고체 조명 장치를 위한 전기 커넥터

고체 조명 장치를 위한 전기 커넥터{ELECTRICAL CONNECTORS FOR SOLID STATE LIGHT}

발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 사용하는 것들과 같은 고체 조명 장치(solid state light)는 백열 전구(incandescent light bulb)에 대한 대안이다. LED 조명 장치는 백열 전구와 비교하여 더욱 효율적인 에너지 사용을 제공할 수 있다. LED 전구의 조립은 다양한 전기 접속부를 위한 수동 납땜 작업을 필요로 할 수 있는데, 이는 시간 소모적이며 고가인 공정이다. 따라서, LED 조명 장치 및 다른 고체 조명 장치를 위한 개선된 전기 커넥터에 대한 요구가 존재한다.

본 발명과 일관되는 조명 장치는 통합된 광 및 열 안내체들(light and thermal guides), 및 분리가능한 전기 커넥터들을 포함한다. 조명 장치는 전원 장치(power supply)에 접속되는 기부, 적어도 하나의 고체 광원과 전기적으로 접속되는 조명 장치 회로(light circuit), 및 전원 장치로부터 전력을 수신하고 고체 광원을 구동시키도록 전력을 제공하기 위한 구동기 회로(driver circuit)를 구비한다. 광 안내체는 광원으로부터 광을, 광이 광 안내체의 표면으로부터 추출될 때까지 광을 운반함으로써 수광하고 분배하기 위해 고체 광원에 결합된다. 열 안내체는 조명 장치를 냉각시키기 위해 광원으로부터의 열 전도를 제공하도록 광 안내체와 통합된다. 분리가능한 커넥터들은 구동기 회로와 조명 장치 회로 사이의 전기 접속을 제공하기 위한 제1 커넥터, 및 전원 장치와 구동기 회로 사이의 전기 접속을 제공하기 위한 제2 커넥터를 포함한다.

첨부 도면은 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 이점 및 원리를 설명한다. 도면에서,
<도 1>
도 1은 광 안내체 및 열 안내체를 구비한 LED 조명 장치의 분해 사시도.
<도 2>
도 2는 조립된 상태의 도 1의 조명 장치의 사시도.
<도 3>
도 3은 3개의 전기 커넥터를 포함하는 LED 조명 장치 내의 구성요소들을 예시하는 분해 사시도.
<도 4>
도 4는 접속된 때의 전기 커넥터를 포함하는 LED 조명 장치 내의 구성요소들의 측단면도.
<도 5>
도 5는 접속해제된 때의 전기 커넥터를 예시하는 분해 사시도.
<도 6>
도 6은 접속된 때의 제1 전기 커넥터를 예시하는 사시도.
<도 7>
도 7은 접속된 때의 제2 및 제3 전기 커넥터를 예시하는 사시도.

이러한 커넥터 계획은 LED 또는 그 상의 다른 고체 광원을 가진 회로에 전력을 공급하기 위해 조명 장치의 구동기 회로로부터의 전기 접속을 제공한다. 이 계획은 또한 고전압측 접속을 위해 구동기 회로로부터 조명 장치의 기부로의 접속을 제공한다. 이들 경우 둘 모두에서, 설계는 예를 들어 수동-납땜형 와이어의 사용 없이 전기 접속이 이루어지는 것을 허용한다.

고체 조명 장치

도 1은 고체 조명 장치(10)의 분해 사시도이다. 도 2는 조립된 상태의 조명 장치(10)의 사시도이다. 도 2의 사시도는 조명 장치(10)의 측부 상단에서 바라본 것으로, 측부로부터 볼 때 대체로 대칭이다. 조명 장치(10)는 상부 및 하부 부분(12, 14)으로 구성된 광 안내체, 통합된 열 안내체(16), 고체 광원(25)(도 4 및 도 6 참조)을 구비한 조명 장치 회로(24)를 포함하는 장식용 조명 링(18), 기부 부분(20), 및 예컨대 통상적인 조명 장치 소켓을 통한 전원에의 전기 접속을 위한 기부(22)를 포함한다. 기부(22)는 대응하는 조명 장치 소켓 내에 고정되도록 된 에디슨 기부(Edison base)로 구현될 수 있고, 기부 부분(20)은 기부(22)와 접촉하는 절연체로 구현될 수 있다. 광 안내체가 2개의 부분을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이는 대안적으로 2개 초과의 부분을 가질 수 있거나, 재료의 단일의 연속적인 피스(piece)로 구성될 수 있다. 또한, 광 안내체는 예컨대 도시된 바와 같은 전구 형상을 가짐으로써 내부 체적을 형성하도록 구성될 수 있다.

도 2에 예시된 바와 같이, 상부 부분(12)은 광 안내체를 형성하도록 하부 부분(14)과 정합하고, 하부 부분(14)은 조명 장치 회로(24) 상의 고체 광원과 광학적으로 결합하기 위해 조명 링(18)에 장착된다. 열 안내체(16)는 고체 광원으로부터 열을 인출하여 소산시키기 위해 조명 링(18) 및 기부 부분(20)과 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열 안내체(16)는 외부 금속 휜(fin)과 연결된 중심 코어를 갖고, 이는 광 안내체의 형상에 합치될 수 있으며 광 안내체에 의해 형성된 내부 체적 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 대안적으로, 도 4에 예시된 바와 같이, 열 안내체는 외부 쉘(shell)을 가질 수 있고, 이러한 외부 쉘은 쉘 내에 끼워지는 내부 코어와 함께 광 안내체의 형상에 합치된다. 내부 금속 휜은 외부 쉘의 내측 상에, 내부 코어 상에, 또는 쉘 및 코어 둘 모두의 상에 위치될 수 있다. 외부 쉘은 재료의 하나의 피스 또는 다수의 피스로 구성될 수 있고, 외부 쉘은 휜이 광 안내체를 통해 보이지 않도록 휜을 수용한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 조명 링(18) 내의 개구(17)와 함께 상부 부분(12) 내의 공기 통로(11)가 열 안내체(16)를 가로지르는 공기 유동을 허용한다.

인쇄 회로 기판 또는 가요성 회로 상의 구동기 회로(26)가 열 안내체(16)의 중심 코어 내에, 예컨대 열 안내체 내의 슬롯(slot) 내에 장착된다(도 4 참조). 장착된 때, 구동기 회로(26)는 기부(22) 및 조명 장치 회로(24) 상의 고체 광원과 전기적으로 접속된다. 구동기 회로(26)는 기부(22)를 통해 전원, 전형적으로 고전압 AC 전원으로부터 전력을 수신하고, 고체 광원을 구동시키기 위해 요구되는 전압 및 전류를 제공한다. 구동기 회로(26)는 전자 구성요소를 냉각시키는 것을 돕기 위해 열 안내체에 열적으로 결합될 수 있다.

LED를 사용하는 조명 장치를 포함하여 고체 조명 장치의 예는 발명의 명칭이 "광 안내체 및 통합된 열 안내체를 구비한 고체 조명 장치(Solid State Light with Light guide and Integrated Thermal Guide)"이고 2010년 12월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/960642호 및 미국 특허 출원 공개 제2011/0032708호에 기술되어 있고, 두 출원 모두는 마치 완전하게 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다.

고체 조명 장치를 위한 커넥터 설계

도 3은 제1, 제2 및 제3 분리가능한 커넥터를 포함하는, LED 조명 장치 내의 구성요소를 예시하는 분해 사시도이다. 제1 분리가능한 커넥터는 구동기 회로(26)와 조명 장치 회로(24) 사이의 전기 접속을 제공하기 위해 헤더(header) 커넥터(32)와 정합하는 소켓(socket) 커넥터(30)를 포함한다. 제2 분리가능한 커넥터는 핀(pin) 커넥터(38)와 정합하는 포크-인(poke-in) 커넥터(36)를 포함한다. 제2 커넥터는 조명 장치가 소켓 내에 고정되고 포크-인 커넥터(36)를 통해 구동기 회로(26)로 전력을 전달할 때 핀(38)을 통해 전원으로부터 전력을 수신한다. 제3 분리가능한 커넥터는 중립 클립(neutral clip)(34)을 포함하며, 이는 구동기 회로(26)와 기부(22) 사이에 전기 접지 접속을 제공한다.

제1, 제2 및 제3 커넥터는, 커넥터들이 이들을 손상시키지 않고서 또는 달리 이들이 재접속될 수 있도록 이들의 구성요소를 실질적으로 온전한 상태로 유지하면서 접속 및 접속해제될 수 있다는 의미에서 분리가능하다. 일부 경우에, 커넥터는 그의 정합하는 커넥터로부터는 여전히 분리가능한 상태에서, 조명 장치 내에 있을 때에 비-해제가능하게 제조될 수 있다. 이에 비해, 하드 와이어형(hard wired) 또는 납땜 접속부는 이를 접속해제시키기 위해 접속부가 파손될 것을 필요로 하고, 이어서 이를 재접속시키기 위해서는 재납땜될 것을 필요로 한다. 본 발명의 전기 커넥터는 분리가능하므로, 조명 장치는 예를 들어 작동을 위해 더욱 쉽게 조립될 수 있고, 또는 그의 특정 구성요소의 정비 또는 교체를 위해 더욱 쉽게 접속해제될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 전기 커넥터의 상세부를 예시한다. 도 4는 접속된 때의 커넥터를 예시하는 측단면도이다. 도 5는 접속해제된 때의 커넥터를 예시하는 사시도이다. 도 6은 접속된 때의 제1 커넥터(소켓 및 헤더 커넥터)를 예시하는 사시도이다. 도 7은 접속된 때의 제2 커넥터(포크-인 커넥터 및 핀) 및 제3 커넥터(중립 클립)를 예시하는 사시도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터는 소켓 커넥터(30)와 헤더 커넥터(32)를 포함한다. 소켓 커넥터(30)는 그의 밑면 상의 복수의 개구(68), 복수의 전도성 스트립(74) 및 핀(72)을 갖는 섹션(section)(70)을 포함한다. 헤더 커넥터(32)는 복수의 핀(66), 전도성 스트립(64) 및 핀(60)을 갖는 섹션(62)을 포함한다. 접속된 때(도 4 및 도 6 참조), 제1 커넥터와 구동기 회로(26) 사이에 전기 접속을 제공하기 위해, 소켓 커넥터는 핀(72)을 통해 구동기 회로(26)에 장착되고, 전도성 스트립(74)은 구동기 회로(26) 상의 전도성 요소와 전기적으로 접촉한다. 헤더 커넥터는 핀(60)을 통해 섹션(23)에 장착된다. 섹션(23)은 조명 장치 회로(24)의 일부이다. 전도성 스트립(64)은 제1 커넥터와 조명 장치 회로(24) 사이에 전기 접속을 제공하기 위해 섹션(23) 상의 전도성 요소와 전기적으로 접촉하며, 이는 전력을 LED로 전송한다. 헤더 커넥터(32) 상의 핀(66)은 헤더 커넥터(32)와 소켓 커넥터(30) 사이의 전기 접속을 확립하기 위해 소켓 커넥터(30) 상의 개구(68)와 정합한다. 이러한 실시예에서, 핀(66)은 전력을 전송하기 위한 일 세트의 전기 전도성 핀 및 헤더 커넥터(32)를 소켓 커넥터(30)와 정확하게 정렬시키기 위한 일 세트의 비-전기 전도성(레지스트레이션(registration)) 핀을 포함한다. 마찬가지로, 소켓 커넥터(30) 내의 개구(68)는 대응하는 세트의 전기 전도성 개구 및 대응하는 세트의 비-전기 전도성 개구를 포함한다.

접속된 때, 소켓 커넥터(30)와 헤더 커넥터(32)는 구동기 회로(26)로부터 조명 장치 회로(24)로의 저-전압 접속을 제공한다. 구동기 회로(26)가 조명 장치 내에 설치된 때, 소켓 커넥터(30)는 헤더 커넥터(32)와 정합한다. 이와 반대로, 구동기 회로(26)가 조명 장치로부터 제거된 경우, 소켓 커넥터(30)는 헤더 커넥터(32)로부터 해제가능하게 탈착될 수 있다.

도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 커넥터는 핀 커넥터(38)와 정합하는 포크-인 커넥터(36)를 포함한다. 포크-인 커넥터(36)는 구동기 회로(26)에 부착되고, 전도성 개구(44)를 통해 구동기 회로(26)와의 전기 접속을 제공한다. 핀 커넥터(38)는 기부(40) 및 핀 섹션(42)을 포함한다. 접속된 때(도 4 및 도 7 참조), 핀 섹션(42)은 전도성 개구(44)와 정합하고, 기부(40)와 구동기 회로(26) 사이에 전기 접속을 확립한다. 조명 장치가 조명 장치 소켓 또는 다른 조명 기구(fixture) 내에 설치된 때, 기부(40)는 전원과 전기적으로 접촉하고, 포크-인 커넥터(36)와 핀 커넥터(38) 사이의 접속을 통해 구동기 회로(26)로 전력을 전송한다. 조명 장치의 조립 동안, 핀 커넥터(38)는 구동기 회로(26) 상의 포크-인 커넥터(36) 내로 삽입된다.

도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 커넥터는 조명 장치에 접지 접속을 제공하기 위한 중립 클립(34)을 포함한다. 중립 클립(34)은 기부(46)와 탭(tab)(48, 50)에 의해 형성된 클립 부분, 섹션(52) 및 스프링형 핑거(spring-like finger)(54)를 포함한다. 접속된 때(도 4 및 도 7 참조), 클립 부분은 구동기 회로(26) 상으로 클램핑되어(clamp) 그와 접촉하고, 구동기 회로(26) 상의 전도성 중립 패드(56)와 접촉하는 탭(48, 50)을 통해 구동기 회로(26)와의 전기 접속을 제공한다. 섹션(52)은 절연체(20)의 저부 에지에 해제가능하게 고정되고, 스프링형 핑거(54)는 절연체(20) 상의 슬롯 내에 끼워지고 기부(22)와 전기적으로 접촉하여 소켓 또는 다른 조명 기구 내로 삽입된 때 구동기 회로(26)와 기부(22) 사이에 접지 접속을 제공한다. 조립 동안, 구동기 회로(26)가 기부(22) 내로 삽입된 때, 중립 클립(34)은 구동기 회로(26) 상의 중립 패드(56)에 접속된다.

이러한 실시예에서, 조명 장치 회로(24)는 헤더 커넥터(32)로부터의 소켓 커넥터(30)의 접속해제를 통해 구동기 회로(26)로부터 물리적으로 분리가능하다. 구동기 회로로부터 분리된 회로 상에 LED를 갖는 것은 분리가능한 커넥터를 통한 회로의 접속 및 다른 이점을 제공할 수 있다. 동일한 구동기 회로가 상이한 색상의 광을 제공하기 위해 상이한 색상의 LED를 갖는 조명 장치 회로와 같은 상이한 조명 장치 회로와 함께 사용될 수 있다. 구동기 회로는 자동화된 조립 공정에서 조명 장치 회로에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 도 4에 예시된 바와 같이, 회로 기판 상에 구동기 회로를 수용하기 위한 열 안내체 상의 슬롯은 조명 장치 조립체가 "블라인드 정합(blind mated)"될 수 있도록 회로 기판 접촉 패드와 커넥터를 모든 3개의 커넥터와의 정렬 상태로 안내할 수 있다.

제1, 제2 및 제3 커넥터의 예시적인 구성요소 및 재료가 이하에 기술된다. 소켓 커넥터(30)는 섹션(70)과 핀(72)에 대해 플라스틱 재료, 비-전기 전도성 개구에 대해 플라스틱 재료로 형성된 개구, 전도성 스트립(74)에 대해 구리와 같은 금속 재료, 및 전도성 스트립(74)에 접속되는 전기 전도성 개구에 대해 금속 재료를 포함할 수 있다. 헤더 커넥터(32)는 섹션(62)과 핀(60)에 대해 플라스틱 재료, 플라스틱 재료로부터 형성된 비-전기 전도성 핀, 전도성 스트립(64)에 대해 구리와 같은 금속 재료, 및 전도성 스트립(64)에 접속되는 전기 전도성 핀에 대해 금속 재료를 포함할 수 있다. 포크-인 커넥터(36)는 예를 들어 타이코 일렉트로닉스 코포레이션(Tyco Electronics Corporation)으로부터의 LED 포크-인 제품 번호 2008563-1로 구현될 수 있다. 핀 커넥터(38)는 일체형 금속 핀으로 구현될 수 있다. 중립 클립(34)은 스탬핑되고 성형된 금속 스프링 클립으로 구현될 수 있다.

제1, 제2 및 제3 커넥터는 대안적으로 다른 유형의 재료로 구현될 수 있다. 커넥터의 구성요소는 단일의 일체형 구성요소 또는 구성요소를 형성하도록 조합된 하위-구성요소의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 핀이 둥근 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 핀은 정사각형일 수 있거나 다른 유형의 형상을 가질 수 있다.