KR20100047339A - Ｌｅｄ 하우징 - Google Patents

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KR20100047339A
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허버트 브루너
레이너 허버
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

하우징 캐비티, 캐리어 부재, LED 칩을 포함한 LED 하우징으로, 상기 LED 하우징은, 동일한 구조를 가진 복수 개의 LED 하우징들이 결합될 수 있고, 형성 방식에 따라 다양한 방법으로 실장될 수 있도록 형성된다.

Description

ＬＥＤ 하우징{LED HOUSING}
본 발명은 하우징 캐비티(housing cavity), 캐리어(carrier) 부재, LED 칩, 홀딩 부재 및 적어도 하나의 하우징 연결 부재를 포함한 LED 하우징에 관한 것으로, 상기 하우징은 구조가 동일한 제2LED 하우징에 의해 모듈식으로 확장 가능하도록 형성된다. 또한, 상기 하우징은 캐리어상에 다양한 방식으로 실장될 수 있고, 이상적 방열(heat dissipation)을 포함한다.
발광 다이오드는 구동 시 자외선, 적외선뿐만 아니라 육안으로 인지 가능한 전자기 스펙트럼의 일부에서도 파장을 갖는 전자기 복사를 방출하며, 루미네센스 다이오드(luminescence diode) 또는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)라고도 한다.
발광 다이오드는 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 통상적 고출력 발광 다이오드는 이미 수 와트의 광도를 생성하므로, 투광기 또는 프로젝션 조명으로 적합하여 그것으로 사용될 수 있다. 다른 한편으로는, LED는 상태 표시기, 서로 다른 파장의 발광체, 경고등, 데이터 전송용, 표시 부재 등으로서 사용된다.
전자기 복사의 생성을 위해, 특수한 반도체 격자 구조의 발광 다이오드는 특히 전도대 및 가전자대 사이의 에너지갭을 이용한다. 이 때, 가전자대 및 전도대의 에너지 레벨차는 밴드 간격 또는 밴드갭을 의미하며, 직접적 밴드 천이를 포함한 반도체 물질의 경우 가전자대에서의 최고 에너지 상태는 전도대의 최저 에너지 상태의 바로 아래에 위치한다. 에너지 공급을 통해, 전자들은 가전자대의 더 낮은 에너지 상태로부터 전도대의 더 높은 에너지 상태로 교환된다. 이러한 전자들이 가전자대로 재조합될 때, 전자들은 상기 유입된 에너지를 특정한 파장의 전자기 복사 형태로 방출한다.
방출 중인 반도체의 빔 경로에 발광 변환 물질이 삽입됨으로써, 1차로 생성된 파장은 2차 파장으로 변환될 수 있다. 따라서, 예를 들면 백색광, 또는 각각의 반도체의 밴드 간격에 부합하지 않는 특정한 파장을 가진 광과 같은 혼합광이 간단히 생성될 수 있다.
현재, 발광 다이오드는 서로 다른 방식으로 실장될 수 있다. 한편으로는, LED는 표면 실장 기술(SMT-표면 실장 기술)을 이용하여 도체판에 실장될 수 있다. 이러한 공간 절약적 변형예는, 전기적 단자가 패드(pad) 또는 전기 전도판의 형태로 하우징의 외측에 설치될 수 있고, 하우징의 내부에서 반도체칩과 전기적으로 연결되는 특정한 형태에서 부가적 연결핀을 생략한다.
발광 다이오드를 실장하기 위한 다른 변형예에 따르면, LED 하우징은 홀(hole)이 형성된 도체판상에 실장되기 위한 연결핀을 포함한다. 이 때, 전기적 구동을 위해 구비된 단자들은 특정하게 형성될 필요가 있다. 여기서, 발광 다이오드칩은 하우징에, 바람직하게는 방출 파장에 대해 부분적으로 투명한 수지 캐스팅 물질에 삽입된다. 상기 방출칩의 전기적 연결은 하우징으로부터 돌출되어 이산되어 있는 부가적 연결핀들에 의해 이루어진다.
발광 다이오드가 가능한 한 도체판으로부터 비교적 멀리 이격되어, 예를 들면 기기 전면에 장착되거나, 도체판의 설계가 적합하지 않을 수 있는 단순한 응용물에 사용된다는 이유로 상기 발광 다이오드가 도체판에 직접적으로 실장되지 않는 경우, 예를 들면 마운트 어댑터 부재(mount adapter member)와 같은 LED 추가 부재들이 구비되며, 이러한 추가 부재들은 플러그인 시스템 및/또는 홀딩(holding)을 이용하여 종래의 LED를 전기적 및/또는 기계적으로 결합한다.
사용 시 광도를 증가시키기 위해, 예를 들면 복수 개의 발광 다이오드들이 함께 하나의 도체 카드에 배치 및 실장된다. 프로젝션 기술의 분야에서 백색광 LED 매트릭스를 이용하여 예를 들면 액정 스크린, 즉 LCD(액정 디스플레이)를 위한 백라이트를 생성하고, 이 때 다수의 백색광 LED들로 이루어진 매트릭스가 백라이트로서 역할한다.
이러한 모든 기술의 단점은, 발광 다이오드의 구동을 위해 일반적으로 연결 부재들이나 어댑터 부재들과 같은 추가 부재들이 필요하다는 것이다. 또한, 특정한 실장 방식을 위해 제조된 LED는 다른 실장 방법으로는 제한적으로만 사용될 수 있다는 것도 단점이다. 마지막으로, LED들의 결합도 마찬가지로 추가 부재들에 의해서만 구현될 수 있다. 그러므로, 추가적 열 생산 및 공간 수요 증가에 따른 손실이 있다.
본 발명의 과제는 다양한 방식으로 실장 가능하며, 구조가 동일한 다른 LED 하우징과 함께 모듈식으로 확장될 수 있는 LED 하우징을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 특히 특허 청구 범위 1항에 기술된 주제의 LED 하우징을 통해 달성된다
본 명세서에 제공된 LED하우징은 하우징 캐비티, 캐리어 부재, 적어도 하나의 LED 칩, 적어도 하나의 홀딩 부재 및 적어도 하나의 하우징 연결 부재를 포함한다. 캐리어 부재의 제1상측에 적어도 하나의 LED칩이 장착되고, 상기 캐리어 부재는 LED 하우징의 하우징 캐비티내에 배치된다. 또한, LED 하우징은 적어도 하나의 하우징 연결 부재가 LED 하우징의 외측에 배치되고, LED칩의 구동을 위해 상기 적어도 하나의 LED 칩과의 전기적 배선(electrical connection)을 포함하며, 상기 LED 하우징은 구조가 동일한 제2LED 하우징과 기계적 조건에 따라 풀림 가능하게 결합될 수 있다.
"기계적 조건에 따라 풀림 가능하게"란, 상기 결합이 기계적 힘의 영향에 의해 풀릴 수 있음을 의미할 수 있다. 이 때 바람직하게는, 상기 결합이 파괴 없이 풀릴 수 있어서, 동일한 구조의 제2LED 하우징이 분리된 이후 LED 하우징들 중 적어도 하나는 재사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 주제에 따라 형성된 LED 하우징은 가장 상이한 실장 변형예들을 위해서도 가요적으로 사용될 수 있고, 가요적으로 전기적 결합이 가능하며, 추가 부재없이 동일한 구조의 다른 LED 하우징과 기계적으로 결합될 수 있거나 확장될 수 있다.
본 발명의 유리한 형성예에서, LED 하우징은 적어도 하나의 홀딩 부재를 이용하여 캐리어와 기계적으로 결합되되, 기계적 조건에 따라 풀림 가능하도록 결합될 수 있다. 본 발명의 견지에서 캐리어란 예를 들면 냉각체, 회로 기판, 또는 일반적으로 히트 싱크(heat sink)이다. 일반적으로, 캐리어란, 특정한 응용 시 상기 LED 하우징에 충분한 홀딩력을 제공하는 기본 몸체를 가리킨다. LED 하우징을 일반적 형태로 형성함으로써, 추가적 부재를 필요로 하지 않고도, 특정한 LED 하우징 형태를 기반으로 하여 다수의 발광 다이오드 실장 방법이 구현될 수 있다.
특정한 형성예에서 캐리어가 히트 싱트인 경우, 상기 캐리어는 열 전도 특성이 양호하므로 충분히 큰 열 배출이 가능하며, 따라서 하우징 캐비티내에서 LED칩의 파괴를 방지한다.
캐리어와의 기계적 결합을 위해 충분한 홀딩력은 적어도 하나의 홀딩 부재에 의해 달성된다. 홀딩 부재는 LED 하우징의 일부이거나 추가적 부재로서 LED 하우징에 고정된다. 홀딩 부재는 예를 들면 가장 간단한 형태로 상기 LED 하우징에 형성된 홀일 수 있으며, 예를 들면 나사 또는 홀딩핀과 같은 기계적 결합 부재가 상기 홀을 통해 안내된다. 홀딩 부재는 별도 부재로서 LED 하우징에 설치되거나, 하우징의 일부로서 형성된다.
다른 유리한 형성예에서, LED 하우징은 적어도 하나의 홀딩 부재에 의해 동일한 구조의 LED 하우징과 기계적 및/또는 전기적으로 결합된다. 이를 통해, 예를 들면 캐리어 부재와 같은 다른 추가 부재를 필요로 하지 않고도, 2개의 LED 하우징들 사이에 안정적인 기계적 결합력 및 전기 전도 결합이 발생한다.
다른 유리한 형성예에서, LED 하우징은 부가적으로 방열 부재를 포함하며, 상기 방열 부재는 적어도 캐리어 부재의 제2측에 위치한다. 상기 제2측은 캐리어 부재의 제1상측에 대향된다. 상기 방열 부재에 의해 하우징 캐비티의 내부로부터 외부로의 열 배출이 개선됨으로써, 예를 들면 고출력 발광 다이오드칩이 과열 및 그로 인한 파괴 위험으로부터 보호된다.
유리한 방식으로, 홀딩 부재는 다수 부분으로 구성되며, 상기 홀딩 부재의 적어도 일부분에 하우징 연결 부재가 통합된다. 이를 통해, 동일한 구조의 LED 하우징 또는 캐리어를 위한 일반적 모듈식 확장이 구현되며, 이 때 홀딩 부재의 적어도 일부는 마찬가지로 LED칩들간의 전기적 결합을 제공한다. 또한, 홀딩 부재에 의해, 캐리어 또는 제2LED 하우징에 대한 기계적 결합력이 생성된다. 이상적인 경우, 홀딩 부재는 단일 부분으로 구성되어, 예를 들면 플러그인 시스템에 의해 전기적 및 기계적 결합을 생성한다. 이러한 처리 방법에 의해, LED 하우징이 신속하게 확장된다.
다른 유리한 형성예에서, 하우징 연결 부재는 적어도 하나의 애노드 연결 부재 및 캐소드 연결 부재를 포함한다. 두 개의 연결 부재들은 유리한 방식으로 기계적 및/또는 전기적인 플러그인 시스템으로서 형성될 수 있고, 이 때 상기 애노드 연결 부재가 예를 들면 부시(bush)를, 상기 캐소드 연결 부재가 예를 들면 플러그를 나타내거나, 그 반대의 경우를 나타낸다. 이러한 형성예를 통해, LED 하우징은 매우 간단히 추가의 LED 하우징과 함께 확장되거나 상기 LED 하우징이 캐리어와 결합될 수 있다. 이를 통해, 추가적 부재 없이도 광 세기가 향상될 수 있다. 또한, LED 하우징 장치에 추가의 색이 간단히 삽입될 수 있다. 간단한 플러그인 원리에 의해, 다색이면서 광도가 강한 LED 이미지가 생성될 수 있다. 이 때, LED의 직렬 접속을 구현하기 위해, 제1LED 하우징의 캐소드 단자는 제2LED 하우징의 애노드 단자와 결합된다.
다른 유리한 형성예에서, LED 하우징의 하우징 캐비티는 복수 개의 LED칩들을 포함한다. 제1형성예에서 LED칩들은 직렬로 접속되며, LED칩의 각각의 애노드 단자는 인접한 LED칩의 캐소드 단자와 결합된다. LED 하우징의 공통의 애노드 단자로 역할하는 최초 애노드 단자 및 상기 LED 하우징의 공통의 캐소드 단자로 역할하는 최종 캐소드 단자가 LED 하우징의 하우징 연결 부재에 안내된다. 따라서, LED 하우징내의 모든 LED 칩들은 다수 부분으로 구성된 특정한 형태의 공통 하우징 연결 부재에 의해 전기적으로 제어될 수 있다. 상기 형성예에 따르면, 개별 LED 하우징에서 출사되는 광 세기는 이미 획기적으로 증가한다. 또한, LED 하우징내에서 혼합색이 생성될 수 있으며, 이 때 각각의 LED 칩은 특정한 파장을 방출하며, 듀얼 램프(dual lamp)의 경우 예를 들면 백색광이 생성될 수 있고, 이는 적색, 녹색 및 청색의 색 조합에 의해 매우 간단히 가능하다.
다른 유리한 형성예에서, 하우징 연결 부재는 플러그 커넥터나 스냅온(snap-on) 커낵터에 의해 전기적으로 제어될 수 있고, 이 때 LED 하우징은 기본적으로 SMT 실장되어 있다. 상기 형성예에서, SMT 회로 기판을 위한 양호한 방열이 이루어지며, 상기 회로 기판상에 다시 예를 들면 냉각체의 형태로 히트 싱크가 더 구비될 수 있다. 이를 통해, LED 하우징의 가요적인 전기적 결합이 달성된다. 상기 실시예의 발전예에서, 하우징 연결 부재도 SMT 실장됨으로써, 전기적 결합이 마찬가지로 SMT 회로 기판상에서 이루어진다. 물론, 이러한 점은 실장 형태가 다른 경우에도 동일하게 적용된다.
유리한 형성예에서, LED 하우징에 제어 연결 부재가 더 설치된다. 상기 제어 연결 부재는 하우징 캐비티내에서 적어도 하나의 제어 부재와의 전기적 배선를 포함한다. 제어 부재는, 다시, 하우징 캐비티내에 위치한 LED칩들 중 하나에서 출사된 전자기 복사의 세기를 제어한다. 이러한 형태의 실시예를 통해, 각각의 개별 LED칩을 별도로 조절할 수 있고, 예를 들면 펄스 폭 변조된(PWM) 신호를 이용하여 LED 하우징마다 특정한 색 조절을 하거나 개별적인 광 세기를 얻을 수 있다.
다른 유리한 형성예에서, 각각의 LED칩의 단자들은 하우징 연결 부재에 개별적으로 안내된다. 이를 통해, 각각의 LED칩은 별도로 제어되며 턴온 및 턴오프될 수 있다. 상기 형성예에 따르면, LED 하우징에서 LED칩들 각각은 다른 LED칩과 무관하게 제어되며 턴온, 오프될 수 있다.
본 발명의 유리한 형성예에서, 캐리어 부재는 직접 본딩된 구리 세라믹 (DBC-세라믹) 기판이다. 구리-세라믹-구리로 이루어진 "샌드위치 구조"를 갖는 이러한 종류의 기판에 의해, 전기적 절연이 수행된다. 또한, 이러한 종류의 기판에 의해 열 배출이 래터럴로 확산되어, 방열이 양호하다. 또한, 상기 기판은 전기 전도도가 매우 양호하다.
다른 유리한 형성예에서, 캐리어 기판은 예를 들면 구리 또는 구리 합금인 금속계 캐리어로 본딩 배선을 포함한다. 이 경우, LED 칩의 후측은 전기 절연성으로 형성되어야 한다.
바람직하게는, 하우징 연결 부재를 이용한 LED칩들의 연결은 레이저 용접 방법 및/또는 본딩 방법을 통해 수행된다. 이러한 방식으로 더 신속하게 제조될 수 있다.
다른 유리한 형성예에서, LED 하우징은 광학 부재나 상기 광학 부재를 위한 홀더를 포함하고, 예를 들면 렌즈 또는 렌즈형 덮개를 포함한다. 상기 광학 부재에 의해, 빔 집속, 빔 확산이나, 일반적으로 빔 편향이 달성될 수 있다. 따라서 원하는 LED 방출 특성이 달성된다.
다른 유리한 형성예에서, LED 하우징은 수지 캐스팅 컴파운드 물질로 구성된다. 수지 캐스팅 컴파운드 물질은 제조 공정 동안 유체이며, 원하는 LED 하우징 형태를 위한 형상 맞춤으로 형성된다.
다른 유리한 형성예에서, 홀딩 부재의 적어도 일부는 별도로 또는 하우징 연결 부재들과 함께 표준화되어 형성된다. 예를 들면 자동차 분야 등의 여러 분야에서 사용되는 표준화된 형성 방식을 이용하여, 상기 LED 하우징을 최대한 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 복수 개의 LED 하우징들은 예를 들면 플러그인, 스냅온 또는 나사 결합에 의해 전기적 및/또는 기계적으로 직렬 결합된다. 또한, LED 하우징의 병렬 접속도 고려할 수 있으며, 이는 부가적 어댑터 부재를 통해 달성될 수 있다. 어댑터 부재는 예를 들면 2개의 애노드 연결 부재들 사이에 설치되고 전기적 가교 역할을 한다. 더욱이, 어댑터 부재는 병렬로 결합된 LED 하우징들 간의 스페이서로서 역할한다.
각각의 LED 칩 단자가 LED 하우징 연결 부재에 별도로 안내되는 경우, 추가적인 브리지 어댑터도 마찬가지로 본 발명의 범위에 포함된다. LED칩들이 다른 LED 하우징들과 결합되기 위해 구비된 것이 아닌 경우, 상기 브리지 어댑터는 LED 하우징 외부에서 상기 LED칩들의 직렬 접속을 위한 역할을 한다.
이하, 본 발명은 도면과 관련한 실시예들에 의거하여 설명되며, 상기 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소는 각각 동일한 참조 번호를 가진다. 도시된 부재들은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없으며, 오히려 개별 부재들은 더 나은 이해를 위해 과장되어 확대되거나 간략화되어 도시될 수 있다.
도 1은 a) LED 하우징의 실시예에 대한 개략적 단면도 및 b) 상기 a)에 도시된 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 대안예이다.
도 4는 도 3에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이다.
도 5는 LED 하우징의 실시예에 대한 다양한 발전예들(a-d)의 3D 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이다.
도 7은 도 6에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이다.
도 8은 도시된 실시예들 및/또는 발전예들 중 어느 하나에 따른 3개의 LED 하우징들이 직렬 접속된 도면이다.
도 9는 도시된 실시예들 및/또는 발전예들 중 어느 하나에 따른 8개의 LED 하우징들이 직렬- 및 병렬 접속된 도면이다.
도 10은 도 6에 도시된 LED 하우징의 실시예의 대안적 접속 변형예이다.
도 1a는 LED 하우징의 실시예에 대한 개략적 횡단면도이다. LED 하우징(1)은 하우징 캐비티(2)를 포함한다. 하우징 캐비티(2)내에 캐리어 부재(3)가 위치하며, 상기 캐리어 부재의 상측에 LED칩(4)이 배치된다. 상기 상측과 대향된 측에 열 전도 부재(7)가 배치된다. LED 하우징(1)은 홀딩 부재들(5) 및 하우징 연결 부재들(6)을 더 포함하고, 상기 부재들은 LED 하우징(1)의 2개의 외측에 위치한다. 다시, 하우징 연결 부재들(6)은 LED 칩(4)과의 전기적 배선(8)을 포함하고, 이 때, 본딩 배선(13)은 본딩 와이어를 이용하여 구현된 상기 전기적 배선(8)을 하우징 연결 부재(6)에 결합한다.
홀딩 부재들(5) 및 하우징 연결 부재들(6)을 이용하면, LED 하우징(1)은 캐리어상에 임의적으로 실장될 수 있다. 이 때, 각각의 홀딩 부재(5)는 LED 하우징(1)의 일부로 형성될 수 있으며, 예를 들면 제조 공정 동안 LED 하우징(1)에 별도의 부재로서 설치될 수 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 LED 하우징(1)의 평면도를 도시한다. 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, LED 하우징은 전기적 및 기계적으로 SMT 실장될 수 있다. 이 때, 특히 하우징 연결 부재들은 납땜법을 이용하여 제어 회로와 결합된다. 또한, 상기 실시예에서, 플러그인 시스템에 의해 각각의 하우징 연결 부재(6)와의 플러그 결합이 형성될 수 있다. 미도시된 대응 부재는 적합한 형상에 의해 홀딩 부재(5) 및 하우징 연결 부재(6)와 결합될 수 있으며, 이 때 상기 홀딩 부재(5)는 추가적인 홀딩력을 생성한다. 또한, 상기 대응 부재에 의해, 납땜 결합을 필요로 하지 않는 회로 기판 실장도 고려할 수 있다. 더욱이, 동일한 LED 하우징들(1)의 하우징 연결 부재들은 상기 대응 부재를 이용하여 서로 결합될 수 있다.
고출력 LED의 경우, 방열 부재(7)는 LED 하우징(1)의 내부로부터의 열 배출을 개선하는 역할을 하고, 과열 및 파괴로부터 LED 칩(4)을 보호한다. 유리한 방식으로, LED 하우징(1)이 히트 싱크상에 실장됨으로써, 열 배출이 실질적으로 개선될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이다. 원칙적으로, 구조는 도 1의 실시예에 견줄 수 있어서, 여기서는 도 1에 도시된 실시예와 상이한 점만 설명한다. 도 1과 달리, 직렬로 접속된 복수 개의 LED칩들(4)이 하우징 캐비티(2)에 삽입된다. 하우징 연결 부재(6)는 LED칩들(4)과의 전기적 배선(8)을 포함하고, 이 때 상기 LED칩들(4)은 서로 직렬로 접속된다. LED칩(4)의 모든 애노드 단자들은 중간의 본딩 배선(9)을 이용하여 캐비티(2)에 위치한 다음 차례의 LED칩(4)의 캐소드 단자와 결합된다. 직렬 접속된 최초 LED칩(4)의 애노드 단자 및 직렬 접속된 최종 LED칩(4)의 캐소드 단자만 서로 결합되지 않고, 본딩 배선(13)을 이용하여 하우징 연결 부재들(6)과 각각 전기적으로 결합된다.
직렬 접속된 LED칩들(4)은 도 2b에 명확하게 도시되어 있다. 2개의 단자들, 즉 애노드 단자 및 캐소드 단자를 포함한 LED칩들(4)은 개략적으로 도시되어 있고, 이 때 각각 캐소드 단자는 중간의 본딩 배선(9)을 이용하여 인접한 LED칩의 애노드 단자와 결합된다. 최초 애노드 단자 및 최종 캐소드 단자는 각각 하우징 연결 부재(6)와 결합된다. 이는 다시 전기적 배선들(8) 및 본딩 배선(13)에 의해 수행된다.
이러한 발전예의 이점은, 일반적으로, LED 하우징(1)의 발광 세기가 증가한다는 것이다. 다수의 LED칩들(4)에 의해, 방출된 광도가 배가될 수 있다. 직렬 접속된 LED칩들(4)은 다시 하우징 연결 부재들(6)에 의해 제어된다. 도 1의 실시예와 견줄만하게, 하우징 연결 부재들(6)과 결합된 홀딩 부재들(5)에 의해 LED 하우징(1)을 다양하게 실장할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 대안예를 도시한다. 이미 기술한 도 1 및 도 2와 매우 유사하므로, 상기 도면들과 특징적으로 상이한 점만 설명한다. 도 1과 달리, 하우징 연결 부재(6)는 2개의 서로 다른 형태를 가지며, 각각의 형태는 특정한 단자형이다. 이 때, 최초 애노드 단자(8a)는 애노드 연결 부재(6a)와, 최종 캐소드 단자는 캐소드 연결 부재(6b)와 전기적으로 결합된다.
애노드 연결 부재(6a) 및 캐소드 연결 부재(6b)로 실시된 하우징 연결 부재(6)는 일반적 플러그인 시스템을 형성한다. 애노드 연결 부재(6a)는 플러그의 역할을, 캐소드 연결 부재(6b)는 부시(bush)의 역할을 한다. 마찬가지로, 기술된 변형예와 반대인 플러그 및 부시가 실시될 수 있다. 이러한 플러그인 시스템에 의해 복수 개의 LED 하우징이 문제없이 서로 연결될 수 있다.
유리한 방식으로, 상기 플러그인 시스템은 표준화되고 규격에 부합한다. 따라서, 예를 들면 자동차, 전자 또는 기계 분야에서 LED 하우징은 별다른 문제 없이 기존의 플러그인 시스템에 통합될 수 있다. 홀딩 부재가 하우징의 일부로 이미 병합 제조됨으로써, 추가의 대응 부재 또는 추가적 소켓이 필요하지 않고, LED 하우징은 일반적으로 장착될 수 있다. 그러므로 추가 비용이 절약되고, 어댑터 사용 시 항상 부작용으로 발생하는 스위칭 손실이 방지된다.
도 1 및 도 2에 견줄만하게, 특히 고출력 LED를 위해 충분한 열 배출이 방열 부재(7)에 의해 달성된다. 연결 부재들(6a, 6b)에 전기적 및/또는 기계적으로 적합하게 연결되는 것은 다시 플러그인 시스템, 스냅온 시스템 또는 나사 시스템에 의해 바람직하게는 표준화되어 수행될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 LED 하우징의 실시예에 대한 발전예이며, 이 때 단면도는 생략된다. 이하에서는 다시 도 3과의 상이점에 대해서만 설명한다. 선행한 도면들과 달리, 도 4에는 하나의 홀딩 부재(5)만 도시되어 있으며, 상기 홀딩 부재는 복수 개의 LED 하우징들의 결합이나 캐리어와의 결합을 위한 역할을 한다. 예를 들면 플러그를 이용하여, 도시된 형성예에 따른 LED 하우징은 캐리어와 전기적으로 접촉될 수 있고 다른 LED 하우징들(1)과 결합될 수 있다. 마찬가지로, 캐소드 연결 부재 및 애노드 연결 부재(6a, 6b)는 분리되어 실시된다. 바람직하게는, 이러한 변형예는 홀이 형성된 도체판에 실장하는 경우 또는 캐리어상에 실장하거나 삽입하는 경우에 적용된다.
도 5는 도 1에 도시된 바와 같이 실시된 LED 하우징의 대안예에 대한 4개의 발전예를 3D 도면으로 도시한다. 도 1과 달리, 홀딩 부재는 예를 들면 다수 부분으로 구성될 수 있다. 도 5a의 홀딩 부재들(5)은 예를 들면 나사 홀더 및 플러그 대응 부재이다. 그러므로, 한편으로는, 캐리어와의 기계적 홀딩력뿐만 아니라, 물론 전기 전도 결합을 위해 하우징 연결 부재의 대응 부재의 홀딩력도 얻을 수 있으며, 상기 대응 부재는 홀딩 부재와 형상 맞춤이며 미도시되었다.
또한, 도 5a의 LED 하우징(1)은 광학 부재(15)를 포함하고, 상기 광학 부재는 각각의 LED 칩(4)에서 방출된 전자기 복사의 빔 편향을 위해 역할한다. 이를 통해, 각각의 응용예에 따라 각각의 LED 하우징을 위한 이상적 방출 특성이 얻어진다. 이 때, 결합 부재들(14)로서 나사가 고려된다. 상기 나사는, 주로, 캐리어, 특히 히트 싱크와의 기계적 결합을 위한 역할을 한다. 다른 결합 부재들도 마찬가지로 고려될 수 있으며, 발명의 범위에서 배제되지 않는다.
도 5b 내지 5d는 기본적으로 유사한 부재들을 포함한다. 상이한 점은, 예를 들면 광학 부재들의 형태인데, 상기 광학 부재는 도 5c 및 5d에서 모든 LED 하우징들(4)을 위한 단일 부재로서 실시된다. 또한, 하우징 연결 부재들(6, 6a, 6b)은 서로 다르게 실시되며, 이 때 도 5d에서는 상기 기술한, 예를 들면 자동차 분야를 위해 표준화된 전기적 결합이 고려된다. 그에 반해, 도 5c에서 대안적 시스템을 위한 실시 변형예를 확인할 수 있다.
도 5a 내지 5d에 도시된 홀들은 홀딩 부재들(5)이며, 상기 홀딩 부재들(5)이 LED 하우징(1)의 일부로 매우 간단히 제조될 수 있음은 분명하다. 또한, 홀딩 부재는 복수 개의 부분들로 구성될 수 있고, 이 때 홀더의 일부는 나사 결합에 의해 캐리어에 고정된다. 물론, 홀딩 부재(5)는 다른 LED 하우징이나 회로 기판 또는 열 싱크와의 결합을 보장하기 위한 다른 부분들(5)을 포함할 수 있다.
도 6a, 6b, 6c는 도 2에 도시된 LED 하우징의 실시예의 발전예이다. 도 2와 달리, 각각의 LED는 개별적으로 제어될 수 있다. 도 6c는 다시 변형예를 도시하는데, 상기 변형예에서 각각의 홀딩 부재(5)는 캐소드 연결 부재(6b) 및 애노드 연결 부재(6a)를 포함한다. 홀딩 부재(5)의 특정한 형상에 의해 얻은 일반적인 플러그인 시스템을 이용하면, 상기 LED 하우징은 동일한 구조의 LED 하우징과 함께 확장되거나, 캐리어상에 간단히 배치될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 LED 하우징의 실시예의 발전예이다. 선행한 도면들과 달리, 도 7의 LED 칩(4)은 미도시된 제어 부재를 포함하고, 상기 제어 부재는 제어 연결 부재(10) 및 제어 연결 배선(11)에 의해 제어될 수 있다.
상기 발전예에 따르면, 각각의 LED칩은 개별적으로 제어되고, 바람직하게는 방출될 전자기광의 세기가 제어될 수 있다. 예를 들면 펄스 폭 변조된 신호들을 이용한 제어에 의해, 각각의 LED 칩의 광 세기 또는 개별적 색 포화도가 달성될 수 있다.
제어 연결 부재들(10)은 홀딩 부재들(5) 및 하우징 연결 부재들(6, 6a, 6b)과 마찬가지로 자유로운 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 다른 LED 하우징들과의 가요적이며 신속한 확장, 전기적 결합 또는 제어가 가능하도록 표준화된다. 이는 캐리어를 이용한 실장 변형예의 경우에도 동일하게 적용된다.
바람직하게는, 도 1 내지 도 7의 LED칩들(4)의 상호 간 결합은 중간의 본딩 배선을 이용하여 수행되며, 이 때 캐리어 부재는 추가적으로 도체 구조를 포함할 수 있으나, 상기 도체 구조도 마찬가지로 미도시되었다. 바람직하게는, 각각의 LED 칩 단자들(8, 8a, 8b)과 연결 부재들(6, 6a, 6b)의 결합은 레이저 용접 방법 또는 종래의 와이어 본딩 방법을 이용하여 이루어진다.
바람직하게는, 캐리어 부재(3)로서 DBC 세라믹 기판이 사용될 수 있는데, 상기 세라믹 기판은 특수한 "샌드위치 구조" (구리-세라믹-구리)에 의해 전기적으로 절연하는 역할을 하며, 래터럴로 확산되는 열 배출을 구현하여, 상기 기판이 양호한 열 전도체가 된다.
다른 캐리어 부재, 특히 전기적으로 비절연성인 캐리어 부재(3)를 이용하는 경우, LED 칩(4)이 캐리어 부재(3)에 고정될 때 이용하는 LED칩의 측면들은 전기 절연성이어야 한다.
LED 하우징을 위한 물질로는, 주로, 예를 들면 PPA, LCP, PEEK 또는 PEI와 같은 플라스틱이 사용될 수 있다. 캐리어 부재는, 특히, DBC, MKP-PCB 또는 AIN-세라믹 기판이다. 마찬가지로, 예를 들면 구리 또는 구리 합금과 같은 금속계 캐리어가 본딩 금속 배선을 포함하여 사용될 수 있다. 비절연성인 캐리어의 경우, LED칩들의 후측은 절연성이어야 한다.
LED 하우징에 대해 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예들 또는 상기 실시예들의 발전예들은 자유롭게 조합될 수 있고 교환될 수 있다.
공통 캐리어를 사용하는 경우, 홀딩 부재(5)는 구조가 동일한 2개의 LED 하우징들간의 스페이서로 역할한다. 이 경우, 개별 LED 하우징들간에 충분한 간격이 있어, 충분한 열 배출이 보장되는 것이 중요하다.
도 8은 서로 플러깅되며 직렬 접속된 3개의 LED 하우징들(1)을 도시한다. LED 하우징들(1)은 도 1 내지 도 7의 실시예들 및/또는 발전예들 중 하나에 맞추어 형성된다. 하우징들은 캐소드 연결 부재(6b)뿐만 아니라 애노드 연결 부재(6a)도 포함하며, 도 8b에 도시된 바와 같은 플러그인 방법(16)으로 결합되어 있다. 상기 도면에 도시되지 않은 LED칩들은 도 1 내지 도 7에 기술된 형성 변형예들 중 어느 하나에 따라 결합되며, 애노드 연결 부재(6a) 또는 캐소드 연결 부재(6b)를 이용하여 전기적 및/또는 기계적으로 연결된다. 또한, 이미 기술한 다른 홀딩 부재들(5)을 이용하여 캐리어상에 실장되는 것도 고려할 수 있다.
도 9는 개별 LED 하우징(1)의 대안적 접속을 도시하는데, 여기서는 각각 4개의 직렬 연결된 LED 하우징들(1)이 다시 병렬 접속된 것을 도시한다. 다시, LED 하우징들(1)은 상기 기술된 실시예들 및/또는 발전예들 중 하나에 부합한다. 도 1 내지 도 7의 홀딩 부재들(5) 및 하우징 연결 부재들(6)을 포함한 형태의 하우징이 개략적으로만 도시되어 있다. 병렬 접속에 있어 특징적인 것은, 2개의 애노드 연결 부재들(6a)의 결합이며, 이는 본 발명에 따른 어댑터 부재(17)를 이용하여 구현된다. 어댑터 부재(17)는 도 9a에 도시되어 있으며, 두 개의 어댑터 단자들(18)의 가교(20)를 나타낸다. 서로 연결된 LED 하우징을 위해 공통의 냉각체가 사용되는 경우, 어댑터 부재(17)는 더 나은 방열을 위한 위치 홀더나 스페이서로서 역할한다.
도 10은 상기 기술된 LED 하우징(1)의 다른 대안적 접속을 도시한다. 여기서는 별 모양으로 연결된 LED 하우징들(1)을 도시하며, 각각의 LED 하우징은 복수 개의 하우징 연결 부재들(6a, 6b)을 포함함으로써, 각각의 개별적인 하우징 연결 부재(6a, 6b)가 각각의 LED 하우징(1)의 하우징 캐비티(2)내에서 LED칩(4)을 제어한다. 이 때, 각각의 LED 하우징(1)은 미도시된 LED칩들(4)을 포함한다. 도 10a에 도시된 브리지 어댑터(19)는 모든 LED칩들(4)의 구동을 위해 구비되고, 상기 브리지 어댑터는 다시 2개의 연결 부재들(6a, 6b)의 가교(19)로서만 역할한다. 상기 브리지 어댑터는 LED 하우징(1)의 일 측에 위치하며 맞춤 형상인 하우징 연결 부재(6a 또는 6b)의 대응 부재이며, 애노드 연결 부재(6a) 및 캐소드 연결 부재(6b)를 포함한다.
LED칩(4)의 구동을 위해 도 10a에 도시된 브리지 어댑터는 구동할 LED의 애노드 단자와 캐소드 단자를 가교하는 역할을 한다. 직렬 접속으로 연결된 복수 개의 LED들을 구동하기 위해, 마찬가지로, 다시 상기 브리지 어댑터가 사용될 수 있고, 상기 브리지 어댑터의 형상에 따라, 그리고 경우에 따라서 더 높은 전류 부하를 위해 설비되어야 한다.
LED칩들(4)의 구동, 및 구동될 칩들(4)의 전류 공급은 전류 구동 회로를 이용한 각각의 접속 방식에 맞춰진다. 상기 전류 구동 회로는 구동을 위해 필요하며 항상 일정한 구동 전류를 조절한다. 구동 중에 LED 하우징들(1)의 부가 및 분리가 고려될 수 있고, 이 때 전류 구동 회로에 의해 단락 또는 과부하 시나리오가 적절하게 고려되어 방지될 수 있다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2007 041 136.9의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 참조로 포함된다.
본 발명은 실시예들에 의거한 예시에 의해 상기 실시예들에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하며, 이는 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않는다.

Claims (12)

  1. 하우징 캐비티(2), 캐리어 부재(3), 적어도 하나의 LED칩(4), 적어도 하나의 홀딩 부재(5) 및 적어도 하나의 하우징 연결 부재(6)를 포함하는 LED 하우징(1)에 있어서,
    상기 캐리어 부재(3) 및 상기 적어도 하나의 LED칩(4)은 상기 LED 하우징(1)의 하우징 캐비티(2)내에 배치되고,
    상기 LED칩(4)은 상기 캐리어 부재(3)의 제1상측에 배치되며, 상기 LED 하우징(1)은, 상기 적어도 하나의 하우징 연결 부재(6)가 상기 LED 하우징(1)의 외측에 배치되고, 상기 LED칩(4)의 구동을 위해 상기 적어도 하나의 LED칩(4)과의 전기적 배선(8)을 포함하도록 형성되고, 그리고
    상기 LED 하우징(1)은 동일한 구조의 제2LED 하우징(1)과 기계적 조건에 따라 풀림이 가능하도록 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 상기 적어도 하나의 홀딩 부재(5)를 이용하여 캐리어와 기계적 결합될 수 있고, 상기 결합은 기계적 조건에 따라 풀림이 가능한 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 기계적 조건에 따라 풀림이 가능하도록 동일한 구조의 제2LED 하우징(1)과 기계적 및/또는 전기적으로 적어도 하나의 홀딩 부재(5)를 이용하여 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 상기 캐리어 부재(3)의 제1상측에 대향된 적어도 하나의 제2측에서 방열 부재(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 홀딩 부재(5)는 다수 부분으로 구성되고, 상기 홀딩 부재(5)의 적어도 일부분은 상기 하우징 연결 부재(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 연결 부재(6)는 적어도 하나의 애노드 연결 부재(6a) 및 캐소드 연결 부재(6b)를 포함하고, 이 때 상기 애노드 연결 부재(6a) 및 상기 캐소드 연결 부재(6b)는 기계적 및/또는 전기적인 플러그인 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 SMT 실장될 수 있으며, 상기 하우징 연결 부재(6)는 플러그인 결합 및/또는 스냅온(snap-on) 결합에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 제어 연결 부재(10)를 포함하고,
    상기 제어 연결 부재(10)는 상기 하우징 캐비티(2)내에서 적어도 하나의 제어 부재와의 전기적 배선(11)을 포함하며, 이 때 각각의 제어 부재는 LED 칩들(4) 중 어느 하나에서 방출된 전자기 복사의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 하우징(1)은 플러그인 결합, 절연 강화 접속(insulation displacement connection) 및/또는 케이지 클램프(cage clamp)를 이용하여 하우징 연결 부재에 의해 전기적으로 접촉될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀딩 부재의 부분들은 나사 결합, 플러그인 결합 및 스냅온 결합(14)을 이용하여 상기 LED 하우징(1)을 동일한 구조의 LED 하우징들(1)과 기계적으로 결합할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  11. 청구항 2에 있어서,
    나사 홀더로 형성된 홀딩 부재(5); 및
    하우징 연결 부재(6)
    를 포함하고,
    상기 LED 하우징(1)은 나사로 형성되어 상기 홀딩 부재(5)에 맞물리는 적어도 하나의 결합 부재(14)를 이용하여 캐리어와 기계적으로 결합될 수 있으며, 상기 하우징 연결 부재는 상기 LED 하우징(1)의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 하우징.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 다수의 LED 하우징들(1)을 포함하는 LED 사슬에 있어서,
    상기 LED 하우징들(1)은 LED칩(4)과 반대 방향인 하측에서 캐리어상에 고정되고; 그리고
    상기 LED 하우징들 중 적어도 2개는 각각의 하우징 연결 부재(6)를 이용하여 상호 간에 전기 전도적으로 결합되며, 적어도 하나의 하우징 연결 부재(6)는 상기 LED 하우징들(1) 각각의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 사슬.
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