KR20120055596A - 개선된 히트 싱크를 가지는 고체 조명 장치 - Google Patents

개선된 히트 싱크를 가지는 고체 조명 장치 Download PDF

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Abstract

고체 조명 장치는 기구 사이즈의 스탬핑된 히트 싱크를 포함하고, 상기 히트 싱크는 기저부 및 상기 기저부로부터 외측방향으로 연장되는 복수의 세그먼트 또는 측벽부를 포함하고, 고체 이미터의 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 전부 방사한다.
히트 싱크는 하나 또는 복수의 고체 이미터와 열 교환을 하고, 반사체를 내포하는 컵 모양 공동을 형성할 수 있다. 각각의 측벽부 또는 세그먼트의 일 부분은 상기 기저부에 대하여 비평행한 방향으로 연장된다. 유전층 및 적어도 하나의 도전 트레이스가 금속 시트에 부착되어 복합 시트가 형성된다. 복합 시트에 스탬핑 공정 및/또는 순차 이송 타발 성형 공정을 통해 집적 회로를 가지는 히트 싱크가 형성될 수 잇다. 히트 싱크의 세그먼트의 적어도 일부는 고체 조명 장치의 렌즈 및/또는 반사체를 지지하도록 마련될 수 있다.

Description

개선된 히트 싱크를 가지는 고체 조명 장치{SOLID STATE LIGHTING DEVICE WITH IMPROVED HEAT SINK}
본 발명은 고체 조명 장치 및 고체 조명 장치에 관련된 열 전달 구조에 관한 것이다.
고체(solid state) 광원은 백색광을 제공하기 위해 이용될 수 있으며, 백열등의 유력한 대안으로 대두되고 있다. 여기서, 백색광이란 순백색 또는 근백색(near-white)을 띄는 광을 의미하는 것으로, 백색광은 적녹청(RGB: red-green-blue) 이미터를 조합하거나 또는 청색 발광 다이오드(LED: light emitting diode)와 황색 포스퍼(phosphor, 인광 물질)를 조합하여 생성될 수 있다.
후자의 경우에는 청색 발광 다이오드가 광을 출력하면, 황색 포스퍼가 출력된 광의 일부는 통과시키고, 나머지 일부의 광에 대해서는 그 주파수를 저하시켜 황색으로 변경시킨다. 이에 따라 청색광과 황색광이 조합되어 백색광이 제공되는 것이다. 백색광을 제공하는 또 다른 방식으로는 자색 발광 다이오드 또는 자외선 발광 다이오드의 광원으로 다양한 색상의 포스퍼나 염료를 활성화시키는 방식이 있다.
이러한 고체 조명 장치에는 예를 들어, 적어도 하나의 유기 발광 다이오드, 비유기 발광 다이오드 및/또는 레이저가 포함될 수 있다.
최근 다양한 조명 어플리케이션에서 원하는 수준의 밝기를 얻기 위해 고출력 고체 이미터가 요구되고 있다. 고출력 고체 이미터는 높은 전류를 이용하며 이에 따라 상당히 큰 열을 내기 때문에 열 방산(heat dissipation)이 필수적이다. 따라서, 열을 내는 고체 광원으로부터 열 교환을 하는 히트 싱크가 다양한 고체 조명 시스템에서 이용되고 있다.
히트 싱크는 상당한 크기를 가지며 주위 환경에 노출된 상태로 이용되는데, 이 때문에 히트 싱크의 재질로는 주로 알루미늄을 사용한다. 알루미늄은 비교적 가격이 저렴하고, 내부식성이 뛰어나며, 상대적으로 제조가 용이한 장점을 갖는다. 고체 조명 장치에 이용되는 알루미늄 히트 싱크는 일반적으로 주조(casting), 압출 성형(extrusion) 및/또는 기계 가공(machining) 방식에 의해 다양한 형상으로 만들어질 수 있다.
리드프레임 기반 고체 이미터 패키지에서는 칩 사이즈(chip-scale) 히트 싱크를 이용할 수도 있다. 칩 사이즈 히트 싱크 및/또는 리드프레임은 스탬핑 공정을 포함하는 제조 공법에 따라 만들어질 수 있다. 칼베리(Calberry)의 미국 등록 특허 제7224047호는 이러한 스탬핑 공정의 일 예를 개시하고 있다. 칩 사이즈 히트 싱크는 일반적으로 패키지 중 이미터가 없는 면에 마련되는데 이는 패키지의 하부면일 수 있다. 이에 따라 패키지가 부착되는 표면의 열 전도율이 향상될 수 있다. 이러한 칩 사이즈 히트 싱크는 중간 히트 스프레더로서, 주조나 기계 가공으로 만들어진 히트 싱크와 같이 기구 사이즈인 방열 수단으로 열을 전도하는 역할을 한다.
히트 싱크를 갖는 고체 조명 장치가 다양하게 존재함에도 불구하고, 여전히 히트 싱크를 개선할 필요가 있는데, 예를 들어 그 이유는 다음과 같다. (1) 열적 성능을 향상시킬 수 있다. (2) 소재 제한을 줄일 수 있다. (3) 고출력인 동시에 안정기 내장형(self-ballasted)인 조명 기구 제조가 간소화될 수 있다. (4) 다양한 최종 소비자 어플리케이션을 충족시킬 수 있도록 고체 조명 장치를 원하는 다양한 형상으로 제품화할 수 있다.
본 발명의 일 과제는, 스탬핑 공정을 이용하여 기구 사이즈 히트 싱크 및 이를 포함하는 고체 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 다른 과제는, 효과적으로 열 방산을 수행하는 히트 싱크 및 이를 포함하는 고체 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 고체 조명 장치에 이용되는 스탬핑 공정 및 성형 공정에 따라 제조되는 히트 싱크, 이러한 히트 싱크를 포함하는 고체 조명 장치, 이러한 고체 조명 장치를 제조하는 방법 및 이러한 고체 조명 장치를 포함하는 조명 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고체 조명 장치는 동작 전류 및 동작 전압을 인가받고, 정상 상태 열 부하를 발생시키는 고체 이미터; 및 열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크;를 포함하되, 상기 히트 싱크는, 고체 이미터와 열 교환을 하도록 설치되고, 상기 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 실질적으로 전부 방산한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고체 조명 장치는 적어도 하나의 고체 이미터; 및 상기 적어도 하나의 고체 이미터와 열 교환을 하는 스탬핑된 히트 싱크;를 포함하되, 상기 히트 싱크는, 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 적어도 하나의 측벽부를 가지고, 상기 적어도 하나의 측벽부는 상기 기저부를 이루는 평면에 대하여 비평행한 방향으로 연장된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고체 조명 장치는, 적어도 하나의 칩 사이즈 고체 이미터; 열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되고, 상기 적어도 하나의 칩 사이즈 고체 이미터와 열 교환을 하는 기구 사이즈 히트 싱크;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고체 조명 장치는 고체 이미터; 나사 형태의 밑동, 전기 플러그 커넥터 및 적어도 하나의 터미널 중 적어도 하나를 포함하되, 상기 적어도 하나의 터미널은 전기 전도체 또는 전류 공급원을 집적하여 마련되는, 전기 접속 부재; 및 열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크;를 포함하되, 상기 히트 싱크는, 그 너비가 고체 이미터의 너비의 약 10 배 이상인 것, 고체 조명 장치의 너비의 약 1/2 배 이상인 것 및 표면 사출 물질(molded encasing material)에 감싸여진 부분이 없는 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 히트 싱크는 적어도 하나의 고체 이미터를 포함하는 고체 조명 장치에 이용되는 스탬핑된 히트 싱크에 있어서, 기저부; 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트;를 포함하되, 상기 고체 이미터는, 동작 전류 및 동작 전압을 인가받고, 정상 상태 열 부하를 발생시키고, 상기 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 실질적으로 전부 방산한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 히트 싱크는 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크에 있어서, 적어도 하나의 고체 이미터로부터 열을 전달받는 기저부; 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 적어도 하나의 세그먼트; 상기 기저부에 부착되는 유전성 물질; 및 상기 유전성 물질에 부착되는 적어도 하나의 도전 트레이스;를 포함하되, 상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 세그먼트는, 스탬핑 공정 및 순차 이송 타발 성형 공정 중 적어도 하나에 의해 금속 시트로부터 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 히트 싱크 제조 방법은 유전성 물질의 제1 층을 실질적으로 평판인 금속 시트의 적어도 일부에 부착하고, 적어도 하나의 도전 트레이스를 가지는 제2 층을 상기 제1 층에 부착하여 복합 시트를 형성하는 단계; 및 적어도 하나의 고체 이미터로부터 열을 받는 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트를 포함하는 히트 싱크를 형성하기 위하여, 상기 복합 시트에 스탬핑 공정 및 순차 이송 타발 성형 공정 중 적어도 하나를 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크에 있어서, 적어도 하나의 고체 이미터로부터 열을 전달받는 기저부; 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 적어도 하나의 세그먼트; 상기 기저부에 부착되는 유전성 물질; 및 상기 유전성 물질에 부착되는 적어도 하나의 도전 트레이스;를 포함하되, 상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 세그먼트는, 스탬핑 공정 및 순차 이송 타발 성형 공정 중 적어도 하나에 의해 금속 시트로부터 형성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고체 조명 장치는 적어도 하나의 고체 이미터; 열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되고, 적어도 하나의 굴곡을 가지는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크; 및 상기 고체 이미터로부터 출력되는 광을 수광하고, 상기 복수의 세그먼트 중 일부에 의해 지지되는 반사체 및 렌즈 중 적어도 하나;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 히트 싱크 및 조명 장치의 제조 및 이용 방법은 이하에서는 개시되는 물체 및/또는 공간을 조명하는 방법을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 측면들은 본 명세서에서 개시되는 다른 양상 및 측면과 조합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면, 양상, 실시예들은 후술되는 본 명세서 및 특허청구범위로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 의하면, 금속 등의 시트를 이용하여 스탬핑한 블랭크를 성형함으로써 히트 싱크를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기구 사이즈의 히트 싱크에서 대기 순환이 수행되고, 표면적인 넓어 고체 이미터에서 발생한 열을 효과적으로 방산할 수 있다.
본 발명에 의하면, 히트 싱크가 렌즈 및 반사체 등을 지지하는 역할을 겸함으로써 고체 조명 장치의 설계 및 제작이 용이해 질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크의 제1 상부 사시도이다. 도 1의 히트 싱크는 반사체를 가지는 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크이다.
도 2는 도 1의 히트 싱크의 정면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 히트 싱크의 평면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 히트 싱크의 제2 상부 사시도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 히트 싱크의 제조에 이용되는 스탬핑된 평판 블랭크의 평면도이다.
도 6은 복수의 고체 이미터를 수용하도록 마련된 서브마운트를 가지는 도 1 내지 도 4의 히트 싱크의 상부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 내지 도 4 및 도 6의 히트 싱크를 가지는 고체 조명 장치의 상부 사시도이다.
도 8은 도 7의 고체 조명 장치의 제1 부분의 측면 단면도이다.
도 9는 도 7 내지 도 8의 고체 조명 장치의 제2 부분의 측면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사체를 가지는 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크의 제1 변형예의 상부 사시도이다.
도 11은 도 10의 히트 싱크의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사체를 가지는 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크의 제2 변형예의 상부 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사체를 가지는 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크의 제3 변형예의 상부 사시도이다.
도 14는 스탬핑되는 복합 시트의 평면도이다. 도 14의 복합 시트는 유전층 및 이에 부착된 전기 트레이스를 포함하여 선택적으로 하나 또는 복수의 굽힙 공정 및/또는 순차 이송 타발 공정을 거쳐 집적 전기 트레이스를 가지는 히트 싱크로 이용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 실시예들을 도시한 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 형태로 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명이 후술되는 실시예로 한정되어 해석되어서는 안 된다. 이러한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 층(layer)나 영역(region)의 크기 및 상대적인 비율은 본 발명을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다.
층, 영역 또는 기판과 같은 구성요소가 다른 구성요소에 “위치한다” 또는 다른 구성요소 상에 “배치된다”는 표현은 그 다른 구성요소에 직접적으로 위치 또는 배치되는 것은 물론 그 사이에 개재되는 구성요소가 있어 간접적으로 위치 또는 배치되는 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 달리 구성요소가 다른 구성요소에 “직접적으로 위치한다” 또는 다른 구성요소 상에 “직접적으로 배치된다”는 표현은 중간에 개재되는 구성요소가 없는 것을 의미한다.
마찬가지로 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 “접속된다” 또는 “연결된다”는 표현은 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속 또는 연결되는 것은 물론 그 사이에 개재되는 구성요소가 있어 간접적으로 접속 또는 연결되는 것을 의미할 수 있다. 이와 달리 구성요소가 다른 구성요소에 “직접적으로 접속된다” 또는 “직접적으로 연결된다”는 표현은 중간에 개재되는 구성요소가 없는 것을 의미한다.
기술용어 및 과학용어를 포함하여 본 명세서에서 사용되는 용어는 달리 정의되지 않는 이상 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 사용하고 있는 의미로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 용어는 그 용어가 본 명세서 및 관련 기술 분야의 맥락 상에서 가지는 의미로서 해석되어야 하고, 별도로 정의되지 않는 한 지나치게 형식이거나 또는 추상적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 “포함하다”, “구비하다” 및 “가지다”의 표현은, 하나 또는 복수의 구성요소를 배제한다고 별도로 언급하지 않는 한 하나 또는 복수의 구성요소를 포함할 가능성을 내포하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 “고체 이미터(solid state light emitter)” 또는 “고체 발광 장치(solid state light emitting device)”는 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및/또는 그 외의 하나 또는 복수의 반도체층을 가지는 반도체 장치를 포함할 수 있다. 여기서 반도체층은 실리콘, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride) 및/또는 이외의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 또 사파이어, 실리콘, 실리콘 카바이드 및/또는 마이크로 전자 기판을 포함하는 기판을 가질 수 있다. 또 금속 및/또는 다른 전도성 물질로 된 하나 또는 복수의 접촉층(contact layer)를 가질 수 있다.
고체 광 이미터는 동작전류 및 동작전압이 인가되면 정상 상태 열 부하를 발생시킨다. 여기서, 정상 상태 열 부하, 동작전류 및 동작전압은 고체 이미터가 적절한 동작수명(바람직하게는 약 5,000 시간 이상, 더욱 바람직하게는 약 10,000 시간 이상, 더더욱 바람직하게는 약 20,000 시간 이상)으로 최대 광 출력을 내는 경우에 해당하는 열 부하, 전류 및 전압을 의미한다.
본 발명의 실시예들에 따른 고체 발광 장치는, 노스캘리포니아 더럼(Durham, N.C.)의 크리사(Cree, Inc.)에서 제조 판매하고 있는 것과 같은, 실리콘 카바이드 기판에 형성된 III-V 질화물(III-V nitride, 예를 들어 갈륨 나이트라이드) 기반의 발광 다이오드 또는 레이저를 포함할 수 있다. 이러한 발광 다이오드 및/또는 레이저는 소위 “플립 칩(flip chip)” 방향으로 기판을 투과하여 발광하도록 설계될 수 있다.
고체 광 이미터는 하나 또는 복수의 형광 물질(luminescent material) 및/또는 원하는 색상의 광이 출력되도록 하는 필터를 개별적으로 또는 조합하여 선택적으로 함께 이용할 수 있다. 형광 물질의 예로는 포스퍼, 신틸레이터(scintillator), 형광 잉크(lumiphoric ink)가 있다. 또 원하는 색상에는 다수의 색상의 조합에 따라 백색으로 인지되는 색을 포함할 수 있다. 또 발광 다이오드 장치에서 형광 물질, 소위 루미포릭(lumiphoric) 물질이란, 봉합제(encapsulants)에 형광 물질을 첨가한 것, 렌즈에 형광 물질을 첨가한 것 또는 발광 다이오드에 직접 형광 물질을 코팅한 것이 아우를 수 있다.
이하에서 “칩 사이즈 고체 이미터(chip-scale solid state emitter)”는 (a) 기본적인 고체 이미터 칩, (b) 고체 이미터 칩과 봉합제가 결합된 것 또는 (c) 리드프레임 기반의 고체 이미터 칩 패키지 중에서 선택되는 구성요소를 지칭하는 것으로서, 그 최대 치수(예를 들어, 높이, 너비, 직경)이 약 2.5 센티미터 이하, 보다 바람직하게는 1.25 센티미터 이하인 것을 의미한다.
이하에서 “기구 사이즈 히트 싱크(device-scale heatsink)” 는 적어도 하나의 칩 사이즈 고체 이미터로부터 주변 환경으로 정상 상태 열 부하를 실질적으로 모두 열 방산하기에 적합한 히트 싱크를 지칭하는 것으로서, 기구 사이즈 히트 싱크는 그 최대 치수(예를 들어, 높이, 너비, 직경)가 약 5 센티미터 이상, 보다 바람직하게는 약 10 센티미터 이상인 것을 의미한다.
이하에서 “칩 사이즈 히트 싱크(chip-scale heatsink)”는 기구 사이즈 히트 싱크에 비해 크기 및/또는 열 방산 용량이 작은 것을 히트 싱크를 지칭한다.
본 발명은 하나 또는 복수의 고체 이미터로부터 주변 환경(예를 들어, 주변 대기 환경)으로 정상 상태 열 부하를 실질적으로 전부 방산하기 위해 하나 또는 복수의 고체 이미터에 이용되는 기구 사이즈의 스탬핑된 히트 싱크 및 이러한 히트 싱크를 포함하는 조명 장치의 다양한 측면에 관한 것이다.
이러한 히트 싱크는 이미터의 사용 수명에 악영향을 주지 않도록 고체 이미터가 정션 온도를 초과하지 않게 하면서 상당양의 정상 상태 열 부하(바람직하게는 약 4 와트 이상, 보다 바람직하게는 약 10 와트 이상)를 주변 대기 환경으로 방산하기 위한 크기와 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 85 ℃의 정션 온도에서 작동하는 고체 이미터는 약 50,000 시간의 평균 수명을 제공할 수 있는 반면, 약 95 ℃, 105 ℃, 115 ℃ 및 125 ℃에서는 각각 25,000 시간, 12,000 시간, 6,000 시간, 3,000 시간의 평균 수명을 가지게 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기구 사이즈 스탬핑된 히트 싱크는 약 35 ℃의 주변 대기 환경에서 고체 이미터의 정션 온도를 약 95 ℃ 이하(보다 바람직하게는 약 85 ℃ 이하)로 유지하면서 약 2 와트 이상(보다 바람직하게는 약 4와트 이상, 더더욱 바람직하게는 약 10와트 이상)의 정상 상태 열 부하를 방산하도록 제공될 수 있다. 여기서 “정션 온도(junction temperature)”는 와이어 본드나 그 밖의 접합부와 같이 고체 이미터에 배치된 전기적 접합부의 온도를 지칭한다. 이하에서 언급하는 스탬핑된 히트 싱크의 두께, 크기, 형상 및 노출 면적은 원하는 열 성능을 제공하기 위해 조정될 수 있다.
기구 사이즈의 히트 싱크는 열 전도성 물질(예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속, 다만, 열 전도성 물질이 이에 한정되는 것은 아님)의 시트를 스탬핑하여 기저부 및 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트를 형성함으로써 얻어질 수 있다. 하나 또는 복수의 고체 이미터는 기저부에 또는 기저부 위에 장착될 수 있다. 스탬핑된 히트 싱크는 하나 또는 복수의 굽힘 공정(예를 들어, 순차 이송 타발 성형 공정)을 거칠 수 있다. 이에 따라 히트 싱크의 세그먼트에는 하나 또는 복수의 굴곡이 더해질 수 있다. 각 세그먼트의 적어도 일부는 기저부를 이루는 평면에 평행하지 않도록 연장될 수 있다. 이에 따라 세그먼트는 측벽(예를 들어, 공간적으로 떨어진 벽 부분)을 구성할 수 있다. 이러한 측벽은 기저부와 함께 컵 모양을 형성할 수 있다. 컵 모양에는 적어도 하나의 고체 이미터로부터 출력되는 광을 반사하도록 마련되는 반사체를 수용될 수 있다. 적어도 하나의 굽혀진 세그먼트는 고체 조명 장치와 관련된 렌즈 및/또는 반사체를 지지하는 구조로 이용될 수 있다.
이러한 세그먼트는 렌즈 및/또는 반사체와 직접 접촉하거나 또는 중간에 개재되는 하나 또는 복수의 매개체를 거쳐 렌즈 및/또는 반사체를 지지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 고체 조명 장치는 일반적으로 기구 사이즈의 주조, 압출 성형 및/또는 기계 가공(machining)된 알루미늄 히트 싱크를 이용할 수 있다. 이러한 히트 싱크는 고체 조명 장치의 노출되는 외측 표면으로 이용될 수 있다. 마찬가지로 스탬핑된 칩 사이즈 히트 싱크는 리드 프레임 기반의 고체 이미터 패키지의 저면일 수 있다.
이전에는 다양한 기구 사이즈 히트 싱크를 효과적으로 생산하기 위해 주조, 압출 성형 및 기계 가공 방법을 이용하고, 리드프레임 기반의 패키지의 저면에 칩 사이즈 히트 싱크를 만들기 위해서 스탬핑 공정을 이용해 왔다. 그러나 패키징의 제약과 고체 조명 장치의 고출력화에 따라 출원인은 기구 사이즈 히트 싱크의 설계 및 제조 기술을 연구하게 되었다.
출원인은 스탬핑 공정과 굽힘 공정(예를 들어, 순차 이송 타발 성형)이 반사체를 가지는 고체 조명 장치에 이용되는 기구 사이즈 히트 싱크의 제조에 이용될 수 있음을 알게 되었다. 또한, 이와 같이 그 모양과 크기에 제약이 없는 히트 싱크를 이용하면, 히트 싱크에 이미터(예를 들어, 종래의 리드프레임 기반 고체 이미터 패키지)를 바로 배치할 수 있다. 기구 사이즈 히트 싱크는 스탬핑 공정 및 굽힘 공정을 거쳐 반사체의 측면 크기보다 충분히 크게 성형될 수 있다. 여기서, 반사체의 측면 크기는 리드프레임 기반의 이미터 패키지를 가지는 전형적인 반사체와는 달리 이보다 상당히 큰 것이다. 이러한 히트 싱크는 바람직하게는 기저부 및 하나 또는 복수의 측벽부를 포함한다. 측벽부는 기저부로부터 외측 방향으로 연장될 수 있다. 측벽부는 기저부를 이루는 평면과 평향하지 않은 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라 기저부 및 측벽부는 컵 모양의 형태를 가질 수 있다. 컵 모양에는 적어도 하나의 고체 이미터로부터 출력되는 광을 반사하도록 마련되는 반사체의 적어도 일 부분이 수용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기구 사이즈 히트 싱크는 그 너비가 이와 열 교환을 하는 고체 이미터의 너비보다 약 10 배 이상이다. 경우에 따라서는 기구 사이즈 히트 싱크의 너비는 고체 이미터의 너비의 약 15 배 또는 약 20배 이상일 수 있다. 히트 싱크의 너비는 고체 조명 장치의 너비의 1/2 이상일 수 있다. 경우에 따라서는 히트 싱크의 너비는 고체 조명 장치의 너비의 약 65% 또는 약 75% 이상일 수 있다. 고체 조명 장치는 전기 접속 구조를 가질 수 있다. 전기 접속 구조에는 적어도 하나의 나사선이 형성된 밑동, 전기 플러그 커넥터 및 적어도 하나의 터미널이 포함된다. 여기서, 터미널은 배터리 등의 전류 공급원이나 전기 전도체를 집적하여 마련된 것일 수 있다. 상술한 양상은 하부의 접촉 패드 또는 다른 면에 납땜되는 전형적인 칩 사이즈 장치인 종래의 리드프레임 기반 이미터 패키지와는 상이한 것이다.
칩 사이즈로 스탬핑되는 히트 싱크를 가지는 리드프레임 기반의 이미터 패키지에서 적어도 그 일부가 표면 사출 물질(molded encasing material)에 감싸여지는 것과 달리, 본 발명의 일 얏앙에 다란 기구 사이즈 히트 싱크는 표면 사출 물질에 감싸여지지 않는다.
스탬핑된 히트 싱크의 세그먼트 중 적어도 하나는 기구 사이즈 히트 싱크의 적어도 하나의 측벽부를 구성할 수 있다. 측벽부는 실질적으로 연결된 하나의 측벽 또는 복수의 연결된 측벽들을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 측벽부는 공간적으로 이격된 복수의 측벽부 또는 세그먼트를 포함할 수 있다. 이러한 측벽부는 히트 싱크 중앙의 기저부로부터 외측 방향으로 연장되고, 반사체의 외측 부분보다 더 길게 연장되되, 서로 공간적으로 이격되는 복수의 세그먼트로 구현될 수 있다. 측벽부의 복수의 서로 이격된 세그먼트는 중앙의 기저부로부터 외측 방향을 향해 방사형으로 연장될 수 있다. 측벽부 또는 세그먼트의 개수는 적절히 가감될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크에는 측벽부 또는 세그먼트가 적어도 4 개, 바람직하게는 적어도 6 개, 보다 바람직하게는 적어도 8 개, 더욱 바람직하게는 적어도 10 개, 더더욱 바람직하게는 적어도 12개 제공될 수 있다. 측벽부 또는 세그먼트는 짝수 또는 홀수로 제공될 수 있다. 세그먼트 또는 측벽부는 그 크기가 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또 세그먼트 또는 측벽부는 고체 조명 장치의 설계과 동작 기준에 따라 대칭형 또는 비대칭형으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 세그먼트 또는 측벽부는 반사체 및/또는 반사체 위에 놓여지는 렌즈에 닿도록 마련될 수 있다. 이러한 구조에 의해 반사체 및/또는 렌즈가 세그먼트 또는 측벽부에 의해 지지될 수 있고, 이처럼 히트 싱크를 지지 부재로 사용함에 따라 조명 장치의 설계 및 조립이 용이해질 수 있다.
히트 싱크는 바람직하게는 하나의 굴곡, 보다 바람직하게는 복수의 굴곡을 가질 수 있다. 이에 따라 한정된 부피에 대해 표면적이 증가되고, 결과적으로 열 방산에 유리할 수 있다. 이러한 굴곡은 순차 이송 타발 성형 또는 이외의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 이러한 굴곡은 히트 싱크의 측벽부에 형성될 수 있다. 히트 싱크의 측벽부는 히트 싱크의 기저부가 이루는 평면과 다른 방향(예를 들어, 기저부가 이루는 평면과 평행하지 않는 방향)으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 측벽부는 위쪽 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라 측벽부는 컵 모양의 내측벽을 형성하고, 그 내부에는 반사체의 적어도 일부가 수용될 수 있다. 또 측벽부는 이로부터 다시 휘어 다른 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 측벽부는 아래쪽 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라 측벽부는 외측벽을 형성할 수 있다. 외측벽은 내측벽의 일부 또는 전부를 감쌀 수 있다. 내측벽과 외측벽의 사이에는 틈새가 형성되는데, 이 틈새로 공기가 순환할 수 있다. 측벽부에는 하나 또는 복수의 통공이 형성될 수 있다. 또 측벽부는 공간적으로 서로 이격된 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다. 이러한 구조에 따라 대기가 순환하고, 표면적이 증가하여, 결과적으로 열 방산이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 히트 싱크의 측벽부는 복수의 구획으로 나뉘어지도록 휘어질 수 있다. 각각의 구획은 그 단면이 일정한 각도를 가지거나 또는 곡선 형태를 가질 수 있다. 계식 및/또는 유압식 램(ram), 프레스 또는 그 외의 종래의 굽힘 장치를 이용하여 이러한 굴곡을 형성할 수 있다. 이처럼 굴곡을 형성할 때에 될 수 있다. 또 원하는 모양을 얻기 위해 선택적으로 형틀이나 멈춤쇄를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 히트 싱크는 열 전도성이고 연성인 물질로 제조도리 수 있다. 이러한 물질에는 알루미늄, 구리, 은 등이 있다. 바람직하게는 히트 싱크의 재질로는 비교적 저렴하고, 내부식성이 뛰어난 알루미늄 및 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크(160)에 관한 것이다. 히트 싱크(160)는 제1 단부(151), 제2 단부(152) 및 중앙의 기저부(162)를 포함한다. 중앙의 기저부(162)는 장착부(161)를 가진다. 장착부(161)는 적어도 하나의 고체 이미터 또는 적어도 하나의 고체 이미터의 서브마운트가 수납되도록 마련된다. 다수의 측벽부 또는 세그먼트(165~165N)는 기저부(162)로부터 외측 방향을 향해 방사형으로 연장된다. 도면이 명확하도록 도면에서 개별 측벽부 또는 세그먼트 각각의 도면 부호는 생략하였다. 도면에는 측벽부 또는 세그먼트가 12개로 도시되고 있으나, 측벽부 또는 세그먼트의 개수는 적절히 가감될 수 있다. 여기서, “N”은 원하는 개수를 의미하는 변수이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 측벽부 또는 세그먼트(165A~165N)는 다수의 굴곡을 가진다. 제1 굴곡부(166A~166N) 및 제2 굴곡부(167A~167N)는 각각의 측벽부 또는 세그먼트(165A~165N)의 내측벽을 형성한다. 기저부(162), 제1 굴곡부(166A~166N) 및 제2 굴곡부(167A~167N)는 컵 모양을 형성한다. 이러한 컵 모양의 내측벽에는 반사체의 적어도 일부 또는 전부가 수용될 수 있다. 여기서, 반사체는 도 7 및 도 8에 도시된 제2 반사체(124)일 수 있다.
제3 꼭지단부(168A~168N)는 제2 굴곡부(167A~167N)의 단부에서 휘어져서 형성된다. 여기서, 제2 굴곡부(167A~167N)의 휘어진 단부는 제1 굴곡부(166A~166N)의 반대쪽 단부이다. 제3 꼭지단부(168A~168N)는 히트 싱크(160)의 제1 단부(151)에 대응된다. 제4 굴곡부(169A~169N)는 제3 꼭지단부(168A~168N)에서 측면벽 또는 세그먼트(165A-165N)가 각각 뒤로 휘어져 형성된다. 제4 굴곡부(169A~169N)에는 통공(173A~173N)이 형성된다. 제5 굴곡부(170A~170N)는 제4 굴곡부(169A~169N)로부터 연장된다. 제6 굴곡부(171A~171N)는 제5 굴곡부(170A~170N)로부터 연장된다. 제4 굴곡부(169A~169N), 제5 굴곡부(170A~170N) 및 제6 굴곡부(171A~171N)는 외측벽을 형성한다. 외측벽은 제1 굴곡부(166A~166N) 및 제2 굴곡부(167A~167N)로 이루어진 내측벽을 둘러싼다.
서로 인접한 측벽부 또는 세그먼트(165A~165N)의 사이에는 측면 방향의 틈새가 형성된다. 또 내측벽과 외측벽의 사이에는 직경 방향으로 틈새가 형성된다. 측면 방향의 틈새와 직경 방향의 틈새는 통공(173A~173N)과 함께 대기 순환을 용이하게 하고 표면 면적 향상시킬 수 있다. 이에 따라 히트 싱크(160)가 열을 보다 효과적으로 방산하도록 할 수 있다.
히트싱크(160)의 기저부(162)에는 관통홀(163)이 형성된다. 관통홀(163)은 슬롯 형태로 형성될 수 있다. 관통홀(163)에는 적어도 하나의 전기 전도체가 수용될 수 있다. 적어도 하나의 전기 전도체는 적어도 하나의 고체 이미터에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 관통홀(163)에는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: flexible printed circuit board) 및/또는 전선 다발이 삽입될 수 있다. 이를 통해 조명 장치의 전력 공급 부재와 적어도 하나의 고체 이미터 간에 적어도 하나(바람직하게는 복수)의 도전 통로가 제공될 수 있다.
도 6을 참조하면, 기저부(162)의 장착부(161)에는 패드(180)가 설치될 수 있다. 패드(180)은 복수의 전기 트레이스(181)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 패드(180)는 열 전도성 물질을 포함할 수 있다. 패드(180)는 전기 절연성이고 열 전도성인 페이스트(paste) 또는 다른 종래의 수단에 의해 기저부(162)의 장착부(161)에 부착될 수 있다. 전기 절연성 페이스트 및/또는 패드(180)의 전기 절연층은 히트 싱크(160)를 전기 트레이스(181)에 접속되는 고체 이미터로부터 절연시킬 수 있다. 변형예에 따르면, 히트 싱크(160)가 전기 접촉부 및/또는 의도적으로 전기 능동형으로 이용될 수 있다.
패드(180)의 연성 탭 부위(183)는 관통홀(163)을 통해 삽입될 수 있다. 이에 따라 기저부(162) 아래에 위치되는 전력 공급 부재와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 부재는 도 7 내지 도 9에 도시된 고체 조명 장치(100)의 하우징(110)에 설치될 수 있다. 기저부(162)에는 하나의 관통홀(163) 대신 복수의 관통홀이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 히트 싱크(160)는 금속 시트 또는 적어도 하나의 금속을 함유하는 시트에 블랭크(159)를 스탬핑(stamping, 型鍛造)하여 제조될 수 있다. 블랭크(159)는 중심의 기저부(162) 및 방사형으로 연장되고, 통(173A~173N)을 가지는 세그먼트(165A~165N)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 시트는 복수의 층 및/또는 합성물을 포함할 수 있다. 또 시트는 선택적으로 열 전도성 블랭크(159)에 부착된 유전성 물질 및 유전성 물질 위에 부착된 하나 또는 복수의 전기 전도성 트레이스를 포함할 수 있다. 복합 시트는 하나 또는 복수의 부착 단계를 거친 뒤 굽혀지거나 성형될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 블랭크(159)를 만드는 시트는 그 두께가 일정하다. 다른 실시예에 따르면, 블랭크(159)를 만드는 시트는 의도적으로 그 두께에 편차가 있도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 시트의 두께는 중심의 기저부(162)에 가까운 영역에서 두껍고, 방사형으로 연장되는 세그먼트(165A~165N)의 말단부에 가까운 하나 또는 복수의 영역에서는 얇을 수 있다. 여기서, 두께는 계단식으로 변하거나 또는 점진적/연속적으로 변할 수 있다. 또 블랭크(159)에서 그 두께는 중심의 기저부(162)로부터 측면 방향 또는 직경 방향의 말단으로 가면서 복수 회 변할 수 있다. 직경 방향에 따라 다른 크기를 가지는 하나 또는 복수의 재질로 블랭크(159)를 적층성형(laminating)함에 따라 블랭크(159)의 두께에 변화를 줄 수 있다. 또는 롤러 및/또는 압착판을 이용하여 블랭크(159)를 압축성형함에 따라 블랭크(159)의 두께에 변화를 줄 수 있다. 이처럼 블랭크(159)를 제조한 뒤 바람직하게는 블랭크(159)의 단부 및/또는 통공(173A~173N)을 형성하는 스탬핑 단계가 이어서 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기저부(162)의 평균 두께는 세그먼트(165A~165N)의 평균 두께보다 약 2 배 이상 크다. 블랭크(159)가 제조되면, 직경 방향으로 연장되는 세그먼트(165A~165N)를 굽히거나 또는 이 외의 적절한 방법으로 성형하여 도 1 내지 도 4 및 도 6에 도시된 히트 싱크(160)를 만들 수 있다. 본 실시예에 따른 히트 싱크(160)이나 본 명세서에서 개시되는 다른 히트 싱크는 고체 발광 장치(100)에 포함될 수 있다.
도 7 내지 도 8은 고체 발광 장치(100)의 제1 부분에 관한 것이고, 도 9는 고체 발광 장치(100)의 제2 부분에 관한 것이다. 히트 싱크(160)는 적어도 그 일면이 조명 장치(100)의 외측면을 이루도록 마련된다. 바람직하게는 히트 싱크(160)의 적어도 일면은 조명 장치(100)의 너비가 가장 넓은 부위를 따라 방사 방향의 경계를 이룰 수 있다. 조명 장치(100)은 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110)은 제1 단부(110A)와 제2 단부(110B)를 포함한다. 제2 단부(110B)는 수나사 형태의 밑동(104)을 가진다. 전기 접속부(105, 106)는 제2 단부(110B)에 인접하도록 배치된다. 전기 접속부(105)는 에디슨 스크류(Edision screw) 형태로 마련된다. 전기 접속부(105, 106)는 중심 접속부(105)와 측면 접속부(106)을 포함한다. 중심 접속부(105)는 종축 방향으로 돌출된 형태를 가진다. 측면 접속부(106)는 수나사 형태의 밑동(104) 위에 형성되어 측면 방향으로 형성된 나사선을 가진다. 이에 따라 전기 접속부(105, 106)는 호환용 전기 소켓(미도시)에 끼워질 수 있다. 한편, 조명 장치는 이와 같은 나사 형태의 밑동 대신 선택적으로 전기 플러그 커넥터 및/또는 적어도 하나의 터미널을 포함할 수 있다. 여기서, 터미널은 배터리 등의 전류 공급원이나 전기 전도체를 집적하여 마련된 것일 수 있다.
하우징(110)은 바람직하게는 전기 전연성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 전기 전연성 물질은 절연성 플라스틱, 세라믹 또는 복합 물질일 수 있다. 하우징(110)에는 인쇄 회로 기판(112) 및 전력 공급 부재(114A~114D)가 설치될 수 있다. 인쇄 회로 기판(112)은 하우징 내에 수직 방향으로 배치될 수 있다. 인쇄 회로 기판(112)은 접속부(105, 1060)과 통전되는 전도체를 포함할 수 있다. 다수의 전력 공급 부재(114A~114D) 및 회로 기판(112)은 고체 이미터의 구동을 제어하는 구동 제어 부재를 포함할 수 있다. 이러한 구동 제어 부재로는 안정기, 색상 제어기 및/또는 밝기 조절기가 제공될 수 있다. 회로 기판(112) 및/또는 전기 공급 부재(114A~114D)은 패드(180)와 전기적으로 연결될 수 있다. 패드(180)에는 고체 이미터(134)가 설치될 수 있다. 여기서, 패드(180)는 도 6에 도시된 히트 싱크(160)의 기저부(162)에 삽입된 연성 탭 부위(183)의 전기 트레이스 또는 전도체를 통해 회로 기판(112) 및/또는 전력 공급 부재(114A~114D)와 연결될 수 있다.
하우징(110)은 히트 싱크(160)에 부착될 수 있다. 하우징(110)은 제1 단부(110A)가 히트 싱크(160)의 기저부(162)에 인접하도록 배치된다. 하우징(110)은 나사체결, 접착, 기계식 체결 등을 비롯한 종래의 수단에 의해 히트 싱크(160)에 부착될 수 있다.
제2 반사체(124)는 히트 싱크(160)에 부착될 수 있다. 제2 반사체(1240)는 기저부(162)와 측벽부 또는 세그먼트(165A~165N)의 조합에 따른 컵 모양의 내부에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 컵 모양은 제1 굴곡부(166A~166N) 및 제2 굴곡부(167A~167N)에 따라 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 굴곡부(166A-166N) 및/또는 제2 굴곡부(167A-167N)는 제2 반사체(124)와 접촉하거나 또는 제2 반사체(124)를 지지할 수 있다.
렌즈(150)는 제2 반사체(124)에 의한 공동(cavity) 상에 배치될 수 있다. 렌즈(150)는 히트 싱크(160)의 제2 단부(152)를 덮는 탭(152)을 가질 수 있다. 탭(152)은 적어도 몇 개의 제3 굴곡부(168A~168N)와 접촉할 수 있다.
하나 또는 복수의 고체 이미터(134)는 제2 반사체(124)의 공동 내부에 배치될 수 있다. 하나 또는 복수의 고체 이미터(134)는 기저부(162) 중앙의 장착부(161)에 인접하도록 또는 그 위에 배치될 수 있다. 여기서, 고체 이미터(134)는 선택적으로 패드(180) 위에 장착될 수 있다.
제1 반사체(139)는 제2 반사체(124)의 공동 내부에 배치될 수 있다. 제1 반사체(139)는 적어도 하나의 튜브 부재 또는 지지 부재(135)에 의해 지지될 수 있다. 지지 부재(135)는 능동형 디퓨저(diffuser)로 구현될 수 있다. 능동형 디퓨저는 그 내부에 광 확산성 물질이 전체적으로 퍼져있을 수 있다. 또는 능동형 디퓨저는 그 내측면 및/또는 외측면에 광 확산성 물질이 도포되어 있을 수 있다.
제1 반사체(139)는 반사면, 투과면(136), 중앙의 지지 튜브 또는 가이드 튜브(137)를 포함한다. 지지 또는 가이드 튜브(137)에는 개구(138)가 형성된다. 제1 반사체(139) 및 제2 반사체(124) 각각은 바람직하게는 적당한 광 반사성 물질로 이루어진다. 광 반사성 물질은 연마된 금속, 미 금속 물질에 금속 코팅을 한 물질일 수 있다. 제1 반사체(139) 및 제2 반사체(124)는 바람직하게는 광을 이중 반사하는 형태로 제공될 수 있다. 광을 이중 반사하는 반사체에 관한 자세한 내용은 2009년 6월 4일 출원된 미국 특허 출원 제12/418,816호에 개시되어 있다. 본 발명은 상기 특허의 출원 명세서의 내용을 모두 포함한다.
제1 반사체(139)는 광 반사성 물질 및 광 확산성 물질을 포함할 수 있다. 광 반사성 물질은 선택적으로 광 굴절성(faceting) 물질을 포함한다. 제1 반사체(139)는 하나 또는 복수(바람직하게는 복수)의 고체 이미터(134)에 인접하게 배치된다. 이에 따라 제1 반사체(139)는 고체 이미터(134)에서 출력되는 광을 반사할 수 있다. 또 이는 고체 이미터(134)에서 출력된 광들을 제2 반사체(124)에 입사되기 전에 혼합하기 위함이다. 제1 반사체(139)는 대체로 테이퍼드 원뿔 형상을 가질 수 있다.
제2 반사체(124)는 출력 광선을 쏘아내거나 형성하도록 제공될 수 있다. 제2 반사체(124)는 광을 반사하거나 또는 확산시킬 수 있다. 반사에는 광의 굴절(faceted)이 포함된다. 제2 반사체(124)는 포물선 또는 각진 형상을 가질 수 있다.
고체 이미터(134)로부터 출력된 광은 튜브 부재(135)를 따라 투과면(136)을 통과하여 제1 반사체(139)로 이동한다. 또한, 튜브 부재(135)는 포스퍼와 같이 광의 파장을 변환시키는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 튜브 부재(135)의 내부에는 전체적으로 포스퍼 입자가 퍼져 있을 수 있다. 또는 튜브 부재(135)의 내측면 및/또는 외측면은 포스퍼 입자로 코팅될 수 있다. 이에 따라 튜브 부재(135)는 출력되는 광의 일부에 대하여 그 파장을 변환시킬 수 있다.
장착대(140)는 렌즈(150)으로부터 연장될 수 있다. 또 장착대(140)는 제1 반사체(135)를 지지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 반사체(139)는 고체 이미터(134)으로부터 출력되는 비반사 광이 장착대(140)로 가는 것을 완전히 차단한다. 다른 실시예에 의하면, 제1 반사체(139)의 중앙부에는 광 반사성 물질이 없고, 따라서 광은 제1 반사체(139)의 중앙부를 통과하여 장착대(140)로 전달되고, 장착대(140)에 형성된 출구(142)를 통해 렌즈의 중앙부(144)를 통해 출광될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 또는 복수의 센서(미도시)가 제공될 수 있다. 이러한 센서(미도시)는 제1 반사체(139), 장착대(140) 또는 제2 반사체(124)의 내부 또는 표면에 마련될 수 있다. 또는 센서(미도시)는 제2 반사체(124)의 공동 내에 마련될 수 있다. 센서(미도시)는 고체 이미터(134)가 출력하는 광을 수광할 수 있다. 센서는 이미터(134)에서 출력되는 광에 대하여 하나 또는 복수의 특성을 감지하는데 이용될 수 다. 예를 들어, 광의 특성은 강도이나 강도 등일 수 있다. 센서는 복수일 수 있다. 복수의 센서 중 적어도 하나는 광 센서일 수 있다. 전력 공급 부재(114A~114D) 중 적어도 하나는 센서의 출력 신호에 따라 동작할 수 있다. 적어도 하나의 온도 센서(미도시)가 이미터(134), 히트 싱크(160) 또는 패드(180) 등의 다른 구성요소에 인접하게 제공되고, 온도 과열 여부를 감지할 수 있다. 온도 센서의 출력 신호는 이미터(134)로의 공급 전류를 제한하거나 고체 조명 장치(100)의 동작을 종료하거나 알람이나 다른 경고를 작동시키는데 이용될 수 있다.
하나 또는 복수(바람직하게는 복수)의 고체 이미터(134)는 제1 반사체(139)의 하부에 설치된다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 고체 이미터(134)는 복수의 이미터를 포함할 수 있다. 복수의 이미터는 발광 다이오드 및/또는 레이저일 수 있다. 하나 또는 복수의 고체 이미터(134)는 리드프레임 기반 패키지에 배치되거나 구현될 수 있다. 본 발명과 동일인에 의해 출원된 미국 특허 출원: 제12/479,318호("고체 조명 장치”) 및 미국 특허 가출원 제12/769,354호(“조명 장치”)는 리드프레임 기반 패키지의 일 예에 대하여 개시하고 있다. 본 발명은 상기 특허의 출원 명세서의 내용을 모두 포함한다.
바람직하게는 고체 이미터 패키지는 일반적인 리드프레임을 포함하고, 선택적으로 이미터가 설치되는 일반적인 서브마운트를 포함할 수 있다. 서브마운트는 리드프레임 상에 배치될 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 전도체가 이러한 패키지에서 이미터가 없는 면에는 형성될 수 있다. 리드프레임 기반 패키지는 이미터로부터 외부로 열을 전도하기 위해 마련된 집적 온도 패드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 직접 온도 패드는 히트 스프레더일 수 있다. 하나 또는 복수의 이미터는 백색광 또는 백색으로 인식되는 광을 출력하도록 마련될 수 있다. 다양한 색상의 이미터가 제공될 수 있다. 여기서, 다양한 색상의 이미터는 복수의 이미터 또는 이미터와 형광물질의 조합으로 제공될 수 있다. 선택적으로 다양한 색상의 이미터와 하나 또는 복수의 백색 이미터가 함께 제공될 수 있다.
복수의 이미터 중 적어도 두 개의 이미터는 주 파장이 서로 다른 광을 출력할 수 있다. 이미터가 복수인 경우에는 이미터는 일괄적으로 동작할 수 있다. 또는 복수의 이미터는 각각 서로 다른 제어 도전 통로를 가져 개별적으로 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 조명 장치가 출력하는 광의 색상을 조정하기 위해 서로 개별적으로 제어 가능한 복수의 고체 이미터가 제공된다. 봉합제는 고체 이미터를 포함하는 패키지의 내부 또는 표면에 마련될 수 있다. 봉합제는 선택적으로 적어도 하나의 형광 물질 및/또는 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광 물질은 포스퍼, 신틸레이터, 형광 잉크 등 일 수 있다.
고체 발광 장치(100)는 전류가 접속부(105, 106)를 통해 수직 방향으로 배치된 인쇄 회로(112) 및 전력 공급 부재(114A~114D)에 인가됨에 따라 동작할 수 있다. 전류는 패드(180)에 제공되는 트레이스(181) 등와 같은 전도성 트레이스, 전선 및/또는 다른 전도체에 의해 고체 이미터(134)로 공급될 수 있다. 이미터의 광은 지지 튜브 또는 가이드 튜브(137)를 거쳐 제1 반사체(139)로 입사되도록 이동한다. 제1 반사체(139)는 고체 이미터(134)로부터 출력된 광을 제2 반사체(124)로 반사한다. 적어도 일부가 히트 싱크(160)의 공동 내에 수용되는 제2 반사체(1240)는 광이 렌즈(150)을 통해 조명 장치(100)로부터 출광되도록 광을 반사한다. 이미터(134)에서 발생하는 열은 측면 방향으로 장착부(161)로부터 기저부(162)를 거쳐 측벽부 또는 세그먼트(165A~165N)로 전도된다. 이에 따라 히트 싱크(160)는 이미터(134)와 열 교환을 한다. 이때, 열은 선택적으로 도 6에 도시된 패드(180)와 같이 고체 이미터(134)와 히트 싱크(160) 사이에 개재되는 부재와 이러한 부재에 붙은 열 전도성 페이스트를 통해 전도될 수 있다. 이미터(134)와 히트 싱크(160) 사이에는 서브마운트, 리드프레임 및/또는 히트 스프레더(미도시)가 더 개재될 수 있다.
히트 싱크(160)에 전달된 열은 조명 장치 가까이의 주위 환경(예를 들어, 주위 환경의 대기 중)으로 방산될 수 있다. 열은 전도, 대류, 복사와 같은 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 선택적으로 대류에 의한 냉각을 촉진시키기 위하여 히트 싱크(160)의 어느 일부에 공기 또는 다른 냉각 유체가 흐르도록 할 수 있다. 이러한 유체의 흐름은 히트 싱크를 냉각시키기 위해 히트 싱크와 열 교환하는 냉각 장치(예를 들어, 환풍기, 펌프 등)에 의해 생성될 수 있다. 선택적으로 고체 조명 장치(100)의 온도 센서 또는 다른 센서는 이러한 냉각 장치의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 히트 싱크는 상술한 히트 싱크(160)와 다른 형상과 형태로 제공될 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 히트 싱크(260)는 반사체를 내포하는 고체 조명 장치에 이용될 수 있다. 히트 싱크(260)은 제1 단부(251), 제2 단부(252) 및 다수의 측벽부 또는 세그먼트(265A~265N)를 포함한다. 세그먼트(265A~265N)은 기저부(262)로부터 방사형으로 외측 방향으로 연장된다. 측벽부 또는 세그먼트(265A~265N)는 기저부(262) 및 장착 패드(261)에 대해 소용돌이(swirled)"형태로 마련될 수 있다. 각각의 측벽부 또는 세그먼트(265A~265N)는 다수의 굴곡을 가진다. 제1 굴곡부(266A~266N) 및 제2 굴곡부(267A~267N)는 각각의 측벽부 또는 세그먼트(265A~265N)의 내측벽을 형성한다. 기저부(262), 제1 굴곡부(266A~266N) 및 제2 굴곡부(267A~267N)는 컵 모양을 형성한다. 이러한 컵 모양의 내측벽에는 반사체의 적어도 일부 또는 전부가 수용될 수 있다.
제3 꼭지단부(268A~268N)는 제2 굴곡부(267A~267N)의 단부에서 휘어져서 형성된다. 여기서, 제2 굴곡부(267A~267N)의 휘어진 단부는 제1 굴곡부(266A~266N)의 반대쪽 단부이다. 제3 꼭지단부(268A~268N)는 히트 싱크(260)의 제1 단부(251)에 대응된다. 제4 굴곡부(269A~269N)는 제3 꼭지단부(268A~268N)에서 측면벽 또는 세그먼트(265A~265N)가 각각 뒤로 휘어져 형성된다. 제4 굴곡부(269A~269N)에는 통공(273A~273N)이 형성된다. 제5 굴곡부(270A~270N)는 제4 굴곡부(269A~269N)로부터 연장된다. 제6 굴곡부(271A~271N)는 제5 굴곡부(270A~270N)로부터 연장된다. 제4 굴곡부(269A~269N), 제5 굴곡부(270A~270N) 및 제6 굴곡부(271A~271N)는 외측벽을 형성한다. 외측벽은 제1 굴곡부(266A~266N) 및 제2 굴곡부(267A~267N)로 이루어진 내측벽을 둘러싼다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크(360)에 관한 것이다. 히트 싱크(360)는 반사체를 내포하는 고체 조명 장치에 이용될 수 있다. 히트 싱크(360)는 제1 단부(351), 제2 단부(352) 및 기저부(362)를 포함한다. 기저부(362)는 이미터 장착부(362)를 가진다. 이미터 장착부(362)는 제2 단부(352)에 인접하게 배치된다. 히트 싱크(360)는 상호 연결된 복수의 측벽부(365A~365N)로 구성되는 측벽을 포함한다. 측벽부(365A~365N) 각각은 내측으로 돌출된 내벽부(366A~366N) 및 외측으로 돌출된 외벽부(367A~367N)을 가진다. 내벽부(366A~366N)는 외벽부(367A~367B)에 비해 높게 제공된다. 외벽부(367A~367N)는 내벽부(366A~366N)의 사이에 배치된다. 기저부(362)와 측벽부(365A~365N, 366A~366N)는 공동을 형성한다. 공동에는 고체 조명 장치의 반사체의 적어도 일부가 수용될 수 있다. 히트 싱크(360)는, 금속 시트를 스탬핑하여 블랭크를 만든 후 블랭크에 내측으로 돌출된 내벽부(366A~366N)와 외측으로 돌출된 외벽부(367A~367N)을 형성하여 만들어 질 수 있다. 히트 싱크(360)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히트 싱크(160)에 비해 그 열 전달 용량이 더 낮다. 이는 표면적의 감소와 대기 순환을 위한 틈새가 없기 때문이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트 싱크(460)에 관한 것이다. 히트 싱크(460)는 반사체를 내포하는 고체 조명 장치에 이용될 수 있다. 히트 싱크(460)는 실질적으로 평평한 기저부(462), 원뿔 형상의 측벽부(468A~468N) 및 돌출된 측벽부 또는 세그먼트(465A~465N)를 포함한다. 원뿔 형상의 측벽부와 돌출된 측벽부 또는 세그먼트(465A~465N)는 서로 교대로 제공된다. 돌출된 측벽부 또는 세그먼트(465A~465N) 각각은 내면(466A~466N)과 옆면(467A~467N)을 가진다. 바람직하게는 돌출된 측벽부 또는 세그먼트(465A~465N) 각각은 외측에서 볼 때 내부로 파인 형태를 가진다. 이에 따라 히트 싱크(460)의 표면적이 증가될 수 있다. 기저부(462)와 측벽부(465A~465N, 468A~468N)는 공동을 형성한다. 공동에는 고체 조명 장치의 반사체의 적어도 일부가 수용될 수 있다. 히트 싱크(460)와 유사한 히트 싱크를 제조하는 일 방법으로는, 메탈 시트를 스탬핑하여 블랭크를 만든 후 블랭크에 측벽부(465A~465N, 468A~468N)를 형성하는 것이다. 측벽부의 높이 또는 깊이는 히트 싱크(460)에 비해 축소될 수 있다. 여기서, 높이 또는 깊이는 옆면(467A~467N)에 관한 것일 수 있다. 측벽부의 높이 또는 깊이가 축소되면 스탬핑 및 성형을 통해 히트 싱크를 제조하기가 보다 용이해질 수 있다. 히트 싱크(460)와 유사한 형태의 히트 싱크는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히트 싱크(160)에 비해 그 열 전달 용량이 더 낮을 수 있다. 이는 표면적의 감소와 대기 순환을 위한 틈새가 없기 때문이다.
또 다른 실시예에 따르면, 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크는 적어도 하나의 집적 도전 트레이스(integral electrically conductive trace)를 포함할 수 있다. 집적 도전 트레이스는 히트 싱크에 부착될 수 있다. 도 14를 참조하면, 히트 싱크(559)는 기저부(563) 및 복수의 세그먼트(565A~565N)를 포함할 수 있다. 세그먼트(565A~565N)는 직경 방향에 따라 기저부(563)로부터 외측 방향으로 연장된다. 각각의 세그먼트(565A~565N)에는 통공(573A~573N)이 형성된다. 도 14는 히트 싱크(559)를 평판으로 도시하고 이러한 상태에서 사용되고 있는 것으로 도시하고 있지만, 바람직하게는 히트 싱크(559)는 일 회 또는 복수 회의 굽힙(bending) 공정 및/또는 순차 이송 타발 성형(progressive die shaping) 공정을 거침에 따라 세그먼트(565A~565N) 및/또는 기저부(563)이 원하는 형상으로 휘어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 세그먼트(565A~565N) 및 기저부(563)는 컵 모양을 형성한다. 이러한 컵 모양에는 하나 또는 복수의 고체 이미터로부터 출력돠는 광을 반사하는 반사체(미도시)가 수용될 수 있다.
히트 싱크(559)는 유전층(580) 및 도전 트레이스(581A~581N, 582, 583)를 포함할 수 있다. 유전층(580)은 전기 절연성일 수 있다. 유전층(580)는 금속 시트 또는 이와 유사한 열 전도성 물질로 구성된 다른 시트의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 도전 트레이스(581A~581N, 582, 583)는 유전층(580)에 부착될 수 있다. 유전층(580)은 도전 트레이스들(581A~581N, 582, 583)과 히트 싱크(559)에 형성된 금속 시트 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 도전 트레이스(581A~581N, 582, 583)는 하나 또는 복수의 전기 동작 부재에 도전 통로를 제공할 수 있다. 전기 동작 부재는 하나 또는 복수의 고체 이미터, 센서 및/또는 고체 이미터 구동 제어 부재일 수 있다. 예를 들어, 고체 이미터 구동 제어 부재로는 안정기, 색상 제어기 및/또는 밝기 조절기가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 고체 이미터는 히트 싱크(559)와 열 교환을 하고, 적어도 하나의 도전 트레이스(581A~581N, 582, 583)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 열 교환은 기저부(562)를 통해 이루어질 수 있다. 기저부(562)는 고체 이미터에서 발생한 열을 받아 이를 세그먼트(565A~565N)로 전도하도록 마련될 수 있다. 전기 동작 부재와 도전 트레이스 사이에는 전기 접속부가 배치된다. 전기 접속부는 직접 납땜(direct soldering), 와이어본딩 등을 비롯한 적절한 방법으로 만들어 질 수 있다. 선택적으로, 유전층 및/또는 기저부(562)에는 하나 또는 복수의 바이어스(예를 들어, 표면을 가로지르는 도전 통로)가 형성될 수 있다. 이러한 바이어스에 의해 기저부(562)의 반대면에 제공되거나 기저부(562)의 아래측에 배치되는 각종 부재 및/또는 전도체에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 유전층(580)은 열 전도성 시트의 적어도 일부에 또는 그 위에 부착될 수 있다. 제1 유전층(580)은 기저부(562)에 부착될 수 있다. 또 적어도 하나의 도전 트레이스로 된 제2 층은 유전층(580) 위에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도전 트레이스는 구리 또는 그 외의 적당한 전기 전도성 물질일 수 있다. 이러한 제1 유전층과 적어도 하나의 도전 트레이스로 된 제2 층이 따라 복합 시트가 형성될 수 있다. 유전층(562) 및/또는 도전 트레이스(581A~581N, 582, 583)는 인쇄 공정(printing), 스퍼터링 공정, 분사 코팅 공정(spray coating), 도금 공정(plating), 사진법(photolithographic)에 따른 패터닝/증착/에칭 공정 등을 비롯한 적절한 방법에 따라 부착될 수 있다. 복합 시트에는 스탬핑 공정 및/또는 하나 또는 복수의 성형 공정(예를 들어, 순차 이송 타발 성형, 굽힙 공정 등)이 수행될 수 있다. 이에 따라 집적 전기 트레이스를 가지는 히트 싱크(559)가 형성될 수 있다. 히트 싱크(559)는 실질적으로 평판이거나 또는 하나 이상의 굴곡이나 소정의 모양을 가진 부위를 가질 수 있다. 평판 금속 시트에 유전성 물질 및 도전 트레이스를 패터닝하고 이에 따라 얻어진 복합 시트에 스탬핑 공정 및 성형 공정을 하는 방식을 이용하면, 하나 또는 복수의 성형 공정을 먼저 수행하여 비평판(non-planar) 히트 싱크를 얻은 뒤 이에 유전층 및 전도층을 패터닝하는 것보다 용이하게, 집적 트레이스를 가지는 비평판(non-planar) 히트 싱크를 제조할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 소정의 도전 트레이스(582, 583)는 연장부(582A, 583A)를 포함한다. 연장부(582A, 583A)는 세그먼트(565A, 565N)을 따라 바깥 방향으로 연장된다. 복합시트가 하나 또는 복수의 성형 단계를 거쳐 세그먼트(565A~565N)에 굴곡이 생기면, 이에 따라 측벽부가 기저부를 이루는 평면과 평행하지 않은 방향으로 연장되고, 도전 트레이스(582, 583)의 연장부(582A, 583A)는 측벽부를 따라 연장된다. 이러한 도전 트레이스(582, 583)의 연장부(582A, 583A)는 예를 들어, 기저부(562)로부터 먼 쪽에 위치하는 각종 부재를 전기적 연결을 제공하는데 유용할 수 있다. 여기서, 각종 부재에는 고체 조명 장치의 렌즈에 배치되거나 또는 렌즈에 인접하도록 배치되는 하나 또는 복수의 센서 및/또는 보조 고체 이미터가 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속시트는 금속 시트의 양면에 또는 양면 상에 부착되는 도전 트레이스를 포함할 수 있다. 또 금속시트는 양측에 부착되는 도전 트레이스의 사이에 개재되는 유전층을 선택적으로 포함할 수 있다. 이에 따라 고체 조명 장치에 적절히 배치되는 전기적으로 동작하는 부재들에 전기적 연결을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 히트 싱크의 제조에 이용되는 금속 또는 이외의 전기 전도성 물질로 된 시트는 전기 능동형일 수 있다. 따라서, 금속 시트는 전기적으로 동작하는 부재들에 전기적으로 연결되는 하나 또는 복수의 전기 접속부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 고체 이미터와 스탬핑된 기구 사이즈의 히트 싱크 간의 열 교환은 하나 또는 복수의 능동형 또는 수동형 매개체 또는 매개장치에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 매개체 또는 매개장치는 히트 파이프, 열전 냉각기, 히트 스프레더 및 칩 사이즈 히트 싱크일 수 있다.
두께를 포함하여 크기, 형상 및 형태는 본 발명의 범위 내에서 도시된 것으로부터 변형될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하나 또는 복수의 시트를 스탬핑하여 블랭크를 형성하고, 이를 굽힘공정 등을 통해 원하는 모양으로 성형함에 따라 동심원 형태를 가지는 적어도 세 개의 측벽부를 가지도록 할 수 있다. 여기서, 시트로는 그 부위에 따라 크기 및 치수가 다른 시트가 이용될 수 있다. 또 바람직하게는 측벽부는 대기 순환을 위한 통공을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 적어도 하나의 상술한 고체 조명 장치(100)를 가지는 전등(lamp)를 포함한다. 다른 실시예는 적어도 하나의 상술한 고체 조명 장치(100)를 가지는 조명 기구(light fixture)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 조명 기구는 복수의 고체 조명 장치를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 조명 기구는 천장, 벽 또는 그 외의 표면에 함입되어 설치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 조명 기구는 슬라이드 방식의 트랙 결합(track mounting) 방식으로 설치될 수 있다. 고체 조명 장치는 구조물이나 차량과 같은 운송 수단에 영구적으로 장착될 수 있다. 또 고체 조명 장치는 손전등과 같은 휴대기기로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 폐지역(인클로져, enclosure)는 폐공간과 적어도 하나의 상술한 고체 조명 장치(100) 또는 조명 기구를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 조명 장치(100)는 전선으로부터 전류를 공급받아 폐공간의 적어도 일부를 조명할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 건축물은 표면 또는 물체 및 적어도 하나의 상술한 고체 조명 장치를 포함할 수 있다. 고체 조명 장치는 전선으로부터 전류를 공급받아 표면 또는 물체의 적어도 일부를 조명할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상술한 고체 조명 장치는 특정 지역을 조명하는데 이용될 수 있다. 특정 지역은 수영장, 방, 창고, 계기판, 도로, 운송 수단, 표지판, 광고판, 선박, 장난감, 가정용 기기, 공업용 기기, 보트, 비행기, 경기장, 나무, 창, 마당, 가로등 기둥 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬핑된 히트 싱크의 효과를 제시한다. 도 6의 설계에 따라 0.080 인치의 6063 알루미늄 합금을 이용하여 히트 싱크를 제조하였다. 히트 싱크의 직경은 약 4 인치(10.1 센티미터)이고, 높이는 2 인치(5 센티미터)보다 다소 크다. 히트 싱크의 기저부 상에 패드를 부착하고, 패드의 전기 트레이스에 11 타입 “XP” 발광 다이오드들(크리사, 노스캘리포니아 더럼)을 납땜하였다. 발광 다이오드들을 직렬로 연결하였다. 히트 싱크 및 발광 다이오드를 박스 내에 위치시켜 강제 대류를 배제하였다. 하나의 열전대를 히트 싱크에 장착하였다. 열전대는 히트 싱크 기저부의 배면에 부착된다. 부착 위치는 발광 다이오드가 설치된 지점의 바로 뒤이다. 또, 다른 하나의 열전대를 히트 싱크의 굴곡진 세그먼트 중 하나에 부착하였다. 발광 다이오드에는 약 10 와트의 직률 전류를 입력하였다. 이미터에서 전압 강하가 측정되었고, 발광 다이오드의 정션 온도는 정상 상태를 이루며 70.7 ℃인 것으로 산출되었다. 여기서, 정션 온도는 정방향 전압 강하와 크리 타입 XP 발광 다이오드 이미터의 이전 온도 특성의 관계로부터 산출된 것이다. 열전대로 측정된 값에 따르면, 발광 다이오드 뒤의 기저부의 온도는 63 ℃에서 정상 상태를 이루고, 세그먼트의 온도는 약 53 ℃에서 정상 상태를 이룬다. 발광 다이오드의 정션 온도와 측정된 기저부의 온도가 차이나는 이유의 적어도 일부는 고체 이미터(발광 다이오드)와 기저부의 열 저항에 기인하는 것으로 예상된다. 상기의 테스트는 기류가 없는 주변 대기 환경 하에서 스탬핑된 기구 사이즈의 히트 싱크가, 발광 다이오드의 동작 수명이 충분히 보장되도록 그 정션 온도를 목표 한계치인 85 ℃ 보다 충분히 낮은 상태로 유지하면서 상당한 양의 열 부하(예를 들어, 10 와트)를 방산하는 효과를 보여준다. 안정기 내장형 발광 다이오드 전등에 12 와트 직류를 입력하는 때에 발광 다이오드에 약 10 와트 직류가 인가될 수 있다.
상술한 고체 조명 장치는 고체 조명 장치(예를 들어, LED 전구)의 베이스에 인접한 부위에서 광 차단율이 감소하는 효과를 제공할 수 있다. 또 고체 조명 장치는 고체 조명 장치(예를 들어, LED 전구)로부터 측면으로 방사되는 광의 차단율이 감소하는 효과를 제공할 수 있다. 또 고체 조명 장치는 고체 조명 장치(예를 들어, LED 전구)의 베이스에 인접한 지역에 그림자가 생기는 것을 줄이거나 또는 그림자의 경계 영역을 흐릿하게 하는 효과를 제공한다.
이상에서 설명한 구성요소 및 양상들은 하나 또는 복수의 다른 구성요소 및 양상들과 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서는 본 발명의 측면, 양상 및 실시예들을 참조하여 본 발명에 관하여 설명하였으나, 이로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상술한 것 이외에 본 명세서로부터 본 발명에 속하는 기술 분야에 통상을 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형예, 수정예 및 변경예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 개시된 양상은 별도의 언급이 없는 이상 본 명세서에서 개시된 다른 양상과 조합될 수 있다. 따라서, 이하의 특허청구범위의 발명의 범위는, 그 기술적 사상 내의 본 발명의 모든 변형예, 수정예 및 변경예를 전부 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다.
100: 고체 조명 장치
110: 하우징
124: 제2 반사체
139: 제1 반사체
150: 렌즈
160: 히트 싱크
162: 기저부
165: 측벽부
180: 패드

Claims (33)

  1. 동작 전류 및 동작 전압을 인가받고, 정상 상태 열 부하를 발생시키는 고체 이미터; 및
    열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크;를 포함하되,
    상기 히트 싱크는, 고체 이미터와 열 교환을 하도록 설치되고, 상기 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 실질적으로 전부 방산하는
    고체 조명 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 정상 상태 열 부하는 약 4 와트 이상인
    고체 조명 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 정상 상태 열 부하는 약 10 와트 이상인
    고체 조명 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 상기 고체 이미터의 정전 온도를 약 95 ℃ 이하로 유지하면서 약 35 ℃의 주변 대기 환경으로 약 2 와트 이상의 열을 방산하는
    고체 조명 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 각각은 복수의 굴곡을 가지는
    고체 조명 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기저부 및 상기 복수의 세그먼트는, 상기 적어도 하나의 고체 이미터가 출력하는 광을 반사하는 반사체를 수용하는 컵 모양을 형성하는
    고체 조명 장치.
  7. 제1 항의 고체 조명 장치를 포함하는
    조명 기구.
  8. 적어도 하나의 고체 이미터; 및
    상기 적어도 하나의 고체 이미터와 열 교환을 하는 스탬핑된 히트 싱크;를 포함하되,
    상기 히트 싱크는, 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 적어도 하나의 측벽부를 가지고,
    상기 적어도 하나의 측벽부는 상기 기저부를 이루는 평면에 대하여 비평행한 방향으로 연장되는
    고체 조명 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고체 이미터는, 동작 전류 및 동작 전압을 인가받고, 정상 상태 열 부하를 발생시키고,
    상기 히트 싱크는, 상기 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 실질적으로 전부 방산하는
    고체 조명 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고체 이미터로부터 출력된 광을 반사하도록 마련되는 반사체;를 더 포함하고,
    상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 측벽부는, 상기 반사체의 적어도 일부를 수용하는 컵 모양을 형성하는
    고체 조명 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 반사체에는, 반사체 공동(cavity)가 형성되고,
    상기 적어도 하나의 이미터는, 실질적으로 상기 반사체 공동 내에 배치되는
    고체 조명 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측벽부는 서로 이격된 복수의 측벽부를 포함하는
    고체 조명 장치.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측벽부는 복수의 굴곡을 포함하는
    고체 조명 장치.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 측벽부 각각은, 그 두께가 실질적으로 일정한
    고체 조명 장치.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 기저부에는, 상기 적어도 하나의 고체 이미터에 연결되는 적어도 하나의 전기 전도체가 수용되도록 마련된 적어도 하나의 관통홀이 형성되는
    고체 조명 장치.
  16. 제8 항의 고체 조명 장치를 포함하는 조명 기구.
  17. 적어도 하나의 칩 사이즈 고체 이미터;
    열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되고, 상기 적어도 하나의 칩 사이즈 고체 이미터와 열 교환을 하는 기구 사이즈 히트 싱크;를 포함하는
    고체 조명 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 칩 사이즈 고체 이미터와 상기 기구 사이즈 히트 싱크의 사이에 배치되는 칩 사이즈 히트 싱크 또는 히트 스프레더;를 더 포함하는
    고체 조명 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 각각은, 상기 기저부를 이루는 평면에 대하여 비평행한 방향으로 연장되는
    고체 조명 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 각각은 복수의 굴곡을 가지는
    고체 조명 장치.
  21. 고체 이미터;
    나사 형태의 밑동, 전기 플러그 커넥터 및 적어도 하나의 터미널 중 적어도 하나를 포함하되, 상기 적어도 하나의 터미널은 전기 전도체 또는 전류 공급원을 집적하여 마련되는, 전기 접속 부재; 및
    열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크;를 포함하되,
    상기 히트 싱크는, 그 너비가 상기 고체 이미터의 너비의 약 10 배 이상인 것, 고체 조명 장치의 너비의 약 1/2 배 이상인 것 및 표면 사출 물질(molded encasing material)에 감싸여진 부분이 없는 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는
    고체 조명 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 그 너비가 상기 고체 이미터의 너비 약 10 배 이상인
    고체 조명 장치.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 그 너비가 상기 고체 조명 장치의 너비의 약 1/2 이상인
    고체 조명 장치.
  24. 제21 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 상기 고체 이미터를 포함하는 이미터 패키지에 관한 표면 사출 물질(molded encasing material)에 감싸여진 부분이 없는
    고체 조명 장치.
  25. 유전성 물질의 제1 층을 실질적으로 평판인 금속 시트의 적어도 일부에 부착하고, 적어도 하나의 도전 트레이스를 가지는 제2 층을 상기 제1 층에 부착하여 복합 시트를 형성하는 단계; 및
    적어도 하나의 고체 이미터로부터 열을 받는 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트를 포함하는 히트 싱크를 형성하기 위하여, 상기 복합 시트에 스탬핑 공정 및 순차 이송 타발 성형 공정 중 적어도 하나를 수행하는 단계;를 포함하는
    히트 싱크 제조 방법.
  26. 적어도 하나의 고체 이미터;
    열 전도성 재질의 시트로부터 스탬핑하여 기저부 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되고 제각각이 적어도 하나의 굴곡을 가지는 복수의 세그먼트가 형성되는 히트 싱크; 및
    상기 고체 이미터로부터 출력되는 광을 수광하고, 상기 복수의 세그먼트 중 일부에 의해 지지되는 반사체 및 렌즈 중 적어도 하나;를 포함하는
    고체 조명 장치.
  27. 적어도 하나의 고체 이미터를 포함하는 고체 조명 장치에 이용되는 스탬핑된 히트 싱크에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 기저부; 및 상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 복수의 세그먼트;를 포함하되,
    상기 고체 이미터는, 동작 전류 및 동작 전압을 인가받고, 정상 상태 열 부하를 발생시키고,
    상기 히트 싱크는, 상기 정상 상태 열 부하를 주변 대기 환경으로 실질적으로 전부 방산하는
    히트 싱크.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 각각에서 적어도 그 일부는 상기 기저부가 이루는 평면에 대하여 비평행한 방향으로 연장되는
    히트 싱크.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 및 기저부는, 상기 적어도 하나의 고체 이미터로부터 출력되는 광을 반사하는 반사체를 수용하는 컵 모양을 형성하는
    히트 싱크.
  30. 고체 조명 장치에 이용되는 히트 싱크에 있어서,
    적어도 하나의 고체 이미터로부터 열을 전달받는 기저부;
    상기 기저부로부터 외측 방향으로 연장되는 적어도 하나의 세그먼트;
    상기 기저부에 부착되는 유전성 물질; 및
    상기 유전성 물질에 부착되는 적어도 하나의 도전 트레이스;를 포함하되,
    상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 세그먼트는, 스탬핑 공정 및 순차 이송 타발 성형 공정 중 적어도 하나에 의해 금속 시트로부터 형성되는
    히트 싱크.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 세그먼트는, 복수의 세그먼트를 포함하고,
    상기 복수의 세그먼트 각각은 적어도 하나의 굴곡을 가지는
    히트 싱크.
  32. 제30 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 세그먼트는, 복수의 세그먼트를 포함하고,
    상기 중앙의 기저부 및 상기 복수의 세그먼트는 컵 모양을 형성하는
    히트 싱크.
  33. 제30 항의 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크와 열 교한을 하고, 상기 적어도 하나의 고체 이미터는 상기 적어도 하나의 도전 트레이스와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 고체 이미터;를 포함하는
    조명 장치.
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