KR200451022Y1 - Ｌｅｄ램프 구조체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 효율적인 방열과 빛의 분산을 효과적으로 방출하여 LED 램프의 수명의 증대 또는 극대화할 수 있는 LED램프 구조체에 관한 것으로, 본 고안에 따른 LED램프 구조체는, 발광 다이오드 칩을 실장하는 회로 기판의 하부에 접촉되는 방열 기판을 열전도율과 내식성이 우수한 구리 재질 또는 알루미늄 재질로 형성하여 방열 효율을 높이는 한편, 발광부에 부착되는 렌즈의 선택에 따라 빛의 조사방향 및 조사범위를 조절함으로써 LED램프의 수명을 보다 연장시키고 빛을 효율적으로 통제할 수 있다.

방열 기판, 비구면렌즈, 렌즈, LED구조체, 배광효율

Description

ＬＥＤ램프 구조체{LED LAMP STRUCTURE FOR IMPROVING RADIATION HEAT AND ILLUMINATION EFFICIENCY}

본 고안은 발광 LED램프 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드 칩을 조명 장치로 사용하는 LED 램프 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 광 방출 소자는 단순한 발광을 이용한 표시 장치로서 연구 개발되었으나, 최근에는 다양한 파장 및 에너지를 가지는 광원으로서의 가능성이 연구되고 있다. 현재 활발하게 사용되는 발광 소자로서는 레이저 다이오드(Laser Diode)와 발광 다이오드(Light Emitting Diode)로 크게 나눌 수 있는 데, 레이저 다이오드는 광통신 분야에서 광원으로 널리 사용되고 있으며, 발광 다이오드는 일반적인 표시장치뿐만 아니라 조명장치로 응용되는 등 적용 영역이 점차 확대되고 있다.

발광 다이오드는 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하면서도 높은 에너지 효율로 인해 발열이 낮고 수명이 긴 장점을 가지고 있으며, 종래에는 구현이 어려웠던 백색광을 고휘도로 제공할 수 있는 기술이 속속 개발됨에 따라 현재 사용되는 대부분의 조명장치를 대체할 꿈의 기술로 기대되고 있다.

일반적인 발광 다이오드 조명장치는 외부로부터의 영향을 최소화하기 위해 일정 크기의 케이스 내부에 발광 다이오드 칩을 어셈블리 형태로 수납하고 있다. 발광 다이오드 어셈블리는 발광 다이오드 칩 상부의 볼록 렌즈를 통해 빛을 통과시키도록 형성되어 있으며, 상기 발광 다이오드 칩은 하부의 회로 기판을 통해 외부로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발광되도록 형성되어 있다. 발광 다이오드 칩의 주변은 베이스가 둘러싸고 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 발광 다이오드 어셈블리는 발광체인 발광 다이오드 칩의 전면을 볼록 렌즈, 베이스, 및 회로 기판이 둘러싸도록 형성되어 있다.

또한, 회로 기판의 하부에는 발광 다이오드 칩의 발열을 흡수하고 상기 발광 다이오드 칩 및 상기 회로 기판을 자연 냉각시키는 방열 기판이 형성되어 있다. 방열 기판은 주로 알루미늄 또는 구리 재질로 형성되어 있다. 예컨대, 발광 다이오드 칩을 실장하는 회로 기판과, 상기 회로 기판에 절연되면서 방열 기판을 메탈 기판으로 칭하여 진다.

그러나 방열기판 구조와 형상, 밀착 방법에 따라 방열효율의 편차가 심하고 이로 인하여 램프의 온도가 상승하여 LED램프의 수명이 단축되고 발광효율이 떨어지는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 방열 효율을 높혀 LED램프의 효율을 증대 또는 극대화할 수 있는 LED 램프 구조체를 제공함에 있다.

또한, 방열 기판의 열적 안정성을 높이고, 자외선과 같은 외부의 영향으로부터 열화되는 것을 방지하여 내구성을 증대 또는 극대화할 수 있는 LED 램프 구조체를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 고안에 따른 LED 램프 구조체는, 빛을 통과시키는 투명체인 렌즈(50); 상기 렌즈(50)의 가장자리를 지지하면서 회로 기판(20) 상에 지지되는 베이스 링(42)과, 상기 베이스 링(42)에 결합되면서 상기 베이스 링(42) 상에서 상기 렌즈(50)를 고정시키는 캡링(44)을 구비하는 베이스(40); 상기 베이스(40) 및 상기 투명체인 렌즈(50) 내부에서 발광되는 발광 다이오드 칩(10); 상기 발광 다이오드 칩(10)을 실장시키면서 상기 베이스(40)를 지지하고, 상기 발광 다이오드 칩(10)이 실장되는 전면을 커버링하는 제 1 필름(24)과, 상기 제 1 필름(24)의 하부에서 외부로부터 인가되는 전원을 상기 발광 다이오드 칩(10)에 전달시키도록 형성된 패드(22)와, 상기 패드(22)를 절연시키는 플라스틱 재질의 플레이트 패널을 갖는 제 2 필름(26)을 구비하는 회로 기판(20); 절연시키는 제 2 필름(26)을 구비하는 회로 기판(20); 및 상기 회로 기판(20)의 하부에서 상기 회로 기판에 실장되는 상기 발광 다이오드 칩(10)의 발광시 발생되는 발열을 흡수하는 알루미늄 또는 구리 재질 중 어느 하나로 형성된 방열 기판(30);을 포함함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 2 필름(26)은 상기 패드(22)와 방열 기판(30)을 전기적으로 절연시키는 플라스틱 재질의 플레이트 패널을 포함함이 바람직하다.

본 고안에 의하면 방열효과의 향상을 위해 방열기판의 재질을 알루미늄 또는 구리재질로 사용하고 밀착부분의 방열 면적을 최대화 하기위하여 원형의 기판으로 형성한다. 또한 원형 기판의 경우 다수개의 LED램프를 사용할 때 방향을 맞추기 위하여 별도의 기구가 필요없게 된다. 예컨대 사각 또는 다각형의 방열기판인 경우 방향이 일정하지 않으면 외관이 미려하지 않게 되는 단점을 가지고 있다.

또한 종래 LED램프의 구조는 단순한 볼록형 렌즈로 빛의 조사범위와 각도의 통제가 어려웠으나 본 고안에서 이루고자 하는 복수개의 볼록렌즈가 부착된 렌즈의 사용으로 빛의 조사 범위와 방향의 통제가 용이해지는 효과가 있다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 LED램프의 구조체를 나타내는 분해 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안의 LED램프의 구조체는 발광 다이오드 칩(10)이 실장되는 회로 기판(20)의 후면에서 발광 다이오드 칩(10)의 발열을 흡수하여 상기 발광 다이오드 칩(10) 및 상기 회로 기판(20)을 자연 냉각시키는 방열 기판(30)을 알루미늄 또는 구리재질을 사용하여 형성한다.

상기 회로 기판(20)은 발광 다이오드와 같은 전기적 부품들이 실장되는 얇은 판으로서, 구리 박편으로 이루어진 패드(22)를 중심으로 상하부에 부도체로서 제 1 필름(24) 및 제 2 필름(26)이 형성되어 있다. 여기서, 패드(22)는 구리로 도금된 부분으로서, 외부에서 연결되는 인출선이 접속될 수 있도록 된 부분이나 탐침이 접속될 수 있는 부분이다. 제 1 필름(24)은 패드(22) 상부에 도포된 얇은 플라스틱 재질의 코팅 필름이다. 반면, 방열 기판(30)과 접하는 제 2 필름(26)은 패드(22)를 지지하는 불투명한 면으로서 패드(22)와 방열 기판(30)을 전기적으로 절연시키는 소정 두께 이상의 플라스틱 재질의 플레이트 패널로 이루어질 수 있다. 따라서 회로 기판(20)은 제 2 필름(26) 상부의 패드(22)에 발광 다이오드 칩(10)을 실장시키거나, 상기 패드(22)에서 연결되어 제 1 필름(24)의 상부로 돌출시키도록 형성될 수 있다.

발광 다이오드 칩(10)은 갖는 백열 전구 및 형광등에 비해 월등히 높은 95%이상의 에너지 효율을 갖는다. 발광 다이오드 칩(10)은 크게 SMD타입과 램프타입으로 구분된다. 이하에서 설명될 발광 다이오드 칩(10)은 램프 타입에 대하여 설명하기로 한다. 도시되지는 않았지만, 발광 다이오드 칩(10)의 아래에는 두 발(foot)이 달려있는데, 이 두 발은 전극의 역할을 한다. 몰드 내부에는 반도체 칩에 전원을 공급하기 위한 음전극과 양전극이 있으며, 반도체 칩은 그 중 한 전극 위에 올려져 있다. 이 전극과 반도체 칩을 연결하기 위해 금으로 된 가는 전선을 사용한다. 반도체 칩은 기본적으로 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체의 PN 접합 다이오드이다. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 원소 주기율표 상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 만들어진 것으로 발광효율이 거의 95%이상에 가깝다는 장점이 있다. 그러나, 발광 다이오드 칩(10)은 주변의 온도에 따라 발광효율이 달라질 수 있다. 왜냐하면, 반도체 및 도체의 특성 상 온도가 증가함에 따라 저항이 증가되기 때문이다. 따라서, 발광 다이오드 칩(10)을 실장하는 회로 기판(20)에 접촉되는 알루미늄 또는 구리재질의 방열 기판(30)에 의해 상기 발광 다이오드 칩(10) 및 상기 회로 기판(20)이 자연 냉각될 수 있다.

발광 다이오드 칩(10)을 중심에 두고 회로 기판(20)의 상부에 베이스(40) 및 렌즈(50)가 형성되어 있다. 렌즈(50)는 유리와 같이 투명한 물질의 면을 구면(球面)으로 곱게 갈아 물체로부터 오는 빛을 왜곡시키기 위한 것으로, 발광 다이오드 칩(10)에서 발광되는 빛을 혼합 및 분산시키는 투명체이다. 예컨대, 렌즈(50)는 발광 다이오드 칩(10)의 상부로 진행되는 빛을 발산시키는 볼록 렌즈를 포함하여 이루어진다.

한편, 도 2 및 도 3은 상기 도 1의 결합 사시도들을 나타낸다. 그리고, 도 4 및 도 5는 각각 상기 도 2 및 도 3의 빛의 분산 범위를 나타낸다.

상기 도 2에 도시되어 있는 렌즈(50)는 발광 다이오드 칩(10)에서 발광되는 빛을 일방향으로 굴절시키는 단일 볼록 구면(52)을 갖도록 형성되어 있으며, 도 3 에 도시되어 있는 렌즈(50)는 상기 빛을 복수개의 방향으로 굴절시키는 복수개의 볼록 구면(54)을 갖도록 형성되어 있다.

여기서, 상기 단일 볼록 구면(52)은 도 4에 도시된 것과 같이, 빛을 렌즈(50) 또는 베이스(40)의 중앙에 대응되는 하나의 구면 끝을 기준으로 하나의 방향에 대하여 방사상으로 펼치면서 진행시킬 수 있다(빛의 분산 범위-참조부호 A).

반면, 복수개의 볼록 구면(54)은 도 5에 도시된 것과 같이, 빛을 복수개의 구면 끝을 기준으로 복수개의 방향에 대하여 방사상으로 펼치면서 진행시킬 수 있다(빛의 분산 범위-참조부호 B).

이처럼, 렌즈(50)의 상부에 복수개의 볼록 구면(54)을 형성할 경우, 단일 볼록 구면(52)을 형성하는 경우에 비해 빛의 분산 범위가 넓어져 노면의 음영부분이 최소화되고, 그로 인해 결과적으로 노면의 휘도가 고르게 분포되어 균제도가 향상되는 장점이 있다.

이처럼, 구면의 개수에 따라 빛의 진행 방향을 여러 가지로 분산시키도록 렌즈(50)를 구현할 수 있으므로, 노면 상태에 따라 렌즈(50)의 구면을 단일 볼록 구면 또는 복수개의 볼록 구면으로 선택 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 베이스(40)는 발광 다이오드 칩(10)의 상부에서 렌즈(50)를 고정시키도록 형성되어 있다. 예컨대, 베이스(40)는 렌즈(50)의 가장자리를 지지하면서 회로 기판(20) 상에 지지되는 베이스 링(42)과, 상기 베이스 링(42)에 결합되면서 상기 베이스 링(42) 상에서 상기 렌즈(50)를 고정시키는 캡링(44)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 베이스 링(42)은 발광 다이오드 칩(10) 주변의 회로 기판(20)에 전 기 압착 방식으로 접합되어 있다. 또한, 베이스 링(42) 및 캡링(44)은 렌즈(50)를 사이에 두고 내부의 발광 다이오드 칩(10)을 밀봉시키도록 형성되어 있다. 따라서, 베이스(40) 및 렌즈(50)는 회로 기판(20)에 실장되는 발광 다이오드 칩(10)이 외부로부터의 환경에 영향을 받지 않도록 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 발광 다이오드 칩(10)에서 발생되는 열을 흡수하여 자연 냉각키는 방열 기판(30)은 베이스(40) 및 렌즈(50)에 대향되는 회로 기판(20)의 제 2 필름(26) 하부에 접촉되어 있다. 특히, 플라스틱 재질의 제 2 필름(26)과 접촉되는 방열 기판(30)은 내식성이 우수한 구리 성분으로 이루어지기 때문에 화학적 반응을 최소화할 수 있고, 자외선과 같은 외부의 영향에 의해 가열되면서 열화되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 고안의 실시예에 따른 LED램프의 구조체는, 내식성이 우수한 구리 성분의 무산소 동 재질로 이루어진 방열 기판(30)을 이용하여 자외선과 같은 외부의 영향으로부터 열화되는 것을 방지하여 내구성을 증대 또는 극대화할 수 있다.

도시되지는 않았지만, LED램프의 구조체는 발광 다이오드 칩(10)에서 발광되는 빛을 분산시키는 렌즈(50) 상부를 개구시키는 케이스에 의해 보호되도록 형성되어 있다.

또한, 상기한 실시예의 설명은 본 고안의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 고안을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다. 그리고, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 고안의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 발광 다이오드 어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3은 도 1의 결합 사시도들이다.

도 4 및 도 5는 각각 상기 도 2 및 도 3의 빛의 분산 범위이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 발광 다이오드 칩 20 : 회로 기판

30 : 방열 기판 40 : 베이스

50 : 렌즈

Claims (3)

1. 빛을 통과시키는 투명체로, 복수개의 볼록 구면을 형성하는 렌즈(50);

   상기 렌즈의 가장자리를 지지하면서 회로 기판 상에 지지되는 베이스 링(42)과, 상기 베이스 링에 결합되면서 상기 베이스 링 상에서 상기 렌즈를 고정시키는 캡링(44)을 구비하는 베이스(40);

   상기 베이스 및 상기 투명체인 렌즈 내부에서 발광되는 발광 다이오드 칩(10);

   상기 발광 다이오드 칩을 실장시키면서 상기 베이스를 지지하고, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 전면을 커버링하는 제 1 필름(24)과, 상기 제 1 필름의 하부에서 외부로부터 인가되는 전원을 상기 발광 다이오드 칩에 전달시키도록 형성된 패드(22)와, 상기 패드를 절연시키는 플라스틱 재질의 플레이트 패널을 갖는 제 2 필름(26)을 구비하는 회로 기판(20); 및

   상기 회로 기판의 하부에서 상기 회로 기판에 실장되는 상기 발광 다이오드 칩의 발광시 발생되는 발열을 흡수하는 알루미늄 또는 구리 재질 중 어느 하나로 형성된 방열 기판(30);을 포함함을 특징으로 하는 LED램프 구조체.
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