WO2015012443A1 - 광 반도체 조명장치 - Google Patents

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WO2015012443A1
WO2015012443A1 PCT/KR2013/010722 KR2013010722W WO2015012443A1 WO 2015012443 A1 WO2015012443 A1 WO 2015012443A1 KR 2013010722 W KR2013010722 W KR 2013010722W WO 2015012443 A1 WO2015012443 A1 WO 2015012443A1
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substrate
optical
edge
semiconductor
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유민욱
김진종
김정화
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주식회사 포스코엘이디
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
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    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes

Definitions

  • the present invention relates to an optical semiconductor lighting device, and more particularly, it is possible to realize the compactness of the entire device while protecting circuit components and semiconductor optical devices in consideration of the breakdown voltage, and to utilize a plurality of semiconductor optical devices using a limited space and area.
  • the present invention relates to an optical semiconductor lighting apparatus that can be treated as a single light source to cope with a single lens, as well as to achieve uniform and smooth heat dissipation.
  • Optical semiconductors using light sources such as LEDs, organic light emitting diodes, laser diodes, organic light emitting diodes, etc. have a long lifespan, excellent durability, and much higher luminance than incandescent and fluorescent lamps. It is one of the most popular parts for lighting.
  • the above-described optical semiconductor-based lighting device combines a housing having a heat sink in a socket base having the same shape as a halogen lamp or incandescent light, and arrays the optical semiconductor as a light source in the housing and surrounds the optical semiconductor in the housing.
  • the structure which mounted the member is also marketed.
  • Such a lighting device has a problem of withstanding voltage due to the characteristic of a heat sink made of aluminum or an aluminum alloy when an optical semiconductor is arrayed on a substrate when manufactured with a small bulb type lighting device called a candle light. Should be considered
  • the small light bulb type lighting device is not only difficult to design and arrange the optical semiconductor on a narrow substrate area, but also suffers from a problem that heat dissipation performance cannot be smoothly exhibited due to such structural characteristics.
  • such a small bulb type lighting device is difficult to efficiently arrange the optical semiconductors on a narrow and limited substrate when the optical semiconductors are arranged on the substrate, and also due to this structural characteristic, the heat dissipation performance may not be smoothly exhibited. Faced.
  • the present invention has been invented to improve the above problems, and to provide an optical semiconductor lighting device that can be compactly implemented while protecting circuit components and semiconductor optical devices in consideration of the breakdown voltage.
  • the present invention is to provide an optical semiconductor lighting device that allows heat dissipation to be uniform and smooth.
  • the present invention is to provide an optical semiconductor lighting apparatus that can treat a plurality of semiconductor optical elements as a single light source by using a limited space and area to correspond to a single lens.
  • the substrate A driving IC disposed in the center of the substrate; A plurality of semiconductor optical elements arranged in a lattice shape on the substrate in one or more rows and columns adjacent to the driving IC with respect to the driving IC; A heat sink that is a non-insulator on which the substrate is disposed; And a housing which accommodates the heat sink and protects the driving IC and the plurality of semiconductor optical devices from a withstanding voltage.
  • the optical semiconductor lighting device is a first optical member disposed on the upper surface of the substrate, coupled to the upper side of the housing for receiving the heat sink, the lower edge is an insulator for fixing the edge of the first optical member It further comprises a second optical member.
  • the first optical member is an insulator for insulating the substrate from the heat sink.
  • the first optical member is characterized in that for forming a vent hole penetrating up and down corresponding to the central portion of the substrate.
  • the first optical member may include a main body forming a vent hole penetrating up and down corresponding to a central portion of the substrate, and an insulating flange extending from an edge of a lower end of the main body to contact an upper edge of the substrate. It is done.
  • the socket base is coupled to the lower end of the housing.
  • the heat sink may be formed at an end of the seating groove, the cone of a metal material having a narrower and narrower opening toward the lower side, a seating groove through which wiring connected from the substrate is recessed on an upper surface of the cone, and formed at an end of the seating groove. It characterized in that it comprises a connecting through hole in communication with the interior.
  • the heat sink may further include a cone of a metal material having a narrower width toward the lower side and an opening of a lower surface thereof, and a mounting groove through which a wiring connected to the substrate substrate is recessed on an upper surface of the cone. And spaced apart from the top edge of the cone.
  • the housing may have an upper surface open to form an inner space for accommodating a heat sink in which the substrate is disposed, and a cone portion of a resin material gradually narrowing toward a lower side thereof, and extending from a lower portion of the cone portion to extend the socket. It characterized in that it comprises a connection to which the base is coupled.
  • the housing may further include a stepped portion formed at an upper edge of the cone portion to arrange an upper edge of the heat sink.
  • the heat sink is characterized in that it further comprises a sleeve which is formed stepped on the upper edge of the cone which is gradually narrowed toward the lower side is disposed on the second stepped portion.
  • the present invention a housing for receiving a heat sink; A substrate disposed on the heat sink; A semiconductor IC device disposed in the center of the substrate, the semiconductor optical device being disposed adjacent to the driver IC with respect to the driver IC; A first optical member facing the plurality of semiconductor optical devices, transmitting or reflecting light emitted from the semiconductor optical devices, and forming a vent hole vertically penetrating corresponding to the driving IC; And a second optical member coupled to an upper side of the housing to form light distribution by refracting light transmitted or reflected from the first optical member. It will be possible to provide an optical semiconductor lighting device comprising a.
  • the first optical member may include a main body in which the vent hole is formed, and an insulating flange extending from an edge of a lower end of the main body to contact an upper edge of the substrate, and the light emitted from the plurality of semiconductor optical devices may be Gathered at the edge of the vent hole is characterized in that it is transmitted or reflected through the side and top of the body.
  • the first optical member is characterized in that the vent hole is formed, characterized in that it comprises a truncated conical body gradually narrowed toward the upper side.
  • the vent hole penetrates up and down in the central portion of the main body of the first optical member disposed above the substrate, and has an inverted truncated bent portion that gradually widens from the bottom of the main body toward the upper side, and the vent It characterized in that it comprises a funnel-shaped reflector which is gradually widened from the upper end of the portion to the upper edge of the main body.
  • the first optical member may include a main body on which the vent hole is formed, and a light converging portion formed on a bottom surface of the main body and disposed at an edge of the vent hole to correspond to the plurality of semiconductor optical devices. .
  • the light converging portion protrudes in a ring shape convexly toward the plurality of semiconductor optical elements.
  • the second optical member has a semi-elliptic shape in which the cross section is cut in the short axis direction with respect to the major axis, and the flesh thickness of the lower edge of the second optical member is thicker than the flesh thickness of the upper end of the second optical member. It is done.
  • the optical semiconductor lighting apparatus may further include a ring step formed along the lower edge of the second optical member and fixing the upper edge of the housing while fixing the lower edge of the first optical member. It features.
  • the heat sink further includes a mounting groove disposed on the substrate, and a lower edge of the second optical member covers an edge of the mounting groove, and an upper edge of the substrate is the first optical member.
  • the driving IC and the plurality of semiconductor optical devices are insulated from the first and second optical members and protected from the breakdown voltage.
  • the heat sink is a non-insulator, and the housing and the first and second optical members are insulators.
  • semiconductor optical element described in the claims and the detailed description means such as a light emitting diode chip including or using an optical semiconductor.
  • Such a 'semiconductor optical device' may be said to include a package level that includes various kinds of optical semiconductors including the light emitting diode chip described above.
  • the present invention arranges a driving IC in the center of a substrate, wherein a plurality of semiconductor optical devices are disposed around the driving IC with the driving IC as the center, and the semiconductor optical devices are separated from the edge of the substrate by a predetermined distance or more. In consideration of this, damage and malfunction of various circuit components can be prevented in advance.
  • the first optical member surrounds the upper edge of the substrate, the edge of the first optical member is fixed to the edge of the second optical member, and the second optical member is coupled to the housing, which is an insulator, so that the substrate is seated.
  • the substrate is completely insulated from components such as heatsinks, which are non-insulators, allowing placement and fixed designs that take into account the breakdown voltage.
  • the present invention enables the implementation of heat dissipation performance through uniform and smooth heat dissipation by the first optical member having a vent hole vertically penetrating about the driving IC.
  • the present invention is to place a plurality of semiconductor optical devices based on the driving IC in the center of the limited and narrow area of the substrate, while covering the upper edge of the substrate and a second optical member serving as a lens corresponding to the plurality of semiconductor optical devices
  • a plurality of light sources as a single light source and corresponding to a single lens, it is possible to reduce manufacturing and design costs and to realize smooth light distribution.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional conceptual view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional conceptual view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional conceptual view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate 110 and the driving IC 120 are disposed in the center of the substrate 110, and the plurality of semiconductor optical devices 130 are disposed adjacent to the driving IC 120. It can be seen that the structure is arranged in.
  • the heat sink 200 is a non-insulator in which the substrate 110 is disposed on the top surface to implement heat dissipation performance, and the housing 300 accommodates the heat sink 200, which is an insulator, and the driver IC 120 and the plurality of the heat sinks 200. It is an insulator that protects the semiconductor optical device 130 of the withstanding voltage (withstanding voltage).
  • the plurality of semiconductor optical devices 130 may be arranged in a lattice shape on the substrate 110 in a plurality of rows and columns adjacent to the driving IC 120 around the driving IC 120.
  • the plurality of semiconductor optical devices 130 are arranged to be densely arranged on the substrate 110 with respect to the driving IC 120 as shown, that is, spaced apart from the edge of the substrate 110 at regular intervals. Due to the structural characteristics of a general lighting device for fixing a substrate with a fastener that is a non-insulator, such as a bolt, it is possible to prevent failure and malfunction of the driving IC 120 and the semiconductor optical device 130 due to the withstand voltage.
  • the driving IC 120 acts as a non-isolated type SMPS instead of the parts occupying volume and weight as in the aforementioned SMPS, and the non-isolated type driving IC 120 is mechanically withstand voltage. The problem must be solved.
  • the withstand voltage problem can be solved from the structure surrounding the heat sink 200 which is the insulator on which the substrate 110 in which the non-insulation type driving IC 120 is arranged as the insulator housing 300 is disposed.
  • the heat sink 200 is for realizing heat dissipation as described above, and is generally made of aluminum or an aluminum alloy having excellent heat dissipation.
  • the heat sink 200 is accommodated in the housing 300 to which the socket base 500 is coupled to the lower end.
  • the heat sink 200 becomes narrower toward the lower side, and the cone 210 of the metal material having an open lower surface and the wiring connected to the substrate 110 by being recessed on the upper surface of the cone 210 are not shown.
  • Passing seating groove 220 and the end of the seating groove 220 can be understood that the structure including a connecting through hole 230 is in communication with the inside of the cone (210).
  • the plurality of semiconductor optical devices 130 may be spaced apart from the edge of the cone 210 to be safely protected with the driving IC 120 from the withstand voltage.
  • the housing 300 has a structure including the cone part 310 and the connection part 320 largely.
  • the cone part 310 has an open upper surface, forms an inner space for accommodating the heat sink 200 in which the substrate 110 is disposed, and gradually narrows toward the lower side.
  • the first and second optical members will be described later.
  • the driving IC 120 and the semiconductor optical device 130 disposed on the substrate 110 together with the 410 and 420 are to be protected from the breakdown voltage.
  • connection part 320 extends from the bottom of the cone part 310 to which the socket base 500 is coupled to provide a space for electrically connecting the substrate 110 and the socket base 500 to each other.
  • the housing 300 is preferably further provided with a stepped portion 332 for providing a convenience for a series of operations for fastening and fixing the heat sink 200 accurately.
  • the stepped portion 332 is formed to be stepped on the upper edge of the cone portion 310 so that the top edge of the heat sink 200 is disposed.
  • the heat sink 200 may be further provided with a sleeve 215 is formed stepped on the upper edge of the cone 210 which is gradually narrowed toward the lower side is disposed on the step portion 332.
  • the optical semiconductor lighting apparatus not only performs a function for realizing light distribution of the lighting device, but also completely insulates the substrate 110 from a non-insulator such as a heat sink 200.
  • First and second optical members 410 and 420 are further provided.
  • the second optical member 420 which is an insulator, is coupled to an upper side of the housing 300, and the first optical member 410, which is an insulator, is connected to an upper surface edge of the substrate 110 by the bottom edge of the second optical member 420. It is fixed and insulates the substrate 110 from the heat sink 200.
  • the first optical member 410 includes a main body 412 that forms a vent hole 411 penetrating up and down corresponding to the center of the substrate 110 that functions as a heat dissipation passage to realize a good heat dissipation performance.
  • first optical member 410 extends from the lower edge of the main body 412 to be fixed by the lower edge of the second optical member 420 to contact the insulating flange 414 in contact with the upper edge of the substrate 110.
  • the embodiment of the structure further provided can be applied.
  • the present invention can be applied to the above-described embodiment, and may be applied to the embodiment of the structure as shown in Figures 3 and 4 as follows.
  • FIG. 3 is a cross-sectional conceptual view showing the overall structure of an optical semiconductor lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the structure includes a substrate 110, a heat sink 200, a housing 300, and first and second optical members 410 and 420.
  • a driving IC 120 is disposed at the center, and a plurality of semiconductor optical devices 130 are disposed adjacent to the driving IC 120 around the driving IC 120. Designed to protect the driving IC 120 and the semiconductor optical device 130 from withstanding voltage while enabling the most efficient layout design in limited space and area in a small lighting device such as light) can do.
  • the heat sink 200 is a substrate 110 is disposed to improve the heat generation problem from the driver IC 120 and the semiconductor optical device 130.
  • the housing 300 accommodates the heat sink 200, and also provides a mounting space of the first optical member 410 which will be described later.
  • the first optical member 410 is fixed to the upper edge of the substrate 110 by the lower edge of the second optical member 420, and forms a vent hole 411 penetrating up and down corresponding to the driving IC 120.
  • it is also used for the purpose of inducing heat dissipation performance by inducing uniform and smooth heat dissipation through the vent hole 411.
  • the second optical member 420 is coupled to the upper side of the housing 300 to change the light distribution area through light diffusion or scattering, and to protect the driving IC 120 and the semiconductor optical device 130 from external impact. It also plays a role.
  • the second optical member 420 may be secondly controlled to allow the operation of a lighting device having a light distribution area at a wider light distribution angle. Of course it is done.
  • the first optical member 410 faces the plurality of semiconductor optical devices 130 to collect and transmit light reflected from the plurality of semiconductor optical devices 130 to transmit or reflect the light. Light distribution control is performed.
  • the second optical member 420 is to perform the secondary light distribution control to form a variety of light distribution by refracting the light transmitted or reflected from the first optical member 410 in an unspecified direction.
  • the plurality of semiconductor optical elements 130 function as a light source, and more particularly, it may be advantageous in arrangement design to be disposed radially around the driving IC 120.
  • the heat sink 200 performs a heat dissipation function as described above, and is generally made of a metal material, for example, aluminum or an aluminum alloy, which is a non-insulator having excellent heat dissipation performance.
  • the housing 300 and the first and second optical members 410 and 420 are made of an insulator with respect to the heat sink 200 which is a non-insulator in order to protect the driving IC 120 and the semiconductor optical device 130 from the breakdown voltage. Will be advantageous.
  • the heat sink 200 is accommodated in the housing 300 to which the socket base 500 is coupled to the lower end.
  • the heat sink 200 may include a cone 210, which is a metal material having a shape that gradually decreases toward the lower side, and may have a structure in which the substrate 110 is disposed on an upper surface of the cone 210.
  • the housing 300 to look specifically, to accommodate the heat sink 200, which is a non-insulator on which the substrate 110 is disposed, it can be seen that the structure includes a large cone portion 310 and the connecting portion 320. .
  • the cone part 310 has an open upper surface, forms an inner space for accommodating the heat sink 200 in which the substrate 110 is disposed, and gradually narrows toward the lower side.
  • the first and second optical members will be described later. To provide a space for mounting (410, 420).
  • connection part 320 extends from the bottom of the cone part 310 to which the socket base 500 is coupled to provide a space for electrically connecting the substrate 110 and the socket base 500 to each other.
  • the housing 300 is preferably further provided with a stepped portion 332 for providing a convenience for a series of operations for fastening and fixing the heat sink 200 accurately.
  • the stepped portion 332 is formed to be stepped on the upper edge of the cone portion 310 so that the top edge of the heat sink 200 is disposed.
  • the heat sink 200 may be further provided with a sleeve 215 is formed stepped on the upper edge of the cone 210 which is gradually narrowed toward the lower side is disposed on the step portion 332.
  • the top edge of the substrate 110 is covered by the bottom edge of the first optical member 410, and the bottom edge of the second optical member 420, which will be described later, covers the bottom edge of the first optical member 410.
  • the driving IC 120 and the plurality of semiconductor optical devices 130 may be insulated from the first and second optical members 410 and 420 to be protected from the breakdown voltage.
  • the second optical member 420 is coupled to the upper side of the housing 300.
  • the second optical member 420 has a semi-ellipse cut in the axial direction with respect to the long axis so that a candle-like feel can be realized. It can be manufactured in a shape.
  • the second optical member 420 may give a feeling like a burning candle on the upper side of the housing 300 as a whole.
  • flesh thickness t2 of the lower edge of the second optical member 420 may be thicker than the flesh thickness t1 of the upper end of the second optical member 420 for various light distribution implementations, that is, for the implementation of the rear light distribution.
  • the thickness of the flesh gradually increases from the upper end of the second optical member 420 to the lower edge of the second optical member 420, but there is also an object of structural stability, but it is transmitted through the second optical member 420, which is transparent or translucent, while being transmitted. It can be said to make the direction of light irradiation to be wide and diverse.
  • the refractive index also increases in proportion to the thickness of the second optical member 420.
  • the refractive index is also large at a point near the bottom edge of the second optical member 420, the light transmitted or reflected from the first optical member 410 is bent again at such a large angle, so that the formation of the back light distribution is smooth. Can be done.
  • the optical semiconductor lighting apparatus is fastening and fixing between the second optical member 420 and the cone portion 310 of the housing 300, and the first optical member 410 of the The ring step 422 may be provided for fixing.
  • the ring step 422 is formed along the lower edge of the second optical member 420 to fix the lower edge of the first optical member 410.
  • the first optical member 410 is also configured to perform heat dissipation performance as well as perform an original function of the optical member, and it may be understood that the first optical member 410 includes a main body 412 and an insulating flange 414.
  • the main body 412 is formed with a vent hole 411 penetrating up and down the center, and the vent hole 411 is disposed to correspond to the center of the substrate 110 on which the driving IC 120 is disposed.
  • the insulating flange 414 extends from the bottom edge of the main body 412 to contact the top edge of the substrate 110 and is locked to the aforementioned ring step 422 formed along the bottom edge of the second optical member 420. Will be.
  • the truncated conical shape is gradually narrowed toward the upper side, as shown, the inclined outer surface of the main body 412 is appropriate to the insulating flange 414 By changing the inclination angle of the component to be mounted on the substrate 110 will be able to adjust the light distribution angle.
  • vent hole 411 can be seen in more detail as shown in FIG. 4 including the vent part 411v and the reflecting part 411r.
  • the vent part 411v penetrates up and down in the center of the main body 412 of the first optical member 410 disposed on the upper side of the substrate 110, and the inverted truncated cone gradually widens upward from the bottom of the main body 412. It is in shape.
  • the inverted truncated conical shape of the vent part 411v gradually increasing toward the upper side of the vent portion 411v may be a design for inducing a smooth rise of the heat as the volume thereof expands and rises.
  • the reflecting portion 411r is a funnel shape that is gradually widened from the upper end portion of the vent portion 411v to the upper edge of the main body 412. Specifically, the reflecting portion 411r faces the center of the main body 412 on the upper portion of the main body 412. It is formed by an inclined surface 411s formed to be inclined downward, and may be referred to as a technical means for allowing light to be emitted from the semiconductor optical device 130 over a larger area.
  • the light irradiated from the plurality of semiconductor optical devices 130 is reflected at various angles at the boundary of the inclined surface 411 s, so that the rear light distribution and the light distribution control in various directions can be controlled together with the second optical member 420. Will be done.
  • the first optical member 410 is formed on the bottom surface of the main body 412, the light converging portion 430 disposed in a ring shape corresponding to the plurality of semiconductor optical elements 130 at the edge of the vent hole 411 It is preferable to include.
  • the light collecting part 430 may be a technical means for treating the plurality of semiconductor optical devices 130 disposed on the substrate 110 as one light source to allow the main body 412 to function as a single lens.
  • the structure is a structure in which a ring is convexly protruded toward the plurality of semiconductor optical elements 130, and a cross section protrudes in a shape in which arcs are connected at both ends of a straight line.
  • light emitted from the plurality of semiconductor optical devices 130 may be collected at the light collecting part 430 and partially transmitted through the outer surface of the main body 412, or may be bounded by the reflective surface 411 s on the upper surface of the main body 412. Thus, it will be reflected in various directions through the reflector 411r.
  • the second optical member 420 transmits light while being transmitted or reflected in various directions from the first optical member 410 by varying refractive indices, respectively, from the upper end to the lower end, thereby thickening its thickness.
  • the light distribution can be adjusted in various directions.
  • the present invention can realize the compactness of the entire device while protecting circuit components and semiconductor optical devices in consideration of the breakdown voltage, and treats a plurality of semiconductor optical devices as a single light source by utilizing a limited space and area. It can be seen that it is a basic technical idea to provide an optical semiconductor lighting device that can cope with the heat and allow heat dissipation to be uniform and smooth.

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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판의 중앙에 배치되는 구동 IC를 중심으로 상기 구동 IC와 인접하게 하나 이상의 행과 열을 이루며 상기 기판에 격자 형상으로 복수의 반도체 광소자가 배치되며, 상기 기판이 배치되는 비절연체인 히트싱크를 수용하고, 절연체인 하우징이 상기 구동 IC와 상기 복수의 반도체 광소자를 내전압(withstanding voltage)으로부터 보호하며, 상기 복수의 반도체 광소자와 대면하는 제1 광학 부재가 상기 반도체 광소자로부터 조사된 빛을 투과시키거나 반사시키고, 상기 구동 IC와 대응되게 상하 관통인 벤트홀을 형성하며, 상기 하우징의 상측에 결합되는 제2 광학 부재가 상기 제1 광학 부재로부터 투과되거나 반사된 빛을 굴절시켜 배광을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 반도체 조명장치
본 발명은 광 반도체 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내전압을 고려하여 회로부품 및 반도체 광소자를 보호하면서도 장치 전체의 컴팩트화 구현이 가능하며, 한정된 공간과 면적을 활용하여 복수의 반도체 광소자들을 하나의 광원으로 취급하여 단일 렌즈로 대응할 수 있도록 함은 물론, 열 발산이 균일하고 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치에 관한 것이다.
엘이디(발광 다이오드), 유기발광 다이오드, 레이저 다이오드, 유기전계 발광 다이오드 등과 같은 광원을 이용하는 광 반도체는 백열등과 형광등에 비하여 전력 소모량이 적으면서도 사용 수명이 길며 내구성도 뛰어남은 물론 훨씬 높은 휘도로 인하여 최근 조명용으로 널리 각광받고 있는 부품 중의 하나이다.
전술한 광 반도체를 기반으로 하는 조명장치는 할로겐 램프 또는 백열들과 동일한 형상의 소켓 베이스에 히트싱크를 구비한 하우징을 결합하며, 이러한 하우징에 광원으로서 광 반도체를 어레이하고 하우징에 광 반도체를 감싸는 광학 부재가 탑재된 구조로 된 것도 출시되고 있다.
이러한 조명장치는 이른바 캔들라이트(candle light)라 불리는 소형 전구 타입의 조명장치로 제작될 경우 기판 상에 광 반도체를 어레이할 때 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 히트싱크의 특성상 내전압(withstanding voltage)의 문제를 고려해야 한다.
그러나, 소형 전구 타입의 조명장치는 좁은 기판 면적 상에 광 반도체를 배치 설계하는 것이 힘들 뿐 아니라, 이러한 구조적 특성상 방열 성능 또한 원활하게 발휘될 수 없는 문제에 직면하게 된다.
또한, 이러한 소형 전구 타입의 조명장치는 기판 상에 광 반도체를 어레이할 때 좁고 한정된 기판 상에 광 반도체들을 효율적으로 배치하는 것이 힘들 뿐 아니라, 이러한 구조적 특성상 방열 성능 또한 원활하게 발휘될 수 없는 문제에도 직면하게 된다.
따라서, 한정된 공간과 면적에 회로부품 및 반도체 광소자를 배치함에 있어서 내전압을 고려한 안정적인 배치 설계가 가능하면서도 발열 성능도 원활하게 발휘할 수 있도록 하는 장치의 개발이 절실한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 내전압을 고려하여 회로부품 및 반도체 광소자를 보호하면서도 장치 전체의 컴팩트화 구현이 가능한 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명은 열 발산이 균일하고 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 한정된 공간과 면적을 활용하여 복수의 반도체 광소자들을 하나의 광원으로 취급하여 단일 렌즈로 대응할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판; 상기 기판의 중앙에 배치되는 구동 IC; 상기 구동 IC를 중심으로 상기 구동 IC와 인접하게 하나 이상의 행과 열을 이루며 상기 기판에 격자 형상으로 배치되는 복수의 반도체 광소자; 상기 기판이 배치되는 비절연체인 히트싱크; 및 상기 히트싱크를 수용하고, 상기 구동 IC와 상기 복수의 반도체 광소자를 내전압(withstanding voltage)으로부터 보호하는 절연체인 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치를 제공할 수 있을 것이다.
여기서, 상기 광 반도체 조명장치는, 상기 기판의 상면에 배치되는 제1 광학 부재와, 상기 히트싱크를 수용하는 하우징의 상측에 결합되고, 하단부 가장자리가 상기 제1 광학부재의 가장자리를 고정하는 절연체인 제2 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 광학 부재는 상기 기판을 상기 히트싱크로부터 절연하는 절연체인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 광학 부재는, 상기 기판의 중심부에 대응하여 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 광학 부재는, 상기 기판의 중심부에 대응하여 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 본체와, 상기 본체의 하단부 가장자리로부터 연장되어 상기 기판의 상면 가장자리와 접촉하는 절연 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하우징의 하단부에 소켓 베이스가 결합되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히트싱크는, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지고 하면이 개방된 금속재의 콘과, 상기 콘의 상면에 함몰되어 상기 기판으로부터 연결된 배선이 지나는 안착홈과, 상기 안착홈의 단부에 형성되어 상기 콘의 내부와 연통되는 연결 통공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히트싱크는, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지고 하면이 개방된 금속재의 콘과, 상기 콘의 상면에 함몰되어 상기 기판 기판으로부터 연결된 배선이 지나는 안착홈을 포함하며, 상기 복수의 반도체 광소자는 상기 콘의 상면 가장자리로부터 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하우징은, 상면이 개방되고, 상기 기판이 배치되는 히트싱크를 수용하는 내부 공간을 형성하며, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상의 수지재인 콘 부와, 상기 콘 부의 하부로부터 연장되어 상기 소켓 베이스가 결합되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하우징은, 상기 콘 부의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 상기 히트싱크의 상면 가장자리가 배치되는 단턱부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상인 콘의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 상기 제2 단턱부에 배치되는 슬리브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 히트싱크를 수용하는 하우징; 상기 히트싱크에 배치되는 기판; 상기 기판의 중앙에 구동 IC가 배치되고, 상기 구동 IC를 중심으로 상기 구동 IC에 인접하게 복수로 배치된 반도체 광소자; 상기 복수의 반도체 광소자와 대면하고, 상기 반도체 광소자로부터 조사된 빛을 투과시키거나 반사시키고, 상기 구동 IC와 대응되게 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 제1 광학 부재; 및 상기 하우징의 상측에 결합되고, 상기 제1 광학 부재로부터 투과되거나 반사된 빛을 굴절시켜 배광을 형성하는 제2 광학 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치를 제공할 수 있을 것이다.
여기서, 상기 제1 광학 부재는, 상기 벤트홀이 형성된 본체와, 상기 본체의 하단부 가장자리로부터 연장되어 상기 기판의 상면 가장자리와 접촉하는 절연 플랜지를 포함하며, 상기 복수의 반도체 광소자로부터 조사된 빛은 상기 벤트홀의 가장자리에 모여서 상기 본체의 측면 및 상단부를 통하여 투과되거나 반사되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 광학 부재는, 상기 벤트홀이 형성되고, 상측으로 갈수록 점차 좁아지는 원뿔대 형상의 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 벤트홀은, 상기 기판의 상측에 배치되는 상기 제1 광학 부재의 본체 중심부에 상하로 관통 형성되며, 상기 본체의 저면으로부터 상측으로 갈수록 점차 넓어지는 역 원뿔대 형상의 벤트부와, 상기 벤트부의 상단부로부터 상기 본체의 상면 가장자리까지 점차 넓어지게 형성되는 깔대기 형상의 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 광학 부재는, 상기 벤트홀이 형성된 본체와, 상기 본체의 저면에 형성되고, 상기 벤트홀의 가장자리에 상기 복수의 반도체 광소자에 대응하여 배치되는 집광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 집광부는, 상기 복수의 반도체 광소자측을 향하여 볼록하게 링 형상으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 광학 부재는, 단면이 장축에 대하여 단축 방향으로 절단한 반 타원 형상이며, 상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리의 살 두께는 상기 제2 광학 부재의 상단부의 살 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광 반도체 조명장치는, 상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리를 따라 단차지게 형성되고, 상기 제1 광학 부재의 하단부 가장자리를 고정하면서 상기 하우징의 상측 가장자리를 고정하는 링 단턱을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히트싱크는 상면에 상기 기판에 배치되는 안착홈을 더 구비하고, 상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리는 상기 안착홈의 가장자리를 덮으며, 상기 기판의 상면 가장자리는 상기 제1 광학 부재로 덮이고, 상기 구동 IC와 상기 복수의 반도체 광소자는 상기 제1, 2 광학 부재로 절연되어 내전압으로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는 비절연체이며, 상기 하우징과 상기 제1, 2 광학 부재는 절연체인 것을 특징으로 한다.
아울러, 청구범위 및 상세한 설명에 기재된 '반도체 광소자'는 광 반도체를 포함하거나 이용하는 발광다이오드 칩 등과 같은 것을 의미한다.
이러한 '반도체 광소자'는 전술한 발광다이오드 칩을 포함한 다양한 종류의 광 반도체를 내부에 포함하는 패키지 레벨의 것을 포함한다고 할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
우선, 본 발명은 기판의 중심에 구동 IC를 배치하되, 복수의 반도체 광소자들은 구동 IC를 중심으로 하여 구동 IC의 둘레에 배치하고 기판의 가장자리로부터 반도체 광소자 각각을 일정 거리 이상 이격되도록 함으로써 내전압을 고려하여 각종 회로부품의 파손 및 오작동을 미연에 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 기판의 상면 가장자리를 제1 광학 부재가 감싸고, 다시 제1 광학 부재의 가장자리는 제2 광학 부재의 가장자리가 고정하며, 제2 광학 부재는 절연체인 하우징에 결합되도록 함으로써 기판이 안착되는 비절연체인 히트싱크와 같은 부품으로부터 기판을 완벽하게 절연하여 내전압을 고려한 배치 및 고정 설계가 가능하게 된다.
그리고, 본 발명은 구동 IC를 중심으로 하여 상하 관통인 벤트홀을 구비한 제1 광학 부재에 의하여 균일하고 원활한 열 발산을 통한 방열 성능의 구현이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 한정되고 좁은 면적인 기판의 중심에 구동 IC를 기준으로 복수의 반도체 광소자를 배치하되, 기판의 상면 가장자리를 덮으면서 복수의 반도체 광소자에 대응하는 렌즈 역할의 제2 광학 부재를 장착함으로써 복수의 광원을 단일 광원으로 하고 단일 렌즈로 대응할 수 있도록 함으로써 제작 및 설계 비용을 절감하고 원활한 배광 구현이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 단면 개념도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 단면 개념도
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 단면 개념도이다.
본 발명은 도시된 바와 같이 기판(110)과, 기판(110)의 중앙에 구동 IC(120)가 배치되고, 구동 IC(120)와 인접하게 복수의 반도체 광소자(130)들이 기판(110)에 배치되는 구조임을 알 수 있다.
여기서, 히트싱크(200)는 상면에 기판(110)이 배치되는 비절연체로서 방열 성능을 구현하기 위한 것이고, 하우징(300)은 절연체인 히트싱크(200)를 수용하고 구동 IC(120)와 복수의 반도체 광소자(130)들을 내전압(withstanding voltage)으로부터 보호하는 절연체이다.
이때, 복수의 반도체 광소자(130)들은 구동 IC(120)를 중심으로 구동 IC(120)와 인접하게 복수의 행과 열을 이루며 기판(110)에 격자 형상으로 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 복수의 반도체 광소자(130)들은 도시된 바와 같이 구동 IC(120)를 중심으로 기판(110)에 밀집하여 배치되는 구조, 즉 기판(110)의 가장자리로부터 일정 간격으로 이격되어 배치됨으로써, 볼트 등과 같이 비절연체인 체결구로 기판을 고정하는 일반적인 조명장치의 구조적 특성상 내전압으로 인한 구동 IC(120) 및 반도체 광소자(130)의 고장 및 오작동을 미연에 방지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명과 같이 이른바 캔들라이트(candle light)와 같은 소형 조명기구에서는 통상의 절연타입의 SMPS와 달리, 비절연타입인 SMPS를 통하여 나머지 부품들을 내전압으로부터 보호하는 구조로 설계되어야 할 것이다.
다시말해, 본 발명에서는 전술한 SMPS와 같이 부피와 중량을 차지하는 부품 대신에 구동 IC(120)가 비절연타입의 SMPS 역할을 수행하게 되며, 비절연타입의 구동 IC(120)는 기구적으로 내전압 문제를 해결해야 하는 것이다.
따라서, 절연체인 하우징(300)으로 비절연타입의 구동 IC(120)가 어레이된 기판(110)이 배치된 절연체인 히트싱크(200)를 감싸는 구조로부터 내전압 문제를 해소할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.
히트싱크(200)는 전술한 바와 같이 방열 성능의 구현을 위한 것으로, 일반적으로 방열 성능이 뛰어난 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 제작된다.
그리고, 히트싱크(200)는 하단부에 소켓 베이스(500)가 결합되는 하우징(300)에 수용되는 것이다.
히트싱크(200)는 더욱 상세하게는 하부측으로 갈수록 점차 좁아지고 하면이 개방된 금속재의 콘(210)과, 콘(210)의 상면에 함몰되어 기판(110)으로부터 연결된 배선(이하 미도시)이 지나는 안착홈(220)과, 안착홈(220)의 단부에 형성되어 콘(210)의 내부와 연통되는 연결 통공(230)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.
여기서, 복수의 반도체 광소자(130)는 콘(210)의 가장자리로부터 이격하여 배치됨으로써 내전압으로부터 구동 IC(120)와 함께 안전하게 보호될 수 있을 것이다.
이때, 하우징(300)은 크게 콘 부(310)와 연결부(320)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.
콘 부(310)는 상면이 개방되고, 기판(110)이 배치되는 히트싱크(200)를 수용하는 내부 공간을 형성하며, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상의 것으로, 후술할 제1, 2 광학 부재(410, 420)들과 함께 기판(110) 상에 배치된 구동 IC(120)와 반도체 광소자(130)들을 내전압으로부터 보호하기 위한 것이다.
연결부(320)는 콘 부(310)의 하부로부터 연장되어 소켓 베이스(500)가 결합되는 것으로 기판(110)과 소켓 베이스(500)를 상호 전기적으로 연결하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다.
하우징(300)에는 히트싱크(200)를 정확하게 체결하고 고정시키는 일련의 작업들에 대한 편의를 제공하기 위한 단턱부(332)를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
단턱부(332)는 콘 부(310)의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 히트싱크(200)의 상면 가장자리가 배치되는 것이다.
이때, 히트싱크(200)는 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상인 콘(210)의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 단턱부(332)에 배치되는 슬리브(215)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치는 조명장치 본연의 배광 구현을 위한 기능 수행도 함은 물론, 기판(110)을 히트싱크(200) 등과 같은 비절연체로부터 완벽하게 절연하기 위하여 제1, 2 광학부재(410, 420)가 더 구비된다.
절연체인 제2 광학 부재(420)는 하우징(300)의 상측에 결합되고, 절연체인 제1 광학 부재(410)는 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리에 의하여 기판(110)의 상면 가장자리에 고정되며, 기판(110)을 히트싱크(200)로부터 절연하는 것이다.
여기서, 제1 광학 부재(410)는 원활한 방열 성능 구현을 위하여 열 발산 통로로 기능하는 기판(110)의 중심부에 대응하여 상하 관통인 벤트홀(411)을 형성하는 본체(412)를 포함한다.
그리고, 제1 광학 부재(410)는 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리에 의하여 고정되도록 본체(412)의 하단부 가장자리로부터 연장되어 기판(110)의 상면 가장자리와 접촉하는 절연 플랜지(414)를 더 구비하는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.
본 발명은 전술한 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 도 3 및 도 4와 같은 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.
참고로, 도 3 및 도 4에서 도 1 및 도 2와 동일한 구성 요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 붙여서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 단면 개념도이다.
본 발명은 도시된 바와 같이 기판(110)과, 히트싱크(200)와, 하우징(300)과, 제1, 2 광학 부재(410, 420)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.
기판(110)은 중앙에 구동 IC(120)가 배치되고, 구동 IC(120)를 중심으로 구동 IC(120)에 인접하게 복수의 반도체 광소자(130)가 배치된 것으로, 이른바 캔들 라이트(candle light)와 같은 소형의 조명장치에서 한정되고 좁은 공간과 면적에 최대한 효율적인 배치 설계가 가능하도록 하면서 내전압(withstanding voltage)으로부터 구동 IC(120) 및 반도체 광소자(130)를 보호하기 위한 설계 구조를 적용할 수 있다.
히트싱크(200)는 기판(110)이 배치되는 것으로, 구동 IC(120) 및 반도체 광소자(130)로부터의 발열 문제를 개선하기 위한 것이다.
하우징(300)은 히트싱크(200)를 수용하는 것으로, 후술할 제1 광학 부재(410)의 장착 공간 또한 제공하기 위한 것이다.
제1 광학 부재(410)는 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리에 의하여 기판(110)의 상면 가장자리에 고정되며, 구동 IC(120)와 대응되게 상하 관통인 벤트홀(411)을 형성하는 것으로, 제2 광학 부재(420)와 함께 광학 부재 본연의 기능을 수행하면서 벤트홀(411)을 통한 균일하고 원활한 열 발산을 유도하여 방열 성능을 구현하는 용도로도 활용되는 것이다.
제2 광학 부재(420)는 하우징(300)의 상측에 결합되는 것으로, 광 확산 또는 산란을 통한 배광 면적의 변경을 도모하고, 구동 IC(120) 및 반도체 광소자(130)를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 역할도 수행한다.
따라서, 제1 광학 부재(410)가 1차적으로 배광 조절을 하기 위한 것이라면, 제2 광학 부재(420)가 2차적으로 배광 조절을 함으로써 더욱 다양한 배광 각도에 배광 면적을 가지는 조명장치의 가동이 가능하게 됨은 물론이다.
더욱 상세하게는 제1 광학 부재(410)가 복수의 반도체 광소자(130)와 대면하여, 이러한 복수의 반도체 광소자(130)들로부터 조사된 빛을 모아서 투과시키거나 반사시키는 등의 1차적인 배광 조절을 수행하게 된다.
아울러, 제2 광학 부재(420)가 제1 광학 부재(410)로부터 투과되거나 반사된 빛을 불특정한 방향으로 굴절시켜 다양한 배광을 형성하는 2차적인 배광 조절을 수행하게 되는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.
복수의 반도체 광소자(130)는 광원으로서 기능하는 것으로, 더욱 상세하게는 구동 IC(120)를 중심으로 하여 방사상으로 배치되는 것이 배치 설계상 유리할 것이다.
한편, 히트싱크(200)는 전술한 바와 같이 방열 기능을 수행하는 것으로, 일반적으로 방열 성능이 뛰어난 비절연체인 금속재, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 재질로 제작된다.
하우징(300)과 제1, 2 광학 부재(410, 420)는 비절연체인 히트싱크(200)에 대하여 절연체로 이루어지는 것이 내전압으로부터 구동 IC(120) 및 반도체 광소자(130)들을 보호하기 위하여는 유리할 것이다.
이러한 히트싱크(200)는 하단부에 소켓 베이스(500)가 결합되는 하우징(300)에 수용되는 것이다.
히트싱크(200)는 더욱 상세하게는 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상의 금속재인 콘(210)을 포함하고, 콘(210)의 상면에 기판(110)이 배치되는 구조임을 파악할 수 있다.
한편, 하우징(300)은 구체적으로 살펴보면, 기판(110)이 배치되는 비절연체인 히트싱크(200)를 수용하는 것으로, 크게 콘 부(310)와 연결부(320)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.
콘 부(310)는 상면이 개방되고, 기판(110)이 배치되는 히트싱크(200)를 수용하는 내부 공간을 형성하며, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상의 것으로, 후술할 제1, 2 광학 부재(410, 420)가 장착되는 공간을 제공하기 위한 것이다.
연결부(320)는 콘 부(310)의 하부로부터 연장되어 소켓 베이스(500)가 결합되는 것으로 기판(110)과 소켓 베이스(500)를 상호 전기적으로 연결하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다.
하우징(300)에는 히트싱크(200)를 정확하게 체결하고 고정시키는 일련의 작업들에 대한 편의를 제공하기 위한 단턱부(332)를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
단턱부(332)는 콘 부(310)의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 히트싱크(200)의 상면 가장자리가 배치되는 것이다.
이때, 히트싱크(200)는 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상인 콘(210)의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 단턱부(332)에 배치되는 슬리브(215)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 기판(110)의 상면 가장자리는 제1 광학 부재(410)의 하단부 가장자리로 덮이고, 후술할 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리는 제1 광학 부재(410)의 하단부 가장자리를 덮음으로써, 구동 IC(120)와 복수의 반도체 광소자(130)는 제1, 2 광학 부재(410, 420)로 절연되어 내전압으로부터 보호받을 수 있을 것이다.
제2 광학 부재(420)는 전술한 바와 같이 하우징(300)의 상측에 결합되는 것으로, 전술한 바와 같이 이른바 캔들 라이트와 같은 느낌을 구현할 수 있도록, 단면이 장축에 대하여 단축 방향으로 절단한 반 타원 형상으로 제작될 수 있다.
따라서, 제2 광학 부재(420)는 전체적으로 하우징(300)의 상측에서 타오르는 촛불과 같은 느낌을 줄 수 있을 것이다.
또한, 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리의 살 두께(t2)는 다양한 배광 구현, 즉 후배광의 구현을 위하여 제2 광학 부재(420)의 상단부의 살 두께(t1)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
즉, 제2 광학 부재(420)의 상단부로부터 하단부 가장자리로 갈수록 점차 살 두께가 두꺼워지는 것은 기본적으로 구조적 안정성을 기하는 목적도 있으나, 투명 또는 반투명인 제2 광학 부재(420)를 통하여 굴절되면서 투과되는 빛의 조사 방향을 폭넓고 다양하게 만들기 위한 것이라 할 수 있다.
다시말해, 제2 광학 부재(420)의 상단부로부터 하단부 가장자리로 갈수록 점차 살 두께가 두꺼워질수록 그에 비례하여 굴절율 또한 커지게 되므로, 제2 광학 부재(420)의 위와 같은 구조적 특징은 제1 광학 부재(410)로부터 투과되거나 반사되는 빛이 더욱 큰 각도로 꺾이면서 조사되도록 함으로써 다양한 방향으로 배광 구현이 가능함은 물론, 후배광까지도 완벽하게 구현해낼 수 있도록 하는 기술적 수단인 것이다.
더욱 상세하게는 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리에 가까운 지점에서는 굴절율도 크기 때문에 제1 광학 부재(410)로부터 투과되거나 반사되는 빛이 그만큼 큰 각도로 다시 꺾여 투과되므로, 후배광의 형성이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치는 제2 광학 부재(420)와 하우징(300)의 콘 부(310) 상호 간의 체결 및 고정과, 후술할 제1 광학 부재(410)의 고정을 위하여 링 단턱(422)을 구비할 수도 있다.
즉, 링 단턱(422)은 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리를 따라 단차지게 형성되고, 제1 광학 부재(410)의 하단부 가장자리를 고정하는 것이다.
한편, 제1 광학 부재(410)는 전술한 바와 같이 광학 부재 본연의 기능 수행과 함께 방열 성능 또한 수행하기 위한 것으로, 본체(412)와 절연 플랜지(414)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.
본체(412)는 중심부를 상하로 관통하는 벤트홀(411)이 형성된 것으로, 벤트홀(411)은 구동 IC(120)가 배치된 기판(110)의 중심부와 대응하도록 배치된다.
절연 플랜지(414)는 본체(412)의 하단부 가장자리로부터 연장되어 기판(110)의 상면 가장자리와 접촉하고, 제2 광학 부재(420)의 하단부 가장자리를 따라 형성된 전술한 링 단턱(422)에 걸림 고정되는 것이다.
본체(412)의 형상을 좀 더 상세하게 살펴보면, 도시된 바와 같이 상측으로 갈수록 점차 좁아지는 원뿔대 형상인 것을 알 수 있으며, 이러한 본체(412)의 경사진 외면은 절연 플랜지(414)에 대하여 적절하게 그 경사각을 변경한 부품을 교체하여 기판(110)에 장착할 수 있도록 함으로써 배광 각도의 조절이 가능하게 될 것이다.
그리고, 벤트홀(411)의 구조를 더욱 상세하게 살펴보면 도 4와 같이 벤트부(411v)와 반사부(411r)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.
벤트부(411v)는 기판(110)의 상측에 배치되는 제1 광학 부재(410)의 본체(412) 중심부에 상하로 관통 형성되며, 본체(412)의 저면으로부터 상측으로 갈수록 점차 넓어지는 역 원뿔대 형상의 것이다.
벤트부(411v)가 상측으로 갈수록 점차 넓어지는 역 원뿔대 형상인 것은 상측으로 갈수록 발산되는 열기는 그 부피가 팽창하여 상승하게 되고, 이러한 열기의 원활한 상승을 유도하기 위한 설계라 할 수 있다.
반사부(411r)는 벤트부(411v)의 상단부로부터 본체(412)의 상면 가장자리까지 점차 넓어지게 형성되는 깔대기 형상의 것으로, 구체적으로는 본체(412)의 상부에 본체(412)의 중심을 향하여 하향 경사지게 형성된 경사면(411s)에 의하여 형성되고, 더욱 넓은 면적에 걸쳐 반도체 광소자(130)로부터 빛이 조사될 수 있도록 하기 위한 기술적 수단이라 할 수 있다.
즉, 복수의 반도체 광소자(130)들로부터 조사된 빛은 경사면(411s)을 경계로 다양한 각도에 걸쳐 꺾여 반사되므로, 제2 광학 부재(420)와 함께 후배광 및 다양한 방향의 배광 조절이 가능하게 되는 것이다.
또한, 제1 광학 부재(410)는 본체(412)의 저면에 형성되고, 벤트홀(411)의 가장자리에 복수의 반도체 광소자(130)에 대응하여 링 형상으로 배치되는 집광부(430)를 포함하는 것이 바람직하다.
집광부(430)는 기판(110)에 배치된 복수의 반도체 광소자(130)들을 하나의 광원으로 취급하여 단일 렌즈로서 본체(412)가 기능할 수 있도록 하기 위한 기술적 수단임을 알 수 있다.
구체적으로는, 복수의 반도체 광소자(130)측을 향하여 볼록하게 링 형상으로 돌출된 구조로 단면이 대략 직선의 양단부에 원호가 연결된 형상으로 돌출된 구조인 것이다.
따라서, 복수의 반도체 광소자(130)들로부터 조사된 빛은 집광부(430)에서 모여 일부는 본체(412)의 외면을 통하여 투과되거나, 본체(412) 상면의 반사면(411s)을 경계로 하여 반사부(411r)를 통해 다양한 방향으로 반사될 것이다.
이후, 제2 광학 부재(420)는 상단부에서 하단부로 갈수록 그 두께가 두꺼워지는 구조적 특성상 제1 광학 부재(410)로부터 다양한 방향으로 투과되거나 반사되는 빛을 제각각 달라지는 굴절율에 의하여 굴절시키면서 투과시킴으로써 후배광은 물론, 다양한 방향의 배광 조절을 할 수 있게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 내전압을 고려하여 회로부품 및 반도체 광소자를 보호하면서도 장치 전체의 컴팩트화 구현이 가능하며, 한정된 공간과 면적을 활용하여 복수의 반도체 광소자들을 하나의 광원으로 취급하여 단일 렌즈로 대응할 수 있도록 함은 물론, 열 발산이 균일하고 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 본 발명에서 기재된 실시예에 한정되는 일이 없이 다른 많은 다양한 응용 및 변형 설계가 가능함 또한 물론일 것이다.

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판의 중앙에 배치되는 구동 IC;
    상기 구동 IC를 중심으로 상기 구동 IC와 인접하게 하나 이상의 행과 열을 이루며 상기 기판에 격자 형상으로 배치되는 복수의 반도체 광소자;
    상기 기판이 배치되는 비절연체인 히트싱크; 및
    상기 히트싱크를 수용하고, 상기 구동 IC와 상기 복수의 반도체 광소자를 내전압(withstanding voltage)으로부터 보호하는 절연체인 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 반도체 조명장치는,
    상기 기판의 상면에 배치되는 제1 광학 부재와,
    상기 히트싱크를 수용하는 하우징의 상측에 결합되고, 하단부 가장자리가 상기 제1 광학부재의 가장자리를 고정하는 절연체인 제2 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 기판을 상기 히트싱크로부터 절연하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 기판의 중심부에 대응하여 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 기판의 중심부에 대응하여 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 본체와,
    상기 본체의 하단부 가장자리로부터 연장되어 상기 기판의 상면 가장자리와 접촉하는 절연 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 하단부에 소켓 베이스가 결합되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트싱크는,
    하부측으로 갈수록 점차 좁아지고 하면이 개방된 금속재의 콘과,
    상기 콘의 상면에 함몰되어 상기 기판으로부터 연결된 배선이 지나는 안착홈과,
    상기 안착홈의 단부에 형성되어 상기 콘의 내부와 연통되는 연결 통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트싱크는,
    하부측으로 갈수록 점차 좁아지고 하면이 개방된 금속재의 콘과,
    상기 콘의 상면에 함몰되어 상기 기판으로부터 연결된 배선이 지나는 안착홈을 포함하며,
    상기 복수의 반도체 광소자는 상기 콘의 상면 가장자리로부터 이격하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은,
    상면이 개방되고, 상기 히트싱크를 수용하는 내부 공간을 형성하며, 하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상의 수지재인 콘 부와,
    상기 콘 부의 하부로부터 연장되어 상기 소켓 베이스가 결합되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 콘 부의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 상기 히트싱크의 상면 가장자리가 배치되는 단턱부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 히트싱크는,
    하부측으로 갈수록 점차 좁아지는 형상인 콘의 상측 가장자리에 단차지게 형성되어 상기 제2 단턱부에 배치되는 슬리브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  12. 히트싱크를 수용하는 하우징;
    상기 히트싱크에 배치되는 기판;
    상기 기판의 중앙에 구동 IC가 배치되고, 상기 구동 IC를 중심으로 상기 구동 IC에 인접하게 복수로 배치된 반도체 광소자;
    상기 복수의 반도체 광소자와 대면하고, 상기 반도체 광소자로부터 조사된 빛을 투과시키거나 반사시키고, 상기 구동 IC와 대응되게 상하 관통인 벤트홀을 형성하는 제1 광학 부재; 및
    상기 하우징의 상측에 결합되고, 상기 제1 광학 부재로부터 투과되거나 반사된 빛을 굴절시켜 배광을 형성하는 제2 광학 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 벤트홀이 형성된 본체와,
    상기 본체의 하단부 가장자리로부터 연장되어 상기 기판의 상면 가장자리와 접촉하는 절연 플랜지를 포함하며,
    상기 복수의 반도체 광소자로부터 조사된 빛은 상기 벤트홀의 가장자리에 모여서 상기 본체의 측면 및 상단부를 통하여 투과되거나 반사되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 벤트홀이 형성되고, 상측으로 갈수록 점차 좁아지는 원뿔대 형상의 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 벤트홀은,
    상기 기판의 상측에 배치되는 상기 제1 광학 부재의 본체 중심부에 상하로 관통 형성되며, 상기 본체의 저면으로부터 상측으로 갈수록 점차 넓어지는 역 원뿔대 형상의 벤트부와,
    상기 벤트부의 상단부로부터 상기 본체의 상면 가장자리까지 점차 넓어지게 형성되는 깔대기 형상의 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 벤트홀이 형성된 본체와,
    상기 본체의 저면에 형성되고, 상기 벤트홀의 가장자리에 상기 복수의 반도체 광소자에 대응하여 배치되는 집광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 집광부는,
    상기 복수의 반도체 광소자측을 향하여 볼록하게 돌출되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는,
    단면이 장축에 대하여 단축 방향으로 절단한 반 타원 형상이며,
    상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리의 살 두께는 상기 제2 광학 부재의 상단부의 살 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 광 반도체 조명장치는,
    상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리를 따라 단차지게 형성되고, 상기 제1 광학 부재의 하단부 가장자리를 고정하면서 상기 하우징의 상측 가장자리를 고정하는 링 단턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 히트싱크는 상면에 상기 기판에 배치되는 안착홈을 더 구비하고, 상기 제2 광학 부재의 하단부 가장자리는 상기 안착홈의 가장자리를 덮으며, 상기 기판의 상면 가장자리는 상기 제1 광학 부재로 덮이고, 상기 구동 IC와 상기 복수의 반도체 광소자는 상기 제1, 2 광학 부재로 절연되어 내전압으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
  21. 청구항 12에 있어서,
    상기 히트싱크는 비절연체이며, 상기 하우징과 상기 제1, 2 광학 부재는 절연체인 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
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