물 반도체 구조체가 성장되는 성장 기판의 표면은 성장 이전에 패터닝될 수 있고, 조도화(roughen)될 수 있거나, 텍스처링(texture)될 수 있고, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 향상시킬 수 있다. 성장 표면(즉, 플립 칩 구성에서 대부분의 광이 추출되는 표면) 반대편의 성장 기판의 표면이 성장 이전 또는 이후에 패터닝될 수 있고, 조도화될 수 있거나, 텍스처링될 수 있고, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 향상시킬 수 있다.
반도체 구조체는 n형과 p형 영역들 사이에 샌드위치된 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n형 영역(24)이 먼저 성장될 수 있고, 예를 들어, 버퍼층들 또는 핵생성층들(nucleation layers)과 같은 준비층들, 및/또는 n형 도핑될 수 있거나 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들, 및 광을 효율적으로 발광하기 위해 발광 영역에 바람직한 특정한 광학, 재료, 또는 전기적 특성들을 위해 설계된 n형 또는 심지어 p형 디바이스 층들을 포함하는, 상이한 조성들 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다. 발광 또는 활성 영역(26)이 n형 영역 위에 성장된다. 적합한 발광 영역들의 예들은, 단일의 두껍거나 얇은 발광층, 또는 배리어층들에 의해 분리된 다수의 얇거나 두꺼운 발광층들을 포함하는 다중 양자 우물 발광 영역을 포함한다. 그 후, p형 영역(28)이 발광 영역 위에 성장될 수 있다. n형 영역과 유사하게, p형 영역은 의도적으로 도핑되지 않은 층들, 또는 n형 층들을 포함하는, 상이한 조성, 두께, 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다.
성장 이후에, p-콘택트(32)가 p형 영역(28)의 표면 상에 형성된다. p-콘택트(32)는 반사 금속 및 반사 금속의 일렉트로마이그레이션(electromigration)을 방지하거나 감소시킬 수 있는 가드 금속(guard metal)과 같은 다수의 전도성 층들을 종종 포함한다. 반사 금속은 종종 은(silver)이지만, 임의의 적합한 재료 또는 재료들이 사용될 수 있다. p-콘택트(32)를 형성한 이후에, p-콘택트(32), p형 영역(28), 및 활성 영역(26)의 일부가 제거되어 n-콘택트(30)가 형성되는 n형 영역(24)의 일부를 노출시킨다. n- 및 p-콘택트들(30 및 32)은 실리콘 또는 임의의 다른 적합한 재료의 산화물과 같은 유전체로 채워질 수 있는 갭(34)에 의해 서로로부터 전기적으로 격리된다. 다수의 n-콘택트 비아들이 형성될 수 있고; n- 및 p-콘택트들(30 및 32)은 도 3에 예시된 배열에 한정되지 않는다. n- 및 p-콘택트들은 본 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 유전체/금속 스택으로 재구분될 수 있다.
LED(19)는 마운트(40)에 부착될 수 있다. LED(19)와 마운트(40) 사이에 전기적 연결을 형성하기 위해, 하나 이상의 인터커넥트(interconnect)(37 및 38)가 n- 및 p-콘택트들(30 및 32) 상에 형성되거나 그에 전기적으로 연결된다. 인터커넥트(37)는 도 3에서 n-콘택트(30)에 전기적으로 연결된다. 인터커넥트(38)는 p-콘택트(32)에 전기적으로 연결된다. 인터커넥트들(37 및 38)은 유전층(36) 및 갭(35)에 의해 n- 및 p-콘택트들(30 및 32)로부터 그리고 서로로부터 전기적으로 격리된다. 인터커넥트들(37 및 38)은 예를 들어, 솔더, 스터드 범프들, 골드층들, 또는 임의의 다른 적합한 구조체일 수 있다. 마운트(40)는 예를 들어, 실리콘, 세라믹, 또는 임의의 다른 적합한 재료일 수 있다. 전기적 트레이스들이 인터커넥트들(37 및 38)을 마운트(40)의 저부 상의 콘택트 패드들(도 3에 도시되지 않음)에 전기적으로 연결하기 위해 마운트(40)의 표면 상에 또는 마운트(40) 내에 형성될 수 있다. 마운트(40)의 저부 상의 콘택트 패드들은 도 2에 도시되고 후술하는 바와 같이 바디(10)의 탑재 영역(11)에 형성된 콘택트 패드들에 연결될 수 있다.
기판(20)은 박형화될 수 있거나 전체적으로 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 박형화에 의해 노출된 기판(20)의 표면이 패터닝되고, 텍스처링되거나, 조도화되어 광 추출을 향상시킨다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 구조체들이 기판(20)이 제거되는 경우에, 반도체 구조체에 부착되거나, 기판(20)이 존재하는 경우에는, 반도체 구조체 반대편의 기판(20)의 측면에 부착된다. 구조체(들)는 예를 들어, 렌즈들, 필터들, 또는 파장 변환 부재들과 같은 광학 엘리먼트들일 수 있다.
도 3에 예시된 구조체에서, 파장 변환 부재(42)가 기판(20) 위에 배치된다. 파장 변환 부재(42)는 예를 들어, 냉광을 발하는(luminesce) 종래의 인광체들, 유기 인광체들, 양자 도트들, 유기 반도체들, Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체들, Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 양자 도트들 또는 나노크리스탈들, 염료들, 폴리머들, 또는 다른 재료들일 수 있는 파장 변환 재료를 포함한다. 파장 변환 재료는 LED에 의해 방출된 광을 흡수하고, 하나 이상의 상이한 파장들의 광을 방출한다. LED에 의해 방출된 변환되지 않은 광은 종종, 필요가 없더라도, 구조체로부터 추출된 광의 최종 스펙트럼의 일부이다.
공통 조합들의 예들은, 옐로우-방출 파장 변환 재료와 조합된 블루-방출 LED, 그린- 및 레드-방출 파장 변환 재료들과 조합된 블루-방출 LED, 블루- 및 옐로우-방출 파장 변환 재료들과 조합된 UV-방출 LED, 및 블루-, 그린-, 및 레드-방출 파장 변환 재료들과 조합된 UV-방출 LED를 포함한다. 다른 컬러들의 광을 방출하는 파장 변환 재료들이 구조체로부터 추출된 광의 스펙트럼에 맞도록 추가될 수 있다.
파장 변환 부재(42)는 유리 또는 실리콘과 같은 투명 매트릭스와 혼합되고 나서 파장 변환 부재들로 다이싱되는(diced) 파장 변환 세라믹 타일 또는 파장 변환 재료와 같은 사전-형성된 파장 변환 부재일 수 있다. 대안으로는, 파장 변환 부재(42)는 LED(19) 상에 원 위치에(in situ) 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 재료는 실리콘, 에폭시, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 투명 재료와 혼합되고 나서, LED(19) 위에 분배되고, 스텐실되고, 스크린 인쇄되고, 전기영동 퇴적되거나, 다른 방식으로 배치될 수 있다.
다수의 개별 LED들이, LED(19)를 마운트(40)에 부착하기 이전 또는 이후, 그리고 파장 변환 부재(42)를 LED(19)에 부착하기 이전 또는 이후에, 단일 웨이퍼 상에 형성된 후 디바이스들의 웨이퍼로부터 다이싱된다.
임의의 적합한 발광 디바이스가 사용될 수 있다. 본 발명은 도 3에 예시된 특정한 발광 디바이스에 한정되지 않는다. 발광 디바이스들은 블록(12)에 의해 아래에서 표현된다.
도 2를 참조하면, 발광 디바이스(12)는 바디의 상면 상의 탑재 영역(11)에서 바디(10) 상에 탑재된다. 탑재 영역(11)은 도 4에 더욱 상세히 예시된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 탑재 영역(11)은 적어도 2개의 전도성 패드들(50, 52) 및 열 패드(54)를 포함한다. 전도성 패드들(50 및 52)은 LED(19)에 대한 전기적 연결을 제공하기 위해 (도 3에 예시된) 마운트(40)의 저부 상의 패드들에 전기적으로 연결된다. 전도성 패드들(50 및 52) 중 하나가 도 3에 도시된 n-콘택트(30)에 전기적으로 연결되며, 전도성 패드들(50 및 52) 중 다른 하나가 도 3에 도시된 p-콘택트(32)에 전기적으로 연결된다. n-콘택트(30)에 대한 연결은 패드(37)를 통할 수 있다. p-콘택트(32)에 대한 연결은 패드(38)를 통할 수 있다. 패드들(50, 52, 및 54)은 바디(10)를 형성하는 전기적 절연, 열 전도성 재료에 매립될 수 있다. 패드들(50 및 52) 사이의 전기적 격리가 바디(10)의 재료에 의해 제공된다.
탑재 영역(11)은 열 전도성일 수 있는, 도 4에 예시되어 있는 바와 같은, 제3 패드(54)를 포함할 수 있다. 열 패드(54)의 노출된 부분은 LED(19)로부터 떨어져 열을 전도하는 마운트(40) 상의 구조체와 정렬될 수 있다. 바디 내에 매립되는 열 패드(54)의 일부는 발광 디바이스(12)에 의해 생성된 열을 열 전도성 바디(10)로 전도하기에 충분한 사이즈일 수 있다. 바디(10)는 구조체의 열적 성능을 강화시키기 위해 열을 더 확산시킨다.
탑재 영역(11)은, 필요하지 않더라도, 바디(10)의 상면의 나머지에 대해 리세스될 수 있다. 일부 실시예들에서, 탑재 영역(11)은 조명 디바이스(12) 위에 배치되는 렌즈 또는 다른 광학 엘리먼트에 대응하도록 성형된다. 예를 들어, 도 4에서, 탑재 영역(11)은 도 2에 예시된 바와 같이, 둠 렌즈(14)에 대응하도록 성형된다.
일부 실시예들에서, 발광 디바이스(12)가 탑재 영역(11)에서 패드들(50, 52, 및 54)에 부착된 이후에, 그리고 (도 2에 도시된) 렌즈(14)가 탑재 영역(11) 위에 배치된 이후에, 발광 디바이스(12)와 렌즈 사이의 공간이 재료로 채워질 수 있다. 충전 재료(filling material)는 발광 디바이스(12)를 보호할 수 있고, 그리고/또는 조명 디바이스로부터 렌즈로의 광의 추출을 보조할 수 있다. 일부 실시예들에서, 충전 재료는 발광 디바이스(12)의 굴절률보다 크지 않고 렌즈(14)의 굴절률보다 작지 않은 굴절률을 갖는다. 탑재 영역(11)은 충전 재료의 주입 동안 사용되는 포트들(56 및 58)을 포함할 수 있다. 충전 재료는 포트들(56 및 58) 중 하나에 주입될 수 있으며, 포트들(56 및 58) 중 다른 하나가 발광 디바이스와 렌즈 사이의 공간에서 공기를 뽑아내기 위해 사용될 수 있어서, 충전 재료가 가능한 한 공간의 대부분을 점유한다.
도 4에 예시된 실시예에서는 탑재 영역(11)이 실질적으로 원형이고 바디(10)의 상면이 타원형이지만, 이들 특징들은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 탑재 영역(11) 및/또는 바디(10)의 상면은 원형, 타원형, 6각형, 8각형, 정사각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상일 수 있다.
도 5는 도 2에 예시된 디바이스의 단면도이다. 도 5에 예시되어 있는 바와 같이, 조명 디바이스(12)가 부착되는 전도성 패드들(50 및 52)이 바디(10)에 매립된다. 전도성 패드들(50 및 52)은 바디(10)의 가늘고 긴 부재(16) 내에 배치된, 전도성 라인들(62 및 64)에 의해 외부 전기적 연결 구조체(18)에 연결된다. 전도성 라인들(62 및 64)은 예를 들어, 금속 와이어들일 수 있다. 가늘고 긴 부재(16)는, 전도성 라인들(62 및 64)이 가늘고 긴 부재(16)에 매립되도록 전도성 라인들(62 및 64) 주위에 몰딩될 수 있다. 전도성 라인(62)은 전도성 패드(50)를 외부 커넥터(66)에 연결한다. 전도성 라인(64)은 전도성 패드(52)를 외부 커넥터(68)에 연결한다. 외부 커넥터들(66 및 68)은 스프링 커넥터들 또는 임의의 다른 적합한 구조체일 수 있다.
도 5는 탑재 영역(11)에서 조명 디바이스(12) 위에 배치된 렌즈(14)를 또한 예시한다. 광의 추출을 보조하거나 발광 디바이스(12)를 보호하는 재료가 조명 디바이스(12)와 렌즈(14) 사이의 공간(60)에 배치될 수 있다. 재료는 도 4에 예시되고 상술한 포트들(56 및 58)을 사용하여 공간(60)에 주입될 수 있다.
일부 실시예들에서, 탑재 영역(11) 및 가늘고 긴 부재(16)는 단일의 몰딩된 통합 바디(10)이다. 단일의 몰딩된 통합 바디(10)는 열 전도성, 전기적 절연 재료로 형성될 수 있다. 적합한 재료들의 예들은 쿨(Cool) 폴리머들 D3612과 같은 열 전도성 폴리머들 또는 임의의 다른 적합한 재료를 포함한다. 열 전도성, 전기적 절연 재료는 일부 실시예들에서는 적어도 6W/mK, 및 일부 실시예들에서는 25W/mK 미만의 열 전도율을 가질 수 있다.
패드들(50, 52, 및 54) 및 전도성 라인들(62 및 64)과 같은 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립된 전도성 구조체들은 디바이스에서 열 분산을 더 향상시키기 위해 양호한 열 전도율을 갖는 재료일 수 있다. 적합한 재료들의 예들은 금속들, 예를 들어, 구리를 포함한다.
바디(10) 상에 탑재된 발광 디바이스(12)는 일부 실시예들에서 10℃/W 미만의 열 저항을 가질 수 있다.
도 6은 가늘고 긴 부재(16)를 수용하기 위한 홀을 갖는 시트 금속과 같은 외부 구조체(71)에 바디(10)를 부착하기 위해 사용된 패스너에 회로가 통합되는 실시예를 예시한다. 패스너는 캐비티(72)를 인클로징하는 하우징(70)을 포함한다. 바디(10)에 부착하기 위한 너트(74) 또는 다른 적합한 구조체가 챔버(72)의 상부에 배치된다. 예를 들어, 너트(74)는 하우징(70)의 상부 벽의 저면에 접착되거나 그렇지 않으면 부착될 수 있다. 바디(10)가 나사산 표면(17)을 갖는 가늘고 긴 부재(16)를 포함하는 실시예들에서, 너트(74)는 바디(10)를 패스너에 부착하기 위해 나사산 표면(17)을 수용한다. 다른 실시예들에서, 너트(74)는 가늘고 긴 부재(16)와 맞물리고 외부 구조체(71)와의 포지티브 맞물림(positive engagement)(즉, 외부 구조체(71)에 대한 압력)을 제공하는 슬립 오버 스프링(slip over spring)으로 대체될 수 있다.
회로(76)가 캐비티(72) 내에 배치된다. 회로(76)는 사전-제작된 칩 또는 임의의 다른 적합한 구조체일 수 있다. 회로(76)는 예를 들어, 드라이버 회로, 전력 컨디셔닝 회로, 제어 회로, 또는 임의의 다른 적합한 목적을 제공하는 회로를 포함한다. 회로(76)는 하우징(70)의 벽 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 칩이 하우징(70)의 저부 또는 측면 벽에 접착되거나 그렇지 않으면 부착될 수 있다.
콘택트 패드들(78 및 80)이 하우징(70)의 표면 상에 배치된다. 콘택트 패드들(78 및 80)은 바디(10)의 가늘고 긴 부재(16)의 저부로부터 연장하는 스프링 커넥터들(66 및 68)과 정렬된다. 너트(74)가 가늘고 긴 부재(16)의 나사산부(17)와 맞물릴 때까지 바디(10) 주위에서 패스너를 회전시킴으로써 패스너가 가늘고 긴 부재(16)에 연결됨에 따라, 스프링 커넥터(66)가 콘택트 패드(80)를 터치하고, 스프링 커넥터(68)가 콘택트 패드(78)를 터치한다.
도 7은 도 6의 단면도에 도시되어 있는 콘택트 패드들(78 및 80)의 상면도이다. 콘택트 패드(80)는 원형 패드이며, 콘택트 패드(78)는 콘택트 패드(80) 주위의 동심 링이다. 콘택트 패드들(78 및 80)은 갭(82)에 의해 분리된다. 패스너가 가늘고 긴 부재(16) 주위에서 트위스트됨에 따라, 스프링 커넥터(66)가 콘택트 패드(80)와 접촉하여 제자리에서 회전하고, 스프링 커넥터(68)는 링-형상 콘택트 패드(78)와 접촉하여, 콘택트 패드(80) 주위의 원 주위에서 회전한다.
스프링 커넥터들(66 및 68)은 가늘고 긴 부재(16) 내에 배치된 전도성 라인들에 연결되는 바디(10)의 탑재 영역(11)에 배치된 콘택트 패드들을 통해 발광 디바이스(12)에 전기적으로 연결된다. 탑재 영역(11)에서의 콘택트 패드들 및 전도성 부재들은 도 6에 도시되지 않지만, 도 5 및 첨부한 텍스트에 도시되고 설명된다.
콘택트 패드들(78 및 80)은 와이어들 또는 임의의 다른 적합한 구조체일 수 있는 하나 이상의 전도성 라인들(84)에 의해 회로(76)에 연결된다. 전도성 라인들(84)은 필요하지 않더라도, 캐비티(72) 내에 통상적으로 배치된다. 회로(76)는 패스너에서의 회로에 전기적 연결들을 제공하는 하나 이상의 외부 커넥터들(86)에 연결되어서, 발광 디바이스(12)에 연결된다.
상술한 실시예들은, 외부 조명, 기구 및 캐비닛 조명, 실내 조명, 및 스포츠 조명을 포함하는, 임의의 적합한 목적을 위해 사용될 수 있다. 사용된 LED들은, 디바이스가, 예를 들어, 일부 실시예들에서는 적어도 100 lm 그리고 일부 실시예들에서는 600 lm 이하를 제공하도록, 종종 고전력 디바이스(high power device)들이다.
상술한 실시예들은 종래의 LED 패키지들 및 마운트들에 비하여 이점들을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 상술한 실시예들은 종단 사용자에게 적용될 히트 싱크 또는 렌즈를 요구하지 않을 수 있어서, 사용자는 열적 관리 또는 광학의 어떠한 지식을 가질 필요가 없다. 상술한 실시예에서의 바디(10)는 가용 고 체적 리드프레임 제조에 의해 형성될 수 있어서, 다른 패키지들에 비하여 저가일 수 있다. 상술한 바와 같이, IDC 커넥터들은 리드프레임 제조 기술을 사용하여 바디(10)에 통합될 수 있다. IDC 커넥터들은 단순하고, 로버스트하고, 신뢰가능하며, 저가의 커넥터들이다. 단순한 기계적 연결은 비숙련 사용자에 의해 현장-교체가능(field-replaceable)하다.
본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용이 제공되는 경우에, 본 명세서에 설명한 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 예시되고 설명한 특정한 실시예들에 한정되는 것이 의도되지 않는다.

Claims (20)

  1. 조명 디바이스로서,
    열 전도성, 전기적 절연 재료로 형성된 바디(body) - 상기 바디는 상부 및 상기 상부로부터 연장되는 가늘고 긴 부재(elongated member)를 포함하고, 상기 가늘고 긴 부재는 상기 바디의 상기 상부보다 좁음 -;
    상기 바디의 상기 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립되고 상기 상부의 탑재 영역에서 노출되는 복수의 전도성 패드들과 열 패드; 및
    상기 탑재 영역에 배치되고 상기 복수의 전도성 패드들과 상기 열 패드를 통해 상기 바디에 연결되는 반도체 발광 디바이스
    를 포함하고,
    상기 바디는 히트 싱크(heat sink)로 기능함으로써 상기 조명 디바이스는 별도의 히트 싱크를 갖지 않는, 조명 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명 디바이스는 10℃/W 미만의 열 저항을 갖는, 조명 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성, 전기적 절연 재료는 폴리머인, 조명 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 부재는 나사산부(threaded portion)를 포함하는, 조명 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탑재 영역 반대편의 상기 가늘고 긴 부재의 단부로부터 돌출하는 제1 및 제2 전기적 커넥터들을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 전기적 커넥터들은 제1 및 제2 전도성 라인들에 의해 제1 및 제2 전도성 패드들에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 전도성 라인들은 상기 가늘고 긴 부재 내에 매립되는, 조명 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 발광 디바이스 위에 배치되고 상기 바디와 직접 접촉하는 렌즈를 더 포함하는, 조명 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 부재에 연결하기 위한 패스너를 더 포함하고, 상기 패스너는 회로를 포함하는, 조명 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패스너는 상기 가늘고 긴 부재의 나사산부와 맞물리는 너트를 포함하고;
    제1 및 제2 전기적 커넥터들은 상기 탑재 영역 반대편의 상기 가늘고 긴 부재의 단부로부터 돌출하며;
    상기 너트가 상기 가늘고 긴 부재의 상기 나사산부와 맞물릴 때, 상기 제1 및 제2 전기적 커넥터들은 상기 패스너 상에 배치된 제1 및 제2 전기적 콘택트 패드들을 터치(touch)하는, 조명 디바이스.
  9. 조명 디바이스로서,
    바디 - 상기 바디는
    탑재 영역:
    상기 탑재 영역으로부터 연장되고 나사산부를 포함하는 가늘고 긴 부재 - 상기 탑재 영역 및 상기 가늘고 긴 부재는 열 전도성, 전기적 절연 재료로 형성됨 -;
    상기 바디의 상기 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립되는 복수의 전도성 패드들과 열 패드; 및
    상기 탑재 영역 반대편의 상기 가늘고 긴 부재의 단부로부터 돌출하는 제1 및 제2 전기적 커넥터들을 포함함 -;
    마운트(mount) 상에 배치된 발광 다이오드를 포함하는 반도체 발광 디바이스 - 상기 반도체 발광 디바이스는 상기 탑재 영역에서 상기 바디와 직접 접촉하여 배치되고, 상기 마운트는 상기 복수의 전도성 패드들과 상기 열 패드를 통해 상기 바디에 연결됨 -; 및
    상기 가늘고 긴 부재에 연결하기 위한 패스너
    를 포함하고,
    상기 패스너는,
    회로;
    상기 패스너 상에 배치된 제1 및 제2 전기적 콘택트 패드들 - 상기 제2 전기적 콘택트 패드는 상기 제1 전기적 콘택트 패드를 둘러쌈 -; 및
    상기 가늘고 긴 부재의 상기 나사산부와 맞물리는 너트 - 상기 제1 및 제2 전기적 커넥터들은 상기 너트가 상기 가늘고 긴 부재의 상기 나사산부와 맞물릴 때, 상기 제1 및 제2 전기적 콘택트 패드들을 터치하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 바디는 히트 싱크로 기능함으로써 상기 조명 디바이스는 별도의 히트 싱크를 갖지 않는, 조명 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기적 콘택트 패드들은 상기 회로에 전기적으로 연결되는, 조명 디바이스.
  11. 조명 디바이스로서,
    열 전도성, 전기적 절연 재료를 포함하고 시트 금속의 홀(hole)을 통해 맞춰지도록 구성되는 가늘고 긴 부재를 포함하는 바디;
    상기 바디 상에 탑재된 반도체 발광 디바이스 - 상기 반도체 발광 디바이스는 마운트 상에 배치된 발광 다이오드를 포함하고, 상기 마운트는 상기 바디의 표면 상에 배치된 복수의 전도성 패드들과 열 패드를 통해 상기 바디에 연결됨 -; 및
    상기 바디를 시트 금속에 부착시키기 위한 패스너
    를 포함하고,
    상기 바디는 히트 싱크로 기능함으로써 상기 조명 디바이스는 별도의 히트 싱크를 갖지 않는, 조명 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 부재는 시트 금속의 홀을 통해 맞춰지는 나사산(threading)을 갖는, 조명 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 부재는 전기적 연결들(electrical connections)을 포함하고, 상기 패스너는, 상기 패스너가 상기 가늘고 긴 부재에 연결될 때, 상기 가늘고 긴 부재의 상기 전기적 연결들과 맞물리는 콘택트들(contacts)에 전기적으로 연결된 회로를 포함하는, 조명 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 반도체 발광 디바이스는 상기 열 전도성, 전기적 절연 재료에 매립된 복수의 전도성 패드들에 직접 부착되는 콘택트 패드들을 포함하는, 조명 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 반도체 발광 디바이스 위에 배치되는 렌즈를 더 포함하는, 조명 디바이스.
  16. 제13항에 있어서, 상기 패스너의 상기 회로는 드라이버 회로, 전력 컨디셔닝 회로, 및 제어 회로로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 조명 디바이스.
  17. 제9항에 있어서, 상기 패스너의 상기 회로는 드라이버 회로, 전력 컨디셔닝 회로, 및 제어 회로로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 조명 디바이스.
  18. 제9항에 있어서, 상기 탑재 영역 및 상기 가늘고 긴 부재는 단일의 몰딩된 통합 구조체의 일부인, 조명 디바이스.
  19. 제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 부재에 연결하기 위한 그리고 상기 가늘고 긴 부재가 연장되는 홀을 포함하는 시트와 맞물리기 위한 패스너를 더 포함하는, 조명 디바이스.
  20. 제1항에 있어서, 상기 탑재 영역을 포함하는 상기 바디 및 상기 가늘고 긴 부재는 단일의 몰딩된 통합 구조체인, 조명 디바이스.
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