KR101051188B1 - 방열 특성이 향상된 고광력 ｌｅｄ 광원 구조체 - Google Patents

방열 특성이 향상된 고광력 ｌｅｄ 광원 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속을 가공하여 히트싱크를 제작하고 이 히트싱크를 LED 칩의 플러스 전극으로 이용함으로써 LED 칩에서 발생하는 열을 히트싱크를 통하여 직접 배출하여 방열 특성을 향상시키는 동시에 광원의 안정화를 이루어 고광력 출력을 가능하도록 하는 방열 특성이 향상된 고광력 LED 광원 구조체에 관한 것으로, 전기전도성 및 열전도성을 갖는 금속체의 몸체(110)로 이루어진 히트싱크(100)와, 상기 금속체의 히트싱크(100)와 플러스 전극(610)이 연결되고 마이너스 전극(620)이 히트싱크(100)와 절연되도록 히트싱크(100)의 상부에 실장되는 LED 칩(600)을 포함하여 이루어져, 상기 LED 칩(600)에서 발생하는 열이 플러스 전극(610)을 통하여 연결된 히트싱크(100)를 통하여 방출되도록 함으로써 방열 특성을 향상시킬 수 있으며 LED 칩의 안정화를 이루어 고광력 출력을 가능하게 한다.

Description

방열 특성이 향상된 고광력 ＬＥＤ 광원 구조체 {A HIGH ILLUMINATING POWER LED STRUCTURE HAVING IMPROVED RADIATION PROPERTY}
본 발명은 LED 광원 구조체에 관한 것으로, 특히 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속을 가공하여 히트싱크를 제작하고 이 히트싱크를 LED 칩의 플러스 전극으로 이용함으로써 LED 칩에서 발생하는 열을 히트싱크를 통하여 직접 배출하여 방열 특성을 향상시키는 동시에 광원의 안정화를 이루어 고광력 출력을 가능하도록 하는 방열 특성이 향상된 고광력 LED 광원 구조체에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, LED에 전압을 가하게 되면 LED의 PN 접합면에서 전자가 가지는 에너지가 빛 에너지로 변환되어 발광하게 된다.
이러한 LED는 반도체 재료에 따라 다양한 색상의 빛을 발광시킬 수 있고, 입력 전압에 대한 응답 시간이 빠르며, 구조가 간단하여 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하고, 전구처럼 필라멘트를 사용하지 않기 때문에 소형으로 제작 가능하다. 또한, 이 LED는 진동에 강하고 고장 확률이 적어 수명이 길기 때문에 종래 전구나 형광등 등의 조명 기구를 대체하여 광원으로 널리 이용되고 있다. 이러한 LED가 광원으로 사용되는 경우 LED 광원에서 발생하는 열을 방출하는 방열판이 요구되는데, 특히 높은 출력을 요구하는 LED 광원의 경우 적절한 방열이 이루어지지 않으면 수명이나 성능이 현저하게 떨어지거나 연기나 불꽃으로 인한 화재가 발생할 수 있어 방열 대책이 더욱 요구된다.
일반적으로 LED 광원 구조체는 금속체의 방열판과, 이 방열판에 형성되는 절연층과, 상기 절연층의 상부에 형성되는 동박회로층으로 구성되는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 LED 칩이나 패키지가 탑재되어 이루어진다. 이러한 종래 LED 광원 구조체는 동박회로층을 통해 전류가 LED 칩의 플러스(+) 전극으로 입력되고 LED 칩을 거쳐 마이너스(-) 전극으로 출력되어 발광이 이루어지게 된다.
상기의 구성으로 이루어지는 종래 LED 광원은 얇은 동박회로층의 한계상 직접적인 대면적 및 전기적 회로의 통전성을 증가시킬 수 없어, LED 칩과 회로에서 발생하는 전류저항과 칩에서 광자가 발생할 때 동시에 발생하는 열을 하부의 절연층을 통해 방열판에 전달하여 방출하는 간접적인 방열 방법을 취하기 때문에, 발생하는 열에 비해 방열이 효과적으로 이루어지지 못해 고광력의 LED 광원을 구현하는데 그 한계가 있었다.
이러한 문제점에 따라, 근래에는 방열판 상부에 형성된 절연층을 식각하고, 절연층 상부에 LED 칩을 탑재하여 LED 칩에서 발생하는 열을 절연층을 거치지 않고 바로 방열판으로 전달되도록 하여 방열 효과를 높일 수 있도록 하는 방안이 제안되었다. 하지만, 이러한 방법 또한 LED 칩이나 패키지 자체에 형성된 절연층과 LED 칩과 방열판을 연결하는 솔더링층을 거쳐 열이 방열판에 전달되기 때문에 방열 효과 떨어지는 한계점이 여전히 존재하였다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속체로 이루어진 히트싱크를 직접 LED 광원의 플러스 전극으로 이용함으로써 LED 광원에서 발생하는 열을 히트싱크를 통하여 방출하여 방열 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 방열 특성이 향상된 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기전도성 및 열전도성이 우수한 히트싱크를 직접 LED 광원의 플러스 전극으로 이용함으로써 다량의 전하가 흐르는 통로를 원천적으로 크게 확보하여 LED 광원의 안정화를 이룰 수 있도록 하여 고광력 출력이 가능한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체는 LED 칩을 실장하여 LED 칩의 점등에 따라 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 하는 LED 광원 구조체에 이어서, 전기전도성 및 열전도성을 갖는 금속체의 몸체로 이루어진 히트싱크와, 상기 금속체의 히트싱크와 플러스 전극이 연결되고 마이너스 전극이 히트싱크와 절연되도록 히트싱크의 상부에 실장되는 LED 칩을 포함하여 이루어져, 상기 LED 칩에서 발생하는 열이 플러스 전극을 통하여 연결된 히트싱크를 통하여 방출되도록 한다.
상기 히트싱크의 상부 일측에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층의 상부에는 전도성 금속층이 형성되어, 상기 히트싱크와 전기적으로 분리되는 금속층에 LED 칩의 마이너스 전극이 연결된다.
상기 LED 칩의 마이너스 전극을 형성하기 위한 절연층 및 금속층은 히트싱크의 상부에 형성되는 홈통 상부에 위치하되, 상기 금속층의 높이는 플러스 단자가 연결되는 히트싱크의 상부 높이와 수평을 이루는 것이 바람직하다.
또한, 상기 LED 칩의 플러스 전극을 형성하는 히트싱크의 상부와, LED 칩의 마이너스 전극을 형성하는 금속층 상부에는 다수의 플러스 단자 및 마이너스 단자가 형성되어 다수의 LED 칩의 플러스 전극 및 마이너스 전극이 연결되어 실장될 수 있도록 한다.
한편, 상기 히트싱크의 상부에는 전도성 금속판이 결합되고, LED 칩은 상기 히트싱크와 전기적으로 연결된 금속판에 플러스 전극이 연결되고 마이너스 전극은 금속판과 절연되도록 금속판 상부에 실장될 수 있다.
상기 히트싱크의 상부는 테두리를 외벽으로 하는 LED 실장용 홈이 형성되어 이 LED 실장용 홈에 LED 칩이 실장되며, 상기 LED 칩이 실장된 LED 실장용 홈의 상부는 투명 재질의 절연물질로 코팅되는 것이 바람직하다.
상부에 LED 칩이 실장된 히트싱크의 몸체 외측은 누전을 방지하기 위하여 절연물질로 코팅되는데, 이 히트싱크의 외측을 코팅하는 절연물질은 방열 기능 및 절연 기능을 갖는 세라믹 재질인 것이 바람직하다.
상기 히트싱크는 전기전도성 및 열전도성을 갖는 구리나 알류미늄 재질로 이루어지는데, 이 히트싱크는 원기둥 형상의 몸체로 이루어지고, 이 원기둥 형상의 몸체에는 다수의 방열홈이 형성되는 것이 바람직다.
본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체는 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속을 가공하여 형성된 히트싱크를 LED 광원의 플러스 전극으로 이용함으로써 LED 광원에서 발생하는 열을 이 히트싱크를 통하여 직접 배출할 수 있도록 하여 방열 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체는 전기전도성 및 열전도성이 우수한 히트싱크를 LED 광원의 플러스 전극으로 이용하여 다량의 전하가 흐르는 통로를 원천적으로 크게 확보할 수 있어 LED 칩의 안정화를 이루어 고광력 출력을 가능하게 하는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체는 방열 특성이 향상되어 LED 광원 구조체를 소형으로 제작할 수 있으며, 별도의 PCB 없이 히트싱크 상부에 LED 칩이 직접 실장되어 구성됨으로써 구성이 간단하고 제작 비용이 적게 소요되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 LED 광원 구조체의 제작 과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 측단면도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 사시도이고, 도 2는 LED 광원 구조체의 측면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 분해 사시도이고, 도 4는 LED 광원 구조체의 측 단면도이며, 도 5는 LED 광원 구조체의 평면도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 광원 구조체는 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속체로 이루어진 히트싱크(100)의 상부에 LED 칩(600)이 직접 실장되어 이루어지는데, 상기 LED 칩(600)은 플러스 전극(610)이 히트싱크(100)에 직접 연결되고 마이너스 전극(620)은 히트싱크(100)와 절연 상태를 유지할 수 있도록 히트싱크(100)에 실장된다. 상기 히트싱크(100)에 공급되는 플러스 전류는 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)에 공급되고 LED 칩(600) 내부를 거쳐 마이너스 전극(620)으로 공급되게 되고, 이에 따라 LED 칩(600)이 발광하여 점등하게 되는데, 이때 LED 칩(600)의 발광에 따라 발생되는 열은 플러스 전극(610)과 연결된 히트싱크(100)를 통하여 직접 방출되게 된다.
즉, 본 발명에 따른 LED 광원 구조체는 종래 금속 방열판에 형성되었던 절연층(200)을 형성하지 않고, 전기전도성 및 열전도성이 우수한 구리나 알류미늄 등의 금속을 가공하여 히트싱크(100)를 제작한 후, 이 히트싱크(100)를 직접 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)으로 사용하게 된다. 한편, 상기 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)은 히트싱크(100)와 절연 상태로 결합되어 플러스 전극(610)과 합선이 일어나지 않도록 한다. 상기 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)에서는 광자발생 및 열이 다량으로 발생하게 되는데, 전기전도성 및 열전도성이 우수한 히트싱크(100)가 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)을 형성하기 때문에 LED 칩(600)의 발광에 따라 발생하는 열이 이 히트싱크(100)를 통하여 신속하여 방출될 수 있게 된다.
상기 히트싱크(100)는 원기둥 형상의 금속체 몸체(110)로 이루어지는데, 이 원기둥 형상의 몸체(110)에는 다수의 방열홈(120)이 형성되어 상부에 결합되는 LED 칩(600)에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있도록 한다. 또한, 상기 히트싱크(100)의 상부는 테두리를 외벽으로 하는 LED 실장용 홈(130)이 소정의 깊이로 형성되어 있는데, 이 LED 실장용 홈(130)에 LED 칩(600)이 실장되게 된다.
상기 히트싱크(100)의 상부에 형성되는 LED 실장용 홈(130)의 바닥에는 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)이 히트싱크(100)와 절연되어 결합되기 위한 홈통(140)이 형성되어 있는데, 이 홈통(140)은 LED 실장용 홈(130) 상부의 일단에서 시작하여 내측으로 갈라져 일부가 단절된 원형으로 형성된다. 상기 홈통(140)의 상부에는 히트싱크(100)와의 절연을 위한 절연층(200)이 형성되고, 이 절연층(200)의 상부에는 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)이 연결되는 전도성 금속층(300)이 형성된다. 상기 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 위한 금속층(300)은 금속체의 히트싱크(100)와 전기적으로 분리될 수 있도록 측면이 히트싱크(100)와 이격되는데, 이 금속층(300)의 높이는 히트싱크(100)의 LED 실장용 홈(130) 바닥(이하, '히트싱크 상부'로 통칭한다) 높이와 수평을 이루도록 하여 LED 칩(600)이 안정적으로 실장될 수 있도록 한다.
한편, 상기 히트싱크(100)의 상부에는 다수의 LED 칩(600)이 실장될 수 있는데, 다수의 LED 칩(600)의 실장의 위하여 히트싱크(100) 및 이 히트싱크(100)와 전기적으로 분리되어 형성된 금속층(300)에는 LED 칩(600)의 플러스 전극 위치와 마이너스 전극 위치가 쌍으로 각각 표시될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 히트싱크(100)와 이 히트싱크(100) 상부에 형성된 금속층(300)에 전기전도율이 우수한 금으로 형성된 플러스 단자(150) 및 마이너스 단자(310)를 표시하여 LED 칩(600)의 플러스 전극(610) 및 마이너스 전극(620)이 용이하게 결합되어 실장될 수 있도록 하였다. 또한, 플러스 단자(150)가 표시된 히트싱크(100)의 일단에는 외부로부터 플러스 전원을 공급받는 플러스 전원입력단자(160) 형성되고, 금속층(300)의 일단에는 외부의 마이너스 전원과 연결되는 마이너스 전원입력단자(320)가 형성된다. 한편, 상기 절연층(200) 및 금속층(300)은 일체로 제작되어 히트싱크(100)의 상부에 형성된 홈통(140)에 끼움 결합될 수 있는데, 상기 절연층(200) 및 금속층(300)이 히트싱크(100)의 홈통(140)에 끼워지면 이 히트싱크(100)의 상부에는 고정부재(400)가 끼움 결합되어 절연층(200) 및 금속층(300)이 고정될 수 있도록 한다.
상기 히트싱크(100) 상부의 플러스 단자(150)에 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)이 결합되고 금속층(300)의 마이너스 단자(310)에 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)이 결합되면, 이 히트싱크(100) 상부의 LED 실장용 홈(130)은 빛이 투과할 수 있는 실리콘 등과 같은 투명 재질의 절연물질(450)로 코팅되어 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.
또한, 상부에 LED 칩(600)이 실장된 히트싱크(100)의 몸체(110)는 누전을 방지하기 위해 절연물질(111)로 코팅되는데, 본 발명의 실시예에서 히트싱크(100)의 몸체(110)는 절연 기능을 가지면서 방열기능이 우수하고 내구성이 뛰어난 세라믹으로 코팅된다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 LED 광원 구조체가 제작되는 과정에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 제작 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S110, S120 : LED 광원 구조체를 제작하기 위하며, 먼저 전기전도성 및 열전도성이 우수한 구리나 알리미늄 등의 금속체를 가공하여 원기둥 형상의 몸체(110)를 제작하게 되는데, 이 원기둥 형상의 몸체(110) 상부에는 테두리를 외벽으로 하고 상부가 개방된 소정 깊이의 LED 실장용 홈(130)이 형성되고, 몸체(110) 외측에는 다수의 방열홈(120)이 형성된다(S110). 히트싱크(100)의 몸체(110)가 제작되면 히트싱크(100) 상부에 형성된 LED 실장용 홈(130)의 바닥에는 LED 칩(600)의 마이너스 전극 형성을 위한 홈통(140)을 형성하게 된다(S120).
단계 S130, S140, S150 : 상기 히트싱크(100) 상부의 LED 실장용 홈(130) 바닥에 LED 칩(600)의 마이너스 전극 형성을 위한 홈통(140)이 형성되면 상기 홈통(140)의 상부에 히트싱크(100)와의 절연을 위한 절연층(200)을 형성하고(S130), 이 절연층(200)에 상부에 금속층(300)을 형성한 후(S140), 고정부재(400)를 통하여 절연층(200) 및 금속층(300)을 히트싱크(100)의 상부에 고정 결합하게 된다(S150).
단계 S160 : 히트싱크(100) 상부 홈통(140)에 절연층(200) 및 금속층(300)이 형성되면, 히트싱크(100) 상부와 이 히트싱크(100)와 절연상태를 유지하는 금속층(300)에는 다수의 LED 칩(600)을 실장할 수 있도록 플러스 단자(150)와 마이너스 단자(310)를 형성하게 된다. 즉, 상기 히트싱크(100) 자체는 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)으로 이용되며 이 히트싱크(100)와 절연되어 형성된 금속층(300)은 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)으로 이용되는데, 이 히트싱크(100) 및 금속층(300)에 다수의 LED 칩(600)의 플러스 전극(610) 및 마이너스 전극(620)이 각각 결합되는 위치를 플러스 단자(150) 및 마이너스 단자(310)로 표시하여 LED 칩(600)의 결합이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 플러스 단자(150)가 형성되는 히트싱크(100)의 일단에 외부로부터 플러스 전원을 공급받기 위한 플러스 전원입력단자(160)를 형성하고, 마이너스 단자(310)가 형성되는 금속층(300)의 일단에 외부의 마이너스 전원과 연결되는 마이너스 전원입력단자(320)를 형성하게 된다.
단계 S170, S180 : 히트싱크(100) 및 금속층(300) 상부에 플러스 단자(150) 및 마이너스 단자(310)가 형성되면, 상기 플러스 단자(150) 및 마이너스 단자(310)에 각각의 LED 칩(600)의 플러스 전극(610) 및 마이너스 전극(620)이 결합되어 LED 칩(600)이 실장된다(S170). 히트싱크(100) 상부에 형성된 홈통(140)에 LED 칩(600)이 실장되면 히트싱크(100)의 상부에 형성된 LED 실장용 홈(130)은 빛이 투과하는 투명 재질의 절연물질(450)로 코팅되어 보호된다(S180).
단계 S190 : 상기의 과정을 통하여 LED 칩(600)이 실장된 LED 광원 구조체가 제작되면, 히트싱크(100)의 몸체(110) 외측을 발열기능이 우수한 절연물질(111)로 코팅하여 누전을 방지할 수 있도록 된다.
상기의 구성 및 과정을 통하여 제작되는 LED 광원의 구조체는 히트싱크(100)가 LED 칩(600)의 플러그 전극(610)으로 이용되며, 이 히트싱크(100)의 상부에 히트싱크(100)와 절연되어 형성되는 금속층(300)이 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)으로 이용된다. 따라서, 히트싱크(100)로 공급되는 플러스 전원은 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)으로 공급되어 LED 칩(600)을 통하여 마이너스 전극(620)으로 이동하게 되고, 이에 따라 LED 칩(600)의 발광되어 점등이 이루어지게 된다.
상기 LED 칩(600)의 점등에 따라 LED 칩(600)에서는 열이 발생하게 되는데, 이 열은 일반적으로 광자가 발생하는 플러그 전극(610)에서 집중적으로 발생하게 한다. 본 발명에서는 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)이 금속체의 방열판인 히트싱크(100)와 절연층의 중계없이 직접 전기적으로 연결되어 있기 때문에, LED 칩(600)의 플러스 전극(610)에서 발생하는 다량의 열이 직접 히트싱크(100)로 이동하여 방열됨으로써 열이 순식간에 소진되게 된다. 따라서, LED 칩(600)의 점등에 따라 발생하는 열을 히트싱크(100)를 통하여 신속하고 효과적으로 방열시켜 LED 광원의 안정화를 이룰 수 있으며, 이러한 히트싱크(100)가 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)으로 동작하기 때문에 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)에서 발광시 발생하는 정공이 머무르는 공간이 충분하게 확보될 수 있어 고광력의 LED 광원을 가능하게 한다.
상기의 구성으로 이루어진 LED 광원 구조체는 그 용도에 따라 실내등, 가로등, 전시물 조명등 등 다양한 용도로 활용될 수 있다.
다음의 표 1은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 고광력 LED 광원 구조체를 통하여 점등되는 LED 광원의 전력 효율 실험 데이터 일례를 나타낸 것이다.
Figure 112010059413658-pat00001
상기 표 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체를 통하여 점등되는 LED 광원은 경과시간(Time(sec))에 따라 그 전력효율(LE(lm/W))에 있어 약간의 변동은 발생하나 전체적으로 70lm/W 이상의 효율을 보이고 있다.
통상 COB(Chip On Board) 타입의 LED 광원은 방열의 한계 때문에 그 전력효율은 60ml/W를 넘지 못하게 되는데, 이는 COB 타입의 LED 광원은 PCB의 얇은 동박회로층과 절연층 및 방열판을 통하여 방열이 이루어지기 때문에 방열 특성이 떨어지기 때문으로 그 전력효율이 60ml/W를 넘지 못하는 것이 일반적이다. 반면, 본 발명은 방열판인 히트싱크(100)로 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)을 형성하기 때문에, LED 칩(600)에서 발생하는 열이 히트싱크(100)를 통하여 신속하게 방열되어 LED 광원의 안정화를 이룰 수 있게 되어 종래 COB 타입의 종래 LED 광원에 비해 그 전력효율이 좋아지게 된다.
한편, 상기 표 1에 나타난 LED 광원의 전력효율은 패키지화되지 않은 여러 개의 LED 칩이 히트싱크 상부에 실장된 경우에 해당하는 실험 데이터로서, 히트싱크 상부에 패키지화된 파워 LED 소자가 실장되는 경우에는 그 전력효율이 더욱 높아질 수 있다. 즉, LED 조명업체에서 사용되는 파워 LED라 불리는 패키지화된 단일 LED 소자는 통상 80lm/W~110lm/W 정도의 효율을 보이고 있는데, 이러한 파워 LED는 단일 소자만으로는 조명을 제작할 수 없기 때문에 여러 개의 파워 LED를 PCB에 장착하여 조명등을 제작하게 된다. 이때 여러 개의 파워 LED를 PCB에 장착하여 조명등을 제작하는 경우 통상 30~40％의 효율 저하가 발생하게 되며, 이는 단일 파워 LED 소자 전력효율의 60~70％(약 50~80ml/W) 수준에 해당된다. 이러한 패키지화된 파워 LED 소자를 PCB가 아닌 본 발명에 따른 히트싱크 상부에 실장시켜 방열시키게 되면 그 전력효율은 더욱 높아지게 된다.
한편, 상술한 실시예에서는 히트싱크(100)의 상부에 LED 칩(600)이 직접 실장되는 것으로 설명하였는데, 이 히트싱크(100)의 상부에는 LED 칩(600)의 실장을 용이하게 하기 위하여 별도의 금속층(300)이 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 구조체의 사시도이고, 도 8은 LED 광원 구조체의 분해 사시도이며, 도 9는 LED 광원 구조체의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서 히트싱크(100)의 상부에는 전도성 및 방열 기능이 우수하며 다른 금속과의 결합이 용이한 금속판(500)이 결합되고, 이 금속판(500)의 상부에 LED 칩(600)이 실장된다.
이에 따라 상기 히트싱크(100)의 상부에 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 형성하기 위한 홈통(140)이 형성되지 않는 대신, 이 히트싱크(100)의 상부에 결합되는 금속판(500)에 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 형성하기 위한 홈통(510)을 형성하고, 이 홈통(510)의 상부에 절연층(200) 및 금속층(300)을 형성하여 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 연결하게 된다.
상기 히트싱크(100)의 상부에 금속판(500)을 추가로 형성하는 것은 히트싱크(100)가 강도가 높은 알루미늄 등으로 제작되는 경우, 강도가 높은 알루미늄 상부에 홈통을 형성하는 것이 어렵고 이 알루미늄 상부에 플러스 전원입력단자 및 플러스 단자를 형성하는 과정이 어렵기 때문이다. 따라서, 이 알루미늄 대신 강도가 낮은 구리 등으로 이뤄진 금속판(500)을 히트싱크(100)의 상부에 결합하고, 강도가 낮은 구리 금속판(500)의 상부를 가공하여 홈통(510)을 형성하고 플러스 전원입력단자(530) 및 플러스 단자(520)를 형성함으로써 제작 공정이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 상기 금속판(500)은 히트싱크(100)의 상부에 본딩, 솔더링, 나사 결합을 통하여 전기적으로 연결되도록 결합된다.
상술한 본 발명에 따른 고광력 LED 광원 구조체는 다른 방열장치와 결합되어 사용됨으로써 그 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 히트싱크(100)의 외측에 수냉식이나 공랭식 등 다양한 방식의 보조 방열장치를 결합하여 사용하게 되면 LED 광원의 방열이 이중으로 진행되어 방열 효과가 더욱 향상되게 된다. 이러한 히트싱크(100)의 외측에 보조 방열장치가 결합되는 경우, 히트싱크(100)는 보조 방열장치와의 결합을 위하여 보조 방열장치의 종류 및 형태에 따라 그 형태가 적절히 변형될 수 있다. 즉, 상기 히트싱크(100)는 보조 방열장치와의 결합을 위하여 그 몸체(110)가 사각기둥이나 오각기둥 등 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 몸체(110)에 형성된 방열홈(120) 또한 가로, 세로, 대각선, 격자 등 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 이러한 히트싱크(100)의 형태는 LED 광원 구조체의 용도나 종류에 따라서도 달라질 수 있음은 당연하다.
또한, 상술한 실시예에서는 히트싱크(100)의 상부에 테두리를 외벽으로 하는 소정 깊이의 LED 실장용 홈(130)이 형성되는 것으로 설명하였는데, 이 LED 실장용 홈(130)의 외벽이 생략된 평평한 히트싱크(100) 상부에 LED 칩(600)이 실장되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 히트싱크 110 : 히트싱크 몸체
111 : 절연물질 120 : 방열홈
130 : LED 실장용 홈 140 : 홈통
150 : 플러스 단자 160 : 플러스 전원입력단자
200 : 절연층 300 : 금속층
310 : 마이너스 단자 320 : 마이너스 전원입력단자
400 : 고정부재 450 : 절연물질
500 : 금속판 510 : 홈통
520 : 플러스 단자 530 : 플러스 전원입력단자
600 : LED 칩 610 : 플러스 전극
620 : 마이너스 전극

Claims (10)

  1. LED 칩을 실장하여 LED 칩의 점등에 따라 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 하는 LED 광원 구조체에 이어서,
    전기전도성 및 열전도성을 갖는 금속체의 몸체(110)로 이루어진 히트싱크(100)와, 상기 금속체의 히트싱크(100)와 플러스 전극(610)이 연결되고 마이너스 전극(620)이 히트싱크(100)와 절연되도록 히트싱크(100)의 상부에 실장되는 LED 칩(600)을 포함하여 이루어져, 상기 LED 칩(600)에서 발생하는 열이 플러스 전극(610)을 통하여 연결된 히트싱크(100)를 통하여 방출되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)의 상부 일측에는 절연층(200)이 형성되고, 상기 절연층(200)의 상부에는 전도성 금속층(300)이 형성되어, 상기 히트싱크(100)와 전기적으로 분리되는 금속층(300)에 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)이 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 형성하기 위한 절연층(200) 및 금속층(300)은 히트싱크(100)의 상부에 형성되는 홈통(140) 상부에 위치하되, 상기 금속층(300)의 높이는 플러스 단자(610)가 연결되는 히트싱크(100)의 상부 높이와 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 LED 칩(600)의 플러스 전극(610)을 형성하는 히트싱크(100)의 상부와, LED 칩(600)의 마이너스 전극(620)을 형성하는 금속층(300) 상부에는 다수의 플러스 단자(150) 및 마이너스 단자(310)가 형성되어 다수의 LED 칩(600)의 플러스 전극(610) 및 마이너스 전극(620)이 연결되어 실장될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)의 상부에는 전도성 금속판(500)이 결합되고, LED 칩(600)은 상기 히트싱크(100)와 전기적으로 연결된 금속판(500)에 플러스 전극(610)이 연결되고 마이너스 전극(620)은 금속판(500)과 절연되도록 금속판(500) 상부에 실장되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)의 상부는 테두리를 외벽으로 하는 LED 실장용 홈(130)이 형성되어 이 LED 실장용 홈(130)에 LED 칩(600)이 실장되며, 상기 LED 칩(600)이 실장된 LED 실장용 홈(130)의 상부는 투명 재질의 절연물질(450)로 코팅되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상부에 LED 칩(600)이 실장된 히트싱크(100)의 몸체(110) 외측은 누전을 방지하기 위하여 절연물질(111)로 코팅된 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)의 외측을 코팅하는 절연물질(111)은 방열 기능 및 절연 기능을 갖는 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)는 전기전도성 및 열전도성을 갖는 구리나 알류미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크(100)는 원기둥 형상의 몸체(110)로 이루어지고, 이 원기둥 형상의 몸체(110)에는 다수의 방열홈(120)이 형성된 것을 특징으로 하는 LED 광원 구조체.
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