KR20110041957A

KR20110041957A - 엘이디 조명등용 인쇄회로기판 패턴과 이를 이용한 엘이디 인쇄회로기판 및 엘이디 조명기기

Info

Publication number: KR20110041957A
Application number: KR1020090099012A
Authority: KR
Inventors: 박기용
Original assignee: 박기용
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-22

Abstract

본 발명은 LED 조명등용 PCB 패턴과 이를 이용한 LED PCB 및 이를 이용한 LED 조명기기에 관한 것으로, 더 상세하게는 트랜지스터, 저항, LED 등의 패드와 0옴 저항의 패드를 공통적으로 사용할 수 있도록 하고, 0옴 저항을 이용하여 전원을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 부분을 추가함으로써, 하나의 PCB 패턴이지만 부품의 배치에 따라 12V, 24V, 48V 등 다양한 전원에 사용할 수 있고, 최대밝기도 조절할 수 있도록 한 것이다.

LED 조명등, LED PCB

Description

엘이디 조명등용 인쇄회로기판 패턴과 이를 이용한 엘이디 인쇄회로기판 및 엘이디 조명기기 {PCB Pattern For LED Lamp, The LED PCB And The LED Lighting Apparatus Thereby}

본 발명은 엘이디(LED) 조명등용 인쇄회로기판(PCB) 패턴과 이를 이용한 엘이디 인쇄회로기판(LED PCB) 및 이를 이용한 엘이디(LED) 조명기기에 관한 것으로, 더 상세하게는 트랜지스터, 저항, LED 등의 패드와 0옴 저항의 패드를 공통적으로 사용할 수 있도록 하고, 0옴 저항을 이용하여 전원을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 부분을 추가함으로써, 하나의 PCB 패턴이지만 부품의 배치에 따라 12V, 24V, 48V 등 다양한 전원에 사용할 수 있고, 최대밝기도 조절할 수 있도록 한 것이다.

인공광원의 종류에는, 진공 또는 기체를 봉입한 유리구 안에 녹는점이 높은 금속 코일이나 텅스텐 선 등을 넣어서 흰 빛을 내는 백열전구, 유리구 안에 할로겐 원소를 주입하여 텅스텐의 증발을 더욱 억제한 할로겐전구, 아크방전이나 글로방전 등 기체방전을 이용한 방전등, 방전관 내부에 형광물질을 입힌 형광등, 고체상태 광원으로 EL 램프, OLED 램프, LED 램프 등이 있다.

형광등은 방전관 내에 수은을 봉입하여 저전압으로 방전시키기 위하여 열음극을 사용한 저압 수은램프의 일종이며, 방전에 의하여 생긴 파장 253.7 nm 의 강역한 자외선이 관내 벽의 형광 도료를 자극하여 강한 형광을 발생한다.

열음극의 텅스텐 필라멘트는 2중 코일로 하고, 열전자의 방출을 쉽게 하기 위하여 바륨(Ba) 등의 산화피막을 칠한다.

형광램프용 안정기는 자기식, 반도체식, 전자식으로 구분되는데, 전기적 안전성이 뛰어나며, system 설계가 용이하고, 램프 수명이 긴 고급형 전자식 안정기가 소비자 요구에 적합한 안정기로 부상하였다.

발광다이오드(light emitting diode ; LED) 소자는 PN접합에 순방향으로 전류를 흐르게 함으로써 빛을 발생시키는 반도체 소자이다. 반도체를 이용한 발광다이오드 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 5 ∼ 10년 이상으로 길어, 전력소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명기기 응용분야에서 주목을 받고 있다.

특히, 수은과 같은 환경유해물질을 사용하지 않아도 되므로 형광등 대체용 LED 조명등에 대한 관심이 고조되고 있다.

공개특허 10-2008-0047521의 바람직한 실시예에 따르면 내부에 플리커 방지 회로, 전력 안정화 회로 및 역기전력 방지회로, 방전회로가 구비되어져 있고, 그 양 내측부에 각각 형광등의 전원단자를 결합시키기 위한 소켓이 형성된 형광등 장치 본체에 있어서, 상기 형광등과 같이 원형 봉의 형태로 외형이 구성되고, 그 양단에 각각 전원단자(8)를 지지하기 위한 지지구(6)가 구성되어져 있고, 그 상면이 길이방향으로 절개된 반원형상으로 구성된 하우징(4)과; 상기 하우징(4)의 내부에 일단에 장착된 전력공급기판과; 상기 전력공급기판과 연장되며 그 상면에 다수의 LED(12)가 어레이 형태로 부착된 회로기판(16)과; 상기 전력공급기판을 덮기 위한 기판 커버(10)와; 상기 회로기판(16)을 덮기 위한 LED 커버(14)가 구성된 것을 특징으로 하는 형광등 타입의 LED 발광장치가 제공된다.

공개특허 10-2008-0107627의 싱크대용 LED 전등은 PCB; 상기 PCB 일면에 일정간격으로 실장되어 있는 다수의 LED(20); 일면에 상기 PCB의 타면이 밀착되어 부착되는 방열판(30); 상기 PCB와 전기적으로 연결되어 상기 LED의 점멸을 제어하는 조작부;를 포함하여 이루어지고, 상기 방열판에는 LED를 보호하기 위한 반투명한 빛 확산용 보호커버(40)가 결합되고, 상기 방열판에는 방열면적을 늘리기 위한 다수의 날개부가 구비되고, 상기 조작부는 상기 LED를 온오프시키기 위한 온오프 스위치와, 사용자가 일정거리 이내에 존재하는지 여부를 감지하여 상기 LED를 온 또는 오프시키기 위한 근거리센서와, 주변의 밝기를 감지하는 광센서와, 상기 스위치, 광센서 및 근거리센서로부터 신호를 받아 상기 LED의 점멸을 제어하는 마이컴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

LED가 빛을 내기 위해서는 전원을 공급해야 하는데, AC 220V, AC 110V 등 일반 상용전원을 직접 사용할 수도 있으나, 안전이나 효율, 정전류 제어 등의 목적으로 DC 5V, DC 9V, DC 12V, DC 15V, DC 24V, DC 36V, DC 48V 등의 SMPS(Switching Mode Power Supply) 전원을 많이 사용한다. 반드시 SMPS일 필요는 없으며 통상의 선형 레귤레이터를 사용할 수도 있고, 배터리 등 전원 자체가 DC인 경우는 전압만 맞추면 된다.

이와 같은 다양한 전압에 대응하는 PCB를 각각 만드는 것은 제품의 가격을 상승시킬 뿐만 아니라, LED 조명을 이용한 응용제품을 만드는데 제한을 주게 된다. 따라서 다양한 전원에 대응할 수 있는 LED PCB 패턴의 개발이 필요하다.

또한 등록특허 10-0912496-0000에서와 같이 음영이 생기지 않는 고품질의 백라이트를 만들기 위해서는 화면높이에 대한 광원 사이의 간격의 비에 제한이 따른다. 즉, 프레임 높이가 정해진 상태에서 각각의 LED PCB 사이 간격이 어느 값 이하가 되어야 하므로, 각각의 LED PCB에서 LED 칩 사이 간격을 조절함으로써 밝기를 조절할 필요가 있다. 따라서 LED 칩 간격을 가변할 수 있는 LED PCB 패턴의 개발이 필요하다.

이에 더하여, 밝기가 조절된 상태에서도 같은 전압으로 동작하는 백라이트를 만들어야 하므로 상기의 다양한 전원에 대응할 수 있는 LED PCB 패턴의 개발이 절실하다.

본 발명에 따른 LED PCB 패턴은 트랜지스터, 저항, LED 등의 패드와 0옴 저항의 패드를 공통적으로 사용할 수 있도록 하고, 0옴 저항을 이용하여 전원을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 부분을 추가한 것이다.

본 발명에 따른 LED PCB는 트랜지스터, 저항, LED 등의 패드와 0옴 저항의 패드를 공통적으로 사용할 수 있도록 하고, 0옴 저항을 이용하여 전원을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 부분을 추가한 LED PCB 패턴을 사용한 것이다.

본 발명에 따른 LED 조명기기는 트랜지스터, 저항, LED 등의 패드와 0옴 저항의 패드를 공통적으로 사용할 수 있도록 하고, 0옴 저항을 이용하여 전원을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 부분을 추가한 LED PCB를 사용한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 LED PCB의 패드 모양이다. 각 패드간의 연결관계까지 나타내면 너무 복잡해지므로 간단하게 패드만을 나타낸 것이며, 회로도에 따른 연결관계의 구성은 당업자가 쉽게 구현할 수 있다.

트랜지스터 패드(101)는 SMPS에서 DC 전원 등을 공급받아 LED에 일정한 전류를 흘려주는 트랜지스터를 솔더링하기 위한 것이다. 이 패드는 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항도 솔더링가능하도록 설계된다.

트랜지스터가 솔더링되어 있으면 독립적으로 정전류 제어가 가능하지만, 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이 솔더링 되어 있으면 주변 회로에 직렬로 연결되어야 정전류 제어가 가능하다. 이와 같은 패드는 LED에 입력되는 전류를 통과시킨다는 개념에 맞게만 배치하면 트랜지스터 용량이 작은 것을 병렬로 연결하여 큰 용 량을 내거나, 2개 이상의 트랜지스터를 직렬로 연결하여 사용하는 등 용이한 변형은 물론 수많은 정전류 구동회로에도 적용 가능하다.

저항 패드(102)는 트랜지스터의 게이트 또는 베이스의 전압 또는 전류를 제어하는 저항 및 소스-드레인 또는 에미터-컬렉터 간의 전류를 제어하는 저항 등을 솔더링하기 위한 것이다. 이 패드는 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항도 솔더링가능하도록 설계된다.

트랜지스터와 같이 솔더링되어 있으면 독립적으로 정전류 제어가 가능하지만, 트랜지스터 없이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이 솔더링 되어 있으면 주변 회로에 직렬로 연결되어야 정전류 제어가 가능하다.

상기 트랜지스터 패드와 저항 패드는 정전류 구동 회로가 구비될 때 필요한 것인데, 성능 및 신뢰성을 희생하고 회로를 간단히 하고자 하는 경우에는 정전류 구동회로 및 그에 다른 패드가 생략될 수 있다.

LED 패드(103)는 LED 칩을 솔더링하기 위한 것이다. 이 패드는 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항도 솔더링가능하도록 설계된다.

LED가 솔더링되면 그만큼 밝기 및 구동전압을 상승시키고, 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이 솔더링되면 밝기 및 구동전압에 영향을 주지 못한다. LED 패드가 +, - 각 2개씩 있는 경우에는 0옴 저항도 2개가 사용될 수 있다.

전원 패드(104)는 기본 단위가 되는 직렬 LED 들을 전원과 연결시키기 위한 것이다. 이때 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이 사용된다. 전원과 연결되면 각 기본 단위가 병렬로 연결되어 구동전압에 변화가 없으나, 이웃하는 기본 단위의 +, -가 교차로 연결되면 직렬로 연결되어 구동전압이 상승한다.

상기에서는 솔더링 패드를 배치하는 것을 기술하였으나 더 복잡하게 점퍼소켓이나 딥스위치 등을 이용하는 것도 가능하다.

상기에서는 직렬로 연결할 수 있는 기본 단위의 개수에 제한을 두지 아니하였으나, 이에 제한을 두는 경우에는 양 끝에 도 3과 같이 외부전원 패드(105)를 두어 외부전원과의 연결을 용이하게 하거나 외부전원 커넥터에 직접 꽂거나 길이가 짧은 기본 단위의 LED PCB를 상호 연결하는데 사용할 수 있다.

LED 패드는 3528, 3030, 5050, 5252 등 다양한 종류의 LED 칩 패키지에 모두 사용할 수 있는 크기로 하는 것이 바람직하다. 밝기에 따라 패키지가 달라질 수 있고, 칩 회사에 따라 패키지가 달라질 수 있기 때문이다.

본 발명에서 전원전압의 수치(12, 24, 48V 등)는 변형이 가능한 것으로 이에 제한 되는 것은 아니다.

하나의 PCB 패턴이지만 부품의 배치에 따라 12V, 24V, 48V 등 다양한 전원에 사용할 수 있고, 최대밝기도 조절할 수 있도록 한 것이다.

공개특허 10-2008-0039637는 발광 다이오드 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED를 복수의 드라이버를 이용하여 구동하되, 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 드라이버 각각의 구동 능력 차이에 의해 서로 이웃하는 LED 중에서 하나의 LED가 특성이 저하된다고 하더라도 이웃하는 두 LED가 이를 보상할 수 있어 전체적인 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있다. 밝기만을 조절하기 위하여는 이와 같이 연결하는 것도 가능하지만, 본 발명에 따르면 전압까기 자유롭게 조절할 수 있는 잇점이 있다.

도 4는 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 일례이다. 검은 솔리드로 표시된 부품이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이다. 좌측 LED 칩 6개와 우측 LED 칩 6개가 중앙의 0옴 저항에 의해 직렬로 연결되므로, 기본단위가 LED 칩 12개이며 구동전압은 48V이다.

LED 칩 하나의 구동전압이 3.5V라면 12개는 42V가 필요하고 나머지 전압은 정전류 구동회로에 걸리게 된다.

도 5는 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 다른 예이다. 검은 솔리드로 표시된 부품이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이다. 좌측 LED 칩 6개와 우측 LED 칩 6개가 병렬로 연결되므로, 기본단위가 LED 칩 6개이며, 구동전압은 24V이다.

LED 칩 하나의 구동전압이 3.5V라면 6개는 21V가 필요하고 나머지 전압은 정전류 구동회로에 걸리게 된다.

도 4와 도 5는 LED 패드에 빈 자리가없으므로 같은 LED 패키지를 사용한 경우 가장 밝은 빛을 내는 구성이다. 단지 구동전압이 차이가 난다.

도 6은 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 또 다른 예이다. 검은 솔리드로 표시된 부품이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이다. 좌측 LED 칩 3개와 우측 LED 칩 3개가 중앙의 0옴 저항에 의해 직렬로 연결되므로, 기본단위가 LED 칩 6개이며, 구동전압은 24V이다.

도 7은 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 또 다른 예이다. 검은 솔리드로 표시된 부품이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이다. 좌측 LED 칩 3개와 우측 LED 칩 3개가 병렬로 연결되므로, 기본단위가 LED 칩 3개이며, 구동전압은 12V이다.

LED 칩 하나의 구동전압이 3.5V라면 3개는 10.5V가 필요하고 나머지 전압은 정전류 구동회로에 걸리게 된다.

도 6과 도 7은 LED 패드가 반이 비어 있으므로 밝기가 최대 밝기의 반이다. 또한 구동전압도 차이가 난다.

도 5와 도 6은 구동전압은 같지만 밝기가 차이가 난다.

도 4와 도 6에서와 같이 기본단위를 직렬로 연결하기 위해서는 어느 한쪽의 트랜지스터 및 저항을 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항으로 연결하는 것이 바람직하다.

밝기의 균일성을 저해하기 때문에 바람직하지는 않으나, 도 6 또는 도 7에서 빈 LED 패드 일부에 LED를 추가하면 구동전압의 작은 상승과 함께 밝기의 작은 향상이 가능하다. 예를 들어 도 7에서 기본단위가 4개, 구동전압이 15.x V 또는 기본 단위가 5개, 구동전압이 18.x V도 가능하다.

LED PCB는 통상의 FR4나 방열성능이 좋은 Metal Core PCB 등을 사용할 수 있으나, 길이를 길게 만들 수 있는 Flexible PCB를 사용하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명에 따른 LED 조명기기의 일례로서 T8, G13 직관형 형광등 대체용 LED 조명등이다. 본 발명에 따른 LED PCB(111)를 방열판(112)에 붙이고, 방열판 내부에 구동회로 PCB(113)를 삽입하며, LED PCB 전면에 확산판(114)을 부착하고, 방열판 양 끝에 G13 베이스를 붙인다. 도 9는 완성된 조립도를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 LED 조명등이다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 LED PCB의 패드 모양이다.

도 4는 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 일례이다. 검은 솔리드로 표시된 부품이 작은 저항 바람직하게는 0옴 저항이다. 기본단위가 LED 칩 12개이며, 구동전압은 48V이다.

도 5는 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 다른 예이다. 기본단위가 LED 칩 6개이며, 구동전압은 24V이다.

도 6은 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 또 다른 예이다. 기본단위가 LED 칩 6개이며, 구동전압은 24V이다.

도 7은 본 발명의 LED PCB 패드를 사용한 LED PCB의 또 다른 예이다. 기본단위가 LED 칩 3개이며, 구동전압은 12V이다.

도 8은 본 발명에 따른 LED 조명기기의 분해사시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 LED 조명기기의 조립도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

101: 트랜지스터 패드

102: 저항 패드

103: LED 패드

104: 전원 패드

105: 외부전원 패드

111: LED PCB

112: 방열판

113: 구동회로 PCB

114: 확산판

115: G13 베이스

Claims

LED 칩을 솔더링하는 패드와 저항값이 작은 저항을 솔더링하는 패드가 공통인 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 상기 저항값이 0옴인 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 상기 LED 칩을 솔더링하는 패드는 3528 패키지, 3030 패키지, 5050 패키지, 5252 패키지에 공통적으로 사용되는 것인 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 트랜지스터를 솔더링하는 패드와 저항값이 작은 저항을 솔더링하는 패드가 공통이고, 트랜지스터 동작에 필요한 저항을 솔더링하는 패드와 저항값이 작은 저항을 솔더링하는 패드가 공통인 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 일정한 수의 LED 칩으로 구성되는 기본단위의 양 끝 부분에 전원부의 같은 전극과 이웃하는 기본단위의 다른 전극 중에서 어느 하나에 저항값이 작은 저항으로 연결할 수 있는 패드가 추가로 구비된 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 일정한 수의 LED 칩으로 구성되는 기본단위의 양 끝 부분에 외부전원에 연결할 수 있는 패드가 추가로 구비된 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항에 있어서, 일정한 수의 LED 칩으로 구성되는 주기본단위의 양 끝 부분에 외부전원에 연결할 수 있는 패드가 추가로 구비되고, 일정한 수의 LED 칩으로 구성되는 부기본단위마다 전원부의 같은 전극과 이웃하는 기본단위의 다른 전극 중에서 어느 하나에 저항값이 작은 저항으로 연결할 수 있는 패드가 추가로 구비된 LED 조명등용 PCB 패턴
제 1항 내지 제 7항중 어느 하나의 항에 따른 LED 조명등용 PCB 패턴을 사용하여 솔더링을 완성한 LED PCB
제 8항에 따른 LED PCB를 사용한 LED 조명기기