KR101047246B1 - 경화용 발광 다이오드를 사용하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 적용예에서 경화를 위한 발광 장치를 사용하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법은 발광 장치의 냉각하고 UV, 가시광 및 IR 영역에서 매우 높은 전력을 내는 방식으로 열 파이프 상에 동일하게 장착되기 위한 새로운 방법을 포함한다. 또한 열 파이프를 사용하는 본 발명의 독특한 LED 패키지 기술은 매우 조밀한 공간에서 매우 효율적인 성능을 수행한다. 이는 매우 근접 이격된 LED가 매우 높은 전력 또는 밝기로 작동하게 한다.

발광 장치, 열 파이프, LED, 제1 단부, 제2 단부

Description

경화용 발광 다이오드를 사용하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR USING LIGHT EMITTING DIODES FOR CURING}

[관련 출원에 대한 상호 참조]

본 출원은 2002년 7월 25일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/398,635호와, 2002년 8월 23일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/405,432호와, 2002년 9월 13일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/410,720호와, 2002년 10월 8일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/418,948호와, 2002년 10월 22일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/420,479호와, 2003년 4월 3일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/467,702호 및 2003년 6월 4일에 출원된 미국 가출원 특허 제60/476,004호에 우선권을 주장한다.

본 발명은 발광 다이오드("LED") 기술 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 경화 가능한 합성물을 경화시키기 위해 그리고 노광 후에 경화 가능한 합성물로부터 경화된 부분을 형성하기 위해 발광 다이오드로부터의 광의 출력을 개선하는 것에 관한 것이다.

열은 민감한 전자 구성 요소에 손상을 주어, 신뢰성을 떨어뜨리고 보다 작은 패키지 내부에 보다 높은 전력 레벨로 집중시키는 능력을 방해한다. 많은 적용예가 조밀한 구성 내부에 LED를 밀접하게 패키지하는 능력으로부터 이점을 갖지만, 발생된 열 레벨은 항상 제한적 인자로 작용해왔다. 또한 LED가 더욱 정교하게 되고 있기 때문에, 내부 열의 축적(build up)을 제거하는 것이 점차 어려워지고 있습니다. 장치는 보다 강력해지고 있고 최종 열 발생을 제거하기 위해 만들어진 해결책은 종종 매우 많은 도전을 받고 있다.

리브(Lieb) 등에 의해 출원된 미국 특허 공개 공보 제2003/0036031호에는 광 경화 가능한 치과용 레진 및 그와 유사한 물질을 경화시키기 위한 발광 핸드피스(handpiece)가 개시된다. 상기 장치는 LED 광원을 지지하기 위한 헤드 부분과, LED 광원의 에너지를 생성하기 위한 전력원을 포함하기 위한 관형 핸들 부분과, 헤드 및 핸들 부분을 상호 연결하는 넥 부분을 포함한다. 헤드 및 넥 부분은 공통의 열 도전성 재료로부터 일체로 형성되고 LED용 히트 싱크(heat sink)를 제공한다. 실질적인 부분의 광원 하우징은 그 자체로서 LED가 레진 경화에 영향을 주기에 충분한 시간 간격 동안 작동하게 하는 LED로부터의 충분한 열 에너지를 발산하는 기능을 한다.

하딩(harding)에 의해 출원된 미국 특허 공개 공보 제2003/0021310호에는 전자 장치 또는 광 전자 기구를 냉각하기 위한 방법 및 기구가 개시되어 있다. 상기 기구는 히트 싱크 조립체에 열적으로 결합된 캔 몸체 및 캔 헤더를 갖고, 캔 본체와 캔 외부에 열 전도체를 폐쇄하고 캔 헤더의 에지의 적어도 일부에 부착된 제1 부분과 캔의 외부의 히트 싱크에 부착된 제2 부분을 갖는 캔 내부의 히트 싱크 조립체 상에 장착된 장치를 포함한다.

헤럴드(Herald) 등에 의해 출원된 미국 특허 제6,159,005호에는 합성 재료를 광 폴리머화시키기 위한 작은 경량 휴대 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 내장 배터리와, 유용한 작은 분광 범위만을 방출하는 LED에 의해 구성된 광원을 포함함으로써 임의의 열 방사를 피한다. LED는 바람직하게 폴리머화될 위치를 향해 배향된 장치의 팁에 위치된다.

루(Lu) 등에 의한 미국 특허 공개 공보 제6,523,959호에는 액체 크리스탈 패널 및 액체 크리스탈 프로젝터 내에 광학 시스템의 편광기를 냉각시키는 데 사용되는 냉각 장치가 개시된다. 상기 냉각 장치는 상기 크리스탈 패널의 두개의 플랭크 측면에 배치된 복수개의 열 파이프를 포함한다.

이러한 미국 특허 문서 중 어느 것도 내부 열 에너지를 발산하기 위한 방식으로 LED를 냉각하고 최대 광 출력을 달성하기 위해 LED를 패키지하는 것을 개시하고 있지 않다. 따라서, 종래의 냉각 기술의 성능을 상당히 능가하고 고밀도의 소형화된 LED 구성 요소로부터 이점을 갖는 LED를 냉각하고 열 파이프 상에 LED를 장착하기 위한 필요성이 존재한다. 또한, 보다 나은 효율을 종래의 히트 싱크보다 더욱 조질한 공간 내에서 수행하는 최첨단 기술의 마이크로 열 파이프를 거쳐 열을 방출하는 새로운 LED 패키징 기술에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명의 제1 실시예에는 표면 상에 접착제를 경화시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법은 적어도 하나의 LED를 제공하는 단계와, LED의 냉각을 수행하기 위해 적어도 하나의 채널을 통해 LED 내부로 냉각제를 통과시키는 단계와, 접착제를 경화시키도록 LED로써 상기 표면 상에 상기 접착제를 조사하는 단계를 포함한다. 상기 장치는 전력 공급기와, 방사선 출력을 갖고 전력 공급기에 커플링된 적어도 하나의 LED를 포함하는 방사선원과, LED에 커플링된 적어도 하나의 채널을 포함하고, 냉각제는 채널을 거쳐 LED 내부로 통과함으로써 접착제 상에서 높은 광 출력을 내도록 다이오드를 냉각시킨다.

본 발명의 제2 실시예에서는 LED를 냉각시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 적어도 하나의 LED를 제공하는 단계와, 경로를 생성하도록 LED에 적어도 하나의 채널을 연결시키는 단계와, LED를 냉각시키도록 채널을 통해 냉각제를 주입하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제3 실시예는 LED 경화 장치가 제공된다. 상기 장치는 두개의 대향 단부를 갖는 관형 몸체와, 하나의 대향 단부에 위치된 높은 도전성 표면을 포함하는 LED 몸체와, LED 몸체의 도전성 표면에 연결된 열 파이프를 포함한다. 상기 열 파이프는 LED 몸체로부터 멀리 열을 전달하는 작용을 한다.

본 발명의 제4 실시예에서는, 열 에너지를 전달하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 구리 히트 싱크와, LED의 어레이와, 관형 형상의 적어도 하나의 열 파이프를 포함한다. 구리 히트 싱크는 적어도 하나의 증기 공동을 갖는다. LED 어레이는 히트 싱크에 부착되고, 증기 공동의 긴 축은 LED의 p-n 접합부에 대해 실질적으로 수직이다. 관형 형상의 열 파이프는 증기 공동을 거쳐 히트 싱크 내부로 삽입된다. 열 에너지는 LED로부터 방출되는 광으로부터 실질적으로 대향된 방향으로 LED의 어레이로부터 멀리 전달된다.

본 발명의 제5 실시예에서는 LED 장치 패키지가 제공된다. LED 장치 패키지는 도전성 기판과, 도전성 기판에 연결된 열 파이프와, 열 파이프의 팁 상에 장착 된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 열은 상기 LED로부터 멀리 전달된다.

본 발명의 제6 실시예에서는 LED 경화 장치가 제공된다. LED 경화 장치는 관형 몸체와, LED 몸체와, 열 파이프와, 전력원과, 팬과, 히트 싱크/교환기를 포함한다. 관형 몸체는 광폭 단부와 팁 단부를 포함하는 두개의 대향 단부를 갖는다. LED 몸체는 도전성 몸체를 포함하고 관형 몸체의 팁단부에 위치된다. 열 파이프는 관형 몸체를 통해 연장하고 LED 몸체의 도전성 표면에 결합된다. 전력원은 LED에 전력을 공급하기 위한 관형 몸체의 중간 부분 주위에 위치된다. 팬은 몸체의 광폭 단부에 위치된다. 마지막으로 히트 싱크/교환기는 팬으로부터 송풍되는 공기를 수용하도록 전력원과 팬 사이에 위치된다.

본 발명의 제7 실시예에서는 열 및 열 에너지를 전달하기 위한 기구가 제공된다. 기구는 적어도 하나의 열 파이프와 LED 장치를 포함한다. 각각의 열 파이프는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 제1 단부는 증발 단부로서 작용하고 제2 단부는 응축 단부이다. LED는 각각의 열 파이프의 제1 단부에 장착되고, 열 및/또는 열 에너지가 각각의 LED로부터 멀어지는 일반적인 방향, 즉 각각의 열 파이프의 제1 단부로부터 제2 단부를 향해 전달된다.

본 발명의 제8 실시예에서는 열을 전달하기 위한 기구가 제공된다. 기구는 열 전달 장치, LED 및 전달 수단을 포함한다. 열 전달 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. LED는 열 전달 장치의 제1 단부에 장착된다. 열 전달 수단은 제1 단부로부터 제2 단부로 LED에 의해 발생된 열을 전달하기 위한 열 전달 장치와 관련된다.

본 발명의 제9 실시예에서는 소정 방향으로 광을 제공하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 열 파이프와, LED와, 전력 공급기와, 작동 스위치와, 하우징을 포함한다. 열 파이프는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. LED는 열 파이프의 제1 단부에 장착된다. 전력 공급기는 LED에 전력을 공급한다. 작동 스위치는 전력 공급기를 작동시킨다. 하우징은 열 파이프의 적어도 일부를 둘러싼다.

본 발명의 제10 실시예에는 발광 장치가 제공된다. 상기 장치는 전기 도전성 열 파이프와 열 파이프의 팁 상에 장착된 LED를 포함하고, 열 파이프는 LED에 전기를 공급하고 LED로부터 열을 전달한다.

본 발명의 제11 실시예에서는 열 에너지를 전달하기 위한 기구가 제공된다. 상기 기구는 열 파이프의 어레이 및 LED를 포함한다. 열파이프의 어레이 내의 각각의 열 파이프는 제1 단부와, 제2 단부, 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 공동을 갖는다. LED는 각각의 열 파이프의 제1 단부에 장착된다. 각각의 LED는 p-n 접합부를 갖고, 적어도 일부의 공동은 LED의 p-n 접합부에 대해 실질적으로 수직이다.

본 발명의 제12 실시예에서는 LED 장치가 제공된다. 상기 LED 장치는 기판과 적어도 하나의 LED를 포함한다. 기판은 적어도 하나의 열 파이프를 포함한다. LED는 기판 상에 장착되고, LED에 의해 발생된 열이 LED로부터 방출된 광으로부터 실질적으로 대향된 방향으로 이동한다.

도1은 종래의 LED 장치를 도시한다.

도2는 LED의 어레이를 갖는 장치의 사시도이다.

도3은 몰드 공동 내에 LED의 어레이를 갖는 장치의 사시도이다.

도4는 전기 연결부를 갖는 LED의 어레이를 갖는 본 발명의 장치를 도시한다.

도5는 LED의 어레이를 갖는 장치에 강제 대류 냉각을 도시한다.

도6a는 본 발명에 따른 휴대용 LED 경화 장치의 사시도이다.

도6b는 도6a의 장치의 팁 단부의 확대도이다.

도7은 본 발명에 따른 휴대용 LED 경화 장치의 액체 냉각 버전의 사시도이다.

도7a는 도7의 전방 단부의 확대도이다.

도7b는 도7의 팁 단부의 확대도이다.

도8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 열 파이프가 냉각제와 전기 연결부 모두를 제공하는 LED 경화 장치를 도시한다.

도8a는 복수개의 LED를 갖는 도8의 장치의 팁의 확대도이다.

도9는 상 변화 재료에 의해 냉각된 다른 발광 장치의 사시도이다.

도9a는 본 발명의 실시예에 따른 접착제 경화 장치를 도시한다.

도9b 및 도9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 착탈 가능한 휜(fin)을 갖는 복수개의 LED 어레이를 포함하는 장치를 도시한다.

도10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수개의 싱크 상에 장착되고 열 파이프의 어레이에 의해 냉각되는 넓은 영역의 UV 또는 가시 LED의 어레이를 갖는 장치를 도시한다.

도11 및 도11a 내지 도11f는 본 발명에 따른 새로운 패키지의 LED 및 열 파이프의 다양한 실시예를 도시한다.

도12 및 도12a 내지 도12e는 본 발명에 따른 LED/열 파이프 조립체의 다양한 실시예를 도시한다.

도13은 회로 보드 상의 LED/열 파이프 장치의 사시도이다.

도14는 도13의 하나 이상의 장치를 형성하는 어레이를 도시한다.

도14a는 도14의 어레이 장치의 단면도이다.

도14b 내지 도14d는 복수개의 LED를 포함하는 다른 공간 및 기하학적 패턴을 갖는 복수개의 열 파이프를 갖는 장치를 도시한다.

도14e는 회로 보드 내에 위치된 도14b 내지 도14d의 장치를 도시한다.

도14f 및 도14g는 회로 보드에 연결된 복수개의 LED를 포함하는 단일한 열 파이프를 갖는 장치를 포함한다.

도15a 및 도15b는 회로 보드 상에 어레이된 열 파이프 상의 복수개의 LED의 사시도이다.

도15c는 회로 보드 내의 도15b의 두개의 열 파이프의 측면도이다.

도15d는 본 발명의 실시예에 따른 강제 공기 냉각되는 휴대용 장치를 도시한다.

도15e는 열 파이프의 단부 상에 배치된 복수개의 LED의 사시도이다.

도16은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)가 본 발명의 다른 실시예에서 열 파이프에 결합된 장치를 도시한다.

도17 및 도17a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 파이프에 결합된 히트 싱크의 분해도이다.

도18a 내지 도18e는 열 파이프의 다양한 부분 상에 장착된 LED의 사시도이다.

도19a 및 도19b는 회로 보드 상에 패키지된 LED 장치를 도시한다.

도20은 LED의 결합을 위한 중앙의 컷 아웃을 갖는 제1 회로의 사시도이다.

도20a는 도20의 회로의 하부도이다.

도20b는 중앙의 컷 아웃을 갖는 제2 회로의 사이도이다.

도20c는 도20b의 회로의 하부도이다.

도20d는 함께 결합된 도20의 제1 회로와 도20b의 제2 회로를 도시한다.

도20e는 도20d의 두개의 결합된 회로의 하부 측면도를 도시한다.

도21은 복수개의 LED를 갖는 도20의 제1 회로의 사시도이다.

도22 및 도22a는 도20이 제1 회로의 상단 상에 조립된 링을 도시한다.

도22b는 TIR 렌즈/반사기를 갖는 도22a의 조립체를 도시한다.

도22c는 도22b의 조립체의 하부도를 도시한다.

도22d는 제1 회로를 갖는 도22c의 조립체의 사시도이다.

도22e는 강화 링 및 열 파이프를 갖는 도22d의 조립체의 사시도이다.

도22f는 다른 전기 연결부를 도시하는 도22e의 조립체의 하부도이다.

도22g는 도22f의 조립체에 부착된 도22d의 조립체를 갖는 완성된 조립체를 도시한다.

도22h는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오목부를 포함하는 LED의 렌즈의 분해도이다.

도23a 및 도23b는 회로 보드 내부에 삽입된 열 파이프의 어레이를 도시한다.

도24는 도23a의 회로 보드 조립체 내부에 삽입된 도22g의 LED 어레이 조립체를 도시한다.

도25는 도22b의 조립체와 보호 외부 슬리브를 갖는 도22d의 조립체를 도시한다.

도26a는 패키징 전 다양한 부품의 회로 보드 장치 및 LED를 갖는 조립체의 사시도이다.

도26b는 패키지가 조립되고 단일화된 후 본 발명에 따른 LED 패키지의 어레이를 도시한다.

도26c는 본 발명에 따른 하나의 사전 단일화 LED 패키지의 분해도이다.

도27은 도26a 내지 도26c의 개별적인 LED패키지의 분해도이다.

도27a는 높은 열 도전성 재료를 포함하는 바닥층을 갖는 도27의 개별적인 패키지의 바닥 측면도이다.

도28a 및 도28b는 도27의 개별적인 LED 패키지의 측면도이다.

도29는 열 확산기를 갖는 도27의 개별적인 LED패키지의 바닥 측면도이다.

도30a는 LED를 갖는 평평화된 열 파이프의 사시도이다.

도30b는 LED를 갖는 평평화된 열 파이프의 사시도이다.

도30c는 휜 싱크(finned sink) 주위에 만곡된 열 파이프의 사시도이다.

도31a 및 도31b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 파이프를 갖는 다이아몬드 기판 상에 결합된 LED의 어레이의 사시도이다.

본 발명은 높은 전력 LED 및 매우 높은 전력 밀도 패키징을 가능하게 하는 열 파이프 기술을 제공한다. 열 파이프의 매우 높은 열 도전성은, 정격 제한 내로 접합 온도 웰(junction temperature well)을 유지하면서, 4x의 인자에 의해 LED를 오버드라이빙(overdriving)하게 허용한다. 다른 특성은 낮은 열 저항 서브 마운트, 밝기 유지 TIR 반사기, 낮은 단면 영역 히트 싱크 및 개별적으로 어드레스 가능한 높은 밀도의 칩 어레이를 포함한다. 이러한 특성은, 매우 높은 열 성능을 요구하지 않는 적용예를 위해 특별히 사용되는 일체의 열 파이프가 없이도, 높은 전력 밀도를 달성하는 능력을 용이하게 한다.

본 발명에서와 같이 LED 장치를 열 파이프 구성 요소에 결합 방식은 열 파이프의 독특한 빠른 열 발산 능력에 이점을 가지면서 물리적 공간 요구 조건을 최소화한다. 이는 보다 밀접하게 이격된 LED가 보다 높은 전력 및 밝기로 작동하는 것을 허용한다. LED 구성 요소를 위한 열 파이프 패키지의 몇몇 다른 특성은 빠른 열 반응과, 가변 열 유동과, 경량화와, 높은 신뢰성을 포함하고 유지 보수 비용이 약간 또는 거의 요구되지 않는다는 점이다.

본 발명의 일 태양에서는, 발광 장치, 바람직하게 적어도 하나의 LED 또는 유기 LED("OLED") 또는 가요성 OLED("FOLED") 또는 플립 칩 LED("FCLED") 또는 수직 공동 표면 방출 레이저("VCSEL")를 냉각하기 위한 새로운 수단이 제공된다. 본 발명의 목적을 위해, LED를 언급했지만, 본 기술 분야에서 언급되고 공지된 다른 발광 장치가 당연히 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도1을 참조하면, 바람직하게 루밀레드사(Lumiled Inc.)에 의해 제조된 단일 방출기 LED(10)가 도시된다. 이는 다른 제조자에 의한 LED로 대체될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 특정 루밀레드 방출기는 예로서만 참조된다. 방출기는 도면에서 "로우 돔(low dome)" 렌즈를 방출기 상에 갖지만 "하이 돔(high dome, 램버티안 엔즈) 렌즈를 가질 수도 있고, 렌즈가 없을 수도 있고, GRIN 렌즈가 사용될 수도 있다. 또한, 이 실시예에서 파장은 약 460 nm의"감청색(royal blue)" 파장대이다. 200 nm로부터 11,000 nm까지의 다른 파장이 사용될 수도 있다. 본 발명에서 가장 바람직한 파장 영역은 250 nm 내지 5,000 nm의 파장대이다.

도1의 LED(10)는 열 및 전기 도전성 접착제로 애노드 및 캐소드에 결합된 실질적으로 원형의 가요성 후크 업(hook-up) 와이어와 전기적으로 연결을 용이하게 촉진하도록 "클립된(clipped)" 애노드(11) 및 캐소드(12) 레그를 일반적으로 포함한다. 요소(14)는 모두 열적으로 그리고 전기적으로 도전성인, 애노드(11)와 캐소드(12) 사이에의 높은 도전성 서브마운트(submount)/슬러그이다. 나사와 같은 돌출부를 갖는 구멍(13)은 LED(10)의 도전성 슬러그(14)를 통해 드릴링된다. 나사 관통 구멍(13)은 바람직하게 구리로 형성된, 높은 도전성 서브마운트/슬러그(14)를 통해 모든 방향으로 통과된다. 플라스틱 링(15)은 슬러그(14) 및 LED 렌즈를 제위치에 보유한다. 구멍(13)의 내부 직경 주연부는 바람직하게 0.010인치(0.0254cm)의 칩 장착 표면의 내의 원주부를 갖는다.

도2는 공통의 냉각 경로를 공유하는 반원형의 폿트된 폴리머(20, potted polymer)로 바람직하게 배열된 여섯 개의 LED(10)의 어레이를 포함하는 장치를 도시한다. 폴리머(20)는 쇼어 A 듀로메터 UV(shore A durometer UV) 경도의 열 경화 아크릴 우레탄 또는 실리콘 엘라스토머가 바람직하다. 내부 반경은 경화되거나 처리될 표면에 인접하거나 접촉한다. 도시된 것 뿐만 아니라 다양한 다른 렌징 개념(lensing concept)이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 폴리머 굴절률(refractive index)은 대략 n=1로부터 n=2까지의 범위가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1.5이다. 폴리머(들)과 같은 다른 굴절률(또는 동일한)의 다른 형태의 돔이 사용될 수도 있다. 또한 돔이 없는 것, GRIN 등이 사용될 수도 있다. 여섯 개의 방출기(10)는 예로써만 도시된다. 바람직하게는 각각의 열을 위한 하나의 단일 방출기(100)가 사용될 수도 있다. 또한 방사 패턴은 실질적으로 난반사(lambertian)일 필요는 없다. 다양한 초점 집중 및 산란 처리법이 사용될 수도 있다. 산란을 위해 폴리머 또는 폴리머들 상의 텍스츄어 표면(textured surface) 뿐만 아니라 폴리머 매트릭스 내부의 기포 또는 비드가 사용될 수도 있다. 방출기(10)는 광학적 방사 패턴이 원하는 영역 상에서 이점을 갖도록 배열될 수도 있다. 냉각제(가스 또는 액체, 21)는 채널(29)을 거쳐 장치 내부로 진입되고 경계층 파괴에 의해 열 전달을 강화하도록 바람직하게 조그만 나사 관통 구멍(13)을 갖는 방출기(10) 내부의 채널(22 및 23)에 의해 배향된다. 채널(29)은 냉각제가 장치를 나가도록 출구 채널로서 작용한다. 채널(24, 25, 26 및 27)은 다른 하나의 LED로부터 하나의 LED(10)를 연결하여 냉각제가 하나의 LED(10)로부터 다른 하나의 LED로 통과하도록 작용한다. 채널(28a 및 28b)은 채널(21)로 냉각제를 복귀시키는 어레이의 단부에 위치된 각각의 LED(10)로부터의 180도 복귀 벤드(return bend)이다. 모든 이러한 채널은 채널로부터 LED(10)의 구멍(14)으로 통과하는 냉각제를 갖는 냉각 채널로서 작용함으로써, LED(10)를 냉각시키고 높은 열 전달률이 얻어질 수 있다.

본 발명의 도3을 참조하면, 바람직하게 알루미늄으로 형성된 몰드 공동(30) 내에 여섯 개의 LED(10)가 도시된다. 낮은 용융점 금속 와이어는 폴리머 내에서 캡슐로 둘러싸이고 그 후 LED 또는 VCSEL의 조밀한 높은 전력 밀도 어레이를 위해 외부에서 용융된다. 특히, 거의 0.033 인치(0.08382 cm)의 직경인 낮은 용융점 납땜 와이어는 각각의 사전 드릴링된(0.033 인치 직경) 구멍 및 나사(0.9 UNM) 구멍(13, 도시 생략)을 통해 LED(10)의 일체의 구리 슬러그(14, 도시 생략) 내로 공급된다. 두개의 와이어는 LED 내의 구멍을 통해 나사 결합되고, 두개의 단부는 도3에 도시된 바와 같이 부분(32) 내부에 형성되고 또한 다른 두개의 단부는 부분(33) 내부에 형성된다. 부분(32)을 형성하는 최초 두개의 와이어는 부분(33)을 형성하는 와이어와 접촉하지 않는 것이 중요하다. 이들은 OP30 UV 접착제를 사용하여 제위치에 고정될 수도 있다. 그 후 전기적 연결부는 도4를 참조하여 설명될 바와 같이 만들어진다. 다시 도3을 참조하면(전기적 연결부가 도4에서 만들어 진 후), 가요성 폿팅 접착제/폴리머(20)는 모든 전술된 부품/와이어를 커버하도록 몰드(30) 내부로 주입된다. 가요성 폿팅 접착제/폴리머(20)는 70 도의 온도에서 선택인 열 경화로써 경화되는 UV이다. 경화된 폴리머 조립체는 몰드(30)으로부터 제거되고 거의 70 도로 가열된 액체 내에 침지되고 와이어는 외부에서 용융된다[최초로 이형제(mold release)로써 와이어를 코팅하는 것이 최적임]. 따라서 냉각 경로는 모든 부품 사이에서 그리고 모든 부품을 통해 형성되어, 장치 작동 중, 냉각제는 채널(28)을 통해 통과하는 입구 냉각 튜브(34)의 구멍(34a)을 통해 주입됨으로써 LED(10)의 모든 부품을 통해 순환하고 모든 부품을 냉각한 후 출구 냉각 튜브(35)의 구멍(35a) 외부로 나올 수 있다. 냉각 루프는 일련 또는 평행할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. LED의 이러한 냉각 능력은 실질적으로 보다 높은 광 출력을 발생시키고, 따라서 보다 적은 수의 LED가 사용될 필요가 있다.

도4는 명확성을 위해 몰드(30)을 제거한 본 발명의 장치를 도시하고 전기 연결부를 추가로 도시한다. LED(10)는 평행으로 연결되지만, 그러나, LED는 일련으로 연결될 수도 있다는 것도 알 수 있다. 또한 많은(20개 이상의) 개별적인 작은 영역의 방출기 칩이 넓은 영역의 전력 LED에 대체될 수 있다. 직경이 약 0.039 인치(0.09906 cm)이고 길이가 약 2 인치(5.08 cm) 내지 약 3 인치(7.62 cm)인 스트랜드된(stranded) 가요성 "후크 업"와이어는 캐소트 탭 및 LED의 케이스 내부로 그리고 그에 대해 가압된다. 0.039 인치(0.09906 cm) 직경의 와이어는 전기 도전성 에폭시로써 캐소드 탭(42a 내지 42e)에 결합됨으로써 LED(10)를 전기적으로 연결한다. 유사한 처리법이 애노드 탭(44a 내지 44e)에 행해진다. 결국, a3' 길이 와이어(45)는 캐소드 와이어(46)에 결합되고 a3' 길이 와이어(47)는 애노드 와이어(48)에 결합된다. 또한, 이는 UV 경화 폴리머(20)가 주입되고 경화되기 전 도3에 몰드 공동(30) 내부로 삽입된다.

도5는 폴리머 아치(반원형)에서 캡슐로 둘러싸인 여섯 개의 LED를 도시한다. 또한 전기적 연결부 채널 및 냉각제 연결부 채널이 도시된다. 경화되거나 처리될 표면 상에서 전력 밀도는 바로 어드레스될 수 있다. 이는 제곱 cm 당 거의 5 mW로부터 500 W까지여야 하며 이는 이 특허 출원에 설명된 모든 실시예에서 참조된다. 바람직한 실시예에서 전력 밀도는 거의 제곱 cm 당 100 mW 내지 2 W이다. 가장 바람직한 실시예에서 전력 밀도는 제곱 cm 당 약 400 mW 내지 500 mW이다. 이는 발광 장치 당 몇 와트 CW 출력 전력을 초과할 때 본 발명에서의 뛰어난 냉각 특성을 갖는 것이 실행 가능하다. 도5는 입구 냉각 튜브(34) 및 출력 냉각 튜브(35)를 도시한다. 이 냉각 튜브(34 및 35)는 바람직하게 펌프(50)에 연결될 수 있고 장치를 통해 냉각제를 이동시키고 그후 저장부 또는 냉각 장치 또는 열 교환부 또는 이 모든 세 개의 장치(52)로 이동시킬 수 있다. 이러한 공정은 입구 냉각 튜브(34)를 거쳐 장치로 공급되는 냉각제(즉, 물)가 펌프의 힘에 의해 도움을 받는 강제 대류 냉각이라 칭한다. 전력 리드(54 및 56)는 바람직하게 전력 공급기 또는 배터리(58)에 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에서, 접착제 또는 합성물을 경화시키기 위해 사용될 수 있는 LED 및 LED용 장치를 장착하고 냉각하기 위한 방법이 제공되고 다른 광원이 사용될 수도 있다.

도6a를 참조하면, LED 경화 장치(60)가 도시된다. 장치(60)는 바람직하게 휴대용 LED 경화 장치이다. 장치(60)는 광폭 단부(62a) 및 만곡된 팁 단부(62b)의 두개의 단부를 갖는 플라스틱 또는 금속으로 만들어진 관형 막대 본체(62)를 포함한다. 본체(62)의 팁 단부(62b)는 반드시 만곡될 필요가 없다는 것을 알아야 한다. LED(10)는 본체(62)의 단부(62b)에 위치된다. 어떠한 공동 및 구멍도 전도체 슬러그(14) 내에 만들어질 필요는 없지만, 본체(62)를 통해 연장하는 열 파이프(64)는 아교 또는 납땜으로써 바람직하게 구리로 된 LED(10)의 전도체 슬러그(14) 내부에 결합된다. 도6a 내에 도시된 바와 같이, 열 파이프(64)는 단부(62a)에서 "직경이 줄어들게" 변경될 수도 있다. 또한 평평화된 열 파이프가 사용될 수도 있고 LED는 평평화된 단부의 상단에 결합된다. 선택적인 배터리 팩(61a 및 61b)은 바람직하게 본체(62)의 중간 부분 주위의 도시 생략된 벽 플러그 변압기에 의해 구동될 수도 있다. 거의 30 ㎟인 팬(66)은 본체(62)의 단부(62a)에 위치될 수 있다. 바람직하게 Al 또는 Cu로 된 히트 싱크(68)는 팬(66)과 배터리 팩(61a 및 61b) 사이에 열 파이프(64)의 "저온 단부"에 접착된다. 팬(66)은 히트 싱크(68) 상을 지나 공기를 송풍하는 데 사용되고 대부분의 구성 요소가 장착된 본체(62) 내에 포트(도시 생략)를 통해 배출된다. 스위치(63)는 배터리 팩(61a 및 61b)을 LED(10)에 연결하는 와이어(도시 생략)를 거쳐 LED로의 전류를 제어한다. LED 렌즈(10a)는 팜볼릭 반사기(10b, pambolic reflector) 및 선택적으로 부가적인 렌즈(10c)에 의해 둘러싸이도록 도시된다. 열 파이프(64)는 작은 양의 액체(작동 유체, 일반적으로 물)가 진공하에 주입되는 폐쇄된 용기이다. 열 파이프(64)의 용기의 내부 벽은 모세관 작용 재료(심지 구조)과 나란하게 위치된다. 열 파이프(64)의 일부가 LED(10)에 의해 생산된 열에 노출될 때, 가열된 부분, 즉 열 파이프(64)의 고온 단부 내에 유체는 잠재된 에너지를 끌어올려 증기화된다. 증기는 증기가 냉각되고 잠재적인 에너지를 방출하여 응축되는 열 파이프의 "저온 단부" 로 유동하고 응축된 유체는 모세관 작용에 의해 고온 단부로 복귀한다. 열 파이프(64)는 LED(10)로부터 열을 제거하는 열 엔진으로서 작용한다.

도6b는 도6a에서 장치(60)의 팁 단부(62b)의 확대도이다. "포켓(65)"이 도시되는 데, 열 파이프(64)는 포켓이 열 파이프(64)보다 단지 1000분의 1 인치 직경이 크도록 LED(10)의 슬러그(14) 내에 밀링되고 드릴링되고 몰딩된다. 높은 열 도전성 에폭시는 열 파이프(64)의 삽입 전에 포켓(65)의 바닥에 위치된다. 열 파이프(64)의 작동은 위에서 설명한 바와 같이, 열 전달의 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지되어 있지만, 경화를 위한 휴대용 LED 장치(60)에 대해서는 본 발명 이전에 사용되지 않았다. 또한 종래 기술 분야에서, 열 파이프(64)는 도시된 바와 같이, 슬러그(14) 또는 LED(10)의 서브 마운트 상에 또는 내부에 삽입되지 않았고, 약 8.5 mm의 작은 직경을 갖는 막대(62)의 단부에서 LED(10)를 장착할 목적을 위해 사용되지도 않았다. 대부분의 LED 슬러그는 넓은 PCB 보드 또는 본원에서 설명된 LED 장치(60)의 적용예에 적합한 넓은, 평평한 히트 싱크에 접착되거나 납땜된다. 열 파이프(64)는 "포켓(65)" 없이 LED "슬러그" 에 납땜되거나 접착될 수 있고 또는 분리된 열 파이프는 LED에 결합될 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 도6a 및 도6b의 상기 설명된 실시예에서, 열 파이프(64)는 LED(10)의 p-n 접합부에 대해 실질적으로 수직하지 않는 방향으로 열을 전달한다. 열 파이프(64)의 팁 상에 장착되고 슬리브에 의해 둘러싸이고 반사기(106)와 LED(10)를 포함하는 도6a 및 도6b의 장치의 단부는 장치의 단부로부터 약 7 mm의 지점에서 45도로 만곡된다. 광은 실질적으로 수직인 방향으로 p-n 접합부 평면으로부터 떨어져 이동되지만, (만약 평행하다면), 대부분의 열 파이프의 길이와 열이 전달되는 방향은 열 파이프(64) 내에서의 45도 벤드(bend)로 인해 수직하지 않다. 45도의 벤드가 없다면(즉, 직선), 열은 p-n 접합부에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 유동된다.

도7은 휴대용 LED 경화 장치(60)의 액체 냉각 버전을 도시한다. 액체 냉각을 사용함으로써, 막대(62, 긴, 슬림형 튜브)는 가요성 액체 운반 튜브를 사용함으로써 가요성을 갖도록 만들어 질 수도 있다. 바람직하게 "화이트" LED를 포함하는 200 nm 내지 11,000 nm의 파장이 사용될 수 있다. LED 본체(10)는 부착 렌즈(10a)로 도시된다. LED(10)는 거의 8.5 mm의 직경인 막대(62)의 단부에 위치되고 가요성을 가질 수 있고, 반 강성 또는 강성일 수 있다. 냉각제 튜브[34(입구) 및 35(출구)]는 LED(10)의 슬러그 내의 선택적인 나사 관통 구멍(67)에 결합된다. 이러한 방식으로 냉각제는 LED 다이[도시 생략되었지만, 전도체 슬러그(14)의 일 단부에 결합됨]를 냉각시키기 위한 목적으로 약 2 psi 내지 50 psi로 LED(10)를 통해 통과한다. 냉각제 튜브(34, 35)는 냉각제(즉, 액체)를 공급하는 펌프(50) 및 열을 수용하는 휜 열 교환기(52)에 각각 부착된다. 팬(66)은 펌프(50)를 위한 구동 전자 장치이다. 팬(66)은 열 교환기(52)의 외부 휜 위로 공기를 통과시키고 공기는 본체(62) 내의 몰딩된 플라스틱 하우징 내의 포트(도시 생략)를 통해 배출된다. 전기적 리드는 도면의 명확성을 위해 도시되지 않는다. 배터리 팩(61a 및 61b)이 도시된다. 장치는 배터리로부터 정밀하게 작동될 수도 있고 벽 장착 변압기에 대해 코드를 가질 수도 있다. 액체 냉각의 목적은 매우 작은 영역 내에 존재하는 LED 다이(10)에 의해 발생된 열을 제거하고 폐열을 열 파이프(64)를 거쳐 보다 넓은 영역인 열 교환기(52)에 의해 펌핑시키는 것이다. 이러한 기술을 사용함으로써, LED는 평평한 히트 싱크 및/또는 PC 보드(PCB)에 장착된다면 보다 높은 작동 전류와 출력 전력으로 구동될 수도 있다. 부가적으로, 전자 장치 조립체를 아교 경화하는 적용예 또는 경화 또는 화이트닝을 위해 환자의 입 안의 "비좁은" 공간 내부로 들어갈 필요가 있는 거의 8.5 mm의 직경의 막대의 단부에서 외부로 PCB의 히트 싱크를 갖는 것은 어렵다. 또한, 액체 냉각이 막대의 일 단부로부터 타 단부로 높은 플럭스로 열을 전달하는 데 사용된다면 가요성을 갖는 "막대"를 만드는 것이 용이하다는 사실이 매우 중요하다.

도7a는 도7의 확대도이며, 입구 및 출구 튜브(34 및 35)는 각각 매우 자세하게 도시된다. 이러한 튜브는 비틀림 저항(kink resistance)에 대해 벽 내의 얇은 나선부 또는 코일 와이어를 갖는 HV 기술(노쓰 캐롤라이나, North Carolina)로부터 사용 가능하다. 90도 만곡된 튜브(71 및 73)는 입구 튜브(34)로부터 LED(10) 내부로 냉각제를 통과시키고 유사하게 LED(10)로부터 출구 튜브(35) 내부로 냉각제를 보내도록 전도체 슬러그(14)의 관통 구멍(67) 내부에 접착된다. 거의 8.5 mm의 직경의 튜브 막대(62)는 적용예에 따라 강성 또는 가요성을 가질 수도 있다. 산업용/포토닉 경화 접착은 단부에서 LED(10)로 냉각제 튜브(34 및 35)와 전기 와이어를 지지하는 가요성 "모노 코일" 타입의 외부 튜브를 사용함으로써 달성될 수 있다. "모노 코일"은 경화 장비용 광 안내부를 위한 대체물의 한 종류로서 작용한다. 또일 단부에서의 LED(10)는 에지 방출 레이저 다이오드 또는 VCSEL에 의해 대체될 수도 있다. LED(10)는 단지 히트 싱크만으로써 가능한 것보다 보다 높은 전류로 구동될 수도 있고, 높은 전력 밀도 장치를 냉각시키는 것이 어려운 작은 수용 영역 및 가요성 광원이 이점을 갖는 영역에서 특히 유용하다.

도7b는 본 발명의 다른 실시예의 확대도이다. 여기서, LED(10)는 전도체/슬러그(14)의 중앙에 냉각제 입구 구멍(75)을 갖고, 공급 입구 튜브가 도시된다. 입구 구멍(75)은 구멍(75)의 바닥 또는 단부 근처에서 하나 이상의 출구 구멍(75a 및 75b)에 의해 양분된다. 이러한 배열은 입구 구멍(75)이 LED "다이" (명확성을 위해 도시 생략) 바로 아래에 있는 구멍(75)의 바닥부에서 전도체/슬러그(14)의 영역 상의 냉각제를 "충돌(impinge)시키는" 작용할 때, 낮은 열 저항 냉각을 가능하게 한다. 출구 구멍[75a 및 75b, 두개 이상의 출구 구멍은 명확성을 위해 도시 생략됨]은 가열된 냉각제가 펌프(50)를 거쳐 열 교환기(52, 또는 냉각 장치)로 복귀하는 최소 복귀 압력으로 탈출하게 허용한다. 모든 이러한 실시예는 휴대용일 필요는 없다. "5 W" LED는 이러한 기술에서 바람직하게 2배 내지 6배의 전류로 구동될 수도 있다. 복수개의 어레이 또는 단일 LED(10, 또는 레이저 다이오드) 유닛은 비좁은 공간 내의 높은 강도의 광원이 경화하는 거시 이외의 것을 필요로 하는 다양한 적용예를 위한 정적 또는 정지 벽 또는 탁상용 유닛(bench top unit)에서 본 발명에서 설명된 동일한 냉각 기술을 사용할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 열 파이프가 그 히트 싱크 및 전달 기능 뿐만 아니라 애노드 또는 캐소드의 기능을 가질 수도 있는 열 파이프의 팁에 장착되고 그리고/또는 결합되는 LED 장치가 제공된다. 이러한 LED/열 파이프의 발명은 접착 제를 경화시키기 위한 UV 램프 및 다양한 다른 적용예에서와 같이 가시 LED 패키지 및/또는 개별적인 다이 또는 각각의 조합으로써 사용될 때 넓은 적용성을 갖는다.

도8을 참조하면, 바람직하게 직경이 3 mm 내지 6 mm 사이의 평균 범위를 갖고 바람직하게 평균 길이가 25 mm 내지 500 mm 사이의 범위를 갖는 열 파이프(64)가 도시된다. 파이프의 팁에 결합된 LED 칩(또는 다이, 10)이 도시된다. 열 파이프(64)는 평평한 다이를 수용하도록 평평화될 수도 있다. 또한 패키지된 LED, 즉 히트 싱크 또는 슬러그에 사전 납땜된 LED가 사용될 수 있다. 전도체 슬러그(14)가 사용된다면, 이는 열 파이프(64)의 단부를 수용하도록 그 안의 오목한 외형을 가질 수도 있다. 열 파이프(64) 자체는 전기적으로 대전된 애노드(11)일 수도 있고 와이어 결합부는 캐소드 와이어 연결부(12)를 만들도록 도8에 도시된 바와 같이 LED 다이의 상단 상에 만들어질 수도 있다. 이러한 방식으로, 또한 이러한 기능은 거꾸로 될 수도 있다. 열 파이프(64)는 전기적 연결부를 LED(10)에 제공할 뿐만 아니라 LED를 냉각한다. 히트 싱크(68)는 히트 싱크(68) 위로 냉각 매체로서 공기를 송풍하도록 열 파이프(64)의 응축 단부 및 선택적인 팬(66)에 결합될 수도 있다.

도8a에서, 열 파이프/히트 싱크는 복수개의 LED 다이(10)로써 도시된다. 이들은 전기적으로 일련으로 또는 평행으로 연결될 수도 있고 개별적으로 어드레스 가능할 수도 있다. 다이(10)는 하나 이상의 중앙 집중된 파장을 방출할 수도 있다. 형성, 몰딩되거나 폿트된 폴리머 또는 유리 또는 세라믹 렌즈(81)가 도시되고, 이는 LED 다이(10)를 캡슐로써 둘러싸고 바람직하게 UV 저항 저하 폴리머로부터 만들어진다. 화살표(82)는 LED(들)(10)로부터의 발광을 도시한다. 요소(84)는 열 파이프의 내부의 중앙부 하부로 연장하는 증기 공동을 도시한다. 요소는 열 파이프(64)의 외부 직경 측면에 실질적으로 평행하다. LED 캐소드 및 애노드 표면(p-n 접합부)은 실질적으로 직선이고 만곡되지 않은 열 파이프(64)의 열 파이프의 증기 공동(84)의 축에 대해 실질적으로 수직이다. 열 파이프(64)는 다양한 발광 적용예를 위해 다양한 다른 형태로 만곡될 수도 있다.

도9는 열 파이프(64)의 증발 단부에 결합된 적어도 하나의 LED 다이(10) 또는 적어도 하나의 사전 패키지된 LED 장치를 구현한 플라스틱 하우징을 갖는 휴대용 LED 경화 장치(60)를 도시한다. 캐소드 와이어(12)는 LED 다이(도시 생략)의 캐소드 측면에 결합된다. 요소(20)는 앞서 도2에서 설명하고 도시된 바와 같이 바람직하게 저항 폿트된 또는 UV 몰딩된 폴리머인 투명한 재료이다. 또한, 요소(63)는 전기적 온/오프 스위치이다. 요소(92)는 바람직하게 과산화수소(hydrogen peroxide)를 포함하는 젤 재료와 바람직하게는 LED로부터의 화학선 광이 "작용하는" 광감작제(photosensitizer), 광개시제(photointiator) 또는 발색단(chromophor)을 포함하는 표면이다. 요소(94)는 열 파이프와 열 파이프(64) 외부의 장치의 나머지 부품 사이에 위치된 바람직하게 파라핀 재료인 상 변화 재료이다. LED(10)가 온될 때, 폐열은 열 파이프(64) 아래로 유동하고 소정의 적당한 시간 후 파라핀(94)을 용융시킨다. 파리핀(94)은 용융되고, 즉 고체로부터 액체로 변화되고 배터리(61a 및 61b, 도시된 것과, 즉 뒤집힌 다른 배향을 가질 수도 있음)와, 전기 도전성 피스톤(96)과 스프링(98)과, 전기적 도전성(바람직하게 물 충 전 구리), 열 파이프(64, 필수적으로 애노드가 됨) 사이에 LED 다이(10, 또는 사전 패키지된 LED 장치)와 캐소드 와이어(12) 사이에 형성된 전기 회로를 팽창시키거나 "파괴시킨다". 이러한 상 변화는 전도열을 열 파이프(64)의 응축 단부로부터 멀리 열을 전달하는 것을 돕는다. 이러한 경우, 팬 대신에, 파라핀(94)이 열 파이프(64)로부터 열을 흡수한다. 또한, 파라핀은 용융될 때 온도를 상승시키지 않고 열 에너지를 흡수하고 냉각시킨다. 또한, 이러한 공정은 짧은 듀티 사이클(duty cycle) 적용예에 대해 최적으로 작용한다. 이러한 새로운 실시예는 LED(10)로부터 열 파이프(64)를 통과하고 배터리(61a 및 61b)를 지나는 열을 급속하게 전달하고 강제 대류 냉각(또는 다른 실시예에서는 비강제 대류)을 가능하게 한다. 짧은 듀티 사이클 적용예에 대해 열 파이프(64, 바람직하게 다공성임)는, 아래에 도9를 참조하여 보다 상세하게 설명될, 열을 흡수하도록 파라핀과 같은 상 변화 재료에 의해 둘러싸일 수 있다.

도9a는 본 발명의 접착제 경화 장치의 실시예를 도시한다. 다른 실시예에서와 같이, 도19에 도시된 바와 같은 CVD 다이아몬드형 열 확산기(230, CVD Diamond heat spreader)가 LED(10)와 애노드화된 막대 튜브(62) 내의 열 파이프(64) 사이에 선택적으로 위치된다. 애노드화된 막대 튜브(62)가 사용되지 않는다면, 열 파이프(64)는 바람직하게 0.002 인치(0.00508 cm)의 두께의 폴리머 수축 포장(shrink wrap)으로 커버될 수 있다. 여기서, 열 파이프(64)는 LED(10)에 대해 애노드(11)로서 기능한다. LED(10)는 열 파이프(64)의 단부에 차례로 도전성 접착된 CVD 열 확산기(230)에 선택적으로 납땜된다. 캐소드 와이어(12)는 LED(10) 및 포물선형 반사기(10b)에 결합된다. 다른 실시예에서와 같이, 상 변화 재료(94, 일반적으로 파라핀)는 LED(10)에 의해 발생되고 열 파이프(64)의 길이를 따라 전달되는 열을 추가로 발산시키도록 바람직하게 열 파이프와 소통할 수 있다. 여기서, 또한 상 변화 재료(74)는 구리모(copper wool)의 높은 열 도전성으로 인해 상 변화 재료(74)의 전체에 걸쳐 열을 추가로 발산시키는 구리모(95)와 소통한다. 이러한 실시예는 리튬 배터리(96)를 포함하도록 도시되어 있지만, 다른 실시예와 같이 전력이 본 발명의 장치에 공급되는 대신에 다른 종류의 전력 코드를 사용할 수 있다.

도9b 및 도9c는 자외선 경화 적용예 내에서 일반적으로 사용하기 위한 LED 어레이를 도시한다. 이러한 실시예는 열 파이프(64)가 고정 가능하게 그리고/또는 착탈 가능하게 삽입된 블라인드 구멍(blind hole)을 갖는 슬러그(14) 상에 배치된 북수의 LED(10)를 포함한다. 도12a에 보다 명확하게 도시된 바와 같은 휜(208)이 선택적으로 포함된다. 휜(208)은 바람직하게 납땜(110) 또는 높은 열 도전성 아교로써 결합된다. 휜(208)은 LED(10)로부터 열 파이프(64)로 전달되는 열을 추가로 발산한다. LED(10)는 도14b에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 결합 와이어(212)를 거쳐 결합 패드(214)를 거쳐 슬러그(14)에 부착되고, 일련으로, 평행으로 또는 전기적으로 전력을 얻을 수 있고, 개별적으로 어드레스 가능한 실체일 수도 있다 이러한 타입의 실시예에서 사용될 수도 있는 LED(10)의 수는 슬러그(14)의 크기 및 임의의 다른 열 발산 메카니즘[휜(208)과 같은]과 조합된 열 파이프(64)의 열 전달 용량에 의해서 단지 제한된다. 단일 열 파이프(64)가 유사한 또는 변경된 크기의 분리 열 파이프의 수에 의해 대체된 실시예를 구상하는 것은 어렵지 않고, 그 모두는 단일 슬러그(14)를 거쳐 임의의 수의 LED(10)와 소통한다. 두개의 휜(208)이 도시되지만 두개 이상의 휜(208)도 가능할 수 있다는 것을 알아야 한다. 양극(97) 및 음극(97') 도금 접촉부는 슬러그(14)의 에지 주위를 감싼다. 또한 LED(10)는 일련으로 도시되었지만, 평행일 수도 있다.

다른 실시예에서, 본 발명의 장치는 바람직하게 열 파이프가 다른 배향으로 위치되는 UV 경화 적용예에서 사용되고 고온 단부는 LED를 갖고 저온 단부는 히트 싱크 내에 있다. 이러한 실시예에서의 열 파이프는 광 대신에 열을 전달하는 것을 제외하고는 광 파이프 또는 광 안내부의 기능에 대해 다소 아날로그식이고, 광원은 열 파이프의 출력 팁에 존재한다.

본 발명의 부가적인 태양에서, UV 잉크 및 코팅제 및 접착제를 경화시키는 데 사용되는 장치가 제공된다. 장치는 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 하나 이상의 팬에 의해 자체 냉각되는 열 파이프의 어레이(원형 또는 평평함)에 의해 냉각되는 히트 싱크(들) 상에 장착되는 넓은 영역의 UV(또는 가시) LED의 어레이를 포함한다.

도10을 참조하면, 바람직하게 구리로 형성된 하나 이상의 히트 싱크(68)에 납땜된 LED(10)의 어레이를 갖는 장치(100)가 도시된다. 히트 싱크(68)는 캡톤(101, Kapton)의 얇은 스트립 또는 모든 측면(102) 상에 접착제의 얇은 층 및 구리 포일(103)의 층을 갖는 다른 비도전성 재료에 의해 서로로부터 전기적으로 절연된다. 각각의 LED(10)는 히트 싱크(68)의 구리 포일(103)에 부착된 와이어 결합부(104)를 갖는다. 모든 구리 포일층(103)은 캐소드 공통 전기 연결부를 형성하게 된다. 각각 거의 11 mm의 전극 길이에 대해, 각각의 전극(109, 90개 중 하나 만이 넘버링됨) 내로 드릴링된 세 개의 거의 3 mm 직경의 블라인드 구멍(107)이 존재한다. 3mm 직경 당 거의 200 mm 길이의 열 파이프(64) 가 각각의 구멍(107) 내에 전기 도전성 합성물로써 삽입된다. 열 파이프 응축(저온) 단부는 상단 플레이트(108) 내에 삽입되고 도전성 에폭시와 같은 전기 도전성 합성물로써 부착된다. 이 상단 플레리트(108)는 공통 전기 애노드 연결부로서 작용한다. LED의 설계에 따라 전기적 연결부의 극성은 바뀌거나 변경된다. 도시된 바와 같이 전류 경로는 상단 플레이트(108)를 통해 열 파이프(64) 아래로, 전극(109)을 통해, LED(10)을 통해, 와이어를 통해 그리고 구리 포일(103)을 통해 외부로 나온다. 전극(109)은 캐소드 연결부를 위한 회로 "트레이스(trace)"를 갖는 모노리틱(monolithic) 전극일 수 있고 또는 열 파이프(64)로부터 전기적으로 절연될 수도 있으며 LED(10)는 전극(109) 내에 관통 구멍(오히려 블라인드 구멍)이 존재한다면 가장 적합한 열 파이프 팁(단부)에 직접 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

글래스는 굴절율 매칭 목적을 위해 LED(10)상을 지나 튀어 나오는 이온 빔일 수도 있다. 금이 와이어 결합 및 다리 결합을 용이하게 하기 위해 구리 표면 상에 전기 도금될 수도 있다. 단일 지점, 다이아몬드-턴드(diamond turned), 플라이 컷된(fly-cut) 경로는 작은 평평한 다이 결합 표면을 생성하도록 결합된 세 개의 전극(109) 상에 만들어질 수도 있다. 마지막으로, 글래스 플레이트(커버 슬라이드)는 LED를 보호하도록 방출하는 LED(10) 상에 위치될 수도 있다. 글래스는 기밀하게 시일될 수도 있고 반-반사 목적을 위해 글래스 상에 미세 파장 구조(sub-wavelength structure)를 가질 수도 있다. 또한, 평평한 플레이트(상단 플레이트보다 얇음)는 표면 영역을 증가시키도록 설치될 수 있다. 바람직하게 열 파이프 어레이의 각각의 측면 상의 하나 이상의 100 mm 팬은 밀고 당김 배열로(push me-pull me arrangement)로 열 파이프를 냉각한다. 선택적인 평평한 플레이트는 공기 스트림(팬(들)으로부터 또는 송풍기(들)로부터)에 대해 평행하게 배열될 수도 있다. 도10에서 LED(10)는 여섯 개의 그룹에서 장치의 길이 아래로 반복 배열되고 거의 540개의 LED 중 단지 18개의 LED가 도면의 명확성을 위해 도시된다. 그러나, 다른 양 및 크기의 LED(10)가 바람직하게 사용될 수 있다.

열 파이프는 심지 작동(wicking action)이 중력에 의해 강화되도록 바람직하게 수직으로 배향된다. 열 파이프(또는 열 파이프들)는 이(부가된 표면 영역)를 둘러싸는 휜과 부가적으로 결합된 열 교환기(히트 싱크)를 가질 수도 있고, 독립형(히트 싱크 및 휜과 결합되지 않음)일 수도 있다. 열 파이프의 어레이가 사용될 때 각각의 열 파이프는 넓은 영역 상의 LED로부터 열 에너지를 발산하도록 소위 "핀-휜(pin-fin)" 어레이 히트 싱크 내에서 실질적으로 "핀"이 된다. 열은 LED가 위치된 단부에서 열 파이프(64)에 의해 수용되고 바람직하게 2 내지 8 mm 사이의 직경을 갖는 열 파이프의 전체 표면 영역 내에서 외부로 확산된다. 바람직한 실시예에서, 열 파이프는 접합부에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 다이오드의 p-n 접합부로부터 외부로 열을 존달한다. 이는 열 파이프가 대부분 임의의 형상 또는 형태로 만곡될 수 있기 때문이라는 것이 강조되어야 하며, 열 파이프는 접합부에 대해 실질적으로 수직이지 않은 방향으로 열을 전달할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 열 파이프 내에 증기 공동은 p-n 접합부에 대해 거의 수직 또는 수평인 부분만을 가질 수도 있다. 또한, 일부는 발광 장치로부터 방출된 광에 대해 거의 수직 또는 거의 평행일 수도 있다. 전술한 단어 " 거의"는 "실질적으로"라는 단어와 대체될 수도 있다. 또한, 용어 "열"은 "폐열", "열 에너지"등의 용어와 상호 교환되어 사용될 수 있다. 하나 이상의 열 파이프(어레이)를 냉각하는 하나 이상의 열 파이프(어레이)는 넓은(바람직하게는 2 제곱 인치보다 큰) 치수 또는 적은(바람직하게는 2 제곱 인치보다 적음) 치수를 가질 수도 있고, 따라서 접착제를 경화하는 것과 같은 다양한 의학적 및 산업적 용도를 위해 사용될 수도 있다. 접착제를 경화하기 위해, 도10과 유사한 장치는 마이크로파(전극이 없는) 램프가 현재 사용되는 모든 적용예에 대해 이상적이다.

열 파이프의 길이를 따르는 내부 직경("ID")는 도8에 먼저 도시된 바와 같이 중공 증기 공동(84)을 구성하고, LED로부터의 광은 칩으로 다이싱되는 바람직하게 GaN 상의 층 내에서 에피텍셜 성장된 "p-n" 접합부에서 발생된다. 칩은 "p" 측면 아래에 결합될 수도 있다. 다른 웨이퍼 타입은 SiC 및 사파이어이다. 에피텍셜을 제외하고 p-n 접합부를 형성하기 위한 다른 수단이 사용될 수도 있다. 다른 스타일 및 크기의 LED 제조는 도면에 도시되고 설명된 것으로 대체될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 열 파이프(64)의 저온 단부는 냉각제(액체 또는 가스)에 의해 냉각될 수 있다. 또한 전극(109)은 액체 냉각될 수도 있고 그 안에 내부 채널을 가질 수 있다.

본 발명의 부가적인 태양에서, 매우 간단하고 값싸고 조밀한 패키지로 LED를 만들기 위한 새로운 LED 패키지 설계 및 공정이 제공된다. 이점을 갖도록, 열원의 크기 및 LED를 둘러싸는 히트 싱크의 전방, 단면 영역을 최소화하면서 이는 LED 칩과 같은 높은 에너지 밀도 열원으로부터 매우 넓은 표면 영역의 히트 싱크로 제거되는 열 에너지를 빠르게 전달하는 것을 가능하게 한다. 이러한 빠른 열 전달은 정격 제한 내에서 작동(접합) 온도 웰을 유지하면서 가장 바람직하게 LED 칩(들)의 작동이 표준 패키지된 칩 상의 전력의 3배 내지 5배(또는 보다 많음) 증가를 가능하게 한다. 또한, 동일한 원추각을 유지하면서 칩 전력을 증가시킬 때 밝기가 "광의 중실 원추각(solid cone angle) 당 전력"으로서 한정될 수 있기 때문에, 밝기가 증가한다. 본 발명은 전례가 없는 밝기로 LED를 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라 와트 당 전례가 없이 낮은 비용으로 LED를 만들기 위한 새로운 패키지 설계와 공정으로 높은 밝기의 LED 칩 및 매우 효과적인 열 파이프를 조합한다. 필수적으로, 하나의 칩은, 최소의 히트 싱크 영역이 칩의 주연부 주위에서 소비되는, 3개 내지 5개의 칩 영역에서가 아니라 단일 칩의 영역 및 원추각에서 3개 내지 5개의 칩(또는 그 이상)의 전력을 출력한다. 이러한 작은 전방 단면은 가능한 가장 효율적으로, 효과적으로 그리고 공간 절감 방식으로 칩의 밝기에 이점을 가질 수 있는 조밀하고 효과적인 렌즈 및 반사기를 사용할 수 있게 한다. 본 적용예에 도시된 장치는 적어도 하나의 적외선("IR") 다이를 포함할 수도 있고 방출되는 광은 보다 공통의 UV 또는 가시 광개시된 화학 반응 대신에 열에 의한 접착제 또는 코팅제의 경화를 위해 사용될 수도 있다. LED는 개별적으로 또는, 휴대용, 고정된 또는 그 모든 조합을 갖는 유닛 내에 하나 이상의 열 파이프를 갖는 어레이의 형태로 사용될 수도 있다. 본 발명은 가장 바람직하게 주 스트림(IC) 패키지 기술과 광 경화 적용예 및 장치의 보드 어레이에 해결책을 제공하는 새로운 구성의 전력 LED 기술을 조합한다.

이러한 적용예 및 장치는 매우 조밀하고 비용 절감된 패키지로 높은 밝기와 전력을 갖는 기술의 주 특성을 이점을 갖고 사용한다.

도11을 참조하면, 적어도 하나의 열 파이프(64)의 팁에 결합된 LED(10)가 도시된다. LED(들)(10)은 바람직하게 열 파이프(64)에 전해 증착(electrolytically deposited)되는 인듐 또는 주석, 납/주석, 금/주석과 같은 납땜 또는 접착제(110)에 의해 열 파이프(64)에 부착된다. 납땜 공정은 플럭스를 사용할 수도 있고 또는 플럭스리스(fluxless) 일 수도 있다. 정사각형(또는 다른 기하학적 형태)이 노광되고 현상된 영역의 전기 영동 포토레지스트(111, electrophoretic photoresist)에 의해 한정된다. 플럭스 공정은 포토레지스트에 적합해야만 한다. 또한 이러한 포토레지스트층(111)은 유전(절연)층으로서 작용한다. 열 파이프(64)는 도전성 재료, 바람직하게 알루미늄을 포함하는 튜브(112)의 내부 직경에 접착식으로 결합된다. 튜브(114)는 애노드화될 수도 있고 와이어(113)가 전기적으로 연속된 방식으로 그에 결합되거나 기계적으로 부착될 때 장치에 대해 캐소드로서 작용할 수 있다. 다이아몬드 턴드 또는 주입 몰딩된 타원형 또는 포물선형 전반사(total interanl reflection, "TIR") 반사기(10b)는 LED(10) 상에 위치된다. 이는 0 ~ 1.53의 굴절률을 갖는다. TIR 반사기는 유전체 전반사 집중기(Dielectric Totally Internally Reflecting Concentrator, DTIRC), 합성 포물선형 집중기(CPC), 타원형 집중기(EC), 합성 타원형 집중기(CEC) 또는 합성 쌍곡선형 집중기(CHC)일 수도 있다. 이 모든 것은 평평하거나 만곡된 출구 개구(exit aperture)를 가질 수도 있다. 만곡된다면, 비구면 표면이 사용될 수도 있다. 평평하다면, 회절 표면이 사용될 수도 있다. 또한 이러한 반사기는 복수개의 발광 장치로부터 동종으로 혼합된 광의 빔의 내부로 방출될 수도 있는 복수개의 파장을 혼합하는 특이 능력을 갖는다. 이러한 특리 특성을 "칼라 혼합 TIR" 반사기라 칭한다. LED(10)를 위한 공간은 높은 굴절률의 실리콘 폴리머 또는 다른 투명한 재료로써 바람직하게 채워진 전체적으로 몰딩된, 오목한 암형, 바람직하게는 반구형 표면(114)이다. 이러한 높은 굴절률의 폴리머는 바람직하게 0 ~ 1.6 또는 그 이상의 굴절율을 가질 수도 있다. 반사기(10b)와 표면(114) 사이의 굴절률은 바람직하게 광학적 전력을 부가하고 TIR에 대한 임계각 내에 머물도록 광선을 만곡시킬 수 있다. 반-반사(AR) 코팅은 TIR 반사기(10b)의 평면(또는 만곡된) 방출 표면 상으로 튀어나오는 이온 빔(또는 다른 공정)일 수도 있다. 열 파이프(64)의 증기 구멍(84)이 개략적으로 도시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 바람직하게 구리인 도전성 재료의 열 파이프(64)는 애노드(캐소드 또는 전기적으로 중립 또는 모든 세 조합일 수 있지만)로서 작용할 수도 있다. 전도 경로는 배터리(도시 생략)로부터 열 파이프(67)를 통해, 납땜(110)을 통해, LED(10)를 통해, 와이어(113)를 통해, 절연된 슬리브 튜브(112) 내부로, 그리고 스위치(도시 생략)를 통과한 후 전기적 도전성 히트 싱크(들)를 통해 다시 배터리로(도시 생략) 이어질 수 있다. 와이어(113)는 작은 도트의 전기적 도전성 접착제(115)로써, 절연된 슬리브(112)의 내부 직경에 결합된다. 도11은 단지 하나의 LED 다이(10)를 도시하지만 동일한 또는 복수개의 또는 변경된 파장에서 복수개의 LED(10)가 사용될 수도 있다. 유전층(111)은 전지적으로 활성인 슬리브로부터 전기적으로 활성인 열 파이프(64)를 전기적으로 절연한다. 슬리브는 와이어(113)로부터 튜브(112)로 전류 전도 경로를 형성하도록 아교 도트(114) 아래에 비애노드화된 스폿(spot)을 갖는 바람직하게 애노드화된 알루미늄일 수도 있다. 작은 갭(116)은 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있고 열 도전성 또는 열 절연성 접착제와 같은 재료로 채워질 수 있다. 이는 튜브(112) 및 열 파이프(64)가 거의 30도 내지 45도의 각도로 팁 근처에서 만곡된다면, 이점을 갖는다. 도11f에 도시된 심지 구조(127)는 바람직하게 작은, 축방향으로 돌출된 그루브이지만, 스크린된 심지 또는 소결된(분말화된) 금속 심지일 수도 있다. AR 코팅 또는 미세 파장 구조는 출구 개구(118) 상에서 사용될 수도 있다. LED 발광은 반사기 벽/공기 인터페이스에서 TIR되는 것을 나타내는 화살표(들)(117)에 의해 도시된다. 개구(118)로부터 발광은 화살표(들)(118a)에 의해 도시된다. 그 후 광(118a)은 광 경화 접착제를 갖는 두개의 블록(119 및 120)의 예시적인 적용예 상에 충돌한다. 광은 접착제(121)를 "경화시킬" 만큼의 충분한 강도를 갖고 두개의 블록(119 및 120)은 접착제(121)의 점착 강도에 의해 서로 부착된다. 도11a의 접착제 경화 장치는 UV 클리어 코팅, 컨포멀 코팅(conformal coating) 등과 같은 "표면 코팅"을 경화하는 데 사용될 수도 있다. 또한 장치는 스테레오리소그래피 공정 또는 캐스트 또는 성형 물체에서 발견되는 것과 같은 "중실 몸체" 물체를 경화시키는 데 사용될 수도 있다. "중실-몸체" 물체의 예는 투명한 또는 개방 몰드 내에 몰딩된 물체의 광화학적 경화와 관련된 수많은 적용예 뿐만 아니라 보청기를 위한 베이스 또는 귀꽂이(ear mold)이다.

적어도 하나의 열 파이프(64)의 팁 상에 또는 근처에 결합된 LED(10)는 LED 칩(10)으로부터 열 전달율을 동시에 최대로 하고 히트 싱크(68) 또는 서브마운트 또는 열 교환기의 전방 단면 영역을 최소화시킨다. LED 접합부(들)(10)로부터의 발광(82)은 바람직하게 열 파이프(들)(64)의 증기 공동(84)의 길이 아래로 그리고 접합부(들)로부터 떨어져 축방향으로 수송된 폐열에 실질적으로 대향되는 방향으로 이동한다. 장치로부터의 광은 열이 발산되거나 수송되는 재료의 형상화된 체적에 실질적으로 대향되는 형상화된 체적 내부로 방출될 수도 있다. 이러한 두개의 체적을 분리하는 평면은 p-n 접착부 평면(반도체 내에서 p-타입과 n-타입 재료 사이의 전이 경계면)일 수도 있고 에피텍셜 p-n 접합부(epitaxial p-n junction)가 결합되는 평면일 수도 있다. 열이 바람직하게 넓은 반경 방향 거리 상을 지나 분산되지 않고 오히려 넓은 축방향 거리상을 지나 분배되기 때문에, LED 또는 LED 조립체(또는 조립체 어레이)의 폐쇄 공간 뿐만 아니라 그 관련된 광학 시스템(렌즈, 반사기 등) 및 열 교환기는 함께 근접하게 이격될 수도 있다. 이는 보다 통상적인 장치보다 제조하는 데 조밀하고, 경량화되고 그리고 값싼 높은 전력 LED 장치 및/또는 조립체를 가능하게 한다.

열 파이프의 팁 상에 다이오드(또는 다른 높은 에너지 밀도 반도체 장치)와 같은 열원을 위치시키는 것은 차선으로 여겨지기 때문에 종래 기술 분야에서 도시되지 않았다. 이러한 이유는 히트 싱크가 열 파이프의 보다 넓은 표면 영역 주위로 또는 그를 따라 열을 확산시키게 하도록 이러한 히트 싱크에 결합된 열원을 갖는 보다 큰 히트 싱크 내부로 열 파이프를 위치시키는 것이 최적의 실시로 여겨져왔기 때문이다. 이것이 갖는 문제점은 열원과 열 파이프 사이에 일반적으로 많은 재료가 있고 열은 열 파이프 자체에 도달하도록 이러한 과도한 물질을 통해 이동해야할 뿐만 아니라 열 파이프의 원주부 주위로 이동해야한다는 점이다. 또한, 열은 열원이 고온 단부의 팁에 존재하지 않기 때문에 저온 단부(열 교환기)로부터 그를 향해 그리고 그에 멀리 확산된다. 이러한 모두는 많은 양의 열 저항을 열원과 열 교환기에 부과한다. 또한, 작지만 높은 전력 밀도 장치(다이오드와 같은)가 열 파이프의 벽 근처에 위치된다면, 이는 "드라이 아웃(dry-out)", 즉 국소화된 영역의 유체의 심지 구조를 고갈시킨다. 도11에 도시된 바와 같이 열 파이프(64)의 팁 상에 발광 다이오드(10)와 같은 다이를 위치시킴으로써, 다이 바로 아래로의 기능적 심지 구조가 거의 존재하지 않고 드라이 아웃이 덜 발생될 수도 있다. 보다 중요하게는, 열 파이프(64) 주위로 완전 360도의 열 확산이 반경 방향의 원주 방향으로 균일한 방식으로 용이하게 달성됨으로써, 열 에너지가 심지 구조를 따라 이동할 때 드라이 아웃의 가능성을 감소시킨다. LED(10, 열원)은 열 파이프의 저온 단부(열 교환기)로부터 가능한 가장 먼 지점에서, 그리고 열 파이프(64)의 고온 (증발) 단부에서 존재한다. 또한 저온 단부는 "응축" 단부로서 공지된다. 부가적으로, 열 파이프(64)는 팁에서의 열원이 저온 단부(열 교환기)보다 접지에 가깝도록 각이 진다면, 열원은 위에서 설명한 바와 같이 중력에 의한 도움으로 냉각제(즉, 물)를 공급하는 데 이점을 갖는다. 이러한 냉각제는 심지 구조로부터 액체를 소모시키는 증발로 인해 심지 구조에 대해 준비된 공급원인 저장부를 형성하거나 만든다. 이러한 공정은 드라이 아웃 현상의 가능성을 감소시킨다. 열 확산기 또는 히트 싱크없이 열 파이프(64)에 직접 열원을 결합시킴으로써, 열 파이프(64)에 도달하기 전에 이동하는 열 에너지를 위한 하나의 더 작은 열 저항 결합 라인이 존재한다.

도11a는 슬리브(112)의 내부 직경에 대해 와이어(113)를 끼워 넣은 전기 도전성 와셔(122)를 추가로 포함하는 도11에 도시된 구조와 유사한 구조를 도시한다. 동시에, 슬리브(112)는 와셔(122)의 인접에서 금속 도전성 스트립을 갖는 플라스틱일 수도 있고 또는 주위로부터 이를 보호하도록 전기 영동 코팅제를 갖는 도전성 금속일 수도 있다. 전기 영동 코팅은 와셔(122)가 슬리브(112)에 접촉하는 노출 스폿을 갖는다. 도11과 유사하게, 출구 개구로부터의 발광은 화살표(들)(118)로 도시된다. 예시적인 적용예에서, 도11a에 도시된 바와 같이 표면 장착 장치(123) 및 납땜 범프(124)를 갖는 그 리드 상에 충돌하는 광(118)이 도시된다. 광은 IR 파장을 가질 수도 있다(UV, 가시광 또는 다른 것을 가질 수 있음). 이 적용예에서, 납땜 범프(124)는 광(118)의 열로부터 리플로우 납땜된다. 납땜 범프(124)는 광 경화 접착제 범프 또는 열 경화 접착제 범프 대신일 수도 있고, 납땜 또는 그 에 플럭스 구성 요소를 가질 수도 있도 있고 그렇지 않을 수도 있다. LED 광(모든 실시예에서와 같이)은 대신에 레이저 다이오드로부터 방출될 수도 있다. 광이 레이저 다이오드로부터 방출된다면, 바람직하게 매우 작은 스폿에 초점 집중될 수도 있다. 가시광 구성 요소(LED로부터의)는 화학선 광이 비가시광(즉, UV 또는 IR)이라면 바람직하다. 이러한 근접한 지점의 광원은 다른 적용예 뿐만 아니라 가열, 표면 변경(즉, 절개 등) 또는 광화학 반응 등을 위해 사용될 수도 있다.

도11b는 열 파이프(64)의 중앙에 LED(들)(10)을 장착하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 캡톤 또는 다른 비도전성 재료 링(125)이 바람직하게 링(125)의 상단 표면(126) 상에 구리로 코팅된다. 링(125)은 열 파이프(64) 직경보다 약간 큰 외부 슬리브가 그 주위에 위치될 때 적절한 다이 위치를 가능하게 하는 형상, 바람직하게 정사각형 형상의 컷 아웃을 중앙에 갖는다. 납땜 리플로우 작동(solder reflowing operation)이 사용될 수도 있고 납땜[110, 다이(10)의 바닥에 이미 코팅될 수도 있음]이 리플로우 납땜될 때, 링(125)은 열 파이프(64) 상에 중심을 유지한다. 또한 다이(10)의 중앙에 결합된 와이어(113)가 링(125)의 상단(126)에 결합된다. 링(125) 상에 도전성 구리(또는 다른 도전성 물질)는 도11c에 도전성 슬리브(112)가 그와 접촉할 때 수많은 "핑거" 내부로 만곡하게 하는 천공(125a)을 가짐으로써, 열 파이프(64)로부터 납땜(110) 및 다이(10)를 통해 위로, 와이어(13)를 통해 LED(10)의 구리 표면 내부로 그리고 그 후 도11의 슬리브(112) 내부로의 전류 전도 경로를 형성한다. 아교(15)와 같은 접착제가 링(125) 상에 또는 아래에 존재할 수도 있다.

도11c는 도전성 링(125)과 접촉하는 도전성 슬리브(112)가 도시된 것을 제외하고는 도11b와 유사하다. 슬리브(112)는 작은 영역이 링(125)과 접촉할 수 있는 노출된 전기 도전성 영역을 가능하게 하도록 애노드화 작동 중 마스크될 수도 있다는 것을 제외하고는 애노드화된 알루미늄일 수도 있다. 애노드화하는 대신에, 전기 영동 코팅이 사용될 수도 있다.

도11d는 열 파이프(64)의 상단 상에 또는 중앙에 LED 다이(10) 및 납땜(110)을 갖는 열 파이프(64)를 추가로 도시한다. 와이어(113)는 다이(10)의 중앙에 결합되고 또한 링과 열 파이프(64)사이에 접착제 섹션(115)을 갖는 구리 스트립 또는 캡톤 링(125)의 상단에 결합된다. 다이(들)(40)와 슬리브(112) 사이의 전류 연결부는 구리 스트립/캡톤 링(125)이 배터리(들) 또는 전력 공급기(도시 생략)로의 전류 전도 경도 내에 연결된 슬리브(112)에 접촉할 때 만들어진다. 다이(10)는 기계 비젼을 갖고 또는 없이, 수동 또는 컴퓨터 구동되는 다이 결합기 또는 피크 및 위치 기계에 의해 중앙에 위치될 수도 있다. 이는 본 발명에 도시된 모든 다이(들)에 적용된다.

도11e는 분리 히트 싱크(68)로서 슬리브(112)를 도시한다. 열 파이프(64)의 팁 상에 장착된 부착된 와이어를 갖는 LED(10)가 도시된다. 슬리브(112), 히트 싱크(68) 및 열 파이프(64)는 바람직하게 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있고 임의의 극성 또는 중립 또는 극성의 조합을 가질 수도 있다. 이들은 또한 개별적으로 어드레스 가능하고 개별적인 다이로 이동한다.

도11f는 소결된 심지 구조(127)를 갖는 열 파이프 몸체(64)를 도시한다. 이 실시예에서, 심지 구조(127)는 내부 직경 원주부 벽을 따라 그리고 이 도면에 도시된 열 파이프(64)의 고온 단부의 다이(10) 아래에서 팁 몸체 표면을 완전히 커버하는 작동 심지 구조의 전체 범위로써 도시된다. 납땜(100) 또는 도전성 에폭시 뿐만 아니라 다이(10)에 결합된 와이어(133)가 도시된다. 미국 특허 제6,3265,471호에 개시된 것과 같은 높은 열 도전성을 나타내는 열 경화성 접착제가 사용된다면, 접착제의 특허 받은 형성법은 은-은 연결부 사이에 뛰어난 열 전달을 가능하게 하고 다른 물질 사이의 접촉에는 나쁜 성능을 나타내기 때문에, 이는 다이(10) 및 결 합될 기판의 표면(또는 임의의 두개의 접촉 표면) 모두에 대해 처은에 은(Ag)을 증착하는 것이 접촉 열 저항(인터페이스 저항)을 매우 감소시킬 때 바람직하다.

도12는 배터리 팩(61a/61b)을 갖는 하나 이상의 히트 싱크(68) 내부에 조립될 때의 LED/열 파이프 조립체의 확대도를 도시한다. 히트 싱크는, 스위치에 의해 "단락될" 때 구리 열 파이프(64)의 LED(10)의 대향된 칩에 접촉하는 양극 배터리 리드로부터, LED(10)를 통해 납땜 또는 와이어 경로(201)를 통해, 슬리브(112)를 통해, 히트 싱크(68)의 원추 섹션 내부로, 폐쇄된 스위치(63)를 통해 히트 싱크(68)의 바닥 섹션 내부로, 배터리 팩(61a/61b)을 통해 배터리(또는 배터리들, 202)의 캐소드 단부 내부로, 전기 회로를 완성하는 실질적으로 두개의 전기적으로 절연된 히트 싱크(68a 및 68b)이다. 또한 두개의 히트 싱크(68)는 바람직하게 비도전성 폴리머로 전기적으로 코팅될 수도 있는 애노드화된 알루미늄 또는 몇몇 다른 도전성 물질일 수도 있다. 두개의 히트 싱크(68)는 비도전성 접착제(도시 생략)와 함께 결합될 수도 있고 구멍(203)을 통한 열 파이프(64)는 전기적으로 절연 합성물로 채워질 수도 있지만, 열 도전성 합성물로 채워질 수도 있다. 열 파이프/슬리브 조립체는 단순한 세트 스크류(204)에 의해 열 파이프 내에 제위치에 보유된다. 구멍(203)은 열 파이프(64)를 수용하는 각각의 히트 싱크(68a 및 68b)를 통과하는 단순한 긴 구멍이고 유전체 층을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 도12b에 도시된 히트 싱크(들)(68) 상의 휜(218)은 반경 방향에 배치될 수도 있고 그리고/또는 열 파이프에 대해 각이 질 수도 있고 그리고/또는 축방향에 배치될 수도 있다.

LED(10)로부터의 광은 투명한 유전체 집중기(205)를 통해 방출된다. 발광 방향은 화살표(206)에 의해 도시된다. 가장 바람직한 실시예는 열 파이의 단부 상에 하나의 높은 전력 LED(10)를 포함한다. 그러나 복수개의 LED(10)는 하나 이상의 중심 집중된 파장에서 사용될 수 있다. 또한 LED(들)은 바람직하게 열 파이프의 단부 상에 또는 근접에 차례로 장착된 작은 히트 싱크 또는 열 확산기 상에 장착될 수도 있다. 복수개의 열 파이프가 또한 사용될 수도 있다. 렌즈의 각각 또는 어레이가 또한 사용될 수도 있다. 렌즈가 반사기라면, 패싯(facet) 될 수도 있고 부드러운 벽을 가질 수도 있다. 렌즈는 전반사 렌즈일 수도 있고 금속 또는 유전 코팅된 벽 또는 폴리싱된 벽 반사기일 수도 있다.

도12a는 반사기/렌즈(10a/10b)를 통과하는 발광 다이오드(10)를 도시한다. 슬리브(112, 도시생략)는 히트 싱크(68)에 전기적으로 연결된다. 스위치(63)는 전기 도전성 히트 싱크(68a)와 히트 싱크(68b) 사이에서 전기 회로를 완성한다. 배터리 팩(61a/61b)은 또한 전기적 활성(전류 운반)이고 배터리를 포함하는 것 이상의 기능은 히트 싱크(68b) 내에 배터리(202)의 캐소드 단부를 연결하는 것이다. 또한 O-링(207)이 도시되고, 물을 외부로 시일하고 나사 회전 작동 중 부드러운(촉감) 느낌을 제공하도록 히트 싱크(68b) 및 배터리(202)의 연결부에 부착된다. 도12a에 도시된 발광 장치(10)는 바람직하게 전기 코드에 의해 전력 작동될 수도 있다. 장치는 도12b에 도시된 바와 같이 많은 휜(208)을 통해 대류 냉각될 수도 있다. 장치는 장치가 실질적으로 비중력 조력 심지 배향으로 작동되는 것을 방지하도록 도시된 핸드피스 내부에 도12c에 도시된 바와 같은 중력 또는 경사 타입 차단 스위치를 가질 수도 있다. 또한, 장치는 원한다면 각이 지게 함께 만곡된 열 파이프(68) 및 슬리브(112)를 추가로 가질 수도 있다.

도12b는 중실-상태 광 적용예를 도시하고, 적어도 하나의 LED 다이(10)가 적어도 하나의 히트 싱크(68)에 추가로 결합된 적어도 하나의 열 파이프(64)에 결합된다. 바람직한 실시예에서, 열 파이프(64)는 접지 근처의 가장 낮은 부분에서 LED(10)와 실질적으로 수직으로 또는 LED의 아래에 배향된다. 이러한 방식으로 열 파이프는 중력에 의한 도움을 받는다. LED/열 파이프 조립체는 제위치에 기계 가공되고 또는 가장 바람직하게 성형될 수도 있는 휜(208)을 갖는 다소 구면의 형상인 히트 싱크(68) 내에 결합되게 도시된 것을 제외하고는 도11a에 도시된 것과 동일한 조립체이다. 몰딩된다면 틱소 형성(thixoform), 다이 캐스트, 영구 성형 또는 다른 유사한 공정일 수도 있다. 이러한 공정은 중실 상태 광 제품을 위해 요구되는 높은 체적과 낮은 비용을 용이하게 한다. 이러한 적용예에서 모든 히트 싱크(68) 또는 열 교환기(76)는 성형될 수도 있고 마그네슘 합금으로 만들어질 수도 있다. 복수개의 중심 집중된 파장에서 그리고 열 파이프(64, 하나 이상의 히트 싱크에 결합될 수도 있음)와 함께 복수개의 LED 다이(10)가 사용될 수도 있다. LED(10)는 전기적으로 개별적으로 어드레스될 수도 있고 개별적으로 모듈화될 수도 이Y고 전기적으로 일련으로, 평행으로 또는 다른 전기 연결부 내에 존재할 수도 있다. 열 파이프(64)의 상단 부분 상의 나사부(209)는 전기적으로 "활성" 구성 요소일 수도 있고 애노드 또는 캐소드 또는 접지 연결을 용이하게 할 수도 있다. 히트 싱크(68)는 유전적으로 코팅되고 나사부는 코팅되지 않는다면, 이들은 모노리틱 또는 적어도 전기적으로 연속적인 설계를 갖는다. 바람직하게 열 파이프(64)의 저온 단부 칩인 나사부(209) 상에 전기적 접촉부(210)는 애노드 또는 캐소드 또는 접지이지만, 바람직하게 나사부(209)의 반대 극성을 가지고 그로부터 전기적으로 절연된다. 전기 회로는 전류 또는 전압을 단계적으로 증가시키거나 단계적으로 감소시킬 수도 있는 나사 영역(209) 내부에서와 같이 바람직하게 전기 접촉부(210)와 전력원 사이에 위치될 수 있다. 이 회로는 본 특허 출원에서 임의의 실시예로 제공될 수도 있다. 이 도면 내에 도시된 장치는 전기적으로 활성인 히트 싱크(68) 내부에 나사 결합될 수도 있고 열을 흡수할 뿐만 아니라 전기를 공급할 수도 있다.

도12c는 본 발명의 광원 실시예의 전방 섹션(발광 단부)을 도시한다. 이 광원은 휴대 가능하고 사람의 손으로 용이하게 끼워 맞춤될 수도 있다. 또한, 본 특허 출원의 대부분의 실시예와 같이, 열 파이프(64, 또는 열 파이프들)는 LED(10, 또는 LED들)로부터 히트 싱크(68) 상의 매우 많은 휜으로 열을 빠르게 분배하도록 사용된다. 반사기(10b)가 도시되고 이 반사기는 광(211)의 원추각이 광원의 제조 중 작동자에 의해 조정될 수도 있다는 점에서 조정 가능하게 만들어 질 수도 있다. 와이어 결합부(212)는 다이(들)(10)로부터 히트 싱크(68)로 진행하게 도시된다. 히트 싱크(68)는 애노드화된 알루미늄이고 이로써 애노드화(알루미늄)는 매우 양호한 전기적 절연체이기 때문에 잠재적으로 나쁜 전기적 쇼크를 형성하는 작동기를 차폐한다. 와이어 결합부(212)는 애노드화되지 않은(제조 중 마스크된) 히트 싱크(68) 상의 스폿에 확실히 접촉한다. 광원(211)는 거의 1/4 턴으로 회전할 때 바람직하게 전기 회로를 개방하거나 폐쇄하는 회전하는 배터리 팩을 갖는다.

도12d는 전체 광원을 도시하는 반면, 도12c는 "노즈" 섹션으로 불리우는 단지 전방 섹션을 도시한다. 화살표(211)에 의해 노즈의 외부로 광을 방출하는 LED 광은 도시된다. 히트 싱크(들)(68)은 바람직하게 스위치(63)와 전기적으로 연결된다. 배터리 팩(61a/61b)은 바람직하게 전기적으로 연속적인 방식으로 기계적 나사부(도시 생략)에 의해 히트 싱크(68)에 부착된다.

도12e는 본원에서 다양한 도시된 실시예에 사용될 수 있는 각이 지게 만곡된 열 파이프(64)와 둘러싸는 슬리브(112)를 도시한다.

도13은 본 발명의 실시예를 도시하고, 복수개의 LED(10)는 적어도 하나의 열 파이프(64)에 결합되고 회로 보드(216) 상에 고정된다. LED(10)는 개별적으로 어드레스 가능하고 적어도 하나의 와이어(213)는 각각의 LED(10)에 결합되고 각각의 와이어(213)의 타 단부는 전기 결합부 패드(들)(214)에 결합된다. 이러한 결합부 패드(214)는 서로 전기적으로 절연된다. 이 도면에서 LED(들)(10)은 전기적으로 활성인 열 파이프(들)(64)을 갖도록 도시되지만 전기적으로 중립적인 열 파이프(들)이 이 특허 출원에서 임의의 다른 실시예 뿐만 아니라 본 실시예에서 사용될 수도 있다. 열 파이프(64)는 공통 애노드(11)일 수도 있고 각각의 LED(10)는 다이/와이어 결합부와 전력 공급 캐소드 사이에 위치된 저항기의 저항을 변화시킴으로써 제어된다. 열 파이프(64)가 공통 캐소드(12)라면, 각각의 다이(10)로 인도되는 전류는 직접 모듈화(즉, 펄스 폭 모듈화 및/또는 직류 모듈화)될 수 있다. 이 도면은 총 9개의 LED 다이를 도시한다. 또한 하나로부터 100개를 넘는 임의의 개수의 다이가 사용될 수도 있다. 또한, 하나로부터 100개를 넘는 임의의 개수의 중심 집중된 파장이 사용될 수도 있다. 가장 바람직하게는, UV로부터 IR까지의 파장이 사용되고, 400 nm 내지 700 nm가 가장 바람직하다. 이러한 파장 범위는 본 출원의 다른 실시예에서 사용될 수도 있다. TIR 반사기(10b)가 또한 도시된다. 이는 렌즈 보유기(215)에 의해 제위치에 보유된다. 렌즈 보유기(215)가 위치되는 회로 보드 및/또는 회로 보드 보유기(216)가 도시된다. 반사기(10B) 내의 반구형 오목 표면(114)이 도시된다. 이는 칩 내의 TIR로 인해, 더 많은 광이 칩을 탈출하게 하도록 TIR 반사기(10b) 내에서 사용되는 재료보다 더 높은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 광선은 굴절율을 변경에 의해 발생된 굴절로 인해 반구형 오목 표면에서 이점을 갖도록 만곡될 수도 있다. 비구면, 포물선형, 타원형, 쌍곡선형 또는 회절 표면(defractive surface)은 반구형 표면으로 대체될 수도 있다. 열 파이프(64)의 외부 직경은 좌측 상에 원으로 도시된 실선에 의해 도면에 도시된다. 9개의 LED(10)는 레드, 블루, 그린 방출 LED로 분류될 수 있다. 각각의 칼라의 3개의 LED 대신의 단지 총 3개의 LED가 사용될 수도 있다(즉, 하나의 그린, 하나의 블루, 하나의 레드). 도면에서, 각각의 3개의 주 칼라의 직사각형(또는 다른 형태) 스트립이 LED(10) 내에 도시된 9개의 정사각형 중 3개의 공간을 차지할 수 있다. 즉, 각각의 3개의 주 칼라는 사용 가능한(도시된) 다이 공간의 1/3을 차지할 수도 있다. 몇몇 방법에서 이는 각각의 칼라를 위해 주어진 다이 영역에 대해 동등한 임피던스를 의미할 수도 있지만, 모든 경우에서 적용되지 않을 수도 있다. 임의의 유기 및/또는 폴리머 LED가 본 발명의 임의의 실시예에서 사용될 수 있다. 블루 또는 그린 LED보다 작은 영역에 존재하는 레드 무기 LED가 바람직하게 사용될 수도 있다. 또한, 다른 명백한 강도(즉, 감도)에서 다른 칼라를 감지하는 인간의 눈의 능력으로 인해, 그린 보다 레드가, 그린 LED 영역 보다 블루가 보다 바람직하게 사용될 수도 있다.

도14는 도13의 하나 이상의 장치를 형성하는 어레이 내의 도13의 장치를 도시한다. 실제적으로, 도14에는 단지 3개의 장치의 어레이가 명확성을 위해 도시된다. 각각의 열 파이프(64) 사이에는 회로 보드(216)가 도시된다. 이 회로 보드는 종래의 에폭시 적층부를 가질 수도 있고 및/또는 비도전성 폴리머 또는 세라믹층(적층부)을 갖는 또는 갖지 않는 알루미늄 또는 구리와 같은 중실 도전성 재료를 가질 수도 있다. 또한 이는 BeO, 알루미나, AlN 등과 같은 전체적으로 또는 부분적으로 세라믹일 수도 있다. 얇은 구리 또는 금 또는 도금된 금과 같은 회로 트레이스는 LED 다이로부터 인도되는 와이어 결합부(213)를 연결시킬 수도 있다. 렌즈(10a)는 서로 접촉될 수도 있고 접촉하는 최종 방출 표면에서 원형일 수도 있고 최종 방출 표면에서 정사각형 모양 내부로 성형될 수도 있고, 따라서 그들 사이에는 공간을 갖지 않는다. 또한, 추가의 빔 형상 또는 주위의 보호의 목적을 위해 최종 방출 표면 이후에 최종 렌즈 요소(또는 요소들)가 바람직하게 사용될 수도 있다. 부가적으로, 원형 보유기가 렌즈(10a) 주위에 사용될 수도 있다.

도14a는 개별적인 렌즈 또는 반사기(10a/b) 주위에 도시된 바와 같은 부가적인 보유기(98)를 갖는 도14의 어레이 장치의 단면도와 유사하다. 그러한 보유기는 개별적인 렌즈(10a) 또는 반사기(10b)를 지지하는 데 충분한 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있다.

도14b, 도14c 및 도14d는 다른 "픽셀" 공간 및 기하학 패턴을 도시한다. 이러한 경우에서 "픽셀"은 그 상에 9개(또는 다른 개수)로 도시된 LED(들)(10)을 갖는 열 파이프(64)이다. 각각의 열 파이프 자체는 개별적으로 어드레스 가능할 수도 있을 뿐만 아니라 각각의 열 파이프 상의 각각의 개별적인 LED 다이 또는 다른 조합도 어드레스 가능하다. 각각의 열 파이프 주위에 도시된 링(125)은 도14e에 도시된 바와 같은 회로 보드 내에서 "포개어"질 수도 있다. 열 파이프(64)가 명확성을 위해 도시된다. 와이어(213)는 전기적으로 절연된 결합부 패드(214)에 결합된다. 링(125)이 회로 보드 내에 포개어질 때, 링(125) 상의 각각의 결합부 패드(214)에 회로 보드 트레이스를 연결시키기 위한 수단이 사용되야만 한다. 이 수단은 트레이스 및 도금된 쓰루 비아(through vias)에 의해 연결된 접촉부에 의해 달성될 수도 있다. LED(10)는 보드(전력 공급기(들)에 연결됨) 상에 트레이스로부터, 와이어(213)를 통해 LED로 그리고 LED 자체로 인가시키는 전압 및 전류에 의해 제어될 수도 있다. 와이어(213)는 웨지, 볼 또는 다른 결합부에 의해 다이(들)(10)에 부착될(모든 실시예에서와 같이) 수도 있다. 웨지 결합부는 와이어가 보드 표면에 보다 평행하게 존재하기 때문에 바람직하다. 볼 결합부는 와이어가 칩으로부터 수직으로 고정되고, 렌즈 또는 반사기가 다이(들) 상을 느리게 하강할 때, 칩을 사전 습식하고 기포의 형성을 감소시키는 방식으로 폴리머를 캡슐로 둘러싸는 다이를 끌어당기는 경향을 갖는다는 점에서 이점을 가질 수 있다.

도14e는 도14b, 도14c 및 도14d에 도시된 장치로부터 링(125)을 수용하는 회로 보드 내에 블라인드 암형 리세스를 도시한다. 접촉부, 비아 및 트레이스가 도시된다. 바람직하게 보드(216) 내의 블라인드 암형 리세스(들)(217)이 도시된다. 또한 바람직하게 블라인드 암형 리세스(들)(217')은 열 파이프(들)(64)을 수용하는 보드(들) 내에 점선에 의해 도시된다. 두개의 블라인드 구멍 또는 리세스(217 및 217') 사이에 높은 열 도전성을 갖는 바람직하게 얇은 섹션의 보드 재료가 존재한다. 바람직한 실시예에서, 도면 부호(217 및 217')는 실질적으로 동축이지만, 이는 항상 그러한 경우일 필요는 없다. 보드(216) 상에 바람직하게 결합된 보드 적층부(218)가 바람직하게 존재할 수도 있다. 도14e에 도시된 바와 같은 본 발명의 이 실시예에서, 리세스(217)는 실제적으로 관통 구멍(들)이다. 도14b에 정렬된 결합부 패드(들)(214)는 보드(216) 상의 회로 트레이스로써 도시된다. 도14b의 결합부 패드(들)(214) 하부에 관통 와이어(213)는 도면에서 도시 생략되지만 결합부 패드(214)와 접촉을 만들도록 제공되야만 한다. 도14b의 링(125)은 정사각형(또는 몇몇 다른 기하학적 형상)일 수도 있고 유사하게 형성된 리세스(217')에 의해 수용될 수도 있다.

도14f는 도14b의 것과 다소 유사한 장치를 도시한다. 이는 구멍 관통 보드(216)에 대해 동축인 열 파이프(들)(64)을 도시한다. 보드(216)는 도14b에 도시된 링(125)과 유사한"링" 일 수도 있다. 보드(216)는 복수개의 다이를 둘러싸는 얇은 벽으로써 도시된다. 이 도면에서, 다이(10)는 실시예에서"p"-측면이 위로 가도록 도시된다. 활성 에피텍셜 층은 다이(10)의 상단 에지 상에 도시된다. 많은 다양한 LED 또는 레이저 다이오드 구조 및 설계가 모든 실시예에서 사용된다. 특히, 선택적인 공명 구조를 갖는 LED 뿐만 아니라 "양자 도트(quantum dot)"를 사용하는 LED 또는 LD가 사용될 수도 있다. 구멍(219)은 보드(216) 내에 도시되고 와이어(213)는 개별적인 다이(10)로부터 그 각각의 결합부 패드(214)로 또한 각각의 회로 트레이스(220)로 인도되게 도시된다. 열 파이프(64)는 전기적으로 활성일 수도 있고 활성이 아닐 수도 있다. 활성이라면, 열 파이프는 공통의 캐소드일 수도 있고, 보드(216) 내에 와이어(213)로 전기적 연결부를 가질 수도 있다. 와이어(213)는 회로 트레이스(209)에 열 파이프(64)를 연결하는 도전성 접착제일 수도 있다. 반사기(10b)가 도시된다. 발광은 상향으로 지시된 화살표에 의해 도시된다. 보드(216)는 하드웨어를 갖는 보다 큰 보드에 부착될 수도 있고 개별적인 LED/열 파이프 조립체에 대한 몇몇 비활성 로킹 배열은 이들이 마모되거나 기술적 특징을 상실할 때 변경될 수도 있다. 도면 및 실시예에서 뿐만 아니라 본 특허 출원에서 복수개의 중심 집중된 파장에서 복수개의 LED를 갖는 조립체는 바람직하게 칼라, 강도, 색상 등을 변경하도록 컴퓨터 제어될 수도 있는 그 조밀성, 경량성, 높은 광학적 전력으로 인해, 자동화 스테이지 광 조립체를 위해 이상적이다.

도14g는 보드(216)의 관통 구멍(129) 내에 삽입된 열 파이프(64)를 도시한다. 반사기(10b)는 LED 다이(10)로써 도시된다. 층 사이에 트레이스를 갖는 두개의 부품의 적층된 보드는 상단층(216a) 및 바닥층(216b)으로서 도시된다. 보드(216) 내의 와이어(213)는 층(216a 및 216b)과 보드(216)의 상단 상의 트레이스(220) 사이에 샌드위치된 트레이스(220) 사이에 전기적 연속성을 만드는 와이어로서 도시된다. 회로 보드(216)를 포함하는 층(216a 및 216b)은 광이 회로 보드(216) 없이 기능할 수 있고 전력 공급기로부터 결합부 패드(214)까지의 와이어를 연결하는 다른 수단이 다른 적용예에서 사용될 수 있다는 점에서 선택적이라는 것을 알아야 한다. 또한 휜은 바람직하게 대류 또는 강제 공기 냉각을 사용하도록 열 파이프(64)에 부착될 수도 있다.

도15a는 회로 보드 상에 어레이된 4개의 "픽셀"(열 파이프 상에 LED(들))을 도시한다. 단지 4개의 장치(각각은 "픽셀"로 간주됨)만이 명확성을 위해 이 도면에서 도시된다. 실질적으로, 예시를 위한 48 x 64 또는 48 x 32 또는 24 x 16과 같은 픽셀의 어레이가 사용될 수도 있다. 픽셀 공간의 예는 바람직하게 12 mm, 18 mm, 35 mm 또는 50 mm의 중앙 공간에 중심 집중될 수도 있다. 균일성, 조광성(dimming), 밝기, 색상, 칼라 공간 변환 및 감마 보정을 조정하기 위한 설비가 사용될 수도 있다. 회로 보드(216)의 일부가 도시된다. 열 파이프(64)의 팁 상에는 9개의 개별적인 어드레스 가능한 LED(10)가 도시된다. 각각의 이러한 LED(10)는 회로 보드(216) 상의 결합부 패드(214)에 연결된 와이어를 갖는다. 이 실시예에서, 도14b 내지 도14d에 도시된 바와 같은 분리 링(125)이 존재하지 않는 다는 것을 알아야한다. 이 실시예에서 와이어(213)는 회로 보드(216) 상에 영구 부착된 결합부 패드(214)를 분리하도록 열 파이프(들) 상의 분리 LED로부터 인도된다. 전체 도면에서 단지 하나의 와이어(213) 뿐만 아니라 단지 하나의 단축된 회로 트레이스(220)만이 명확성을 위해 도시된다. 본 기술 분야에서 숙련된 자에게는 개별적인 LED로부터 개별적인 결합부 패드로 개별적인 와이어를 연결하고, 그 후 LED를 밝히도록 이러한 결합부 패드를 적절한 회로 트레이스에 연결한다는 것은 명확할 것이다. 복수개의 열 파이프(64)가 "핀-휜" 타입 히트 싱크를 형성하는 방법을 주목해야 한다. 열 파이프의 모든 원주부 표면 영역은 핀(공지된 바와 같이 열 파이프) 사이의 자연 또는 강제 공기 대류에 의해 유동되는 주위 공기에 열을 전도시키는 데 사용되고 열 파이프는 표면 영역을 추가로 증가시키도록 임의의 배향으로 부착된 휜을 가질 수도 있다. 열 파이프 사이의 공간은 공기가 열 파이프를 순환시키고 냉각시키게 한다. 휜은 실질적으로 모두 모노리틱 벌집 빗 타입의 설계일 수도 있고 노출된 열 파이프는 모두 모노리틱 벌집 빗 히트 싱크 내의 구멍 내부로 슬라이드된다. 이러한 히트 싱크는 임의의 열 도전성 재료로부터 만들어 질 수도 있고, 강제 공기 냉각될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 휜이 모노리틱이 아니고 열 파이프에 결합된다면, 열이 휜을 통해 상승하고 냉각 공기를 뒤로 인출하기 때문에, 이들은 열 파이프 배향에 대해 45도의 각(또는 그 정도) 뿐만 아니라 공기의 자연적인 대류 유동을 촉진하도록 수평선에 대해 45도(또는 그 정도)일 수도 있다. 공기는 수평선에 대해 직각(수직)으로 장착된다면 보다 직접적으로 휜을 충격하도록 강제된다. 본 출원의 모든 실시예에서와 같이 열 파이프가 물을 제외한 몇몇 다른 작동 유체를 가질 수도 있고 물을 부가한 몇몇 다른 물질을 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 예를 들면, 알콜[글리콜(glycol), 메탄올 등]이 동결을 방지하도록 첨가될 수도 있다. 또한, 알루미늄과 같은 다른 물질이 몸체(벽) 또는 열 파이프를 위한 구리 대신에 또는 구리와 관련되어 사용될 수도 있다. 렌즈(10a)가 또한 도시된다. 이는 TIR 변화, 굴절, 회절, 반사 또는 그 조합을 가질 수도 있다. 하나의 열 파이프(64) 상의 LED(10)가 몇몇 조합으로 작동될 때, 픽셀은 "온" 또는 "활성"으로서 간주될 수 있다. 일반적으로 각각의 열 파이프의 LED는 개별적으로 어드레스 가능한 레드, 블루, 및/또는 그린 LED의 몇몇 조합이다. 본 출원의 모든 실시예에서와 같이, "화이트" LED가 사용될 수도 있다.

도15b는 보드(216)의 블라인드 구멍 내에 삽입되고 결합된 열 파이프(64)의 어레이를 도시한다. 블라인드 구멍(221)은 도15c에 보다 명확하게 도시된다. 보드(216)는 LED(10)로 인도되는 회로 트레이스(220)를 갖는 프린트 회로 보드 또는 단순한 플레이트의 금속(또는 다른 도전성 또는 비도전성 물질)일 수도 있다. 3개의 LED의 "그룹"이 명확성을 위해 이 도면에 도시된다. 하나 이상 중심 집중된 파장에서 하나 이상의 LED가 사용될 수도 있다. 또한 이 도면은 단지 3개의 LED "그룹"(4번째는 숨겨짐), 4개의 렌즈(10a) 및 4개중 3개의 열 파이프(64) 만을 도시한다. 이러한 몇몇 부품은 명확성을 위해서만 도시되었고 단일 보드(216) 또는 에지 대 에지로 서로 어레이된 복수개의 보드일 수도 있는 약 100개의 어레이를 제공한다는 것을 알아야한다. 블라인드 구멍에 존재하는 열 파이프(64)는 바람직하게 높은 열 도전성 접착제로써 제 위치에 결합될 수도 있다. 블라인드 구멍은 구멍의 바닥(열 파이프의 팁이 고정된)과 LED(10)가 구멍의 바닥 바로 위에 결합된 보드(216)의 상단 사이에 보드 재료의 얇은 층만이 존재하도록 충분한 깊이를 갖는다. 이러한 방식으로 LED 플립 칩 접합부로부터 얇은 보드 재료를 통해, 접착제를 통해, 열 파이프(64) 내부로 최소의 열 저항이 존재한다. 회로 트레이스(220)는 플립-칩 LED(10) 아래의 "p" 측면이 납땜된 LED 칩 애노드 결합부 패드로 개별적인 트레이스가 안내되고 칩의 캐소드 측면으로부터의 와이어가 결합된 캐소드 와이어 결합부로 다른 트레이스가 안내되도록 설계될 수도 있다. 회로 보드(216)는 경량성 및 열 도전성을 위해 알루미늄이 바람직하다. 칩 결합부 패드, 와이어 결합부 패드 및 이들을 연결하는 트레이스 형성하는 전기적 절연부를 제공하도록 애노드화되는 것이 바람직하다. 다른 얇은 필름 공정은 전기적 절연층을 증착시키는 데 사용된다. 보드(216)는 알루미늄(마그네슘) 에폭시 또는 구리 에폭시 적층부로부터 만들어 질 수도 있다. 또한 LED(10)는 바람직하게 다른 시간 사이클에서 강도를 갖도록 개별적으로 어드레스될(반드시 필요한 것은 아님) 수도 있고 추가의 제어가 단부 사용자에 의해 유용하게 행해질 수 있다.

도15c는 회로 보드(216) 내에 블라인드 구멍(221)을 명확하게 도시하는 도15b의 2개(다수 중)의 열 파이프(64)만의 측면도이다. 단지 두개의 렌즈(10a) 뿐만 아니라 몇몇 와이어 결합부(212) 및 몇몇 LED(10)가 명확성과 배향을 위해 도시된다.

도15d는 본 발명의 일반적인 강제 공기 냉각되는 휴대용 실시예를 도시한다. 또한 이것은 고정되거나 장착될(휴대용이 아님) 수도 있고 대류 냉각, 즉 강제 공기 냉각이 없을 수도 있다는 것을 알아야 한다. 팬(66)이 도시되고, 열 파이프(64)와 렌즈/반사기(10a/10b)와 방출 LED 또는 VCSEL 광은 아래로 지시된 화살표로써 도시된다. 열 파이프(64)의 팁에 인접한 LED(10) 또는 VCSEL 뿐만 아니라 모든 부품은 하우징(222) 내에 수용된다. 전기 전력은 전력 공급기로부터 또는 배터리로부터 또는 각각 또는 재충전 가능한 배터리의 조합으로부터 외부 코드를 통해 공급될 수도 있다. 중력 스위치가 바람직하게 사용될 수도 있고 스위치는 LED(10)가 접지를 향해 실질적으로 지시될 때 단지 전기적으로 연속된다. 이는 열 파이프(64) 내로 중력 조력 공급을 가능하게 한다.

도15e는 본 발명의 실시예를 도시하고 3개의 분리 LED(10)가 열 파이프(64)의 단부 상에 배치된다.

디스플레이를 위해 본 출원 출원에서 설명된 어레이 또는 다른 적용예는 LED(10)의 바로 아래의 열 파이프(64)를 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 열 파이프(64)는 예를 들면, 열을 전달하는 데만 사용될 수 있고, LED(10)의 아래에 무작위로 위치될 수도 있다. 열 파이프(64)는 방출 광의 방향에 실질적으로 대향될 수도 있는 방향으로 회로 보드로(216)부터 돌출된다. 이러한 방식으로, 이들은 다른 보드 표면 영역의 히트 싱크(68) 또는 임의의 부가적으로 결합된 휜 없이 열 방출(또는 열 교환) 표면 영역으로서 사용될 수도 있는 그 자체 열 파이프(64)의 외부 직경에 대한 열 운송 핀으로서 작용한다. 또한, 자연 또는 강제 대류는 임의의 실시예에서 사용될 수 있다. 또한 상 변화 재료(파라핀과 같은)가 임의의 실시예에서 사용될 수도 있고 열 파이프(들)을 둘러쌀 수도 있다. 파라핀은 구리모 또는 도전성 입자와 같은 그 내부에 열 도전성 강화 재료를 가질 수도 있다. LED(1)가 부착된 회로 보드(216)는 차례로 그 안에 끼워진 열 파이프를 갖는 다른 도전성(또는 비도전성) 플레이트에 부착될 수도 있다.

도16은 본 발명의 수직 공동 표면 방사 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)의 실시예를 도시한다. 단지 하나 대신에 VCSEL(224)의 어레이는 하나 이상의 열 파이프에 결합될 수도 있다는 것이 이해된다. 도면은 열 파이프(64)의 상단(팁)에 결합된 하나의 VCSEL(224)를 도시한다. VCSEL(224, 또는 물질, 에지 방출 레이저 다이오드를 위한)는 임의의 도면에서 도시되고 본 특허 출원에서 임의의 실시예에서 설명된 LED(10)와 대체될 수도 있다는 것을 추가로 알아야 한다. 열 파이프(64)는 슬리브(112) 내부에 도시된다. 열 파이프(64) 및 슬리브(112)는 전기적으로 절연될 수도 있다. 또한 슬리브(112) 및/또는 열 파이프(64)는 그들에 벤드(0도 내지 90도 또는 그 이상)를 가질 수도 있다. 또한 이는 본 특허 출원 내의 임의의 실시예에서 도시된 임의의 다른 파이프/슬리브 조합일 수도 있다. 애노드(11) 와이어 및 캐소드(12)는 서브마운트(14)로부터 낮은 임피던스의"스트립 라인" 타입 전류 전압 운반 장치로 이어지게 도시된다. "스트립 라인"은 VCSEL로부터 전력 공급기 또는 펄서로의 열 파이프의 길이 아래로 이어지는 두개의 얇은 구리 포일 타입 테이프 애노드(11') 및 캐소드(12')를 갖는다. 구리 포일 테이프(11' 및 12')는 바람직하게 캡톤 타입 테이프(225)에 의해 서로로부터 뿐만 아니라 열 파이프(64) 및 슬리브(112, 또는 다른 환경)로부터 절연된다. VCSEL(224)는 높은 전력 타입(1 W이상) 또는 보다 높은 피크 전력(1 KW 이상)을 가질 수도 있다. 이는 짧은(ps 펄스와 같은) 또는 긴(ms 펄스와 같은) 펄스를 가질 수도 있다. 파장 범위는 UV로부터 IR까지 일 수도 있다. 상향으로 지시된 화살표로써 레이저 발광은 부분적으로 반사하는 출력 커플러 미러(226)로부터 방출하도록 도시된다. 활성 영역 및 후방 미러는 도전성 슬러그/서브마운트(14)에 장착되게 도시된다. 투명한 공간 조립체(227)가 도시된다. 렌즈(10a)가 바람직하게 사용될 수도 있다.

도17 및 도17a는 열 파이프(64)의 단부에 결합된 분리 히트 싱크(68)를 도시한다. 이 히트 싱크(68)는 열 파이프(64)의 단부 상에 전기 전해적으로 전자 형성(electrolytically electro-formed)될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 전자 형성된 히트 싱크(68)는 구리로 만들어 질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 히트 싱크(68)는 높은 열 도전성 아교로써 열 파이프(64)의 단부에 결합된다. LED(10 또는 LED들)이 도시된다. LED(10)로부터의 발광은 상향으로 지시된 화살표로서 도시된다. 이 실시예는 에지 방출 레이저 다이오드를 위해 사용될 수도 있다. 점선은 열 파이프(64)를 수용하도록 히트 싱크(68) 내에 존재하는 블라인드 구멍(201)을 도시한다.

도18a 및 도18b는 LED(10)가 앞의 원통형 열 파이프(64)의 평평한 측면(64c) 또는 스폿에 장착되는 실시예를 도시한다. 열 파이프가 반드시 앞의 원통형일 필요는 없고, "평평"하게 제작될 수도 있다. 상향으로 지시된 화살표로써 발광이 도시된다. LED(10)의 어레이(하나 이상)는 임의의 배향으로 히트 싱크(68)의 평평한 부분에 결합될 수도 있다. LED(10)는 납/주석 또는 다른 납땜(110)을 갖는 구리 열 파이프(64)에 직접 납땜될 수도 있다. 이 실시예는 열 파이프의 길이와 관련하여 축 방향으로 직접 90도 측면 방출이 요구될 때 바람직하다. 이는 특히 폐쇄 접촉부를 요구하는 적용예를 경화시키기 위해 유용하다.

도18c 및 도18d는 원형 열 파이프(64)의 평평한 부분(64c)에 직접 장착되는 레이저 다이오드(228)를 도시한다. 음극 애노드 와이어(12)는 부호(-)로써 도시된다. 이 도면에서 캐소드는 열 파이프(64)이다. 이는 부호(+)로 표시된다. 지시된 화살표로써 발광이 도시된다. 또한, 납땜(110)이 도시된다. 에지 방출, 보드 영역 레이저 다이오드 바가 사용될 수도 있다. 선택적인 렌즈가 또한 바람직하게 사용될 수도 있다. 회절 광학 요소(DOE)와 같은 렌즈가 LD의 부착을 파괴하도록 임의의 실시예에서 바람직하게 사용될 수도 있다. 이는 단속 규정(FDA)의 입장으로부터 이들을 안전하고 용이하게 매매되게 한다. 도18c는 장치의 정면도이다. 도18d는 장치의 측면도이다. 개별적인 칩의 LD, VCSEL, 또는 LED와 이 모든 3개의 조합(임의의 조합)의 어레이가 바람직하게 사용될 수도 있다.

도18e는 일 단부에서 평평하게 된 원형 열 파이프(64)를 도시하고, LED(10)는 열 파이프(64)의 평평한 부분 상에 배치된다. 중앙 라인(229)은 열 파이프(64)의 중앙을 통해 평평한 부분을 양분한다. 이 도면이 일 단부에서만 평평하게 만든 원형 열 파이프(64)를 도시하는 반면, 본 발명은 하나 이상의 LED(10)의 수용부를 수용하도록 그 길이의 임의의 일부에 대해 평평하게 한 임의의 원형 열 파이프(64)를 포함한다. 부가적으로, 평평하게 제작될 수도 있기 때문에, 열 파이프는 원형일 필요는 없다. 이는 본 출원의 모든 실시예에서 적용된다.

본 출원에서 모든 실시예는 마이크로 칩 또는 얇은 디스크 레이저 기술을 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 마이크로 칩 레이저 및 싱크 디스크 레이저의 게인 미디어의 활성 영역은 열 파이프의 팁 상에 장착될 수도 있다.

부가적으로, 본 발명의 다른 실시예에서, 제조 설계도보다 실질적으로 높은 전류로 그리고 현재의 최첨단 기술보다 실질적으로 작은 패키지 내에서 LED를 작동 가능하게 하는 매우 뛰어난 열 전달을 제공하는 패키지된 LED(또는 레이저 다이오드) 장치(들)이 제공된다. 패키지된 LED(또는 레이저 다이오드) 장치는 바람직하게 적어도 하나의 LED, 서브마운트, 가요성(또는 강성) 회로 및 선택적 TIR 반사기를 포함한다. 이 패키지된 장치는 열 파이프에 부착될 수도 있다. 장치는 분리된 장치로서 사용될 수도 있고, 접착제를 경화하기 위한 유사한 장치의 어레이 및 다양한 다른 적용예로써 사용될 수도 있다.

도19a는 열 확산기/서브마운트(230)로서 사용되기 위한 높은 열 도전성 물질, 바람직하게 CVD 다이아몬드를 도시한다. 도면에서 다이아몬드는 바람직하게 100 마이크론의 두께이며 50 마이크론의 직경의 레이저 드릴링된 관통 구멍(219)을 갖는다. 이러한 구멍(219)은 상단으로부터 바닥으로 및/또는 바닥으로부터 기판의 상단으로의 도전성 접착제의 전기적 뿐만 아니라 열적 전달을 촉진한다. 구멍(219)은 다른 측면보다 한 측면 상에 보다 큰 개구가 도전성 접착제를 쉬운 충전을 촉진하게 하도록 의도적으로 경사진(평행하지 않음) 벽을 갖는다. AlN 또는 구리와 같은 다른 열 확산기/기판이 사용될 수도 있다. 또한 열 확산기는 하나 이상의 반도체 다이를 위한 패턴으로써 금속화될 수도 있다. 금속화는 기판 내에 존재할 수도 있는 구멍을 통해 연장할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이들은 하나 또는 모든 측면 상에서 금속화될 수도 있다.

도19b는 열 확산기/서브마운트(230) 상에 지지하는 9개의 LED 다이(10) 견부를 도시한다. 이 다이는 상단(와이어 결합부 표면)에서 거의 300 마이크론 x 300 마이크론이고 바닥 "n" 접촉부 표면에서 거의 200 마이크론 x 200 마이크론일 수도 있다. 이러한 치수는 도19a에 도시된 구멍(219)이 임의의 다이 표면 하부로 실질적으로 떨어지지 않게 한다. 즉, 다이의 바닥 사이의 "스트리트(street)"는 구멍(219)을 둘러싼다. 도전성 에폭시는 다이(10)를 열 확산기/기판(230)에 결합되도록 사용될 수도 있다. 기판이 제1 패턴화되고 금속화된다면, 부착을 위한 다른 수단은 납땜일 수도 있다. 구멍(219)은 전기 전류를 열 확산기/기판(230)의 상단과 바닥 표면 사이로 유동하게 한다. 열 확산기(230)는 바람직하게 비 도전성이지만 구리 또는 알루미늄과 같은 금속이 사용된다면 도전성일 수도 있다. 단지 하나의 다이(10)가 사용될 수도 있고 복수개의 다이(10)가 사용될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 이들은 일련으로, 평행으로, 또는 다른 조합으로 존재할 수도 있고, 개별적으로 어드레스 가능할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 하나 이상의 중앙 파장은 특히 하나 이상의 다이가 이용된다면 사용될 수도 있지만, 복수개의 파장은 하나의 다이 상에 존재할 수 있다. 일반적으로, 이러한 파장은 UV/가시광 에지로부터 가시광/IR 에지 근처 외부로의 가시광 범위에 걸친다. 복수개의 파장이 사용된다면, 이들은 접착제 또는 코팅제 내에서 광개시제를 선택적으로 타겟팅하는 데 이점을 갖고 사용될 수도 있고, 또한 다른 깊이로 재료를 관통시키는 데 사용될 수도 있다. 장치는 빔 각도, 전력, 강도, 색상, 칼라 등에 대해 떨어져서 조정될 수 있다. 일반적으로, 복수개의 파장을 갖는 대부분의 적용예, 즉 다른 중앙 집중된 파장을 갖는 다이에 대해, 개별적인 어드레스성이 바람직하다. 이러한 적용예의 장치는 이러한 고유의 어드레스 가능한 특성을 갖는다. 열 확산기(230)는 바람직하게 단지 하나의 다이(10)를 사용할 수도 있다. 이를 통과하는 구멍(219)은 다이(들)(10) 바로 아래에 있어야할 필요는 없지만, 오히려 주연부 내의 그(그들) 아래로부터 보다 외부에 존재한다. 구멍(219)은 다른 실시예에서 와이어 결합부 패드에 의해 대체될 수 있다. 회로 트레이스(220)는 도19c에 금속화된 결합부 패드(들)(214)로 인도된다. 열 확산기(29)를 통과하는 구멍(219)을 반드시 가질 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 회로 트레이스(들)(220)은 도19c의 와이어 결합부 패드(들)(214)로 단순히 인도될 수 있고 와이어 또는 와이어들은 패드(들)에 결합될 수 있고 전기 회로의 완성을 촉진하도록 도20에 도시된 바와 같은 다른 결합부 패드에서 종결될 수도 있다. 이 결합부 패드(214)는 예를 들면 도20 내에 관통 구멍(219') 대신일 수도 있다.

도20은 LED 다이(들)(10)이 층(230")으로부터 통과하여 나오게 하는 중앙을 통과하는 컷 아웃(231)을 갖는 가요성 및 강성 회로 재료인 층(230")을 도시한다. 층은 바람직하게 도금된 관통 구멍(219)에 대해 외부로 연장하는 와이어 결합 패드(214) 및 회로 트레이스(220)를 갖는다. 각각의 결합부 패드(214)는 LED로부터 와이어를 수용할 수도 있다. 하나의 트레이스는 결합부 패드를 갖지 않고, 오히려 보다 큰 도금된 관통 구멍(219')을 갖는다. 이 관통 구멍(219')은 선택적으로는, 열 확산기(230) 아래에 동일한 전기 전도성 아교가 통과해서 나오게 하고 그에 연결된 트레이스(220)와 접촉하게 한다. 이는 실질적으로 열 확산기(230) 내의 관통 구멍(219)을 통해 상승되고 다이(들)(10) 하부에 접착제와 접촉하는 열 확산기(230) 하부의 접착제의 전기적 극성을 동일한 극성이 되게 한다. 바람직한 실시예에서, 이러한 극성은 "음극"(그럼에도 불구하고 "양극"일 수도 있음)이고 복수개의 다이가 공통 접지 평면을 할당하게 한다. 이러한 접지 평면은 관통 구멍(219')을 통해 트레이(220)로 상승하는 전기적으로 연속적인 경로를 갖는다. 선택적인 관통 구멍(219')은 바람직하게 상단 상에 그리고 다이(들)과 동일한 평면에 있는 전기적으로 연속적인 경로로서 작용할 수도 있다. 이 도면의 바람직하게 가요성인 회로(230")는 패턴화되고, 에칭된(일련의 금 또는 다른 도금) 금 도금된 구리 트레이스를 갖는 캡톤 또는 유사한 실질적으로 비도전성 재료가 바람직하다. 이러한 회로(230")는 제조자로부터의 주문 설계 베이스에 따라 사용될 수 있다. 중앙의 컷 아웃(231)은 다이(들)(10)을 단지 제거하도록 크기 설정될 수 있고 보다 클 수도 있다. 또한 이는 도전성 접착제 스텐실링(stenciling)을 촉진할 수도 있다. 이는 B-스테지 가능한 접착제 층을 사용함으로써 도20b에 도시된 바와 같이 바람직하게 가요성(또는 강성) 회로 재료(230')에 결합될 수 있다. 또한, 도금된 관통 구멍(219')이 결합부 패드(214)로써 대체됨으로써 음극으로 될 수 있다는 것을 알아야 한다. 와이어(213)는 이 결합부 패드(214) 및 예를 들면 접지 평면으로 인도하는 열 확산기(230) 상의 결합부 패드 또는 패드들에 결합될 수 있다.

도20a는 도20의 "하부도"를 도시한다. 구멍(219 및 219')는 바람직하게 도금된 관통 구멍(즉, 중앙 다이 컷 아웃을 포함하지 않는 구멍의 벽이, 전기 도전성임)이다. 이는 가요성(또는 강성) 회로의 제조 중 인가되는 팔라듐 에멀젼 코팅을 사용함으로써 종종 달성된다.

도20b는 두꺼운 회로 재료(230')를 도시하고 상단 측면을 도시한다. 컷 아웃(231')은 도19의 열 확산기(230)를 내부에 끼워 맞춤하게 하는 재료, 바람직하게 캡톤 또는 강성 FR4 플렉스를 통한 바람직하게 레이저 수단에 의해 만들어진다는 것을 알아야 한다. 또한 회로 재료(230')는 바람직하게 열 확산기(230)로서 거의 동일한 두께, 즉 거의 75 마이크론 내지 150 마이크론일 수도 있다. 도시된 이러한 측면을 갖는 이 회로 재료(231')는 도20의 층(230")의 바닥에 결합된다.

도20c는 도20b의 재료(203')의 바닥 측면을 도시한다. 원형 관통 구멍(219)은 바람직하게 도금된 관통 구멍이라는 것을 알아야 한다.

도20d는 도20b 및 도20c의 재료(203')에 결합된 도20 및 도20a의 회로 재료(230")를 도시한다.

도20e는 도20d에 도시된 두개의 결합된 재료의 하부 측면을 도시한다. 컷 아웃(231')이 상단 회로 재료(230")와 같이 피막(membrane)에 의해 종결되는 방법을 알아야 한다. 이 컷 아웃은 히트 싱크(68)의 치수를 수용한다. 실제적으로, 히트 싱크(68)는 이러한 컷 아웃(231')의 4개의 코너 내에 아교의 드롭을 위치시킴으로써 제위치에 부착되고 열 확산기 재료(230)는 컷 아웃(231')의 제한부 내부에 부드럽게 위치된다. 선택적으로 도금된 관통 구멍(219 및 219')을 명확히 볼 수 있다는 것을 알아야 한다.

도21은 전기적으로 그리고 열적으로 전도체 수단으로써 그에 결합된 LED 다이(10)를 갖는 이미 설명된 회로 재료(230")을 도시한다. 9개의 다이는 예시만을 위한 것이다. 하나 이상의 다이가 사용된다. 이 실시예에서, 다이는 "p"측면의 위가 도시되지만, 개별적으로 어드레스 가능한 결합부 패드(214)를 갖는 "p" 측면의 아래가 사용될 수도 있다. 각각의 다이(10, 또는 패키지된 다이)는 다이 캐소드 리드(12) 및 전력 공급기 사이에서 컴퓨터 제어되는 저항 요소에 의해 제어될 수도 있고 LED(10)가 전기 도전성 공통 애노드를 가질 수도 있는 히트 싱크(68) 상에 "p" 측면의 아래가 장착될 때 유용하다. "p" 측면이 공통 애노드(각각의 LED의 "p" 측면은 나머지로부터 전기적으로 절연됨) 상에 존재하지 않는다면, 전류는 전력 공급기와 "p" 접촉부 사이에서 직접 모듈화될 수도 있다. 펄스폭 모듈화가 바람직하게 사용될 수도 잇다. 칩이 "p" 측면 위에 장착된다면, 이들은 공통 캐소드를 할당하고"p" 접촉부와 전력 공급기 사이에서 컴퓨터 제어되는 전류 모듈레이터에 의해 바람직하게 개별적으로 모듈화될 수 있다. 도21의 결합부 패드(214)에 대한 트레이스는 다이아몬드와 같은 높은 열 도전성 재료의 상단 상에 존재할 수 있는 실리콘 또는 다른 반도체층 내에 에칭되고 그리고/또는 매립될 수 있고 트레이스(220)는 가요성 또는 강성 회로(230")의 상단 상의 구리일 수 있다. 와이어(213)는 결합부 패드(214)에 LED의 상단으로부터 도시된다. LED(10)는 바람직하게 기계 비젼 능력을 갖는 자동화 피크 및 위치 장비를 사용하여 적절한 위치에 위치될 수도 있다.

도22는 도20의 회로 재료(230")의 상단 상에 위치된 링(232)을 도시한다. 링은 원래 강화 부재이만, 약간의 전기적 도전성을 갖는다면 모든 트레이스(220) 사이에 전류 균등화 부재로서 사용될 수도 있다. 또한 이는 휜 안내 부재로서 작용할 수도 있다. 금속 또는 금속으로 코팅으로 인해 이러한 도전성이 발생될 수도 있다. 또한, 링과 트레이스(220)와 도금된 관통 구멍(219) 사이의 도전성은 전기 도전성 접착제 또는 납땜을 사용함으로써 만들어질 수도 있다. 링(232)의 관통 구멍(233)은 회로 재료(230")의 관통 구멍(219) 상을 거쳐 정렬되고 접착제는 그 내부에 주입될 수도 있고 나중에 상세하게 설명될 전기적 상호 연결을 촉진하는 도금된 구멍(219)을 통해 상승되는 핀을 포함한다. 또한 링(232)은 바람직하게 비도전성일 수 있다.

도22a는 회로(230)의 상단에 부착된 도22의 링(232)을 도시한다. 회로 트레이스(220) 및 와이어 결합부 패드(212)가 도시된다. 모든 LED(또는 단일 LED)가 평행으로 함께 전기적으로 구동되고 개별적으로 어드레스 가능하지 않다면, 회로 트레이스(220) 및 패드(212)는 회로(230")의 외부 주연부 주위로 모노리틱 원형의 환형 링일 수도 있다. 링(232)은 전기 연결을 촉진하도록 도전성 접착제에 의해 외부 슬리브에 연결될 수도 있다. 접착제는 슬리브 내의 구멍을 통해 모든 부품에 인가될 수 있다.

도22b는 LED(들)(10) 위에 TIR 렌즈/반사기(10a/10b)를 갖는 도22a의 조립체를 도시한다. 조립체는 바람직하게 열 경화 가능한 굴절률 매칭 합성물로 충전된 그 바닥(도시 생략) 내에 반구면 공동을 갖는다. 이러한 합성물(또는 젤)은 그 굴절율 매칭 특성으로 인해 LED 다이로부터 많은 광을 추출할 수 있게 한다. 이는 반구면 상에 위치되고 부분적인 경화를 가능하게 한다. 이러한 부분적인 경화는 그 점성을 증가시킨다. LED(들)은 주위보다 낮은 압력을 갖는 챔버 내의 젤 내부에서 하강될 수도 있다. 또한 LED는 이러한 주위보다 낮은 압력(sub ambient pressure)으로 완전히 또는 부분적으로 경화하게 할 수도 있다. 이러한 절차는 기포 형성을 위험을 감소시킨다. TIR 렌즈/반사기(10a/10b)는 약 1 마이크론/초 또는 그 이하의 비율로 LED 상을 거쳐 하강할 수 있다는 것이 중요하다. 또한, 반구면 공동은 구면 형상을 반드시 가질 필요는 없다. 렌즈/반사기(10a/10b)는 금속화된 벽을 가질 수 있다. 또한 렌즈/반사기는 바람직하게 굴절률 매칭 합성물 저장부로서 작용하도록 가장 작은 원주의 지점에서 환형 "스텝(step)"을 가질 수도 있다.

도22c는 도22b의 조립체의 하부도를 도시하지만, 부착된 LED(들)(10)을 갖는 열 확산기(230)의 설명을 위해 조립체로부터 제거되게 도시된다. 여기에서 회로층(230")이 도시되고, 반사기(10a/10b)가 배향을 위한 목적으로 도시된다.

도22d는 도시된 열 확산기(230)를 갖는 도22c의 조립체를 도시한다. 경화되지 않은 도전성 접착제(234)가 열 확산기(230)의 하부 상에 발라져 있다. 접착제가 LED 다이(10)에 대해 관통 구멍(219')을 위로 또한 원한다면 또는 인가 가능하다면 구멍(219')을 거쳐 그리고 접착제를 위로 상승시키는 것을 보장하는 방식으로 인가된다. 또한, 이는 조립체 또는 열 확산기[230, 또는 히트 싱크(68) 또는 슬러그(14]의 바닥으로부터 LED와 동일한 평면 내의 열 확산기(230)의 상단 표면으로 전기적으로 연속적인 경로를 용이하게 하고자 하는 경우이다. 접착제(234)는 열 파이프(64) 상에 부착된 도22d의 조립체 전의 열 파이프(64)의 상단 상에서 확산될 수 있는 것을 알아야 한다. 도22c의 조립체는 열 파이프(64, 도시 생략) 상에 장착될 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 회로 보드 상에 이러한 조립체를 장착하는 것이 수용될 수 있고 열을 확산하고 열 저항을 감소시키도록 열 확산기(230)를 사용하는 것이 수용될 수 있다. 열 파이프(64) 상에 장착되지 않는다면, 조립체는 SMT(표면 장착 기술) 장치가 될 수도 있다. 회로 보드에 장착된다면, 보드 상의 트레이스는 도금된 관통 구멍(219', 도금된 중실 관통 구멍일 수 있음)에 인도될 수 있고 각각 애노드 또는 캐소드 접촉부의 목적으로서 작용할 수 있다. 이러한 설명에서, 열 확산기(230)는 극성 접촉부를 제공하도록 그 안에 구멍을 가질 수 있다. 접착제가 적용되지 않고 장치 외부에서 불충분할 때 납땜(110)이 이러한 특정 실시예에서 사용되는 것이 바람직하다. 점에서서, 케이스 접착제 얼룩이 남지 않는다. 납땜(110)은 조립체 상의 적절한 위치에 또는 도시되지 않은 회로 보드(216) 상의 적절한 패드(들)(214)에 인가될 수 있다.

도22e는 도시된 링(236) 및 열 파이프(64)를 갖는 도22d의 조립체를 도시한다. 도시된 열 파이프(64)는 평평하게 되고(원형으로 될 수도 있음), 일 예를 들면, 길이가 2 mm x 3.7 mm x 200 mm의 타원형 치수를 갖는다. 또한 강화 링(236)은 LED(10)로부터 열 파이프(64)의 측면 벽으로 약간의 열을 확산하도록 열적으로 도전성일 수도 있다. 이는 열이 열 파이프(64)의 보다 큰 표면 상으로 확산될 때 "드라이 아웃"의 기회를 감소시킬 수도 있다. 도21d의 조립체는 열 파이프(64) 및 이를 둘러싸는 링(236)의 상단(팁 또는 단부)에 의해 지배받는 평면에 부착된다. 열 및 전기 도전성 아교는 부착을 위해 사용될 수도 있다. 완성된 조립체는 회로 보드(도시 생략) 내에 수용 가능한 암형으로 위치될 수도 있고 도전성 "범프" 또는 핀은 도금된 관통 구멍(219)과 접촉할 수 있다. 이 "범프"는 보드(216) 상의 또는 내의 회로 트레이스(220)에 부착될 수 있고, 선택된 레벨(들), 간격 및 강도로 온 오프(또는 그 사이의 몇몇 레벨로) 작동하는 선택된(또는 모든) LED 내에 발생되는 원하는 도금된 관통 구멍으로 전류를 온 오프 작동할 수 있다. "범프"는 아래의 도24 및 도25에서 상세하게 설명되고 도시되는 바와 같이 구멍(들)(219) 또는 회로 보드(230, 도시 생략) 또는 모두 상에 위치될 수도 있다.

도22f는 도22e에 도시된 다른 전기적 상호 연결 설계의 하부도를 도시한다. 이 설계는 LED로부터 와이어를 통해, 트레이스를 통해, 도금된 관통 구멍을 통해, 도전성 핀(들)(237) 내부로 그리고, 핀(들)(237)로부터, 정합 암형 슬리브 또는 암형 슬리브와 제어기 및 전력 공급기로의 적절한 회로 트레이스를 갖는 회로 보드 내에 위치된 도금된 관통 구멍으로의 전도 경로를 완성시키도록 나노 커넥터와 유사한 도전성 핀(237)을 사용한다. 이 도면에서 조립체는 도22e의 강화 링(236')보다 다른 스타일의 강화 링(236')을 갖는다. 열 파이프(64)가 도시되지만, 모든 도면에서와 같이, 명확성을 위해 단지 그 길이의 일부만을 도시한다. 핀(들)(237)은 회로 보드, 암형 리셉터클 또는 도20의 링(236') 및/또는 구멍(들)(219) 내의 도금된 관통 구멍 내에 다르게 위치될 수 있다.

핀(들)(237)이 링(236)의 상단 및 하단 모두로부터 돌출하는 방법을 주목해야 한다. 핀의 상단 부분은 도22의 링(232) 내의 구멍 및 내부로 나아갈 수 있고 바닥 부분은 도23에 상세하게 도시되고 설명되는 바와 같이 회로 내부의 적절한 암형 리셉터클 내부로 슬라이드될 수 있다. 회로 보드는 그 LED가 개별적으로 어드레스 가능한 완성된 LED 조립체의 어레이를 가질 수도 있다. 이러한 어레이는 경화 아교, 잉크 또는 코팅제와 같은 적용예에 대해 사용될 수도 있다. 경화 또는 다른 광 개시 화학 반응을 위한 어레이는 전략적인 파장 및 강도에서 적절한 시간에서 전략적으로 온 작동되는 복수개의 파장을 갖는다. 어레이는 wi-fi 또는 블루 투스(blue tooth) 또는 무선 수단 또는 프로토콜을 사용하여 떨어져서 작동되고 제어될 수 있다. 이는 크고 고밀도로 패킹된 회로 보드 상의 모든 장치에 대한 트레이스를 경로 배정(routing)하는 요구를 크게 감소시킨다.

도22g는 도22f의 조립체에 부착된 도22d의 조립체를 갖는 완성된 조립체를 도시한다. 핀(들)(237)은 바람직하게 도금된 관통 구멍(219, 도시 생략) 뿐만 아니라 링(232, 도시 생략)의 구멍 내부에 부착된다. 하나 또는 가능하게는 그 이상의 핀이 접지로서 사용될 수도 있다. 핀 또는 핀들이 사용된다면, 도20에 도시된 바와 같이 구멍(들)(219')로 인도되는 트레이스를 갖는 구멍(219) 내부로 전기 도전성 접착제(234) 또는 납땜(110)으로써 접착될 수도 있다. 이는 조립체의 음극(캐소드) 연결을 용이하게 한다. 접지 연결을 촉진하기 위한 바람직하게 많은 다른 실시예가 가능할 수 있다. 접지 연결은 LED(들)의 바닥, 열 확산기의 바닥, 각각의 조합과 동일한 장소에서 발생할 수도 있고 또는 본 기술 분야에서 숙련된 자가 생각할 수 있는 몇몇 다른 가능성이 발생할 수도 있다.

도22h는 LED(10)가 배치될 수 있는 렌즈(10a)의 단부에 오목부(99)를 포함하는 전반사(TIR) 렌즈(10a)인 본 발명의 한 태양을 도시한다. 오목부(99)가 렌즈(10a)의 공동 배부에 배치되는 LED를 둘러싸고 캡슐로 둘러싸도록 굴절률 매칭 젤로 충전될 수 있다는 것을 알아야 한다. TIR 반사기(10a)는 예를 들면 제오넥스 E48R(제오넥스 E48R)로 성형될 수 있고 마이크론 허용 오차가 가능한 인젝션 몰딩 기계에 의해 생산될 수 있다. LED(10)를 둘러싸고 캡슐로 둘러싸는 굴절률 매칭 젤은 LED 기판 및/또는 에피텍셜 층의 굴절율과 공기 굴절율 사이에서 굴절율을 갖고, 바람직하게 1.59보다 큰 굴절율을 갖는다.

도23a는 회로 보드(218) 내부에 삽입된 열 파이프(64)의 어레이를 도시한다. 바람직하게, 열 파이프(64)의 길이는 200 nm이고 스택된 보드(218)의 치수는 25 mm x 100 mm이다. 이러한 치수는 두개의 100 mm x 100 mm로 스택된 팬(66)이 치수적으로 조밀하고 공간 보존 방식으로 열 파이프(64)의 어레이를 통해 공기를 송풍하게 한다. 타원형(평평화된) 열 파이프를 사용함으로써, 열 파이프 사이의 공기 유동은 일그러져서 열 전달을 증가시키는 난류를 발생시킨다는 것을 알아야 한다. 또한 회로 보드(들)(218) 내의 타원형 형상(들)은 도22g의 조립체가 이 도면에서 작은 구멍(238)의 어레이와 매칭되는 그 핀(237)의 마찰에 의해 이 보드에 부착될 수 있도록 열 파이프의 진입을 "키 고정할(key)" 수 있다. 작은 구멍(238)은 LED를 궁극적으로 제어하는 회로 트레이스에 자체 연결되는 암형 리셉터클(또는 소켓)을 포함한다. 핀 및 소켓 대신에 "범프"가 핀 또는 소켓 또는 그 모두를 대체할 수 있다는 것을 알아야 한다.

도23b는 도23a의 타원형 열 파이프(64)를 위한 다른 배열을 도시한다. 바람직하게 타원형 열 파이프 사이에 보다 심한 난류에 대해 보다 일그러진 경로가 존재한다. 원형 또는 다른 형상의 열 파이프(64)가 사용될 수도 있다. 핀(237)을 위한 소켓(239)과 소켓에 대한 트레이스를 주목하라.

도24는 도23a의 회로 보드 조립체(216) 내부로 삽입되는 도22g의 LED(또는 다이오드 또는 VCSEL 어레이) 조립체를 도시한다. 타원형 열 파이프(64)를 수용하고 "키 고정하는" 타원형 형상의 구멍(238)을 주목하라. 회로 보드(216)의 상단 부분의 선택적인 블라인드 원형 구멍(221)은 도22g의 조립체의 강화 링을 수용한다. 또한 블라인드 원형 구멍(221)을 포함하는 상단 보드 층 아래의 회로 기판(216) 상에 회로 트레이스(220, 단지 몇 개만이 명확성을 위해 도시됨)를 주목하라. 또한 구멍(238)은 핀(237)을 위한 암형 리셉터클을 포함한다. 리셉터클(238)은 제어기 및/또는 전력 공급기로 인도되는 트레이스(220) 및 트레이스들에 연결된다. 도24의 각각의 열 파이프(64) 상의 각각의 LED(10) 조립체는 개별적으로 어드레스 가능한 "픽셀"로 간주된다. 또한 각각의 '픽셀"은 9개의 개별적으로 어드레스 가능한 LED를 가질 수도 있다. LED(10)로부터의 폐에너지는 열 파이프(64)를 통해 다시 직선으로 운반되고 "핀-휜" 히트 싱크 내의 "핀"의 작동에 대해 다소 아날로그식인 열 파이프(64)의 원주를 가로질러 분배된다. 대부분의 바람직한 실시예에서, 레드, 그린 및 블루 LED(10)가 열 파이프(64)의 팁 바로 인접한 영역 내에 또는 영역 상에 장착되고 각각은 전기적으로 개별적으로 어드레스 가능하다. 복수개의 레드, 그인 블루 LED는 함께 또는 임의의 조합으로 장착될 수도 있고 다른 중심 집중된 파장을 가질 수도 있다. 또한 트레이스(220)는 도23b에 도시되고 또한 암형 구멍(238)은 도24 뿐만 아니라 도23a 및 도23b에 도시되고 설명된다. 보드(216)의 상단 상의 선택적인 제2 강화 보드(240)는 타원형이라기 보다는 원형이다. 이러한 원형 구멍은 원형의 강화 링(들)(232)을 수용한다.

도25는 외부 슬리브(112) 내부의 도22b 및 도22d의 조립체를 도시한다. 슬리브(112)는 도전성 접착제(234) 또는 납땜(110)이 주입될 수도 있는 이를 관통하는 구멍을 갖는다. 이 접착제는 도22의 도전성 링(232)과 도전성 슬리브(112) 사이의 전기적 전도 경로로서 작용할 수 있다. 이 슬리브는 알루미늄으로 만들어질 수도 있고 전기적 절연 코팅제로서 작용하도록 애노화되거나 전기 영동적으로 코팅될 수도 있다. 그러나, 관통 구멍(112)은 코팅되지 않음으로써, 접착제가 전기 도전성 표면에 접촉될 수 있다. 슬리브(112) 및 열 파이프(64)는 도25의 실시예에 의해 서로로부터 전기적으로 절연된다. 도면의 배향을 위해, 반사기/렌즈(10a/10b)는 도시되고 화살표는 LED 또는 LD 장치로부터 방출하는 광을 도시한다. 이 도면에서, 열 파이프(64)는 "애노드"이고 전류는 LED를 통해 그리고 와이어(213)를 통해 그 후 도전성 링(232) 내부로 그 후 도전성 접착제(234) 내부로 마지막으로 도전성 슬리브(112) 내부로 통과한다. 열 파이프(64)는 "양극" 배터리 또는 전력 공급기 단자에 연결되고 슬리브(112)는 "음극" 배터리 또는 전력 공급기 단자에 연결되고, 극성은 LED 다이/다이들의 극성에 따라 역전될 수도 있다.

부가적인 실시예에서, 여기에 설명된 프린트 회로 보드(PCB) 기술을 사용하여 제조되고 조립된 본 발명에 따른 LED패키지가 도시된다. 도26을 참조하면, 바람직하게 폴리이미드로 만들어지고 바람직하게 약 0.001 인치 내지 0.002 인치(약 0.00254 cm 내지 0.00508 cm)의 두께를 갖는 제1 층(290)이 도시된다. 이 층(260)은 포토 이미지화된 그리고 에칭된 금속, 바람직하게는 구리의 회로 트레이스(220)를 가질 수도 있다. 제1 층(260)은 거의 12 인치 내지 18 인치(30.48 cm 내지45.72 cm)의 치수로, 모든 연속된 층이 거의 동일한 치수를 갖지 않을 수 있다면, 이보다 큰 치수로 형성된 시트일 수도 있다. 이 제1층(260)은 또한 바람직하게 폴리이미드이고 거의 0.004 인치(0.01016 cm)의 두께를 갖는 제2 층(261)에 결합된다. 이러한 층(261)은 열 확산기(230)의 최종 삽입을 수용하도록 그 안에 레이저 절단된 정사각형 구멍을 가질 수도 있다. 이 열 확산기(230)는 앞에서 언급한 바와 같은 CVD 다이아몬드와 같은 높은 열 도전성 재료를 갖는 것이 바람직하다. LED 또는 LD(10)는 열 확산기에 결합되고 트레이스(22)로 인도하는 와이어 결합부를 갖는다. 보강재(262 및 262', stiffener)는 층에 결합될 수도 있다. 또한 이러한 보강재는 약 0.040 인치(0.1016 cm)의 두께로 사용할 수 있는 폴리머 재료인 것이 바람직하다. 또한 이러한 보강재는 인젝션 몰딩된 플라스틱일 수 있고 오히 려 보드 포맷으로보다 개별적으로 조립될 수 있다. 보강재는 층(260 및 261)이 리얼 투 리얼(real-to-real) 또는 롤 투 롤(roll-to-roll) 가요성 회로 제조 공정으로써 제조된다면 개별적으로 조립될 수도 있다. 렌즈 및 또는 반사기(10a/10b)는 모든 층(260, 261, 262 및 262')이 "패널" 포맷 내에 존재하는, 즉 구성 요소가 "패널" 또는 "보드"로부터 아직 단일화되지 않으면서, LED 또는 LD(10) 상에 또는 상을 거쳐 결합된다. 모든 층은 결합될 때 서로 정합(정렬)될 수도 있다. 반사기 또는 렌즈는 패널(보드) 상의 LED(10) 또는 LD 장치의 공간을 중앙 집중하도록 중앙을 매칭하는 트레이 내에 조립될 수도 있다. 반사기 또는 렌즈(10a/10b)의 트레이는 LED/LD 장치의 패널 내부로 하강할 수도 있다. 반사기 또는 렌즈(10a/10b)의 트레이는 고 체적 제조에 영향을 주는 어레이 포맷 내의 LED/LD 장치 상에 또는 장치 상을 거쳐 조립될 수도 있다. 또한 핀(237)은 패널 포맷 내에서 부가적으로 첨가될 수도 있다. 또한 남땜 펌핑, 스터드 범핑(stud bumping) 등이 패널 포맷 내에서 부가적으로 수행될 수도 있다. 모든 층 및 구성 요소가 결합되고 그리고/또는 조립된 후, 개별적인 LED 또는 LD 장치는 패널로부터 레이저에 의해 단일화될 수도 있다. UV 레이저 시스템은 이러한 작업을 위해 사용될 수도 있다. LED 또는 LD 장치(또는 "패키지")는 모든 층을 통해 레이저 절단에 의해 단일화됨으로써 적층된 층의 패널로부터 장치를 분리시킨다. 폴리이미드는 레이저에 의해 깨끗하고 효율적으로 절단되기 때문에 바람직한 층 재료이다. 접착제 분배 장비 뿐만 아니라 자동화 피크 및 위치 장치는 조립체의 모든 단계 중에 사용될 수도 있다. 렌즈/반사기(10a/10b)는 어레이/패널 포맷 내에 조립되거나 자동 피크 및 위치 장비를 사용하여 개별적으로 조립되든지 트레이 상에, UV 테이프 상에, 정전 또는 진공 척(vacuum chuck) 상에 어레이될 수도 있다.

도26b는 패키지가 조립되고 레이저 절단에 의해 단일화된 후 본 발명에 따라 제조된 LED 패키지의 LED의 어레이를 도시한다.

도26c는 본 발명에 따라 제조된 하나의 사전 단일화 LED 패키지의 확대도이다.

도27은 바람직하게 폴리이미드 회로층(260)이 다른 폴리이미드층(261)에 결합되지 않는 점을 제외하고는[도26a 및 도27c 내에 도시된 바와 같은 열 확산기(230)를 위해 그 안에 컷 아웃을 가짐], 도26a, 도26b 및 도26c에 도시된 것과 유사한 개별적인 장치를 도시하지만, 임의의 둘러싸는 폴리이미드층(261) 없이 대신에 모노리틱의, 높은 열 도전성 열 확산기에 결합된다. 층(263)은 사전 레이저 절단된 다이아몬드일 수 있고 LED 장치가 패널 포맷 내에 여전히 존재하면서, 즉 보강재 층(262') 및 폴리아미드 회로층(26)이 패널로부터 레이저에 의해 분리되지 않으면서 피크 및 위치 장비를 사용하여 조립될 수도 있고 또는 층(263)은 큰 웨이퍼일 수도 있고, 그리고 이 웨이퍼는 또한 보강재 층(262')에 결합되는 폴리이미드 회로 층(260')에 결합될 수도 있다. 모든 층(260 및 262')은 또한 1 피트의 (30.48 cm) 다이아몬드 층(263)과 유사하게 바람직하게 1 피트(30.48 cm)의 직경을 가질 수도 있다. 2개의 1피트 다이아몬드 층(263)은 회로 트레이스(22)가 도면 부호 263 상에 직접 증착된다면 바람직하게 폴리이미드 층(260) 또는 층(262') 상에 결합될 수도 있다.

도27a는 도27의 LED 패키지의 바닥의 측면도를 도시하고 컷 아웃되지 않은 바닥 층(263)은 다이아몬드와 같은 높은 열 도전성 재료이다. 층(263)을 관통하는 구멍은 제1 도전성 금속 "시드(seed)"층이 증기 또는 액체 수단에 의해 처음 증착된 후 레이저에 의해 드릴링되고 도금될 수도 있다.

도28a는 도27의 LED 패키지 장치의 측면도를 도시한다. TIR 반사기(10a/10b')는 도26a 내의 반사기(10a/10b)의 것과 대향되는 전체 길이 내에서 상당히 단축된 타원형 또는 쌍곡선형 측면 벽 부분을 갖는다. 길이에서의 이러한 단축은 보다 긴 측면 벽 반사기에 대향되는 광의 출력 발산을 증가시킨다. 또한, 이 도면은 오염으로부터 환경적인 시일에 보다 "기밀한" 패키지를 도시한다. 이는 보다 큰 평평한 플레이트류의 일체의 "햇(hat, 264)"을 갖는 반사기(10a/10b')의 상단표면에 의해 달성된다. 이 "햇(264)"는 보강 링(265) 내의 외형 보어 내에서 아래로 안착된다. 도면 배향 목적을 위한 LED(10)를 주목해야 한다. 에폭시 또는 납땜 또는 다른 접착제는 보강 링(265)에 "햇(265)"을 시일하는 데 사용된다. 또한 요소(266)는 폴리이미드 회로층이다. 열 확산기는 도면 부호 230으로 나타낸다.

도28b는 폴리이미드 또는 다른 비도전성 물질(266)이 보다 큰 두께를 갖고 반사기(10a/10b')의 오목한 구면 부분이 보다 작은 곡률을 갖는다는 점을 제외하고는 도28a의 것과 유사한 LED패키지를 도시한다. 회로층(266)은 LED(10)와 거의 동일한 두께를 갖는다. 이러한 이유는 "플립-칩" 구조에 대향된 LED(10)의 상단 상의 에피텍셜 층(267)을 갖기 때문이고, 에피텍셜 층은 서브마운트 또는 열 확산기(230)에 결합된 칩 상에 존재한다. LED 구조가 상단 상에 존재하기 때문에, 회로 층(266)은 칩의 측면의 외부에서 방출되는 다량의 광의 흡수하지 않고 보다 두꺼워질 수도 있다. 주 이점은 칩(들)을 둘러싸는 과도한 굴절율 매칭 젤(268)이 TIR 반사기(10a'/10b')의 측면 상으로 유동하고 TIR 특성을 파괴할, 즉 젤(268)이 반사기 벽에 매우 근접하지 않게 내부로 유동하는 공동을 갖기 때문에 측면을 통해 광을 외부로 커플링할 가능성이 감소된다는 점이다. 공동은 레이저에 의해 컷 아웃되고 또는 회로 층(266) 내에 펀칭된 정사각형 공동의 두꺼운(높은) 측면 벽에 의해 한정된다. 열 확산기(230)는 층(261)보다 두꺼울 수도 있다. 이는 "외부에 부착되고(stick out)"장치의 외부 직경 "주연부" 근처에 연결부 장치로서 사용되는 납땜 범프를 위해 허용 오차를 줄 수도 있다. 이러한 허용 오차는 패키지가 회로 보드 상에서 아래로 단단히 당겨지지 않는다면, 납땜 범프 내에서 약간의 응력을 경감하는 데 도움을 준다. 층(267)은 층(262)과 실질적으로 동일한 두께를 가질 수도 있다. 마지막으로 층(267)은 열 파이프(64) 또는 회로 보드(216)에 대해 층(267)의 결합 수단을 위한 여분의 공간을 가능하게 하는 층(262) 보다 얇을 수도 있다. 이러한 여분의 공간이 결합 층 내에 응력을 경감시킬 수 있다.

도29는 도27의 LED 패키지 장치의 바닥의 측면도를 도시하고 열 확산기(230)의 빗변(hypoyenuse)은 고정된 폴리머 층(269)의 직경의 코드와 거의 동일한 길이를 갖는다. 열 확산기(230)의 이러한 보다 큰 표면 영역은 보다 큰 영역이 본래 보다 작은 직경의 폴리머 층/링(269)을 갖는 작은 직경의 패키지 안을 통해 열을 전도하게 한다. 9개의 개별적인 어드레스 가능한 LED가 사용된다면, 접지에 덧붙여 9개의 전도체에 대한 고유의 필요성이 존재한다. 이러한 9개의 전도체는 열 확산기(230)를 통해 구멍(219)을 통해 도금될 수 있다. 중요하게는 3개의 그러한 전도체는 열 확산기(230)의 4 측면의 각각 상에 대칭으로 연결된다. 구멍(들)(219)은 열 확산기(230)의 상단 상에 발견되는 회로 트레이스에 연결된다. 이러한 트레이스는 LED 또는 LD(10)에 결합된 와이어이다. 이러한 구멍(들)(219)은 장치 및/또는 보드 상의 납땜 범프, 장치/및/또는 보드 상의 도전성(비등방성 또는 등방성) 접착제 범프, 및 장치 및/또는 보드 상의 스터드 범프, 장치 및/또는 보드 상의 핀-바람직하게는 컴프라이언트, 장치 및/또는 보드 상의 납땜 페이스트, 장치 및/또는 보드 상의 납땜 패드 또는 사전 형성물, 또는 비등방성 도전성 필름을 거쳐 패키지된 장치를 제어하는 회로 보드에 연결될 수도 있다. 도전성 접착제 또는 납땜 페이스트는 구멍(219) 내에 주입될 수도 있다. 이러한 리스트는 총망라하거나 모두 포함하는 것을 결코 의미하지 않는다.

도30a는 그에 결합된 LED 또는 LD(10)를 갖는 평평화된 가요성 열 파이프(64)를 도시한다. 이 열 파이프는 1 mm 보다 작을 수도 있고 1 mm보다 두꺼울 수 있다. 하나 이상의 LED 또는 LD(10)는 먼저 서브마운트, 즉 모노리틱 서브마운트 상에 개별적으로 또는 집합적으로 장착될 수도 있다. 열 파이프(64)는 전기적 도전성일 수도 있고, 애노드 또는 캐소드일 수도 있다. LED(10)로부터의 화살표는 발광을 도시한다. LED(10)는 일련으로, 또는 평행일 수도 있고 개별적으로 어드레스 가능할 수도 있다. 이 가요성 장치는 투명한 폴리머의 캡슐로 둘러싸일 수도 있다. 광 치료를 위해 인간 또는 동물의 몸체 일부 주위를 둘러싸는 장치와 같은 스트랩(strap)으로서 사용될 수도 있다. 이러한 동일한 목적은 도30b의 장치의 사용으로 인해 발생된다.

도30b는 도30a의 열 파이프 장치를 도시한다. 이 열 파이프(64)는 이에 결합된 하나 이상의 유기물 발광 다이오드(들)(OLED, 10')을 갖는다. 이는 매우 얇은 구조를 가능하게 하고 열 파이프(64)는 바람직하게 OLED(10')보다 길고 OLED(10')로부터 히트 싱크(10)로 멀리 폐열을 전달하고 주위 공기로 열 에너지를 방산한다.

도30c는 휜 히트 싱크(68) 주위에 만곡된 열 파이프(64)를 도시한다. 이 히트 싱크는 하나 이상의 돌출된, 몰딩된 또는 기계 가공된 히트 싱크(들)(68)로 구성된다. 휜 히트 싱크(68)는 보다 넓은 표면 영역이 LED 장치(들)(10)로부터의 열을 자연 또는 강제 공기 대류를 통해 방산하게 한다. 도면에서의 장치는 10 W의 출력 전력보다 상응하게 높은 또는 큰 전력으로써 또는 높지 않거나 크지 않은 전력으로써 큰 방출 영역을 요구하는 적용예에 대해 사용될 수도 있다. 높은 전력은 LED(10) 처리법을 사용하는 그러한 다양한 적용예에서 사용될 수도 있다. OLED(10')는 LED(10)가 도시된 곳에 사용될 수도 있다.

도31a를 참조하면, 열 파이프(64)에 결합된 다이아몬드 서브마운트(301) 상에 LED(10)가 도시된다. 다이아몬드 서브마운트(301)는 전기 도전성이도록 붕소로 도핑될 수 있더라도 비도전성이다. 다이아몬드(301)의 상단 표면(301a)은 금속화된다. 이러한 금속화된 층은 "p" 접촉부(303) 금속화로서 작용하고 LED(1-N 수, 10)의 모두에 대해 공통 "p" 접촉부이다. "n" 와이어(320) 및 "p" 와이어(303)는 명확성을 위해 하나만을 도시한다. 이 실시예에서 LED(10)는 바람직하게 "금속 지원된" LED이지만, 다양한 다른 LED가 사용될 수도 있다. 이러한 도면은 바람직하게 렌즈 없이 다양한 적용예에 사용하기 위해 이상적이다. 투명한 평평한(평면의) 윈도우가 바람직하다.

도31b는 4개의 어레이(1-N이 사용될 수도 있지만)의 LED(10)를 도시한다. 이 실시예에서, "n(302)" 및 "p(303)" 접촉부는 칩의 동일 측면 상에 있고 칩은 전기적으로 일련으로 연결된다. 이러한 어레이는 도31a와 유사한 파이프(64) 상에 위치될 수도 있다.

본 특허 출원 내의 모든 장치는 광 개시제 또는 발색단 또는 감작제를 포함하거나 포함하지 않는 장치에 사용될 뿐만 아니라 접착제 또는 복합물 또는 다른 물질을 경화하는 데 광 개시제 또는 발색단 또는 감작제를 활성화시키도록 블루(0.465 mm) 광으로써 사용될 수 있다. 본 발명의 장치는 여기에 설명된 바와 같이, 전자석 방사선을 사용하여 경화 가능한 다양한 다른 합성물과 관련하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 코팅제, 밀봉제, 접착제 또는 제조 품목을 형성하도록 교차 결합되고 하드닝화되는(harden) 합성물은 하드닝화 또는 폴리머화를 달성하도록 독창적인 장치로부터 방출되는 방사선에 영향을 받기 쉬울 수도 있다. 많은 종류의 재료 및 합성물이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 폴리올레핀, 아크릴레이트, 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 아크릴이미드, 시안노아크릴레이트, 실리콘, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리비닐 합성물 라텍스 합성물 등을 포함하는 합성물이 본 독창적인 장치로부터 방출되는 방사선을 사용하여 경화될 수도 있다. 이러한 합성물은 하드닝화 또는 폴리머화하도록 다양한 다른 화학적 메카니즘에 의지한다. 일반적으로, 광 방사선을 사용하여 폴리머화시키는 능력은 폴리머화 공정을 개시하고 또는 유도하고 또는 그렇지 않다면 가속하는 합성물 또는 복합물의 사용을 포함한다. 종종, 일반적으로 광개시제, 광감작제 또는 발색단으로 칭하는 하나 이상의 3 개의 부가적인 합성물이 경화 속도 및/또는 완성 모두를 강화하도록 폴리머화 가능한 재료에 부가된다.

유용한 방사선 경화 가능한 합성물의 예는 모두 록타이트사(Loctite Corporation)에 의한 미국 특허 제4,415,604호, 제4,424,252호, 제4,451,523호, 제4,533,446호, 제4,668,713호 및 제6,150,479호 등에 개시된 바와 같은 무기성 생물 합성물을 포함하고, 이들의 대상은 참조로서 여기에 구체화된다.

무기 생물 합성물에 대한 부가적인 정보는 뉴욕의 플렌늄 프레스(Plenum Press)에서 1986년에 하트숀(Hartschorn)에 의해 발간된 제5장 "구조적 접착제, 화학 및 기술(Structure Adhesive, Chemistry and Technolgy) "에 제공된다.

특히 유용한 광개시제는 모노머 및 폴리올레핀 모노머를 경화시킬 수 있는 자외선 광개시제를 포함한다. 이러한 것은 벤조페논(benzophenone), 대체 가능한 벤조페논, 아세토포넨(acetophonene) 및 대체 가능한 아세토포넨, 벤조인(benzoin), 알카리 에스터 및 크산톤(xanthone) 및 대체 가능한 크산톤 등을 포함한다. 구체적인 광개시제는 디에톡시-아세토포넨(diethoxy-acetophonen), 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 디에톡시크산톤, 클로로 티오 크산톤(chloro-tio-xanthone), 아조 비스이소부티로니트릴(azo-bisisobutyronitrile), N-메틸 다이에탄올아민 벤조포넨(N-methyl diethanolamine benzophenone) 및 그 혼합물을 포함한다.

개시제의 다른 예는 켐포로퀴논 퍼옥시에스테르(camphoroquinone peroxyester) 개시제 및 9-플루오렌 카르복실산 퍼옥시에스테르(9-fluorene carboxylic acid peroxyester)와 같은 가시광 개시제를 포함한다.

여기에 도시된 바람직한 실시예는 설명을 위한 것이지 제한하려는 의도는 아니다. 본 발명의 적용 범위는 첨부된 청구항에 개시된다.

Claims (20)

1. 열 에너지를 전달하는 장치이며,

   제1 단부와 제2 단부를 각각 갖는 적어도 하나의 열 파이프와,

   각각의 열 파이프 내에 형성된 공동과,

   공동 내에 있고 제1 단부로부터 제2 단부로 연장되고 모세관 작용 재료를 포함하는 심지 구조체와,

   각각의 열 파이프의 제1 단부 상의 팁 본체 표면에 장착되는 발광 장치를 포함하며,

   상기 심지 구조체는 발광 장치의 바로 아래에 팁 본체 표면의 내측을 덮는 열 에너지 전달 장치.
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