KR20150130202A - 엘이디 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부로 노출되는 환경에서 사용할 수 있도록 제조한 엘이디 모듈과 관련된 것으로, 실시예로 발광다이오드가 상면에 노출되게 실장되어 있는 회로기판부, 상기 발광다이오드의 주변 둘레에서 상기 상면 위에 형성되는 접착층 및 상기 발광다이오드를 덮어 가리면서 상기 접착층에 안치되어 상기 발광다이오드의 주변을 기밀하는 렌즈부를 포함하는 엘이디 모듈을 제시한다.

Description

엘이디 모듈{LED module}

본 발명은 외부로 노출되는 환경에서 사용할 수 있도록 제조한 엘이디 모듈과 관련된다.

조명 분야에서 저 전력과 긴 수명을 가지는 발광소재로 엘이디가 널리 사용되고 있다. 보다 친환경적인 성질을 가지는 엘이디 조명은, 기존의 백열등이나 형광등을 빠르게 대체하고 있다.

건물 외벽에 설치되는 간판 대부분은 내부에 조명 수단을 구비하여, 야간에 시인성을 높이도록 하고 있다. 기존에는 간판의 내부에 장착되는 조명 수단으로 저렴한 형광등이 널리 사용되어 왔으나, 형광등의 수명이 짧은 관계로 잦은 교체가 요구되는 단점이 있어 엘이디 조명으로 대체하는 것이 바람직하다.

간판 내부의 조명을 엘이디 조명으로 장착하는 경우, 원하는 밝기를 얻기 위해서는 다수의 엘이디를 집약적으로 설치하여야 하고, 이때 엘이디들을 어떤 방식으로 집약되게 배치할 것인가와 엘이디의 발열을 어떻게 처리할 것인가가 문제된다.

또한 간판의 노후화 등으로 간판 내부에 물이 침투하는 경우가 있는데, 이 경우 엘이디가 장착된 회로부재의 방수 기능이 문제된다.

대한민국 공개실용신안 제20-2010-0006680호 (2010.07.01) 대한민국 등록특허 제10-1053051호 (2011.07.26)

본 발명은 옥외용 간판 등에 사용되기 위해 필요한 제반 성능을 온전히 발휘할 수 있도록 한 엘이디 모듈을 제공하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 발광다이오드가 상면에 노출되게 실장되어 있는 회로기판부, 상기 발광다이오드의 주변 둘레에서 상기 상면 위에 형성되는 접착층 및 상기 발광다이오드를 덮어 가리면서 상기 접착층에 안치되어 상기 발광다이오드의 주변을 기밀하는 렌즈부를 포함하는 엘이디 모듈을 제시한다.

여기서 상기 렌즈부를 노출시키면서 상기 회로기판부의 상면과 측부를 덮 어가리도록 인서트 사출되는 하우징부 및 상기 렌즈부와 상기 하우징부의 경계를 덮어 가리는 기밀수지부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 회로기판부는 금속으로 이루어진 기저부, 상기 기저부에 적층되는 절연층, 상기 절연층 위에 형성되는 전기도선 및 상기 절연층 상부에 도포되는 절연코팅층을 포함할 수 있다.

한편, 상기 하우징부의 상면은 상기 렌즈부를 기준으로 함몰되어 오목홈을 형성하고 있고, 상기 오목홈의 측면은 상부로 점차 넓어지게 경사면으로 형성될 수 있다.

또한 상기 하우징부의 일측에는 끼움돌기가 형성되어 있고, 타측에는 다른 하우징부의 끼움돌기가 분리 가능하게 결합되는 끼움홈이 형성될 수 있다.

한편 상기 엘이디 모듈은 상기 회로기판부에 전원을 공급하는 제1전원선과, 상기 렌즈부를 사이에 두고 상기 제1전원선과 대향하도록 배치되고 상기 제1전원선과 함께 상기 회로기판부에 전원을 공급하는 제2전원선 및 상기 제1전원선 또는 상기 제2전원선과 밀착하여 나란하게 배치되고 상기 회로기판부의 전기적 신호를 전달하는 신호선을 더 포함하여 3선식으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 방수 성능이 향상되므로 간판 등 외부 환경에 노출되는 장소에 사용되더라도 물이나 이물질에 의한 전기 합선의 문제를 예방할 수 있다. 또 인서트 사출로 형성되는 하우징부는 발광다이오드를 포함한 전기 부품의 방수성능을 크게 향상시킨다.

렌즈부와 하우징부의 오목홈은 광각을 넓게 확보할 수 있게 하는 장점을 발휘한다. 금속재 기저부의 바닥은 외부에 그대로 노출됨으로써 방열 효과를 크게 한다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 모듈의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 회로기판부와 렌즈부의 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 회로기판부를 분리하여 나타낸 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 렌즈부에 대한 것으로, (a)는 단면도이고, (b)는 저면도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예의 단면도.
도 6은 도 1에 도시된 실시예의 사용 상태를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 모듈의 사용 상태를 나타낸 평면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 엘이디 모듈의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 모듈과 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 엘이디 모듈(100)은 회로기판부(10), 접착층(20) 및 렌즈부(30)를 포함한다. 더하여 회로기판부(10)의 일부를 감싸는 하우징부(40)와 기밀수지부(50)를 추가로 구비할 수 있다.

회로기판부(10)의 상면에는 발광다이오드(15)가 노출되게 실장되어 있다.

도 3은 회로기판부의 적층 구조와 관련된다.

회로기판부(10)는 기저부(11), 절연층(12), 전기도선(13) 및 절연코팅층(14)을 포함한다.

도 3에서 기저부(11), 절연층(12), 전기도선(13) 및 절연코팅층(14)의 두께는 보기 쉽도록 실제보다 과장하여 나타낸 것이고, 절연층(12)과 절연코팅층(14)은 도시된 바와 같이 시트 형태로 적층하거나, 액상 수지를 얇게 도포하여 형성할 수 있다.

기저부(11)의 재질은 금속으로, 휨 강성을 가지도록 소정의 두께를 가지는 판 형상이다. 도면에서 기저부(11)는 사각형으로 도시되어 있지만, 그 단면 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 기저부의 재질은 가볍고 전도성이 우수한 알루미늄이 될 수 있다.

기저부(11)를 금속으로 형성함으로써 발광다이오드(15)의 발열이 기저부(11)로 빠르게 전도될 수 있다.

고휘도 발광다이오드를 채택하는 경우에 작동 중 발생하는 고열을 빠르게 방출하지 아니하면, 발광다이오드 소자가 쉽게 손상되는 문제가 있다. 종래에는 기저부를 합성수지 재질로 하였는데, 이 합성수지는 금속에 비하여 전도율이 상당히 낮음으로 인하여 엘이디의 발열 문제에 취약하다.

기저부(11)의 상부에는 절연층(12)과 전기도선(13)이 차례로 적층된다. 절연층(12)은 전기도선(13)과 금속으로 이루어진 기저부(11)를 절연한다.

절연층(12) 위에 형성된 전기도선(13)의 상부에는 절연코팅층(14)이 형성된다. 절연코팅층(14)은 전기도선(13)이 그대로 드러나지 않도록 함으로써 완성된 엘이디 모듈의 방수 성능을 향상시킨다.

절연코팅층(14)까지 형성된 이후 발광다이오드(15)를 비롯하여 전기선, 콘덴서, 저항 등 각종 전자소자(16)가 실장된다. 이때 전자소자(16)가 전기도선(13)과 직접 접촉하며 솔더링 되도록, 전자소자(16)가 전기도선(13)과 접촉하는 부분에서 절연코팅층(14)을 일부 벗겨낼 수 있다.

도 2에는 완성된 회로기판부가 도시되어 있다.

회로기판부(10)의 상면 중심에는 발광다이오드(15)가 위치하고, 각종 전자소자들(16)은 발광다이오드(15)와 비교적 멀리 떨어진 구석진 위치에 배치되어 있다.

구체적으로 도면에서 발광다이오드(15)를 중심으로 일정 반경으로 표시한 가상원(18)(이 가상원은 렌즈부(30)의 하단부에 대응함)을 기준으로, 각종 전자소자들(16)은 가상원(18)의 외측에 위치하고 있다. 이는 추후 설명하는 렌즈부(30)의 장착시 렌즈부(30)와 회로기판부(10) 사이의 기밀성을 향상시키는 요인 중 하나가 된다.

또한 회로기판부(10)에는 상하로 관통하는 관통홀들(17)이 형성된다. 도면에서 3개의 관통홀(17)은 가상원의 내측에 형성되어 있고, 다른 2개는 가상원의 외측에 형성되어 있다. 관통홀들(17) 중 가상원(18) 내측에 형성된 것들은 후술하는 렌즈부(30)와 결합된다.

렌즈부(30)는 상부가 볼록하게 형성된 확산 렌즈로, 회로기판부(10)의 상부에 고정된다. 도 2와 도 3에는 렌즈부가 도시되어 있다.

렌즈부(30)는 상부로 볼록한 볼록곡면(31)을 구비하며, 하단은 바닥(321)이 평탄한 함몰홈(32)을 형성하고 있다. 이 함몰홈(32)의 바닥(321) 중심에는 발광다이오드(15)가 수용되는 수용홈(322)이 형성되어 있다. 수용홈(322)은 내부면이 곡면으로 형성되어 있어 발광다이오드(15)에서 발산한 빛이 크게 굴절됨 없이 볼록곡면(31)에 이르게 한다.

렌즈부(30)의 하단에는 수평되게 연장되는 플랜지부(33)가 형성된다. 서로 대향하는 방향으로 형성된 한 쌍의 플랜지부(33)에는 회로기판부(10)의 관통홀(17)에 끼움결합하는 결합돌기(331)가 돌출되어 있다. 결합돌기들(331)과 관통홀들(17)이 서로 끼워짐으로써 회로기판부(10)에 고정되는 렌즈부(30)의 결합 위치가 결정된다. 이로써 후술하는 하우징부를 인서트 사출로 성형할 때에, 회로기판부에 대한 렌즈부의 위치가 틀어지지 않게 된다.

발광다이오드(15)의 주변 둘레에는 접착층(20)이 형성된다. 접착층(20)은 발광다이오드(15)를 제외하고 가상원(18) 내부에 형성될 수 있다. 여기서 접착층(20)은 에폭시 계열 또는 실리콘 계열의 접착 수지이거나 양면테이프가 될 수 있다.

접착층(20)은 렌즈부(30) 하단의 함몰홈(32)의 가장자리를 회로기판부(10)의 상면을 고정시킨다. 또 접착층(20)이 함몰홈(32) 가장자리를 따라 회로기판부(10)의 상면과 빈틈 없이 메우므로, 발광다이오드(15)가 위치하는 렌즈부(30)의 내부 공간을 외부로부터 기밀시킨다.

이와 같이 발광다이오드(15) 주변이 기밀됨으로써 물이나 이물질이 발광다이오드(15)에 접하여 발생되는 제문제가 해결된다. 또한 하우징부(40)를 인서트 사출 시에 용융된 합성수지가 회로기판부(10)와 렌즈부(30) 하단 사이의 틈을 타고 렌즈부(30)의 내부로 침입하지 않게 한다.

다시 도 1과 도 5를 참고하면, 렌즈부(30)가 장착된 회로기판부(10)는 추가로 하우징부(40)를 구비할 수 있다.

하우징부(40)는 렌즈부(30)를 외부로 노출시키면서 회로기판부(10)의 상면과 측부를 감싸는 형태로 합성수지를 인서트 사출하여 형성한다.

이때 하우징부(40)는 렌즈부(30)의 플랜지부(33)를 덮으면서, 하우징부(40)의 단부는 렌즈부(30) 볼록곡면(31)의 하단에까지 이르게 된다. 또한 하우징부(40)는 렌즈부(30)를 제외한 회로기판부의 상면과 측부를 감싸는 형태로 형성됨으로써, 회로기판부 상에 노출되어 있던 각종 전자소자(16)와, 회로기판부(10) 측면에 노출되는 전기단자와, 전기단자와 연결되는 전기선(L)의 남땜 연결부분을 감싸게 된다. 이와 같은 하우징부의 인서트 성형으로부터 각종 전자소자(16), 전기선(L)의 연결부분, 회로기판부(10)의 측면 등이 절연 코팅되는 효과를 얻게 된다.

도 5에서 회로기판부(10)의 저면은 하우징부(40)에 의해 완전히 감싸지지 않고 있다. 즉 회로기판부(10)의 하부를 구성하는 기저부(11)의 바닥면은 가장자리에만 하우징부(40)가 덮고 있으므로, 기저부(11)의 바닥면 대부분은 그대로 외부로 노출되어 있다. 따라서 발광다이오드(15)의 작동에 따라 발생한 열은, 노출된 기저부(11)의 바닥면을 통해 외부로 빨게 방열될 수 있다. 기저부(11)를 금속 재질로 채택함으로써 큰 방열 효과를 기대할 수 있다.

또한 하우징부(40)를 인서트 사출함에 있어서 가상원(18) 밖에 형성하였던 관통홀(17)에 합성수지가 침투하게 된다. 이들 관통홀(17)의 내부로 들어가 굳은 합성수지는 회로기판부(10)와 하우징부(40) 간의 결속력을 향상시킨다.

렌즈부(30)와 하우징부(40)의 경계에는 이 경계를 덮어 가리는 기밀수지부(50)가 형성된다. 기밀수지부(50)는 렌즈부(30)와 하우징부(40)의 빈틈을 메움으로써 물이나 이물질이 렌즈부(30)와 하우징부(40)의 경계를 타고 스며드는 것을 방지한다. 기밀수지부(50)는 열적 변형에 대비하여 경화성 합성수지를 사용할 수 있다.

한편 하우징부(40)의 상면에는 렌즈부(30)를 기준으로 함몰된 오목홈(41)이 형성된다. 하우징부(40)는 적절한 강성을 가지도록 두껍게 성형할 수 있는데, 이 경우 렌즈부(30)를 통해 방사되는 빛의 각도가 제한적일 수 있다. 따라서 렌즈부(30) 주변은 하우징부(40)의 두께를 얇게 하여 오목홈(41)을 형성하고, 렌즈부(30)를 통해 외부로 빛이 방출되는 면적을 증대시킬 수 있다.

또한 오목홈(41)의 측면은 상부로 점차 넓어지는 경사면(411)으로 형성하여 빛이 방출되는 진로 상에 오목홈(41)의 측면이 간섭하지 않도록 한다. 이때 경사면(411)의 경사도는 하우징의 수평한 상면을 기준으로 160ㅀ 내 170ㅀ로 할 수 있다.

이러한 오목홈(41)의 형상으로 인하여 렌즈부(30)를 통해 방출되는 빛의 광각을 넓게 확보할 수 있게 된다.

도 1과 도 6을 참고하면, 하우징부(40)의 일측에는 끼움돌기(42)가 형성되고, 타측에는 다른 하우징부(40)의 끼움돌기(42)가 분리 가능하게 결합되는 끼움홈(43)이 형성되어 있다.

여기서 끼움돌기(42)와 끼움홈(43)은 서로 분리 가능하게 결합되는 구조로, 도시된 바와 같이 사다리꼴의 평단면을 가질 수 있다. 이와 달리, 끼움돌기와 끼움홈은 서로 분리 가능하게 결합하는 다양한 형태가 될 수 있다.

끼움돌기(42)와 끼움홈(43)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 엘이디 모듈(100)이 직선상으로 연결될 수 있게 한다.

평면 상에 길게 연결되는 다수의 엘이디 모듈(100)은, 간판의 내부에 엘이디 모듈(100)의 설치를 용이하게 한다. 또한 엘이디 모듈들(100)의 검사 시나 보관 시의 편의성을 개선한다.

한편 끼움돌기(42) 또는 끼움홈(43)이 형성되어 있지 아니한 다른 측면에는 나사 등이 체결되기 용이한 장착구멍(44)을 형성하고 있다. 이로써 간판과 같은 부재에 엘이디 모듈(100)을 장착하기가 용이해진다.

본 발명의 실시예에 따른 엘이디 모듈은 일정 길이로 절단된 전기선(L)을 통해 서로 연결되면서 인서트 사출에 의해 하우징부(40)가 제작됨으로써, 연속적인 생산을 통해 얻어지는 것이다.

최종 사용자는 필요한 밝기 등을 고려하여 엘이디 모듈(100)의 개수를 결정하고, 마지막 전기선을 잘라 낸 후 적정한 길이로 엘이디 모듈들(100)을 직선으로 연결하여 사용할 수 있다. 이러한 엘이디 모듈(100)의 조립성은, 상당한 가로 길이와 세로 높이를 가지는 간판의 조명 수단으로 사용함에 있어서, 엘이디 모듈의 밀집 배치를 매우 쉽게 하는 것이다. 즉, 이미 전기선으로 연결되어 있는 각 엘이디 모듈(100)을 따로 전기적으로 연결할 필요가 없으며, 일련의 엘이디 모듈들(100)의 양 단부의 전기선을 전원 장치에 연결하는 것만으로도 엘이디 모듈들(100)의 설치가 완료되는 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 모듈의 사용 상태를 나타낸 평면도이다.

본 실시예는 상술한 엘이디 모듈에 있어서, 복수의 엘이디 모듈의 회로기판부가 모여 전체적으로 하나의 회로를 이루는 경우 등과 같이 복수의 엘이디 모듈(100) 사이에 서로 신호를 주고 받는 경우를 나타낸다.

제1전원선(L1)과 제2전원선(L2)은 회로기판부에 전원을 공급하는데 제1전원선(L1)과 제2전원선(L2)은 렌즈부(30)를 사이에 두고 서로 대향하도록 배치된다. 한편 신호선(L3)은 제1전원선(L1) 또는 제2전원선(L2)과 밀착하여 나란하게 배치되고 회로기판부 사이에 전기적 신호를 전달하게 된다.

이와 같이 2개의 전원선(L1, L2)과 1개의 신호선(L3)을 이용하여 3선식으로 각 엘이디 모듈을 연결하도록 함으로써 2개 이상의 신호선을 이용할 때에 비하여 연결이 쉽고 편리므로 엘이디 모듈의 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 신호선(L3)을 한쪽의 전원선과 밀착하여 배치하므로 작업성이 뛰어나다.

100 : 엘이디 모듈
10 : 회로기판부
11 : 기저부 12 : 절연층 13 : 전기도선 14 : 절연코팅층
15 : 발광다이오드 16 : 전자소자 17 : 관통홀 18 : 가상원
20 : 접착층
30 : 렌즈부
31 : 볼록곡면 32 : 함몰홈 321 : 바닥 322 : 수용홈
33 : 플랜지부 331 : 결합돌기
40 : 하우징부
41 : 오목홈 411 : 경사면 42 : 끼움돌기 43 : 끼움홈
44 : 장착구멍
50 : 기밀수지부
L : 전기선
L1 : 제1전원선 L2 : 제2전원선 L3 : 신호선

Claims (6)

1. 발광다이오드가 상면에 노출되게 실장되어 있는 회로기판부;
   상기 발광다이오드의 주변 둘레에서 상기 상면 위에 형성되는 접착층; 및
   상기 발광다이오드를 덮어 가리면서 상기 접착층에 안치되어 상기 발광다이오드의 주변을 기밀하는 렌즈부;를 포함하는 엘이디 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 렌즈부를 노출시키면서 상기 회로기판부의 상면과 측부를 덮어 가리도록 인서트 사출되는 하우징부; 및
   상기 렌즈부와 상기 하우징부의 경계를 덮어 가리는 기밀수지부;를 포함하는 엘이디 모듈.
3. 제2항에서,
   상기 회로기판부는
   금속으로 이루어진 기저부,
   상기 기저부에 적층되는 절연층,
   상기 절연층 위에 형성되는 전기도선, 및
   상기 절연층 상부에 도포되는 절연코팅층을 포함하는 엘이디 모듈.
4. 제2항에서,
   상기 하우징부의 상면은 상기 렌즈부를 기준으로 함몰되어 오목홈을 형성하고 있고,
   상기 오목홈의 측면은 상부로 점차 넓어지게 경사면으로 형성되어 있는 엘이디 모듈.
5. 제2항에서,
   상기 하우징부의 일측에는 끼움돌기가 형성되어 있고, 타측에는 다른 하우징부의 끼움돌기가 분리 가능하게 결합되는 끼움홈이 형성되어 있는 엘이디 모듈.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
   상기 회로기판부에 전원을 공급하는 제1전원선,
   상기 렌즈부를 사이에 두고 상기 제1전원선과 대향하도록 배치되고 상기 제1전원선과 함께 상기 회로기판부에 전원을 공급하는 제2전원선 및
   상기 제1전원선 또는 상기 제2전원선과 밀착하여 나란하게 배치되고 상기 회로기판부의 전기적 신호를 전달하는 신호선을 포함하여 3선식으로 이루어지는 엘이디 모듈.

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