KR20120017642A - 발광장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 발광다이오드(LED)와, 발광다이오드가 빛을 발하기 위한 전원을 공급하는 회로부와, 발광다이오드와 회로부 사이에 위치하며 발광다이오드에서 발생한 열을 방출하는 히트싱크(heat sink)와, 발광다이오드의 반대측에서 히트싱크와 회로부 사이에 개재되며 히트싱크로부터 회로부로 열전달을 차단하는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치에 관한 것이다.

Description

발광장치{LIGHT EMITTING DEVICE}

본 개시는 전체적으로 발광장치에 관한 것으로, 특히 열로 인한 신뢰성 저하가 방지된 발광장치에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

일반적으로, 조명장치에서 수 개의 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)를 소형의 어레이로 조립하여 작은 영역에 높은 조도를 제공하거나, 다수의 LED를 더 큰 영역에 배치시켜 더 넓은 영역에 균일한 조도를 제공하도록 할 수 있다. 대체로, LED들은 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 상에 장착되어 서로 전기적으로 연결되며, 다른 전기 시스템에 접속된다.

LED는 동작 온도가 기준값 이상으로 상승하면 광출사 효율이 감소되는 단점을 갖는다. 특히, 전술한 것과 같이 인쇄 회로 기판에 다수의 LED가 실장되는 경우 온도 상승에 의한 발광효율 저하의 문제는 더욱 심각해진다. 따라서 LED를 이용한 조명 장치 등에서 모듈의 방열 효율을 향상시키는 문제가 기술적 이유가 되어 왔다.

방열 효율 향상을 위해 LED가 실장된 인쇄 회로 기판에 방열핀이 형성된 히트싱크를 접촉시키는 방법을 주로 사용한다. 그러나 LED에 인접하여 전원을 공급하는 회로부가 배치되기 때문에 LED로부터 회로부로 열전달이 많이 일어나고, 이로 인해 회로부의 온도상승에 의해 오작동이나 성능저하가 발생하는 문제점이 있다. 특히, LED를 사용한 램프의 경우, 전원 공급을 위한 소켓이 인쇄회로기판의 하부에 배치되고, 히트싱크에 결합되는 경우가 많다. 소켓 내에 설치된 구동회로가 LED로부터 과도한 열전달로 인해 동작성능이 저하되고 오작동 되는 문제가 있다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

이를 위하여, 본 개시는 발광다이오드(LED)와, 발광다이오드가 빛을 발하기 위한 전원을 공급하는 회로부와, 발광다이오드와 회로부 사이에 위치하며 발광다이오드에서 발생한 열을 방출하는 히트싱크(heat sink)와, 발광다이오드의 반대측에서 히트싱크와 회로부 사이에 개재되며 히트싱크로부터 회로부로 열전달을 차단하는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치를 제공한다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

도 1은 본 개시에 따른 발광장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광다이오드 및 히트싱크를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 회로부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 발광장치를 절단선 I-I'을 따라 절단한 단면도이다.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 1은 본 개시에 따른 발광장치의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 발광다이오드 및 히트싱크를 나타내는 도면이다.

본 개시에 따른 발광장치(100)는 램프 또는 전광판과 같은 조명 시스탬에 사용될 수 있다. 발광장치는 적용되는 용례에 따라 백열전구 타입, 직선형 램프 타입 및 곡선형 램프 타입 등을 가질 수 있다. 본 개시에 따른 발광장치(100)의 일 예로 도 1에는 백열전구 타입의 LED 램프가 도시되어 있다. 본 개시에 따른 발광장치(100)의 일 예는 발광다이오드(light emitting diode; LED)(11), 회로부(50), 히트싱크(20) 및 단열재(70)를 포함한다.

발광다이오드(11)는 발광칩, 발광칩이 수용되는 몰드 및 리드전극을 포함할 수 있다. 발광칩은 p-n 접합을 이용한 반도체 소자이며, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 발한다. 발광칩은 몰드 내에 고정되고, 형광물질로 덮인다. 리드전극은 발광칩에 전기적으로 연결되며 몰드의 외부로 인출되어 있다.

발광장치(100)는 인쇄회로기판(10)을 포함한다. 인쇄회로기판(10)은 전원전달을 위한 배선과 절연층을 포함한다. 인쇄회로기판(10)은 발광다이오드(11)가 실장되어 사용될 수 있는 기판이면 어떤 것이든 무방하다. 예를 들어, 인쇄회로기판(10)은 FR-4(Flame retardant) 인쇄 회로 기판, 금속 인쇄 회로 기판(metal printed circuit board; metal PCB) 또는 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit film)일 수 있다. 인쇄회로기판(10)의 표면에는 포토솔더레지스트(photo solder resist)와 같은 물질로 반사층이 형성될 수 있다. 발광다이오드(11)는 도 2에 도시된 것과 같이 인쇄회로기판(10)에 표면실장되어 있다. 다수의 발광다이오드(11)가 방사상으로 배치되어 있다. 인쇄회로기판(10)의 중앙에는 외부로부터 전원의 입력을 위한 접속부가 형성되어 있다.

발광장치(100)는 렌즈 플레이트(30) 및 고정부재(40)를 포함할 수 있다. 렌즈 플레이트(30)는 인쇄회로기판(10) 위에 배치되어 발광다이오드(11)로부터 나온 빛의 지향각을 변화시킨다. 렌즈 플레이트(30)는 투명한 재질로 이루어지며, 발광다이오드(11)에 대응하는 렌즈(31)가 다수 형성되어 있다. 고정부재(40)는 렌즈 플레이트(30)의 가장자리를 커버하며 히트싱크(20)에 결합된다.

도 3은 도 1에 도시된 회로부를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 발광장치를 절단선 I-I'을 따라 절단한 단면도이다.

회로부(50)는 발광다이오드(11)의 발광에 필요한 전원을 공급한다. 회로부(50)는 회로(52), 커넥터(53) 및 소켓 하우징(55)을 포함한다. 회로(52)는 외부로부터 전원을 인가받아 발광다이오드(11)의 구동에 필요한 전류를 공급한다. 커넥터(53)는 회로(52)와 전기적으로 연결되어 있고, 발광다이오드(11)가 실장된 인쇄회로기판(10)에 전기적으로 연결된다. 소켓 하우징(55)은 회로(52) 및 커넥터(53)를 수납하며, 전기 절연체로 이루어진다.

회로부(50)는 소켓 캡(57)을 포함한다. 소켓 캡(57)은 소켓 하우징(55)에 결합되어 커넥터(53)를 고정한다. 소켓 캡(57)에는 커넥터(53)가 삽입되어 외부로 돌출되는 홀(58)이 형성되어 있다.

히트싱크(20)는 인쇄회로기판(10)과 회로부(50) 사이에 위치하며, 발광다이오드(11)에서 발생한 열을 발광장치(100)의 외부로 방출한다. 히트싱크(20)는, 예를 들어, 알루미늄과 같은 열전도율이 우수하고 가벼운 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 히트싱크(20)는 인쇄회로기판(10)에 접촉하여 방열하는 구조를 가지며 그 구체적 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 히트싱크(20)는 방열판(21), 방열대(25), 방열핀(23)을 포함한다.

방열판(21)은 대략 원판 형상을 갖는다. 방열판(21)의 가운데에는 회로부(50)의 커넥터(53)가 삽입되는 제2 개구(22)가 형성되어 있다. 방열판(21)의 전면에는 인쇄회로기판(10)을 가이드 하는 테두리가 돌출되어 있다. 방열판(21)의 전면에는 발광다이오드(11)가 실장된 인쇄회로기판(10)이 배치된다. 인쇄회로기판(10)은 방열테이프 또는 도전성 페이스트(도시되지 않음)로 방열판(21)에 부착될 수 있다.

방열대(25)는 방열판(21)의 후면으로부터 원통 형상으로 연장되어 있다. 방열핀(23)은 방열대(25)의 외측면으로부터 돌출되며 상단이 방열판(21)의 후면에 연결되어 있다. 방열핀(23)은 방사형으로 배치되어 방열면적을 증가시킨다. 발광다이오드(11)가 빛을 발하는 과정에서 발생된 열은 방열판(21) 및 방열핀(23)을 통해 외부로 방출된다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 단열재(70)는 발광다이오드(11)의 반대측에서 히트싱크(20)와 회로부(50) 사이에 개재되며, 히트싱크(20)로부터 회로부(50)로 열전달을 차단한다. 단열재(70)는 비금속 재질, 예를 들어, 플라스틱, 고무, 나무 또는 절연성 복합재료로 이루어진다. 단열재(70)의 가운데에는 회로부(50)의 커넥터(53)가 삽입되는 제1 개구(71)가 형성되어 있다. 단열재(70)는 원통 형상의 방열대(25)에 삽입되어 방열판(21)의 후면에 위치한다. 단열재(70)에 형성된 제1 개구(71)에 방열판(21)에 형성된 제2 개구(22)가 대응한다. 회로부(50)는 방열대(25)에 삽입되며, 커넥터(53)는 제2 개구(22) 및 제1 개구(71)를 통해 기판의 접속부(15)에 연결될 수 있다. 단열재(70)는 방열판(21)과 회로부(50)의 소켓 캡(57) 사이에 구속된다.

단열재(70)는 디스크 형상을 갖고, 내부에 공간이 없는 고체일 수 있다. 단열효과 향상을 위해 단열재(70)의 두께를 증가시키거나 단열재(70)가 내부 공간을 갖도록 단열재(70)를 통 형상으로 형성할 수도 있다. 단열재(70)의 내부에 공간이 형성되는 경우, 공간에 열전도율이 매우 작은 기체나 액체 또는 졸(sol)이나 겔(gel) 상태의 물질이 채워질 수 있다.

또한, 단열재(70)를 고무와 같은 소프트한 재질로 형성하는 경우, 회로부(50) 또는 히트싱크(20)에 가해진 외부 충격이 발광다이오드(11) 또는 회로부(50)에 전달되는 것을 완화할 수 있다.

회로부(50)는 발광다이오드(11)가 빛을 내는 데에 필요한 전원을 공급할 뿐만 아니라 발광다이오드(11)의 발광량과 색상을 조절하기 위한 제어신호를 처리할 수도 있다. 따라서 회로부(50)가 전원공급 및 신호처리를 하는 데에 있어서 오동작 또는 성능저하를 방지하기 위해 회로부(50)는 적정한 동작온도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

방열핀(23)을 통해 방열되고 회로부(50)의 소켓 하우징(55)이 전기 절연성 및 열차단성을 가지므로 방열핀(23) 또는 방열대(25)로부터 회로부(50)로 전달되는 열은 매우 작게 할 수 있다. 반면, 방열핀(23)을 통해 방열되더라도 방열판(21)의 가운데 영역이 상대적으로 온도가 높고, 회로부(50)는 인쇄회로기판(10)의 반대측에서 방열판(21)에 인접하게 배치되므로 인쇄회로기판(10) 및 방열판(21)을 통해 직접적으로 회로부(50) 방향으로 전달되는 열이 많을 수 있다. 따라서 단열재(70)를 방열판(21)과 회로부(50) 사이에 개재하여 방열판(21)으로부터 회로부(50)로 열전달을 확실하게 차단할 필요가 있다.

이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 단열재에는 회로부와 발광다이오드의 전기적 접속을 위한 제1 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.

단열재에 형성되는 제1 개구는 회로부의 커넥터가 기판에 전기적으로 연결되기 위한 것이며, 본 개시에 따른 발광장치는 커넥터 대신 와이어를 사용하여 발광장치의 측면으로 와이어를 우회시켜 기판과 회로부를 전기적으로 연결할 수도 있다. 이 경우 단열재에 개구를 형성하지 않아도 무방하다.

(2) 단열재는 비금속 재질로 형성되며 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.

단열재의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 회로부의 일부가 히트싱크에 삽입되는 경우, 단열재는 히트싱크에 삽입되는 회로부를 감싸도록 컵 형상을 가질 수도 있다. 또한, 단열재는 플렉시블(flexible)한 필름 타입으로 형성되어 회로부를 감싸도록 형성될 수도 있다.

(3) 단열재는 플라스틱, 나무, 고무 및 절연성 복합재료 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.

(4) 디스크 형상의 단열재의 내부에 기체 또는 액체가 채워진 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.

(5) 회로부는 외부로부터 전원을 인가받는 회로, 제1 개구를 통해 회로와 발광다이오드를 전기적으로 연결하는 커넥터, 회로와 커넥터를 수납하며 히트싱크와 결합되는 소켓 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

커넥터는 리드전극일 수 있으며, 커넥터 대신 와이어를 사용하여 회로부와 발광다이오드가 실장된 기판을 전기적으로 연결할 수도 있다.

(6) 히트싱크는 발광다이오드가 배치되는 제1 면과 단열재가 위치하는 제2 면을 갖고 제1 개구에 대응하는 제2 개구가 형성된 방열판과, 방열판에 연결된 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.

(7) 단열재 및 소켓 하우징의 단부는 방열판 및 방열핀이 정의하는 공간에 삽입된 것을 특징으로 하는 조명장치.

소켓 하우징이 히트싱크에 부분적으로 삽입되는 일 예가 전술되었지만, 본 개시에 따른 발광장치는 히트싱크의 형상에 무관하게 히트싱크와 회로부 사이에 단열재를 개재시키는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 회로부가 소켓 하우징을 갖지 않고, 전원의 공급을 위한 인쇄회로보드에 커넥터가 연결된 형태인 경우에도 단열재는 히트싱크와 인쇄회로보드 사이에 개재될 수 있다.

(8) 복수의 발광다이오드들이 실장되며, 방열판의 제1 면에 위치하는 인쇄회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(9) 커넥터는 제1 개구 및 제2 개구를 통해 인쇄회로기판에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광장치.

회로부의 커넥터와 발광다이오드가 실장된 기판을 전기적으로 연결하는 방법은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어 인쇄회로기판에 플렉시블한 전원케이블이 연결되고 전원케이블이 단열재를 회피하여 회로부까지 연장된 후 회로부의 접속부에 삽입될 수도 있다.

본 개시에 따른 발광장치에 의하면, 발광다이오드로부터 발생된 열이 회로부로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 따라서 발광장치의 동작의 신뢰성이 향상된다.

10 : 인쇄회로기판 11 : 발광다이오드
20 : 히트싱크 21 : 방열판
23 : 방열핀 30 : 렌즈 플레이트
40 : 고정부재 50 : 회로부
52 : 회로 53 : 커넥터
55 : 소켓 하우징 57 : 소켓 캡
70 : 단열재 100 : 발광장치

Claims (10)

1. 발광다이오드(LED);
   발광다이오드가 빛을 발하기 위한 전원을 공급하는 회로부; 발광다이오드와 회로부 사이에 위치하며, 발광다이오드에서 발생한 열을 방출하는 히트싱크(heat sink); 그리고
   발광다이오드의 반대측에서 히트싱크와 회로부 사이에 개재되며, 히트싱크로부터 회로부로 열전달을 차단하는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   단열재에는 회로부와 발광다이오드의 전기적 접속을 위한 제1 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   단열재는 비금속 재질로 형성되며 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   단열재는 플라스틱, 나무, 고무 및 절연성 복합재료 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   디스크 형상의 단열재의 내부에 기체 또는 액체가 채워진 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   회로부는
   외부로부터 전원을 인가받는 회로;
   제1 개구를 통해 회로와 발광다이오드를 전기적으로 연결하는 커넥터; 그리고
   회로와 커넥터를 수납하며 히트싱크와 결합되는 소켓 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   히트싱크는
   발광다이오드가 배치되는 제1 면과, 단열재가 위치하는 제2 면을 갖고, 제1 개구에 대응하는 제2 개구가 형성된 방열판; 그리고
   방열판에 연결된 방열핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   단열재 및 소켓 하우징의 단부는 방열판 및 방열핀이 정의하는 공간에 삽입된 것을 특징으로 하는 조명장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   복수의 발광다이오드들이 실장되며, 방열판의 제1 면에 위치하는 인쇄회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    커넥터는 제1 개구 및 제2 개구를 통해 인쇄회로기판에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광장치.
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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