KR20100095654A - 발광다이오드 모듈 및 배선 시스템 - Google Patents

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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

LED 모듈(10) 및 배선 시스템이 개시된다. 이 LED 모듈(10)은 렌즈(12)와, 하우징(14)과, 이 하우징(14) 내에 배치된 적어도 하나의 LED를 가진 인쇄회로기판(PCB)을 포함한다. 이 하우징(14)은 PCB에 대해 물리적인 및 전기적인 접근을 제공하는 복수의 개구부(22)를 포함한다. 배선 시스템은 적어도 하나의 LED 모듈(10)과 케이블 조립체를 포함한다. 이 케이블 조립체는 LED 모듈 하우징(14) 내의 개구부(22)를 통해 LED 모듈(10)에 전기적인 연결성을 제공하도록 구성되어 있다.

Description

발광다이오드 모듈 및 배선 시스템{LED MODULE AND INTERCONNECTION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 조명 시스템 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 발광다이오드 모듈과, 발광다이오드 모듈들을 어레이(array)로 조립하기 위한 배선 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 장착 방식, 전기적 연결 방식, 발광다이오드 어레이 배열 방식, 그리고 광학 디자인이 유연한 모듈 디자인을 이용한다.
발광다이오드(LED)의 광선속에 대한 개발 및 개선이 진척되면서 이들 소자가 건축, 오락, 그리고 실외 조명을 포함하여 일반적인 조명 응용 분야에서 사용하기에 적합하게 되었다. 그렇기 때문에 발광다이오드는 백열 램프, 형광 램프, 그리고 고휘도 방전 램프와 같은 광원과 점점 경쟁적으로 되고 있다.
발광다이오드는 수많은 장점을 제공하고, 일반적으로는 내구성(ruggedness), 긴 수명, 고효율, 저전압 요건, 그리고 방출 광의 색깔과 세기를 제어할 가능성을 독립적으로 고려하여 선택된다. 발광다이오드는 정교한 가스 방전 램프, 백열등 및 형광 조명 시스템에 비해 개선점을 제공한다. 발광다이오드와 같은 고체 상태 조명원은 동일한 조명 효과를 창출할 능력을 가지지만, 다른 조명 기술과 관련된 단점을 압도한다.
종래의 발광다이오드 모듈 시스템은 주로 배선 유연성이 제한적인 스트링 시스템(string systems)에 지향되어 있다. 이들 시스템에서 발광다이오드를 수용하는 모듈 또는 하우징은 흔히 변형에 대한 유연성이 없다. 유연한 배선을 가진 단순 변형 가능한 모듈 요소로 조명 시스템을 형성함으로써 응용에 있어서 유연한 조명 기술을 개발하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서 해결하고자 하는 과제는 발광다이오드 모듈에 대한 요구, 그리고 실외 응용 분야를 포함한 다양한 응용 분야에서 용이하게 설치될 수 있는 배선 시스템에 대한 요구이고, 발광다이오드의 배선 및 배열 방법에 있어서 유연성이다.
해결책이 LED 모듈에 의해 제공되며, 이 LED 모듈은 하우징과, 이 하우징에 배치되는 인쇄회로기판과, 하우징에 부착되는 렌즈를 포함하며, 이 인쇄회로기판은 전기적인 접점을 가진 커넥터 섹션을 구비하며, 전기적인 접점은 인쇄회로기판에 의해 지지되는 전기 부품에 전기적인 연결성을 제공한다. 이 하우징은 인쇄회로기판에 전기적인 연결성을 제공하기 위한 커넥터를 수용하는 개구부를 포함하며, 전기 부품은 적어도 하나의 발광다이오드(LED)를 포함한다.
본 발명은 개선된 발광다이오드 모듈 및 배선 시스템을 제공한다.
이제 본 발명이 첨부 도면을 참조로 하여 예로서 설명될 것이며, 첨부 도면에서,
도 1은 본 발명의 LED 모듈에 관한 바람직한 실시 형태를 보여주는 사시도이며,
도 2는 도 1의 LED 모듈을 보여주는 분해도이며,
도 3은 도 1의 3-3 선을 따라 취한 도 1의 LED 모듈을 보여주는 단면도이며,
도 4는 본 발명의 가요성 커넥터에 관한 바람직한 실시 형태를 보여주는 사시도이며,
도 5는 본 발명의 바람직한 커넥터를 보여주는 단부도(end view)이며,
도 6은 도 5의 6-6 선을 따라 취한 도 5의 커넥터를 보여주는 부분 단면도이며,
도 7은 본 발명의 바람직한 개방 플러그를 보여주는 사시도이며,
도 8은 도 1의 3-3 선을 따라 취하고 커넥터와 삽입 개방 플러그를 갖춘 도 1의 LED 모듈을 보여주는 단면도이며,
도 9는 본 발명의 LED 모듈과 배선 시스템에 관한 바람직한 구성을 보여준다.
이제 본 발명이 그 바람직한 실시 형태가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조로 하여 이하에서 보다 충분하게 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있지만, 여기에서 설명되는 실시 형태들에 한정되는 것으로 해석하지 말아야 한다. 오히려 이들 실시 형태는 이러한 개시가 완전하게 되고 당업자에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달하도록 제공된다.
도 1을 참조하면, 렌즈(12)와 하우징(14)을 갖춘 발광다이오드(LED) 모듈(10)에 관한 바람직한 실시 형태가 개시되어 있다. 렌즈(12)는 최상면부(16)와 후방부(18)를 포함한다. 최상면부(16)는 빛을 투사하고/투사하거나 확산시키기 위해 당업계에 공지된 어떤 실질적인 형상을 가질 수 있다. 후방부(18)는 렌즈(12)를 하우징(14)에 부착하는 것을 지원하도록 톱니들(20)을 가진다. 선택적으로 후방부(18)는 모서리와 측면과 같은 다른 파지 지원 특징부 또는 도구 슬롯을 구비할 수 있거나, 매끄러운 원통형 표면이 될 수 있다. 렌즈(12)는 유리 및 플라스틱을 포함하지만 이들에 한정되지 않는, 당업계에 공지된 렌즈 재료로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(14)은 일반적으로 원형 단면을 가지지만, 정사각형, 육각형, 삼각형, 팔각형 또는 다른 다각형을 포함한 다른 단면 형상뿐만 아니라 만곡된 외형이 상이한 조립식 시스템 형상을 가진 응용 분야에 사용될 수 있다. 하우징(14)은 다수의 개구부(22), 개구부 하우징(24), 부착 포인트(26)를 포함한다. 이러한 바람직한 실시 형태에서는, 하우징(14)은 4개의 개구부를 가진 것으로 도시되어 있다. 다른 실시 형태에서는 1개, 2개, 3개, 또는 4개 이상의 개구부가 존재할 수도 있다. 개구부 하우징(24)은 일반적으로 개구부(22)를 둘러싼다. 개구부 하우징(24)은 탭(25)을 포함한다. 개구부(22)와 개구부 하우징(24)은 일반적으로 직사각형 형상을 가진 것으로 도시되어 있지만, 정사각형, 삼각형, 원형, 이들의 조합을 포함한 다른 선택적인 형상도 접근 개구부(22)와 개구부 하우징(24) 중의 어느 하나 또는 양자에 사용될 수 있다. 부착 포인트(26)는 모듈(10)이 자유롭게 세워지도록 되어 있는 응용 분야 또는 모듈(10)이 외부 요소에 의해 부착되는 경우 생략될 수 있다. 하우징은 플라스틱 하우징 재료로 형성되는 것이 바람직하지만, 당업계에 알려진 어떠한 하우징 재료로 형성될 수 있다.
도 2에는 LED 모듈(10)의 분해도가 도시되어 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이, LED 모듈(10)은 개스킷(30), 배치형 인쇄회로기판(PCB) 조립체(32), 나사와 같은 체결구(33), 그리고 부착 필름(34)을 더 포함한다. 개스킷(30)은 렌즈(12)와 하우징(14) 사이에 환경 실(evironment seal)을 형성하도록 구성된 평평한 개스킷, O-링 개스킷, 기타 유사한 개스킷이 될 수 있다. PCB 조립체(32)는 LED(38)를 지지하는 거의 원형 PCB(36)를 포함한다. LED(38)는 표면 실장 솔더링 또는 관통 구멍(through-hole) 솔더링에 의해 PCB(36)에 부착될 수 있다. 비록 PCB 조립체(32)가 4개의 LED를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, PCB 조립체(32)에 의해 지지되는 LED의 개수는 변할 수 있다.
PCB(36)는 커넥터 섹션(41)을 포함한다. 커넥터 섹션(41)은 도 2에 도시된 바와 같이 커넥터 슬롯(42) 사이에 배치되어 있다. 커넥터 섹션(41)은 접촉 패드(40)를 포함한다. 접촉 패드(40)는 트레이스(traces)(도시 생략)에 의해 LED(38) 및/또는 LED(38) 상에 지지되는 저항 및 커패시터와 같은 어떤 추가의 전기 부품(도시 생략)에 전도 방식으로 연결된다. 따라서, 접촉 패드(40)는 LED(38) 및/또는 어떤 추가의 전기 부품(도시 생략)에 전기 연결성을 제공하도록 구성된다. 접촉 패드(40)는 PCB(36)의 최상면(44), 최하면(도시 생략) 또는 양자에 탑재될 수 있다. 비록 PCB(36)는 접촉 패드(40)가 4개의 커넥터 섹션(41)에 위치한 것으로 도시되어 있지만, 접촉 패드(40)는 필요에 따라 계획적으로 커넥터 섹션(41) 중의 일부로부터 생략될 수 있다.
PCB(36)는 홀(46)과 정렬 노치(alignment notch)(48)를 추가로 포함한다. 홀(46)은 체결구(33)가 하우징(14) 내에서 PCB(36)를 분리 가능하게 부착시킬 수 있게 해주며, 정렬 노치(38)는 하우징(14) 내에서 부착될 때 PCB(36)의 소정 배향(orientation)을 보장한다. PCB(36)는 2개의 홀(46)과 하나의 정렬 노치(48)를 가진 것으로 도시되어 있지만, PCB(36)에는 어떤 수의 스크루 홀(46) 및 정렬 노치(48)가 마련되어 PCB(36)를 하우징(14)에 설치 및 고정하는 것을 용이하게 해준다.
부착 필름(34)은 하우징(14)의 최하면(도시 생략)을 지지면(도시 생략)에 부착하도록 되어 있는 양면 접착제 테이프 또는 기타 유사한 접착제가 될 수 있다. 부착 포인트(26)는 부착 필름이 하우징(14)을 지지면(도시 생략)에 부착하는 데에 사용되는 경우 생략될 수 있다. 선택적으로, 부착 필름(34)은 생각될 수 있고, 부착 포인트(26)에 의해 부착된 하우징과, 부착 포인트와 부착 필름 양자는 생략될 수 있다.
도 2에서 더 볼 수 있듯이, 하우징(14)은 렌즈(12)의 후방부(18)의 내면(도시 생략)에서 암나사(도시 생략)를 맞물리게 하도록 구성된 수나사(50)를 포함한다.
도 3에는 3-3 선을 따라 취한 도 1의 LED 모듈(10)의 단면도가 도시되어 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 하우징(14)은 그 속에 PCB(32)를 지지하기 위한 PCB 지지부(52)를 더 포함한다. PCB 지지부(52)는 PCB(32)를 하우징(14)에 부착할 때 체결구(33)를 수용하기 위한 내부 채널(도시 생략)을 가지고 있다. 이러한 바람직한 실시 형태에서, 하우징(14)은 도 2에 도시된 바와 같이 체결구(33)를 대응하여 수용하도록 위치 조정된 2개의 PCB 지지부(52)를 포함하며, 그 중의 하나는 단면으로 각각의 측면에 위치 조정되어 있다. 하우징(14)은 정렬 노치(48)(도 2)에 수용되도록 구성된 정렬 포스트(post)(54)를 더 포함한다. 선택적으로, 하우징(14)은 하나 이상의 정렬 포스트(54)와 이에 대응하는 정렬 노치(48)(도 2)를 포함할 수 있다. 도 3에서 더 볼 수 있듯이, 개구부(22)는 PCB 커넥터 섹션(41)에 대한 접근을 제공한다.
도 4는 2개의 LED 모듈(10)(도 1)을 서로 물리적으로 전기적으로 연결하거나, LED 모듈(10)(도 1)을 다른 전기 부품(도시 생략)에 물리적으로 전기적으로 연결하는 데에 사용되는 바람직한 케이블 조립체(400)를 보여주고 있다. 전기 부품은 전원 장치(power supply), 전원(power source), LED 드라이버 또는 다른 조명 부품이 될 수 있다. 케이블 조립체(400)는 케이블(410)과 이 케이블(400)의 양단에 배치된 2개의 커넥터(420)를 포함한다. 케이블(410)은 전도체 또는 와이어(도시 생략)를 포함한다. 케이블의 길이는 당업자에 의해 알 수 있는 바와 같이 응용 분야에 따라 변할 수 있다. 와이어(도시 생략)는 커넥터(420) 내의 단자 또는 접점(도시 생략)에 의해 종결된다. 와이어(도시 생략)는 솔더링, 크림핑(crimping), 저항 용접, 초음파 용접, 또는 기타 유사한 종결 방법에 의해 접점(도시 생략)으로 종결될 수 있다. 접점(도시 생략)은 스프링 접점(510)(도 6 참조)이 될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 커넥터(420)는 탄성 래치(422)를 포함한다. 커넥터(420)는 2개의 탄성 래치(422)를 가진 것으로 도시되어 있지만, 단일 커넥터(420)의 탄성 래치(422)의 개수 및 구성은 변할 수 있고, 하우징(14)(도 1)의 대응 탭(25)(도 1)에 교합하도록 구성되어야 한다. 예를 들면, 다른 실시 형태에서 각각의 커넥터(420)는 1개, 3개, 4개 이상의 탄성 래치(422)를 포함할 수 있다. 게다가, 다른 실시 형태에서, 케이블 조립체(400)는 단지 하나의 커넥터(420)만을 포함할 수 있으며, 이때 케이블(410)의 양단은 케이블 조립체(400)를 다른 전기 소자로 종결하기 위한 와이어, 접점, 또는 유사한 전기 배선을 구비한다.
탄성 래치(422)는 탭 섹션(424)과 래칭 섹션(426)을 포함한다. 탄성 래치(422)는 하우징(14)(도 1)의 대응 탭(25)(도 1)에 맞물리게 하도록 커넥터(420)가 하우징(14) 내의 개구부(22) 속으로 삽입될 때 래칭 섹션(426)이 외향으로 움직일 수 있게 선회하도록 구성된다. 래칭 섹션(426)은 내향 돌출부(428)를 포함한다. 탭 섹션(424)에 가해지는 내향 압력은 래칭 섹션(426)을 외향으로 선회시키고, 일단 대응 탭(25)(도 1)에 맞물리면 탄성 래치(422)를 해제시킨다.
커넥터(420)는 하우징 삽입 섹션(430)을 더 포함한다. 하우징 삽입 섹션(430)은 밀봉부(434)를 포함한 외면을 구비한다. 이들 밀봉부(434)는 도 4에 도시된 바와 같이 외면(432) 둘레에 원주방향으로 연장하지만, 밀봉부의 선택적인 구성도 환경 보호를 제공하는 데에 사용될 수 있다는 것을 알고 있어야 한다. 다른 실시 형태에서 밀봉부는 제거될 수 있다. 하우징 삽입 섹션(430)은 모듈 하우징(14)(도 1) 내의 개구부(22)와 실질적으로 대응하는 일반적인 직사각형 형상을 가진다. 하우징 삽입 섹션(430)은 융기부(434)를 포함하여 열가소성 엘라스토머와 같은 연질 폴리머 또는 유연한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 열가소성 엘라스토머는 텍사스주의 휴스턴에 소재하는 ExxonMobile Chemical Company가 만든 SantopreneTM이 될 수 있다.
도 5에는 커넥터(420)의 단부도(end view)가 도시되어 있다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 커넥터(420)는 접점 지지부(512)에 지지된 스프링 접점(510)을 더 포함한다. 도 5에서 역시 볼 수 있듯이, 하우징 삽입 섹션(430)은 커넥터(420)가 정확한 배향 상태로 개구부(22) 속으로 삽입되는 것을 보장하도록 커넥터(420)를 대응 개구부(22)(도 1)와 정렬시키는 것을 지원하는 모따기된 측면(514)을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 다른 접점이 스프링 접점(510)을 대신하여 사용되어 케이블 조립체(400)(도 4)와 LED 모듈(10)(도 1) 사이의 전기적인 연결부를 형성한다.
도 6에는 도 5의 6-6 선을 따라 취한 커넥터(420)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 스프링 접점(510)은 하우징 삽입 섹션(430)이 하우징(14)(도 3)의 개구부(22)(도 3) 속으로 삽입될 때 스프링 접점(510)이 PCB(32)(도 3)의 커넥터부(41)(도 3)를 수용하고, 대응 커넥터(40)(도 3)와 전기적인 연결부를 형성하도록 하우징 삽입 섹션(430) 내에 구성된다. 이에 의해 전기적인 연결부가 LED 모듈(10)(도 3)에 제공된다.
도 7은 선택적인 모듈 플러그(700)를 보여주고 있다. 모듈 플러그(7000)는 손잡이부(710)와 삽입부(720)를 포함한다. 삽입부(720)는 그 원주 둘레에 배치된 밀봉부(722)를 포함한다. 삽입부(720)는 모듈 하우징(14)(도 1) 내의 개구부(22)와 실질적으로 대응하는 일반적인 직사각형 형상을 가진다. 밀봉부(722)를 포함하여 삽입부(720)는 열가소성 엘라스토머와 같은 연질 폴리머 또는 유연한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 엘라스토머는 텍사스주의 휴스턴에 소재하는 ExxonMobile Chemical Company가 만든 SantopreneTM이 될 수 있다.
도 8은 도 1의 3-3 선을 따라 취한 단면도를 보여주고 있으며, 이때 하우징 삽입 섹션(430)의 일부 섹션과 모듈 플러그(700)가 개구부(22) 속으로 삽입된 것으로 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스프링 접점(510)은 PCB(32)의 커넥터부(41)에서 접촉 패드(40)(도 3)와 맞물리게 해주어 PCB(32) 상에 지지된 LED(38) 및 기타 전기 부품들에 전기적인 연결구를 제공하고, LED 모듈 개구부 플러그(700)는 실질적으로 폐쇄된 대응 개구부(22)를 밀봉시킨다. 하우징 삽입 섹션(430)의 융기부(434)와 모듈 플러그(700)의 밀봉부(722)는 하우징(14)과 환경적인 실을 형성한다. 도 8에서 더 볼 수 있듯이, 개스킷(30)은 하우징(14)과 렌즈(12) 사이의 환경적인 실을 형성한다.
도 9에는 LED 모듈들(10)과 와이어 커넥터들(400)의 바람직한 배열이 도시되어 있다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 모듈 플러그(700)는 LED 모듈들(10) 중의 하나를 밀봉하는 데에 사용되고, 추가의 연결성을 제공한다. 도 9에서 볼 수 있듯이, LED 모듈(10)과 케이블 조립체(400)의 디자인은 매우 다양한 조명 디자인 구성이 조립될 수 있게 해준다.
10: LED 모듈
12: 렌즈
14: 하우징
22: 개구부
24: 개구부 하우징
32: 인쇄회로기판
38: LED

Claims (10)

  1. 하우징(14)과,
    상기 하우징(14)에 배치되는 인쇄회로기판(32)으로서, 상기 인쇄회로기판(32)은 전기 부품과 커넥터 섹션(41)을 구비하고, 상기 커넥터 섹션(41)은 상기 인쇄회로기판(32)에 의해 지지되는 전기 부품에 전기적인 연결성을 제공하도록 구성된 전기적인 접점(40)을 포함하는, 인쇄회로기판(32)과,
    상기 하우징(14)에 부착되는 렌즈(12)를 포함하되,
    상기 하우징(14)은 상기 인쇄회로기판(32)에 전기적인 연결성을 제공하기 위한 커넥터(420)를 수용하는 복수의 개구부(22)를 포함하며,
    상기 전기 부품은 적어도 하나의 발광다이오드(LED)(38)를 포함하는 것인 LED 모듈(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈(12)와 상기 하우징(14) 사이에 배치된 개스킷(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED 모듈(10)을 지지면에 부착하기 위한 부착 필름(34)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 하우징(14)은 상기 하우징(14) 내에 인쇄회로기판(32)을 소정 배향 상태로 부착하기 위한 PCB 지지부(52)와 정렬 포스트(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 개구부(22)는 4개의 개구부인 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  6. 제1항에 있어서, 상기 하우징(14)은 상기 개구부(22)를 전반적으로 둘러싸는 개구부 하우징(24)을 더 포함하며, 상기 개구부 하우징(24)은 단지 하나의 소정 배향 상태로 커넥터(420)를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  7. 제1항에 있어서, 2개의 단부를 가진 케이블(410)과 상기 케이블의 어느 일단에 배치된 커넥터(420)를 구비한 케이블 조립체(400)를 더 포함하며, 상기 커넥터(420)는 복수의 개구부(22) 중의 하나에 수용되고, 인쇄회로기판(32)의 커넥터부(41)에 맞물리게 해주고, 상기 인쇄회로기판 전기 접점(40)과 전기적인 연결부를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  8. 제7항에 있어서, 개구부 하우징(24)은 상기 케이블 조립체(400)에 해제 가능하게 맞물리게 해주는 탭(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  9. 제1항에 있어서, 상기 커넥터(420)는 상기 개구부(22)를 전반적으로 둘러싸는 개구부 하우징(24)에서 탭(25)에 해제 가능하게 맞물리게 하도록 구성된 유연한 래치(422)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
  10. 제1항에 있어서, 상기 커넥터(420)는 삽입될 때 상기 개구부(22)를 환경적으로 밀봉하도록 구성된 융기부(434)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈(10).
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