KR20140111236A - 직렬 도전플레이트를 이용해 led 패키지를 연결하는 led 조명장치 - Google Patents

직렬 도전플레이트를 이용해 led 패키지를 연결하는 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 납땜공정 없이도 LED 패키지용 도전플레이트에 실장이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써, 고온의 작업환경이 요구되지 않고 고가의 인쇄회로기판이 필요 없으며 유해물질의 발생 없이도 신속하면서도 용이하게 실장 또는 연결 작업이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, LED 패키지들을 전기적으로 연결하여 LED 조명장치의 발광패널을 구성함에 있어서, 병렬 뿐 아니라 직렬로도 전기적 연결이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써 낮은 전류로 사용이 가능할 수 있고 LED 불량에 용이하게 대응할 수 있는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치에 관한 것이다.

Description

직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치 {LED Lighting Apparatus Using Conductive Plate For Serially Connecting LED Packages}
본 발명은 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 납땜공정 없이도 LED 패키지용 도전플레이트에 실장이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써, 고온의 작업환경이 요구되지 않고 고가의 인쇄회로기판이 필요 없으며 유해물질의 발생 없이도 신속하면서도 용이하게 실장 또는 연결 작업이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, LED 패키지들을 전기적으로 연결하여 LED 조명장치의 발광패널을 구성함에 있어서, 병렬 뿐 아니라 직렬로도 전기적 연결이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써 낮은 전류로 사용이 가능할 수 있고 LED 불량에 용이하게 대응할 수 있는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED, 즉 발광다이오드(Light emitting diode)는 텅스텐 전구나 네온램프 등 다른 발광 소자와 비해 소비전력이 낮으면서도 그 수명이 긴 장점이 있어 조명장치에서부터 전광판과 같은 디스플레이 장치에 이르기까지 널리 사용되고 있다. 이하 조명장치는 디스플레이 장치를 포함한다.
일반적으로 LED 패키지는 내부에 발광체가 수용된 밀봉하우징과, 밀봉하우징의 일측에 설치되고 일측이 외부로 노출된 접촉단자로 구성되는데, 이러한 LED 패키지는 인쇄회로기판(PCB: printed circuit board)위에 납땜으로 기계적으로 실장되고 전기적으로 연결된다.
LED 패키지의 자세한 설명에 앞서 보통 전자부품 패키지가 PCB에 실장되는 기술을 먼저 살펴보면, 패키지를 PCB에 실장하는 기술로는 삽입실장법(IMT: insert mount technology)과 표면실장법(SMT: surface mount technology)이 있다.
삽입실장에 사용되는 PCB에는 삽입공(through hole)이 뚫려있고, 이러한 삽입공에 전자부품 패키지의 리드(Lead)를 삽입 후 납땜으로 실장한다.
또한, 표면실장에 사용되는 PCB에는 납땜면(solder surface)이 설치되고, 이곳에 전자부품 패키지의 패드(Pad), 즉 접촉단자를 납땜으로 고정시킴으로 실장되는데, 여기서 LED 패키지는 한 패키지 안에 두 개 이상의 발광체를 가지는 경우 세 개 이상의 접촉단자 또는 패드를 포함할 수도 있다.
도1은 종래의 삽입실장용 LED 패키지를 도시한 도면이다.
도1에서 보는 바와 같이 종래의 삽입실장용 LED 패키지는 에폭시와 같은 밀봉재를 몰드(mold)하여 형성된 밀봉하우징(H)과, 밀봉하우징(H)의 일측에 설치되는 제1 접촉단자(1) 및 제2 접촉단자(2)가 형성되는데, 밀봉하우징(H)의 내부에 수용되고 양단의 전압차에 의하여 빛을 방출하는 발광체(L)가 본딩 와이어(W)를 통하여 제 1 접촉단자(1) 및 제2 접촉단자(2)에 연결된다.
이러한 발광체(L), 즉 LED는 밀봉재를 몰드(mold)하여 만들어진 밀봉하우징(H)에 의하여 외부환경으로부터 보호받는데, 이때, 두 개의 접촉단자는 유격이 발생하지 않도록 밀봉재와 열팽창 계수가 같은 금속재료가 사용되어야 한다. 또한, 밀봉하우징(H)의 외부로 노출되는 제1 접촉단자(1) 및 제2 접촉단자(2)의 폭은 1mm이하로 매우 작은데, 이러한 접촉단자에 맞게 삽입실장 인쇄회로기판을 제작하고, 외부로 노출된 접촉단자를 인쇄회로기판의 삽입공에 삽입한 상태에서 납땜으로 고정하게 된다.
이때 납땜공정은 납을 300℃이상의 가열하여 액체상태로 변환하는 과정이 요구되는데, 이러한 과정에서 납, 수은, 카드늄과 같은 유해물질을 발생시키게 될 뿐 아니라 고온의 납땜공정을 요구되면서 상당한 숙련도가 요구되고, 생산시간이 증대되면서 제조비용이 증대되는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 종래의 삽입실장용 LED 패키지는 납땜공정 후 제1 접촉단자(1) 또는 제2 접촉단자(2)의 단부가 외부로 노출됨에 따라 이를 절단해야 하는 공정이 추가적으로 이루어지면서 생산시간이 보다 증대되는 문제점이 있었다.
또한 종래의 LED 패키지 및 이를 이용한 LED 조명장치 구조에서는 전기적으로 LED 패키지를 연결할 때 병렬연결만 가능했었는데, 병렬연결은 제어가 용이하고 LED 디스플레이장치에 적용하기 적합하긴 하지만 사용 시에 높은 전류가 요구된다는 단점이 있어 많은 비용이 소요될 수 밖에 없었다. 게다가 SMPS(Switched-Mode Power Supply)의 경우 전류가 조금 높아지면 그만큼 가격이 대폭 상승하기 때문에, 다양한 LED 디스플레이장치 및 조명장치에서 직렬연결의 필요성이 있었다.
대한민국공개특허 제2010-0018508호 (2008.05.02 출원)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 납땜공정 없이도 LED 패키지용 도전플레이트에 실장이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써, 고온의 작업환경이 요구되지 않고 고가의 인쇄회로기판이 필요 없으며 유해물질의 발생 없이도 신속하면서도 용이하게 실장 또는 연결 작업이 이루어질 수 있는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 LED 패키지들을 전기적으로 연결하여 LED 조명장치의 발광패널을 구성함에 있어서, 병렬 뿐 아니라 직렬로도 전기적 연결이 가능하도록 LED 패키지를 구비함으로써 낮은 전류로 사용이 가능할 수 있고 LED 불량에 용이하게 대응할 수 있는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 외측으로 적어도 두 개의 도전패드가 형성된 복수 개의 LED 패키지; 도전체로 형성되고 일측에 적어도 하나의 도전패드 접속부가 형성되어 상기 각 도전패드의 일측과 접촉지지되는 복수 개의 도전플레이트; 상기 LED 패키지 및 상기 도전플레이트가 전기적으로 연결되어 삽입될 수 있도록 LED 패키지 삽입구 및 도전플레이트 장착홈이 형성된 발광패널;을 포함하되, 상기 도전플레이트는 직렬 도전플레이트로 이루어져 상기 각 LED 패키지를 직렬 연결하는 것을 특징으로 한다. 여기에 상기 도전플레이트는 병렬 도전플레이트를 더 포함하여 상기 각 LED 패키지를 직병렬로 혼합 연결하는 것이 가능하다.
그리고 상기 직렬 도전플레이트는 꼬인 직렬 도전플레이트이며, 상기 꼬인 직렬 도전플레이트는, 인접한 상기 LED 패키지의 서로 반대측에 구비된 상기 도전패드 간을 연결할 수 있고, 상기 직렬 도전플레이트는 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트이며, 상기 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트는, 인접한 상기 LED 패키지의 서로 동일한 측에 구비된 상기 도전패드 간을 연결할 수도 있다.
한편 상기 LED 패키지는 상기 각 도전패드의 일측이 외부로 노출되도록 형성된 삽입가이드 포켓에 상기 밀봉하우징의 일측이 개재되며, 상기 LED 패키지 삽입구에는 상기 삽입가이드 포켓의 단면 형상에 대응하도록 삽입가이드 턱이 형성되는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, LED 패키지가 도전플레이트의 일측에 형성된 실장공에 끼움결합되는 경우 LED 패키지가 실장공으로부터 이탈되지 않도록 함으로써 LED 패키지를 도전플레이트에 실장 또는 연결하는 과정에서 납땜공정이 요구되지 않아 LED 패키지의 실장 또는 연결 작업이 신속하면서도 용이하게 이루어질 수 있을 뿐 아니라 LED 패키지를 도전플레이트에 견고하게 실장할 수 있고, 납땜공정을 위해 한정적이였던 재료선정의 폭이 넓어질 수 있는 효과가 있다. 그리고 전기적으로 LED 패키지를 직병렬 혼합연결하는 것이 가능하기 때문에 낮은 전류로도 LED 조명장치 발광패널의 구성이 가능하여 유지비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 삽입실장용 LED 패키지의 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치에 구비되는 LED 패키지의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치의 분해사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치에 포함되는 LED 패키지(10)의 사시도 및 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(10)는 제 1 도전패드(11) 및 제 2 도전패드(12)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 LED 조명장치에 포함되는 LED 패키지(10)는 내부에 LED가 수용된 밀봉하우징(H)과, 밀봉하우징(H)의 내부에 설치되는 프레임을 포함하고, 발광체(L)를 보호함과 아울러 후술하는 도전플레이트로부터 전달되는 전원 및 신호에 따라 발광체(L)로부터 광이 발광되도록 한다. 밀봉하우징(H)은 에폭시와 같은 밀봉재로 발광체(L)를 감싸도록 형성되어 외부의 충격으로부터 발광체(L)를 보호하는 역할을 한다.
그리고 프레임은 각각 밀봉하우징(H)의 내측으로부터 연장형성되어 후술하는 도전플레이트에 접촉지지될 수 있도록 밀봉하우징(H)의 외부 일측에 제 1 도전패드(11) 및 제 2 도전패드(12)의 형태로 노출된다. 특히 본 발명에서는 제 1 도전패드(11) 및 제 2 도전패드(12)가 각각 밀봉하우징(H)의 측면부의 일측 및 타측에 형성되어, 각 도전플레이트와 연결이 이루어진다.
본 실시예에서는 밀봉하우징(H)의 측면부 일측에 도전패드(11, 12)가 노출되어 있는 형태를 제시하였으나, 본 발명에 따른 LED 패키지(10)의 가능한 형태는 매우 다양하다. LED 패키지(10)에서 도전패드(11, 12)가 형성되는 위치 및 형상에 따라 다양한 구성이 가능하기 때문이다.
예컨데, 밀봉하우징(H)의 일측에 플렌지를 형성하여 플렌지의 일측으로 도전패드(11, 12)를 형성시킬 수 있으며, 밀봉하우징(H)의 하단부를 기둥의 형태로 연장하고 기둥 상하단에 각각 한개씩의 도전패드를 형성시키는 것도 가능하다. 포켓(20)을 활용하여 측면 일측과 하단부 측으로 나누어 도전패드를 형성시킬 수 있으며, 밀봉하우징(H)의 저면 일측에 상부 지지블럭을, 하단부의 기둥 일측에 하부 지지블럭을 구비하여 각 지지블럭에 도전패드를 노출시키는 것도 가능한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지(10)를 연결하는 LED 조명장치의 분해사시도, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지(10)를 연결하는 LED 조명장치의 분해사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전술했던 다양한 형태의 LED 패키지(10)를 실제 디스플레이장치를 구성하기 위해 발광패널(P)에 결합하는 예시도를 살펴볼 수 있다.
기본적으로, LED 패키지(10)는 발광패널(P)에 형성된 LED 패키지 삽입구(10a)에 삽입이 이루어진다. 이 때 제 1 도전패드(11)는 각 도전플레이트(100, 200, 300)에 형성된 제 1 도전패드 접속부(11a)와, 제 2 도전패드(12)는 각 도전플레이트(100, 200, 300, 310)에 형성된 제 2 도전패드 접속부(12a)와 각각 접촉이 된다.
제 1 도전패드 접속부(11a) 및 제 2 도전패드 접속부(12a)는 삽입홈이 도전플레이트 일측에 형성됨으로써, 도전플레이트의 일측면이 LED 패키지(10)의 측면부 일측과 밀착됨과 동시에 삽입홈에 제 1 도전패드(11) 및 제 2 도전패드(12)가 끼움결합되어 결속이 이루어지는 것이다.
직렬 도전플레이트(300,310)만을 구비하여 각 LED 패키지(10)를 직렬 연결하는 것도 가능하나, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 병렬 도전플레이트(100), 제 2 병렬 도전플레이트(200) 및 직렬 도전플레이트(300, 310)를 구비하여 직병렬 혼합연결을 포함하는 디스플레이장치나 조명장치의 발광패널(P)에 적용하는 것이 일반적일 것이다.
도 3과 같이 동일 방향으로 LED 패키지(10)를 정렬하기 위해서는 이웃의 LED 패키지(10)끼리 서로 반대 극성의 도전패드(11, 12)를 연결해야 하기 때문에, 반드시 꼬인 직렬 도전플레이트(300)가 필요하다. 이 경우 각 LED 패키지(10)를 일 방향으로 배열하여 실장하는 것이 가능하기 때문에 자동화 작업이 간단하고, 발광패널(P)의 기판 상에 회로 배열홈이 일렬로 형성되기 때문에 기판의 제작이 용이하다.
이에 반해 도 4와 같이 교대로 반대 방향이 되도록 LED 패키지(10)를 정렬하기 위해서는 이웃의 LED 패키지(10)끼리 동일 방향측의 도전패드(11, 12)를 연결하면 되기 때문에, 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트(310)가 필요한 것이다. 이 경우 각 직렬 도전플레이트가 상대적으로 길이가 짧게 구비되는 것이 가능하며, 발광패널(P)의 기판 상에 회로 배열홈이 지그재그로 형성되기 때문에 비틀림 등 외부 충격에 대해 강한 장점이 있다.
한편 이렇게 각 도전플레이트(100, 200, 300, 310)와 제 1 도전패드(11) 및 제 2 도전패드(12)가 연결된 연결체는 발광패널(P)의 상부 일측에 형성된 도전플레이트 장착홈(100a, 200a, 300a, 310a) 및 LED 패키지 삽입구(10a)에 삽입이 이루어지는 것이다. 이 때 LED 패키지(10)는 각 도전패드(11, 12)의 일측이 외부로 노출될 수 있도록 형성된 삽입가이드 포켓(20)에 밀봉하우징(H)의 일측이 개재된 형태로 구비될 수 있고, 이에 따른 LED 패키지 삽입구(10a)에는 상기 삽입가이드 포켓(20)의 단면 형상에 대응하도록 삽입가이드 턱(10b)이 형성될 수 있어, 발광패널(P)에 LED 패키지(10)들이 용이하게 실장되도록 도울 수 있다.
이러한 구조를 통해 각 도전패드(11, 12)를 통해 각 도전플레이트(100, 200, 300, 310)로부터 인가되는 외부 전원공급장치 및 제어부로부터 인가되는 전원 및 전기적 신호를 LED 패키지(10) 내부의 발광체(L)로 전달할 수 있으면서도, 별도의 납땜공정 없이도 LED 패키지(10)를 도전플레이트를 포함한 발광패널(P) 구조물에 실장할 수 있으며 그 결속이 견고하게 이루어짐으로써 이탈을 방지할 수 있는 것이다.
또한 전술한 바와 같이 직병렬을 모두 포함하는 LED 조명장치 뿐 아니라 비교적 배선이 복잡한 LED 디스플레이장치에서도 적용이 가능하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : LED 패키지
H : 밀봉하우징 L : 발광체
W : 본딩 와이어
11 : 제 1 도전패드 12 : 제 2 도전패드
20 : 포켓
P : 발광패널
100 : 제 1 병렬 도전플레이트 200 : 제 2 병렬 도전플레이트
300 : 꼬인 직렬 도전플레이트 310 : 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트
10a : LED 패키지 삽입구
11a : 제 1 도전패드 접속부 12a : 제 2 도전패드 접속부
100a : 제 1 병렬 도전플레이트 장착홈
200a : 제 2 병렬 도전플레이트 장착홈
300a, 310a : 직렬 도전플레이트 장착홈

Claims (5)

  1. 외측으로 적어도 두 개의 도전패드가 형성된 복수 개의 LED 패키지;
    도전체로 형성되고 일측에 적어도 하나의 도전패드 접속부가 형성되어 상기 각 도전패드의 일측과 접촉지지되는 복수 개의 도전플레이트;
    상기 LED 패키지 및 상기 도전플레이트가 전기적으로 연결되어 삽입될 수 있도록 LED 패키지 삽입구 및 도전플레이트 장착홈이 형성된 발광패널;을 포함하되,
    상기 도전플레이트는 직렬 도전플레이트로 이루어져 상기 각 LED 패키지를 직렬 연결하는 것을 특징으로 하는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도전플레이트는 병렬 도전플레이트를 더 포함하여 상기 각 LED 패키지를 직병렬로 혼합 연결하는 것을 특징으로 하는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 직렬 도전플레이트는 꼬인 직렬 도전플레이트이며,
    상기 꼬인 직렬 도전플레이트는, 인접한 상기 LED 패키지의 서로 반대측에 구비된 상기 도전패드 간을 연결하는 것을 특징으로 하는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 직렬 도전플레이트는 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트이며,
    상기 꼬이지 않은 직렬 도전플레이트는, 인접한 상기 LED 패키지의 서로 동일한 측에 구비된 상기 도전패드 간을 연결하는 것을 특징으로 하는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 LED 패키지는 상기 각 도전패드의 일측이 외부로 노출되도록 형성된 삽입가이드 포켓에 상기 밀봉하우징의 일측이 개재되며,
    상기 LED 패키지 삽입구에는 상기 삽입가이드 포켓의 단면 형상에 대응하도록 삽입가이드 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 직렬 도전플레이트를 이용해 LED 패키지를 연결하는 LED 조명장치.
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