KR20120112428A - Ｌｅｄ를 갖는 확장가능한 세라믹 다이오드 캐리어의 어레이 - Google Patents

Ｌｅｄ를 갖는 확장가능한 세라믹 다이오드 캐리어의 어레이 Download PDF

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알렉산더 돈
알프레드 팀
슈테판 그레거
쿠르트 브라운
아르민 바이틀
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세람테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 열-소산 세라믹 냉각 요소(7)가 그에 일체로 연결되는 세라믹 캐리어 본체(2)를 포함하는 세라믹 다이오드 캐리어(10)를 개시하며, 여기서 상기 캐리어 본체(2)의 표면(3)에는 인쇄된 전도체로서 소결된 금속화 영역(41)이 배열되며, 상기 다이오드 캐리어(10) 상에는 전기 단자들이 상기 인쇄된 전도체에 전기적으로 연결될 수 있는 LEDs(13)가 고정될 수 있다. 세라믹 다이오드 캐리어(10)로부터 발광체를 제조하기 위해, 어레이를 형성하도록 두 개 이상의 동일한 세라믹 다이오드 캐리어(10)들이 연결되는 것이 제안된다.

Description

ＬＥＤ를 갖는 확장가능한 세라믹 다이오드 캐리어의 어레이 {ARRAY OF SCALABLE CERAMIC DIODE CARRIERS HAVING LEDS}
본 발명은 특허청구범위 제 1항의 전제부에 따른 세라믹 다이오드 캐리어에 관한 것이다.
파워 LEDs용 캐리어는 요구되는 열 전도성에 따라 AlN 또는 Al2O3와 같은 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, Al과 같은 금속 재료로 형성된 금속 캐리어가 사용될 수 있으나, 아직까지 금속 캐리어의 도전율을 고려할 때 LED 조립체 또는 LED가 비전도성 내장 구조물(캐리어 판) 상에 장착되기 이전에 비금속 방식으로 덮여져야 하며, 따라서 금속 캐리어의 일부는 금속 냉각체의 양호한 열 전도성에도 불구하고 접착제 및 플라스틱 재료의 열악한 열 전도성(통상 3 W/mK 미만)으로 인해 요구되는 장착 면적(및 냉각 면적)의 증가를 초래하거나 파워 LEDs의 패킹 밀도(packing density )를 감소시킨다.
히트 싱크로도 지칭되는 세라믹 냉각체(1)(도 2a 내지 도 2d 참조)는 WO 2007/107601 A2로부터 공지되어 있다. 이들 냉각체(1)는 (핀으로도 지칭되는)열 소산 냉각 요소(7)가 그에 일체로 제공되는 세라믹 캐리어 본체(2)로 이루어지며, 캐리어 본체(2)의 표면(3)에 소결된 금속화 영역(41)이 도포됨으로써 냉각체(1)는 인쇄 회로판으로서 사용될 수 있다.
금속화 영역(41)은 바람직하게, 텅스텐으로 이루어지며 화학적으로 니켈 도금된다. 도 2a는 냉각 요소(7)를 갖춘 캐리어 본체를 3차원 도면으로 도시하며, 도 2b는 냉각 요소(7)의 아래에서 본 평면도이다. 도 2c는 길이방향 단면도이며, 도 2d는 냉각체(1)의 표면(3)을 도시한다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 제 1항의 전제부에 따른 다이오드 캐리어로부터 발광체를 제조하고자 하는 것이다.
본 발명에 따라 이러한 목적은 어레이(array)를 형성하도록 두 개 이상의 동일한 세라믹 다이오드 캐리어를 연결함으로써 달성된다. 그 결과, 어레이를 형성하기 위한 발광체를 제조하기 위해 물리적 그리고 전기적으로 함께 연결되는 동일한 세라믹 다이오드 캐리어를 제조하는 것만이 필요하다. 어레이에 의해 이해되는 것은 고정된 형태의 유사한 요소들(여기서는 다이오드 캐리어)의 배열체(arrangement)이다.
바람직한 실시예에서, 다이오드 캐리어들은 바람직하게 금속 또는 플라스틱으로 형성되는 프레임 내측에 삽입된다. 프레임은 다이오드 캐리어용 수용 장치로서 사용된다. 프레임은 평탄한 방식으로, 그러나 3차원 방식으로도 구성될 수 있다.
다이오드 캐리어는 바람직하게, 인접한 다이오드 캐리어들이 직간접적으로 함께 연결되는 전기적 및/또는 기계적 연결 요소들로서의 플러그 및/또는 부싱을 가진다. 이런 경우에, 플러그와 부싱이 이러한 기능을 가지고 있다면 프레임을 없앨 수 있다. 그러나, 플러그 및/또는 부싱은 또한, 다이오드 캐리어를 서로 전기 연결하는데에만 사용될 수 있다. 전기 연결을 위하여, 플러그 및/또는 부싱의 극(pole)들이 인쇄된 전도체 또는 금속화 영역에 연결되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 플러그는 특히 GU 5.3 규격에 따른 핀이며, 부싱은 핀에 결합된다. 이러한 실시예의 경우에, 핀과 부싱 역시 기계적 및 전기적 연결 기능을 가진다.
대안적인 바람직한 실시예에서 다이오드 캐리어들은 별도의 연결 요소들에 의해 함께 연결된다. 이들 연결 요소들은 또한, 전기적 및/또는 기계적 연결 요소들일 수 있거나, 두 기능(기계적 및 전기적 연결)을 수행한다.
바람직한 실시예에서, 다이오드 캐리어의 적어도 한 단부에 배열된 것은 금속 영역 및 LEDs가 없는 스트립이다. 이러한 스트립은 프레임 또는 심지어 레일 상에 고정하기 위한 세라믹 스프링을 형성한다. 따라서 두 개 이상의 레일들이 프레임을 형성한다.
스트립은 바람직하게, 나사에 의한 고정을 위한 하나 이상의 컷-아웃(cut-out)을 가진다. 이러한 컷-아웃은 바람직하게, 반원 방식으로 형성되며 스트립의 길이에 대해 중심에 배열된다. 유사하게, 오목부를 가지는 스트립이 다이오드 캐리어의 반대 쪽에 배열되며, 이 때 컷-아웃은 동일한 지점에 위치된다.
바람직한 실시예에서, 프레임은 또한 LEDs용 전원 장치와 동시에 사용된다. 이러한 목적을 위해, 프레임은 도전체 재료, 예를 들어 금속으로 이루어져야 한다.
바람직한 실시예에서, 프레임은 유연한 방식으로 형성되는 결과로써, 다이오드 캐리어의 볼록 또는 오목 배열이 용이하게 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들어 다이오드 캐리어는 서로에 대해 오목 방식으로 장착될 수 있음으로써, LEDs의 광이 대략 100 ㎝의 거리에서 집광된다. 이 어레이는 구역 조명(area illumination)을 위한 평면이며 점 조명(spot illumination)을 위해서는 LEDs 쪽에서 오목하게 구부러진다.
다이오드 캐리어는 바람직하게, 교체 가능한 방식으로 프레임에 설치, 플러그 접속, 현수 또는 클램핑 고정됨으로써, 결함 있는 다이오드 캐리어들은 쉽게 교체될 수 있으며 어레이가 쉽게 제조될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 다이오드 캐리어 상에 배열된 것은 서로 평행한 인쇄된 전도체이다. 각각의 경우에 두 개의 인접한 인쇄된 전도체들은 LEDs용 전원 장치를 설정한다.
본 발명에 따라, 두 개 이상의 동일한 세라믹 다이오드 캐리어를 가지는 어레이가 설명되며, 여기서 다이오드 캐리어 상에 고정된 것은 전기 단자들이 다이오드 캐리어들의 인쇄된 전도체에 전기 연결되는 LEDs이다.
양호한 열 전도성을 갖는(예를 들어, AuSn은 약 60 내지 80 W/mK의 열 전도성을 가짐) 납땜 연결의 도움으로 금속화된 냉각체 상에 직접적으로 LEDs를 장착할 가능성을 고려하여 후면 쪽에 세라믹 핀을 갖는 판으로서 예를 들어, (180 W/mK을 갖는)AlN으로 모놀리식으로(monolithically) 형성되는 세라믹 냉각체는 또한, 어레이를 형성하기 위해서 크기와 숫자의 측면에서 확장가능한 방식으로 나란히 직접적으로 배열될 수 있어서 효과적이다. 이러한 어레이는 개별 냉각체를 위한 클램프를 갖춘, 예를 들어 금속으로 형성되는 프레임에 의해 함께 유지된다. 다이오드 캐리어들은 상이한 각도로 어레이에 고정될 수 있음으로써, 집광 또는 산광 어레이, 또는 조절가능한 어레이가 제작된다. 다이오드의 광 컬러는 상이할 수 있다. 적합한 전기 회로와 함께 다이오드는 정해진 시간에 간헐적으로 전환될 수 있다. 냉각체는 액체에 의해 냉각되거나 대류에 의해 냉각될 수 있다.
본 발명은 이후에 도면을 보조로 하여 추가로 설명된다.
도 1은 9 개의 동일한 정방형 세라믹 다이오드 캐리어를 도시하는 도면이며,
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술(WO 2007/107601 A2)에 따른 세라믹 냉각체를 도시하는 도면이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 세라믹 다이오드 캐리어를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 1은 어레이를 형성하기 위해 연결되는 9 개의 동일한 정방형 세라믹 다이오드(10)를 도시하며, 세라믹 다이오드는 각각의 경우에 4 × 4 ㎝의 회로 면적을 가지며, 각각의 경우에 각각 1 와트의 동일한 컬러를 갖는 6 개의 LEDs(13)가 세라믹 다이오드에 끼워진다. 개별 다이오드 캐리어(10)는 또한 LEDs(13)용 전원 장치(전원 장치는 본 도면에 도시되지 않음)와 동시에 사용될 수 있는 금속 프레임(11)(단지 도시적으로 도시됨) 내에 설치 또는 현수된다. 4 개의 모서리(12)에 있는 금속 프레임(11) 또는 어레이는 중앙 다이오드 캐리어(10a)와 대조적으로 다소 상승되어 있음으로써 다이오드 캐리어(10)가 서로에 대해 볼록하게 장착된다(도면에서는 볼 수 없음). 볼록 배열의 결과로써 어레이의 LEDs 광이 다이오드 캐리어(10)로부터 약 100 ㎝의 거리에서 집광된다.
다이오드 캐리어(10)로 이루어진 어레이는 구역 조명용으로 사용되나, 전술한 바와 같이 점 조명용으로도 사용된다. 이러한 목적을 위해, 다이오드 캐리어(10)는 집광을 초래하는 방식으로 금속 프레임(11) 내에 상이한 각도로 고정된다.
모서리(12)를 들어 올림으로써, 예를 들어 집광 지점을 갖는 포물선 배열이 전개된다. 상기 어레이는 또한 구역 조명을 위해 평면 형상일 수 있거나 점 조명을 위해 구부러질 수 있다.
다이오드 캐리어(10)는 열-소산 냉각 요소(7)(핀으로서도 지칭됨)가 그에 일체로 제공되는 세라믹 캐리어 본체(2)로 이루어지며, 여기서 소결된 금속화 영역(도 2 참조)이 캐리어 본체(2)의 표면(3)에 도포됨으로써 캐리어 본체(2)가 인쇄 회로판으로서 사용된다.
금속화 영역은 바람직하게, 텅스텐으로 이루어지며 화학적으로 니켈 도금된다.
상기 어레이의 바람직한 용도는 외과 분야의 수술실이다. 추가의 장점을 가질 수 있는 용도는 가로등, 실내/실외 물체 조명 및 투광 조명이다.
도 3a 및 도 3b는 열-소산 세라믹 요소(7), 여기서는 핀이 그에 일체로 제공되는 세라믹 캐리어 본체(2) 또는 냉각체(1)로 이루어지는, 본 발명에 따른 세라믹 다이오드 캐리어(10)를 도시하는 평면도(3a) 및 단면도(3b)이다. 도 2에 도시된 바와 같은 이들 냉각 요소(7)들은 캐리어 본체(2)의 한 쪽에 배열되며 빗-형태의 방식으로 캐리어 본체(2)로부터 직각으로 돌출한다. 소결된 금속화 영역(41)이 캐리어 본체(2)의 표면(3)에 인쇄된 전도체(42)로서 도포됨으로써 다이오드 캐리어(10)가 극히 양호한 열-소산력을 갖춘 인쇄 회로판의 기능을 갖게 된다. 이러한 실시예에서 다이오드 캐리어(10) 상에 고정된 것은 전기 인입선을 갖는 금속화 영역(41) 상에 납땜되는 5 개의 LEDs(13)이다. 어레이를 형성하기 위한 두 개 또는 그보다 많은 다이오드 캐리어(10)의 전류-전도 및 기계적 연결을 위해 다이오드 캐리어(10)는 다이오드 캐리어가 직접 또는 간접적으로 함께 연결되는 연결 요소로서의 플러그 및/또는 부싱을 가진다.
상기 도면들에 도시된 실시예에서 플러그는 특히 GU 5.3 규격에 따른 핀(6)이며 부싱은 핀에 결합된다. 도 3은 여기서 핀(6)으로 이루어지는 배타적인 플러그를 갖춘 실시예를 도시한다. 각각의 플러그에 대해 두 개를 갖는 이들 핀(6)들은 다이오드 캐리어(10)의 에지 영역에 배열되며, 이때 플러그(6)는 다이오드 캐리어(10)의 반대 쪽에 위치된다. 두 개의 다이오드 캐리어(10)의 연결을 위해 여기서는 별도의 연결 요소(8)가 사용된다. 변형예에 있어서 여기서 도시된 이러한 연결 요소(8)는 관통 구멍(14)을 갖는 장방형 또는 정방형의 판이다. 다이오드 캐리어(10) 상의 핀(6)은 이들 관통 구멍(14) 내측에 플러그 연결되어 전기 접점을 설정한다. 각각의 연결 요소(8)는 4 개의 관통 구멍(14)을 가진다. 각각의 경우에 연결 요소(8) 상의 두 개의 관통 구멍(14)이 전기적으로 함께 연결된다.
다이오드 캐리어(10)를 프레임에 고정하기 위해서, 다이오드 캐리어의 하나 이상의 에지에, 금속화 영역(41) 및 LEDs(13)가 없는 스트립(14)을 가진다. 따라서 이러한 스트립(4)은 프레임 또는 심지어 레일에 고정을 위한 세라믹 설부(tongue)를 형성한다. 그때, 두 개 이상의 레일이 프레임을 형성한다.
스트립(4)은 바람직하게 나사에 의해 고정하기 위한 하나 이상의 컷-아웃(5)을 가진다.

Claims (13)

  1. 열-소산 세라믹 냉각 요소(7)가 그에 일체로 연결되는 세라믹 캐리어 본체(2)를 포함하는 세라믹 다이오드 캐리어(10)로서,
    상기 캐리어 본체(2)의 표면(3)에는 인쇄된 전도체로서 소결된 금속화 영역(41)이 배열되며, 상기 다이오드 캐리어(10) 상에는 전기 단자들이 상기 인쇄된 전도체에 전기적으로 연결될 수 있는 LEDs(13)가 고정될 수 있는, 세라믹 다이오드 캐리어에 있어서,
    두 개 이상의 동일한 세라믹 다이오드 캐리어(10)들이 어레이를 형성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10)는 바람직하게 금속 또는 플라스틱 재료로 형성되는 프레임 내측에 삽입되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어는 인접한 다이오드 캐리어(10)들이 직접 또는 간접적으로 함께 연결되는 전기적 및/또는 기계적 연결 요소로서 플러그 및/또는 부싱을 가지는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플러그는 특히 GU 5.3 규격에 따른 핀(6)이며, 상기 부싱은 상기 핀(6)에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10)는 별도의 연결 요소(8)에 의해 함께 연결되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10)의 적어도, 하나의 에지에 배열되는 것은 금속화 영역(41) 및 LEDs(13)가 없는 스트립(4)인 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스트립(4)은 고정을 위한 하나 이상의 컷-아웃(5)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임(11)은 또한, LEDs(13)용 전원 장치와 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임(11)은 유연한 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이는 구역 조명을 위해서 평면이며 점 조명을 위해서는 상기 LEDs(13) 쪽에서 오목하게 구부러지는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10)는 바람직하게, 교체가능한 방식으로 상기 프레임(11) 내에 설치, 플러그 연결, 현수 또는 클램핑 연결되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10) 상에 배열되는 것은 서로 평행한 인쇄된 전도체(42)인 것을 특징으로 하는,
    세라믹 다이오드 캐리어.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 두 개 이상의 세라믹 다이오드 캐리어(10)를 갖는 어레이에 있어서,
    상기 다이오드 캐리어(10) 상에 고정되는 것은 전기 단자들이 상기 다이오드 캐리어(10)의 인쇄된 전도체(42)에 전기적으로 연결되는 LEDs(13)인 것을 특징으로 하는,
    두 개 이상의 세라믹 다이오드 캐리어를 갖는 어레이.
KR1020127013744A 2009-10-27 2010-10-27 Ｌｅｄ를 갖는 확장가능한 세라믹 다이오드 캐리어의 어레이 KR20120112428A (ko)

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