KR20100007870A - 반도체 광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통합된 제어 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈에 관한 것으로, 반도체 광원(3)은 원반형 모듈상에 장착되고, 그 표면은 전기적으로 전도성이고, 상기 모듈은 우수한 열 전도체이고, 상기 제어 전자장치들은 반도체 광원 주변에 모두 위치되고, 상기 제어 전자장치들은 적어도 2개의 전도성 트랙 레벨들을 구비한 인쇄회로기판(500)을 포함하는데, 제1 레벨(510)은 설치된 상태에서 발광 방향으로 밖을 향해 있고, 반면에 제2 레벨(515)은 모듈 내로 통합된 폐쇄 공동에 의해 에워싸인다.

Description

반도체 광 모듈{SEMICONDUCTOR LIGHT MODULE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 반도체 광 모듈에 관한 것이다.
이러한 타입의 반도체 광 모듈과 이러한 타입의 차량 헤드라이트는 예컨대 WO 2006/066530 A1에 개시된다. 상기 공개된 특허 출원은 적어도 하나의 발광 다이오드 칩, 열 싱크로서 구현되고 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 상기 열 싱크에 대하여 명확한 포지션 및 방위로 고정시키기 위한 장착부를 포함하는 반도체 광 모듈을 기술하고, 여기서 상기 열 싱크는 상기 반도체 광 모듈을 차량 헤드라이트에 장착시키기 위한 고정 수단을 갖춘다.
자동차 애플리케이션들은 범용 조명 내의 애플리케이션들과 비교할 때 증가된 요구사항 프로파일을 갖는다. 매우 높고 매우 낮은 온도들, 습도 및 스프레이 워터와 같은 대기의 악영향들을 견딜 필요가 있고, 기계적 구성은 자동차 내에서 발생하는 충격들과 진동들 때문에 훨씬 더 견고하게 이루어져야 한다. 역시, 특별 요구사항들이 전자장치들(the electronics)에 대해 이루어져야 한다. 상기 특별한 요구사항들은 매우 넓은 입력 전압 범위를 포함하고, 상기 전압 범위는 전자기 호환성에 관한 엄격한 규율뿐만 아니라 차량 전기 시스템으로부터 커다란 전압 점프 들과 과전압 스파이크들을 견디기 위해 필요하다.
위에서 전술된 종래 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 최근 반도체 광원들은 점점 더 열 싱크에 직접 제공되었고, 이는 상당히 증가된 방열(heat dissipation)을 보장한다. 그러나, 구동 회로가 회로 보드 상에서 여전히 공간에 여유가 있어야 한다; 그러므로, 상기 구동 회로와 반도체 광원들이 반도체 광 모듈 상에서 어떻게 공간이 있을 수 있는지에 관한 문제점이 발생한다. 예컨대 LED들 또는 OLED들과 같은 최신 반도체 광원들이 높은 전류들과 종종 펄스 방식으로 구동되므로, 반도체 광 모듈들은 종종 전자기 간섭의 문제점을 갖는다. 모터 차량 내에서의 사용은 가용한 공간이 거의 없다는 것과 항상 연관되고, 상기 모듈의 간단한 교체가 서비스 용량의 이유로 가능하게 되어야 하므로, 반도체 광원들의 구동 수단과 반도체 광원들 자체가 가능한 한 콤팩트한 유닛을 형성할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 반도체 광 모듈을 제공하는 것으로, 상기 반도체 광 모듈에서는 전자기 호환성이 위에서 전술된 종래 기술과 비교할 때 향상된다.
상기 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 특히 유용한 실시예들이 종속항들에 기술된다.
본 발명에 따른 반도체 광 모듈은 우수한 열 전도성을 갖는 디스크형 모듈을 포함하고, 상기 디스크형 모듈 상에서 하나 이상의 반도체 광원들이 대략 중심에 배열된다. 이러한 구역은 주변 구역에 비하여 높여진다. 상기 모듈의 둘레를 따라서 측벽이 위치되고, 상기 측벽은 상기 반도체 광원들이 위치된 상기 높여진 구역과 대략 동일한 높이를 갖는다. 이는 내부 공간을 유발하고, 상기 내부 공간은 발광 방향으로 개방된다. 더욱 깊게 위치된 숄더가 상기 높여진 구역 및 상기 측벽에 존재한다. 상기 모듈은 적어도 표면에서 전도성이고, 구동 회로의 접지에 전기적으로 연결된다. 상기 구동 회로는 라운드형 회로 보드상에 위치되고, 상기 라운드형 회로 보드는 상기 모듈보다 조금 더 작은 지름을 갖고 상기 반도체 광원들의 구역 내의 중심에서 컷아웃된다. 이러한 회로 보드는 상기 모듈에 고정될 수 있고, 중심에서뿐만 아니라 상기 숄더상의 에지에 위치한다. 따라서, 상기 모듈 내의 내부 공간은 회로 보드에 의해 닫히고, 상기 모듈과 상기 회로 보드는 공동을 형성한다. 상기 회로 보드는 상기 모듈에 전기적으로 전도 가능하게 연결되고, 상기 반도체 광원들은 상기 회로 보드 상에서 상기 구동 회로에 연결된다.
이러한 기계적 구성은 반도체 광원들을 위해 우수한 방열을 보장하는 콤팩트한 반도체 광 모듈을 도출한다. 상기 구동 회로는 상기 모듈상에 통합되고, 상기 구동 회로와 상기 반도체 광원들 사이의 라인들이 매우 짧게 유지될 수 있다. 상기 모듈 내의 공동을 통해, 상기 회로 보드에는 양쪽 측면상에 전자식 컴포넌트들이 거주될 수 있다. 제1 전도체 트랙 레벨이 발광 방향으로 밖으로 향해 지향되고, 제2 전도체 트랙 레벨이 안으로 향해 지향되고 상기 공동에 의해 완전히 에워싸인다.
이러한 경우에, 전자기 간섭을 유발하는 회로들 전부는 상기 제2 전도체 트랙 레벨상에 바람직하게 위치된다.
열 싱크가 열 전도성 모듈에 일체형으로 피팅될 수 있고, 여기서 상기 열 싱크는 핀-타입 전도성 구조들뿐만 아니라 별도의 냉각 엘리먼트들을 가질 수 있다. 상기 별도의 냉각 엘리먼트들은 다양한 형태들, 예컨대 벌집형 또는 물방울형의 형태들을 가질 수 있다. 원리적으로, 모든 가능한 형태들, 그러나 주로 축방향으로 대칭적인 형태들이 고려될 수 있다.
상기 반도체 광 모듈이 하향 광으로서 범용 조명을 위해 이용될 것으로 의도된다면, 상기 열 싱크는 관형 방식으로 예컨대 벌집형 안쪽 구조물에 의해 구현될 수 있다. 이로써 상기 열 싱크를 통과하는 연속적인 공기 흐름을 형성하는 굴뚝 효과를 달성하는 것이 가능하다. 이를 위해, 모듈 디스크의 광과 떨어진 측면상의 공기 진입 개구부가 필요하다.
추가의 실시예에서, 상기 열 싱크는 모듈 디스크의 일부가 아니며, 그보다는 상기 모듈 디스크에 피팅될 수 있다.
상기 반도체 광원들은 LED들 또는 또한 OLED들일 수 있다.
상기 제2 전도체 트랙 레벨상의 회로에 의해 생성되는 전자기 간섭을 차폐하기 위하여, 상기 회로 보드가 상기 모듈 디스크에 전기적으로 연결되고 따라서 접지 전위인 중심층을 갖는다는 것이 적절하다.
도 1은 제1 실시예에서 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 삼차원 분해 조립도(exploded view)이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 제2 실시예의 등척도(isometric view)이다.
도 3a는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 제1 실시예의 평면도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 제2 실시예의 사면도(oblique view)이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 상기 제2 실시예의 제1 변형예의 등척도이다.
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 상기 제2 실시예의 제2 변형예의 등척도이다.
도 6a, 6b는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 상기 제2 실시예의 제3 변형예의 등척도이다.
도 7a, 7b는 본 발명에 따른 반도체 광 모듈의 상기 제2 실시예의 제4 변형예의 등척도이다.
도 8은 회로 보드상에 배열된 구동 로직의 블록도이다.
도 9a, 9b는 제1 및 제2 전도체 트랙 레벨을 갖는 회로 보드의 등척도이다.
제 1 실시예
제1 실시예가 도 1, 3a 및 3b에 도시된다. 제1 실시예는 열 싱크가 고정될 수 있는 디스크형 반도체 광 모듈을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 반도체 광 모듈은 항아리형의 실질적으로 원통형으로 대칭적인 하우징(100)을 포함하고, 상기 하우징(100)은 환상-디스크형 베이스(101)와 상기 베이스(101)상에 일체형으로 형성되고 원통의 측면 표면을 따라서 뻗어있는 측벽(102)을 갖는 알루미늄으로 구성된다. 베이스(101)와 측벽(102)은 내부 공간을 형성한다. 하우징(100)은 특히 다이 캐스트(die cast) 알루미늄 부분으로서 구현된다. 하우징(100)의 베이스(101)는 자신의 안쪽 측면상에 융기부(103)를 갖고, 상기 융기부(103)는 베이스(100)와 간격 없이 형성되고, 상기 융기부는 높은 중심 섹션(1030)과 두 개 이상의 깊게 위치된 플래토우(plateau)들(1031,1032)을 갖는다. 상기 중심 섹션(1030)의 상부면은 하우징(100)의 베이스(101) 위에서 상기 중심 섹션의 상이한 측면들상에 배열된 상기 두 개의 플래토우들(1031,1032)보다 더 커다란 높이를 갖는다. 상기 중심 섹션의 상부면은 세라믹으로 이루어진 캐리어 플레이트(2)와 주요 광학 유닛을 위한 베어링 표면을 형성하고, 상기 캐리어 플레이트(2)는 다섯 개의 발광 다이오드 칩들(3)을 위한 캐리어로서 동작한다. 캐리어 플레이트(2)는 금속 하우징(100) 특히 융기부(103)와 발광 다이오드 칩들(3) 사이의 전기 절연을 보장한다. 상기 다섯 개의 발광 다이오드 칩들(3)은 캐리어 플레이트(2)상에서 일렬로 배열되고, 프레임의 벽들에 의해 둘러싸인다. 그러나, 여섯 개의 발광 다이오드 칩들을 두 줄로 배열하는 것도 가능하다. 상기 발광 다이오드 칩들(3)은 청색광을 방사하고, 발광 다이오드 칩들(3)에 의해 생성된 전자기 방사선 중 일부의 파장을 변환하기 위하여, 조명 장치가 자신의 동작 동안에 백색으로 나타나는 광을 방사하도록, 형광체 코팅부(칩 계층 코팅부)를 갖는다. 발광 다이오드 칩들(3)은 예컨대 박막 발광 다이오드 칩들이고, 이들의 기본 원리는 예컨대 I.Schnitzer 등에 의해 저술된 1993년 10월 18일자 Appl.Phys.Lett.63(16) 2174-2176쪽에 기술된다. 캐리어 플레이트(2)는 융기부(103)의 중심 섹션(1030)의 상부면 상에서, 제1 플래토우(1031)상에 배열된 중공 원통형 웹(105) 및 제2 플래토우(1032)상에 배열된 가늘고 긴 홀(104)에 관련하여 잘-정의된 방향으로 그리고 미리 결정된 거리에 자동 배치 기계에 의해 접착 가능하게 본딩된다. 캐리어 플레이트(2) - 상기 캐리어 플레이트(2)상에 배열된 발광 다이오드 칩들(3)을 가짐 - 는 가늘고 긴 홀(104)과 중공 원통형 웹(105) 사이에 배열된다. 원통형의 텅 빈 상기 웹(105) 및 타원형 횡단 웹을 갖는 웹(106)의 상부면은 하우징 베이스(101) 위에서 중심 섹션(1030)의 상부면과 동일한 높이를 갖는다.
제1 플래토우(1031)의 구역에서, 융기부(103)는 플래토우(1031)의 상이한 측면들 상에 배열되고 핀(1090,1100)을 각각 갖는 일체형으로 형성된 두 개의 러그형 일부분들(109,110)을 갖는다. 핀들(1090,1100)은 장착 회로 보드(500)의 리벳팅을 위해 제공되고, 상기 장착 회로 보드(500)는 제1 플래토우(1031) 및 제2 플래토우(1032)의 상부면 상에 그리고 또한 각각의 핀(1110,1120,1130)을 갖춘 세 개의 추가 베어링 표면들(111,112,113)상에 베어링된다. 전술된 베어링 표면들(111,112,113)은 측벽(102)의 안쪽 측면상에서 뻗어있는 링형 웹(114)의 안쪽 측면을 따라서 등거리로 배열된다. 장착 회로 보드(500)(도 9a,9b)는 두 개의 실질적으로 직사각형의 천공들(501,502)을 갖고, 상기 천공들을 통해 중심 섹션(1030) 그리고 웹들(105,106)과 또한 핀들(107,108)이 돌출된다. 발광 다이오드 칩들(3)을 위한 동작 유닛의 컴포넌트들이 장착 회로 보드상에 장착된다. 특히, 상기 동 작 유닛은 제1 전도체 트랙 레벨(510)상에 놓이는 내부 전압원(509), 결함 검출 로직(512), 디레이팅 로직(508), 및 DC 전압 컨버터(511)를 위한 구동 로직, 그리고 제2 전도체 트랙 레벨(515)상에 놓이는 입력 필터(506)와 모터 차량의 차량 전기 시스템 전압으로부터 LED들의 전력원을 위한 DC 전압 컨버터(507)를 포함한다. 서미스터(525), 특히 소위 NTC(negative termpeature coefficeint of resistance) 서미스터가 디레이팅 로직(derating logic)(508)에 연결된다. 상기 로직은 과도하게 높은 온도 발생시 발광 다이오드 칩들(3)이 감소된 전력으로 구동되는 것을 보장한다. 결함 검출부(512)는 상태 출력부(540)(핀, 예컨대 오픈 콜렉터에 의한 실시예)를 통해 LED 또는 LED 스트링의 고장을 시그널링한다. 따라서, 모터 차량 대쉬보드상의 디스플레이가 가능하다. 입력 필터(506)는 라인-전도되는 간섭이 전류-캐리잉 리드들을 통해 외부로 통과될 수 없다는 것을 보장한다. 그러므로 강한 전자기 간섭을 유발하는 커다란 전력-캐리잉 컴포넌트들이 각자의 클록 동작 때문에 전부 제2 전도체 트랙 레벨(515)상에 놓이고, 상기 제2 전도체 트랙 레벨(515)은 회로 보드(500)의 설치 상태에서 내부 공간으로 안을 향해 지향된다. 결과적으로, 내부 전압원(509)으로부터 작은 신호 전압들에 의해 동작되는 로직 어셈블리들만이 제1 전도체 트랙 레벨(510)상에 위치되고, 상기 제1 전도체 트랙 레벨(510)은 발광 방향으로 향해 지향된다. 회로 보드(500)는 다섯 개의 고정 지점들(1090,1100,1110,1120,1130)을 통해 하우징(100)에 연결된다. 상기 고정은 스크류잉, 리벳팅, 납땜, 용접, 핫 코킹(hot caulking) 등에 의해 수행될 수 있다. 회로 보드는 하우징 상으로 바람직하게 리벳팅된다. 상기 고정은 하우징(100)에 관 련하여 연결 홀들(5090,5100,5110,5120,5130)의 우수한 전기 전도성을 생성한다. 상기 연결 홀들은 바람직하게 제3 전도체 트랙 레벨에 연결되고, 상기 제3 전도체 트랙 레벨은 접지 전위만 유리한다. 상기 제3 전도체 트랙 레벨은 제1 전도체 트랙 레벨과 제2 전도체 트랙 레벨 사이에서 회로 보드 내부에 배열된다. 제3 전도체 트랙 레벨은 제2 전도체 트랙 레벨(515)상에서 전력-캐리잉 컴포넌트들의 결과로서 발생하는 모든 간섭을 차폐한다. 라인-전도 간섭은 Π 토폴로지를 갖는 입력 필터(506)에 의해 필터링된다. 이러한 경우에 주로 중대한 것은, LED 구동 회로의 입력 필터가 상기 구동 회로의 접지 전도체 트랙 레벨로의 매우 우수한 커플링을 갖는다는 것이다. 상기 커플링은 DC 또는 AC에 의하여 수행될 수 있다. 직접적인 DC 연결이 회로상의 이유로 가능하지 않다면, 상기 연결은 AC에 의하여 생성된다. AC에 의해서라 함은 커플링 커패시터(Ccouple)를 통해서임을 의미한다. 실질적으로 환상 디스크형 장착 회로 보드(500)의 에지는 밀봉 링(600)에 대한 링형 베어링 표면(114)의 내부면에서 종료되어서, 접지-캐리잉 전도체 트랙 레벨과 하우징 베이스(101) 그리고 또한 링형 웹(114)을 갖는 장착 회로 보드(500)와 상기 장착 회로 보드(500)상에 있는 밀봉 링(600)이 모든 간섭중인 컴포넌트들을 에워싸고 밖을 향하는 간섭을 차폐하는 공동을 형성한다. 따라서, 반도체 광 모듈은 최적 EMC 동작을 나타낸다.
또한, 상기 최적 EMC 동작 이외에 발광 다이오드 칩들(3)의 최적 동작을 보장하기 위하여, 상기 구동 회로는 추가의 특징들을 가져야 한다. 일정한 전류 조 절이 발광 다이오드 칩들(3)의 최적 구동을 위해 필요하다. 비-안정적 모터 차량 전기 시스템 때문에, 부스트-벅 컨버터 토폴로지(DC 전압 컨버터의 동시 스텝-업 및 스텝-다운 컨버터)가 권고된다. 반도체 광 모듈의 열 생산을 제한치들 내에서 유지하기 위하여, 80%를 넘는 구동 회로의 우수한 효율성이 필요하다. 결함 진단 회로 및 디레이팅 로직의 특징들은 위에서 이미 논의되었고, 그러므로 이곳에서는 반복되지 않을 것이다. 수명에 걸쳐서 헤드라이트의 동일한 발광을 유지하기 위하여, 밝기 셋팅(LED들의 광속의 미리 결정된 윈도우 내에서의 조정)이 구현될 수 있다. 다른 애플리케이션들을 위해, 예컨대 결합된 후방/브레이크 광을 위해 또는 범용 조명에서 디밍 가능한 조명 기구를 위해, PWM(pulse width modulation)에 의한 디밍을 위해 입력부(530)를 제공하는 것이 가능하다. 부적절한 핸들링, 예컨대 반도체 광 모듈의 부정확하게 극성화된 연결로 인한 손상을 예방하기 위하여, 극성 반전 방지 다이오드가 제공될 수 있다. 반도체 광 모듈이 모터 차량 애플리케이션들을 위해 설계되면, 과전압 보호(특히 유도성인 부하들의 스위칭 때문에, 통상적인 온-보드 전압보다 더 높은 전압들이 모터 차량 전기 시스템에서 잠시 발생한다면, 구동 회로가 파괴되지 않는다)가 일반적으로 요구된다. 발광 다이오드 칩들(3)을 위한 출력부의 단락 강도가 또한 제공될 수 있다.
모터 차량 내에서 반도체 광 모듈을 위한 LED 구동 회로가 가져야하는 전술된 특징들로부터, 도 8에 도시된 아래의 블록도를 갖는 회로를 발전시키는 것이 가능하다. LED들을 위한 구동 회로가 높은 효율성을 갖게 하기 위하여, DC 전압 컨버터(507)를 사용할 필요가 있다. 그러므로, LED 구동기의 핵심은 DC 전압 컨버 터(507)이고, 상기 컨버터(507)는 연결된 발광 다이오드들(3)의 개수에 따라서 부스트 또는 벅 컨버터 특성들 또는 양쪽의 조합을 갖는다. DC 전압 컨버터(507)가 특정 주파수로 동작되므로, 기술적 EMC 이유들로 인해 실제 DC 전압 컨버터(507)의 앞쪽에 입력 필터(예컨대, Π 필터)를 포지셔닝할 필요가 있다. 필터의 동작 모드를 역으로 수행하지 않기 위하여, 상기 필터는 DC 전압 컨버터의 시스템 접지(535)로의 그리고 그에 따라 또한 냉각 엘리먼트(여기서: 열 싱크가 있거나 열 싱크가 없는 하우징(100))로의 직접적인 연결 또는 적어도 간접적인 연결(교류 전류에 있어서)을 가져야 한다. 교류 전류 측면에서 필터의 연결은 커플링 커패시터(Ccouple)에 의해 구현될 수 있다. 회로상의 이유로, 입력 필터 접지(545)가 LED 구동 회로의 나머지(시스템 접지(535))와 상이한 기준 접지를 가질 수 있으므로, 위에서 기술된 조치가 구현되어야 한다. LED 구동 회로를 극성 반전으로부터 보호하도록 의도되는 극성 반전 방지 다이오드가 입력 필터(506)의 아래 쪽에 연결된다. 도 8에 도시된 바와 같은 다이오드에 의한 수동 극성 반전 방지 이외에(쇼트키 다이오드가 물론 편리함), MOSFET에 의한 능동 극성 반전 방지가 마찬가지로 가능하다. 온도 센서(525)(예컨대, NTC 서미스터)가 연결되는 디레이팅 회로(508)는 LED를 열적 파괴로부터 보호하기 위해 온도-종속적 전류 조절을 제공한다. LED들(또는 LED 스트링 또는 LED 어레이)로의 열 커플링의 결과로서, 온도 센서(525)는 상기 LED들의 온도를 모니터링한다. (사용되는 LED들의 데이터 시트에 따라) 금지된 범위로 초과되는 LED의 순방향 전류(ILED)의 임의의 예가 즉시 상기 전류의 감소를 유도한다. 결함 검출 회로(512)가 또한 온도 모니터링 회로(508)(디레이팅) 이외에 구현된다. 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 스트링 중단 효과가 LED 구동기 출력에서 나타날 경우, 또는 LED가 연결되지 않을 경우, 이는 상기 결함 검출 출력부(540)에서 시그널링된다. 상기 출력은 오픈 콜렉터로서 적절하게 구현된다. 이는 다양한 로직들(예컨대 풀-업 레지스터들을 통해 연결되는)을 결함 신호의 추가 프로세싱을 위해 상이한 전압들과 연결시킬 가능성을 제공한다.
일체형으로 형성되는 러그형 일부분(109) 및 중공 원통형 웹(105) 옆에 대고, 골(trough)(115)이 융기부(103) 내에 형성되고, 상기 골은 열 전도성 페이스트로 채워진다. 서미스터(525)가 골(115)상에 배열되고, 상기 서미스터는 상기 열 전도성 페이스트와 접촉되고, 발광 다이오드 칩들(3)의 동작 온도를 측정하기 위한 온도 센서로서 제공된다. 측벽(102)은 하우징(100)의 둘레를 따라서 배열되는 세 개의 컷아웃들(1021, 1022,1023)을 갖고, 상기 컷아웃들 내에는 하우징 베이스(101)에 병렬로 뻗어있는 표면(120,130,140)이 각각 배열된다. 이러한 표면들(120,130,140)은 하우징 베이스(101) 위에서 동일한 높이에 위치되고, 링형 웹(114)의 만입부(1141,1142,1143)에 의해 각각 경계가 형성되고, 상기 만입부는 하우징(100)의 내부로 향해 지향된다. 제1 표면(120) 내에는 연속적 홀(121)이 배열되고, 상기 홀(121)은 하우징 베이스(101)의 방향으로 계단형으로 제한되고 표면(120)으로부터 하우징 베이스(101)의 외부 측면까지 연장된다. 홀(121)은 환상-원통형 함몰부(122)가 표면(120) 내에 배열되고 상기 함몰부의 외부 반지름이 홀(121)의 커다란 제1 반지름에 대응하고 상기 함몰부의 내부 반지름이 홀의 작은 제2 반지름에 대응하도록 구현된다. 홀(121)의 깊이는 커다란 제1 반지름의 구역에서 단지 수 밀리미터이고, 반면에 작은 제2 반지름의 구역에서 홀(121)의 구역은 함몰부(122)의 바닥으로부터 하우징 베이스(101)의 외부 측면까지 연장된다. 즉, 하우징 베이스(101) 위에서 함몰부(122)의 바닥의 높이는 하우징 베이스(101) 위에서 표면들(120,130,140)의 높이보다 단지 수 밀리미터 더 작다. 각각의 연속적 홀(131,141)이 마찬가지로 다른 두 표면들(130,140) 내에 배열되는데, 각각의 경우에 상기 홀의 반지름은 제1 홀(121)의 협구역의 반지름에 대응한다. 게다가, 두 개의 천공들(150)이 하우징 베이스(101) 내에 배열되고, 상기 천공들은 장착 회로 보드상에 장착되는 동작 유닛의 컴포넌트들의 전력 공급을 위한 전기 연결 케이블들을 리드 쓰루(leading through)하기 위해 제공된다. 또한, 하우징 베이스(101)는 바람직하게도 열 싱크(미도시)를 고정시키기 위한 세 개의 추가 홀들을 갖는다. 순수한 케이블 버전 이외에, 제2 실시예에서와 같은 커넥터를 갖는 변형이 마찬가지로 가용하다.
제2 실시예
제2 실시예는 열 싱크가 반도체 광 모듈 상에서 간격 없이 일체형으로 형성된다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 그렇지 않을 경우 설계가 제1 실시예에서와 동일하므로, 제1 실시예에 관하여 차이점들만이 이곳에서 기술된다.
제2 실시예는 도 2,4,5a,5b,6a,6b,7a 및 7b에서 상이한 변형들로 도시된다. 상기 실시예는 반도체 광 모듈 상에서 간격 없이 일체형으로 형성되는 열 싱크를 갖는다. 이는, 더 우수한 방열과 또한 더 단순하면서 그에 따라 더 경제적인 전체 반도체 광 모듈의 장착을 장점으로 갖는다. 연결 케이블들을 위한 두 개의 천공들(150) 대신에, 커넥터 소켓을 위한 천공이 존재한다. 그러나, 제1 실시예에서 기술된 바와 같은 케이블 버전이 또한 제공될 수 있다. 상이한 변형들이 열 싱크의 실시예를 위해 고려될 수 있다.
열 싱크의 성능은 본질적으로, 열 싱크가 위치된 볼륨 내에서 어떤 조건들이 우세하느냐에 따라 좌우된다. 강제 환기가 존재한다면, 열 싱크는 자연적인 대류만이 활용될 수 있는 경우와 상이하게 형상화될 수 있다. 자연적인 대류는 대부분의 조명기구들에서, 주로 차량 헤드라이트들에서 활용될 수 있다. 차량 헤드라이트는 자신의 광을 베이스에 걸쳐서 대략 수평적으로 방사한다; 그러므로, 반도체 광 모듈은 또한 헤드라이트 내에서 대략 수평 방향으로 설치된다.
제2 실시예의 제1 변형에서, 열 싱크는 핀(fin)-타입 구조를 갖는다. 공기가 열 싱크에서 가열되므로, 바닥으로부터 상부로의 자연적인 대류가 이루어질 것이다. 그러므로, 이러한 방법의 경우에, 모듈의 설치 포지션이 순서적으로, 설치 위치에서 냉각 핀들을 순서적으로 공기 흐름 쪽으로 지향하여 최대 냉각 효과를 달성하는 것은 공지되어야 한다. 다시 말해, 여기서는 사용자가 설치 위치의 포지션을 고려해야 한다. 게다가, 핀들(702)에 의해 형성된 채널의 내부로 흐르는 공기가 열 싱크 벽과 접촉되지 않고 그에 따라 열 싱크 벽으로부터 방열시킬 수 없는 상황이 일어날 수 있다. 이는 최대 가능한 냉각 효과를 감소시킨다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 그렇지 않으면 냉각 공기는 자신의 흐름 내에서 광과 떨어진 측면 상에서 일체형으로 형성되고 콘택들(722)을 갖는 커넥터 소켓(720)에 의해서만 방해된다.
제2 실시예의 제1 변형은 별개의 냉각 엘리먼트들, 예컨대 도 5a 및 5b에서 도시된 바와 같은 벌집형 돔들(704)을 갖는 열 싱크이다. 상기 열 싱크 개념의 경우에, 공기는 모든 방향들로 열 싱크를 통과해 흐를 수 있다; 그러므로, 설치 포지션은 더 이상 공기 흐름에 따라 좌우되지 않아야 한다. 부가의 냉각 효과가 열 싱크의 핀 형태의 경우에서와 같이 냉각 엘리먼트들이 "간질성으로(interstitially)" 놓여서 공기가 방해받지 않는 방식으로 벌집 돔들을 통과해 흐를 수 없다는 사실 덕분에 달성된다. 강제된 난기류의 결과로서, 흐름 채널의 형성이 방지되고 전체 공기가 열을 방산하기 위해 활용된다.
냉각 엘리먼트의 흐름과 떨어진 측면상에서 공기 흐름들의 난기류들은 흐름 속도의 감소 및 그에 따라 대류의 결과로서 열 방사의 감소를 일으킨다. 이러한 단점은 냉각 엘리먼트들의 공기역학적으로 향상된 형태, 따라서 예컨대 도 6a 및 6b에서 지시된 바와 같이 제3 변형의 향상된 물방울 형태(706)를 선택함으로써 회피될 수 있다. 여기서, 역시, 흐름 채널 형성의 효과는 냉각 엘리먼트들(706)의 포지셔닝을 상쇄함으로써 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 형태의 경우에, 설치 포지션이 다시 고려되어야 하는데, 그 이유는 공기 역학적 형태가 알려진 공기 흐름 방향의 경우에만, 예컨대 팬을 통해 또는 바닥으로부터 상부로 자연적인 대류에 의해 자신의 장점들을 명백하게 할 수 있기 때문이다.
열원이 열 싱크 아래에 위치된다면, 일정한 흐름 및 그에 따른 굴뚝 효과가 대칭적 관형 구조에 의해 생성될 수 있다. 제2 실시예의 제4 변형은 웹들(710) 및 벌집형 개구부들(708)을 갖는 벌집형 구조를 갖는다(도 7a 및 7b). 그러나, 이러한 형태의 냉각은 발광 다이오드 칩들(3)이 조명기구의 하부 단부에 위치되고 그에 따라 실제로 수직으로 아래를 향해 방사하는 것을 전제로 한다. 이러한 애플리케이션은 자동차 사용에서 오히려 드물지만, 예컨대 범용 조명에서 일부분을 담당한다. 한 가지 가능한 애플리케이션은 하향 광들이며, 여기서 굴뚝 효과는 이러한 벌집형의 열 싱크에 의해 활용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈로서,
    반도체 광원이 디스크형 모듈에 적용되고, 상기 디스크형 모듈의 표면은 전기적으로 전도성이고,
    상기 모듈은 우수한 열 전도성을 갖고,
    상기 구동 전자장치들은 상기 반도체 광원 주변에 포지셔닝되고,
    상기 구동 전자장치들은 회로 보드(500)를 포함하고, 상기 회로 보드(500)는 적어도 두 개의 전도체 트랙 레벨들을 구비하고,
    제1 레벨(510)은 설치된 상태에서 발광 방향으로 밖을 향해 지향되는 반면에, 제2 레벨(515)은 상기 모듈로 통합되는 폐쇄 공동에 의해 에워싸이고,
    상기 회로 보드(500)의 접지-캐리잉 라인들이 상기 모듈의 상기 표면에 전기적으로 연결되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전자기 간섭을 유발하는 회로들이 상기 제2 전도체 트랙 레벨상에 주로 위치되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 광 모듈은 일체형으로 형성된 열 싱크를 갖는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 싱크에 냉각 핀(cooling fin)들이 제공되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 싱크에 별개의 냉각 엘리먼트들이 제공되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 별개의 냉각 엘리먼트들은 축방향으로 대칭적인 형태를 갖는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 별개의 냉각 엘리먼트들은 벌집 형태 또는 물방울 형태를 갖는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 싱크는 관형 구조를 갖고,
    공기 진입 개구부는 상기 열 싱크의 하부 에지에 위치되어서, 발생하는 굴뚝 효과에 의해 공기 순환이 진척되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    외부 열 싱크가 상기 반도체 광 모듈에 피팅될 수 있는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 광원은 적어도 하나의 LED를 포함하는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 광원은 적어도 하나의 OLED를 포함하는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 보드는 추가의 전도체 트랙 레벨을 갖고,
    상기 레벨은 접지 레벨이고, 상기 모듈 표면에 전기적으로 연결되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량 접지/접지(545)에 링크되는 입력 필터(506)가 직접적으로 또는 커플링 커패시터(Ccouple)를 통해 상기 구동 회로의 접지에 링크되는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈은 알루미늄으로 이루어지는,
    통합된 구동 전자장치들을 포함하는 반도체 광 모듈.
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