KR101060432B1 - 엘이디 패키지와 그 엘이디 방열 장치 및 이를 이용한 엘이디 소켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 패키지와 그 LED 방열 장치 및 이를 이용한 LED 소켓조명에 관한 것으로, LED를 PCB 기판이 아닌 방열판 위에 직접 배치하여 PCB의 절연층으로부터 생기는 열저항 성분을 없애줌으로써 발열로 인한 LED의 광효율 저하 및 수명저하 현상을 개선시킬 수 있으며 신뢰성 및 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, LED와 구동회로를 하나의 소켓으로 일체화시켜 제조비용을 절감하였고 설치 및 교환을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
이를 위해, 본 발명에 의한 LED 방열장치는 방열핀이 하면에 수직으로 돌출 형성되고 상면에 돌출면이 형성된 방열판과; 상기 방열판의 돌출면이 노출되도록 상기 상면에 체결 고정된 PCB; 및 상기 방열판의 돌출면에 안착 설치되고 상기 PCB의 솔더 포인트와 접속하는 전극단자가 하면에 형성된 LED 패키지;를 포함하여 구성하였다.
LED, 방열, 히트 싱크(Heat sink), 기판, PCB, 슬러그, 방열판, 열저항

Description

엘이디 패키지와 그 엘이디 방열 장치 및 이를 이용한 엘이디 소켓{LED Package and LED Radiant Heat Device, and LED Socket Having The same}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 패키지와 그 LED 방열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 소자에서 발생하는 발열을 효율적으로 방열시킴으로써, LED 광효율 저하 문제를 해결하고 신뢰성을 개선시킬 수 있는 LED 패키지와 그 LED 방열 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 LED 패키지와 그 LED 방열 장치를 이용한 LED 소켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 패키지 및 LED 방열 장치를 구동회로와 일체형으로 구비하여 가로등 등에 간단하게 설치 및 교체할 수 있는 LED 소켓에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상 LED 칩이 탑재된 패키지의 구조로 제작되며, 흔히 'LED 패키지'라고 칭해지고 있다. 위와 같은 LED 패키지는 일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하, 'PCB'라 한다) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성된다.
상기 LED 패키지에 있어서, LED 칩으로부터 발생한 열은 LED 패키지의 발광 성능 및 수명에 직접적인 영향을 미친다. 그 이유는 LED 칩에 발생한 열이 그 LED 칩에 오래 머무르는 경우 LED 칩을 이루는 결정 구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch)을 일으키기 때문이다.
이에 따라, 종래에는 LED 칩으로부터 발생한 열의 방출을 촉진시키기 위한 기술들이 제안된 바 있다. 그 중 대표적인 것은, LED 칩을 리드프레임 상에 장착하는 대신에, 패키지 몸체 내부에 열전도성이 뛰어난 금속소재의 방열 슬러그(Heat Sink-Slug)를 삽입 설치하고, 그 방열 슬러그에 LED 칩을 장착한 LED 패키지이다. 이러한 종래의 LED 패키지는 방열 슬러그가 PCB에 접하도록 배치되어, LED칩의 열이 방열 슬러그를 거쳐 PCB로 전달된다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 방열 장치를 나타낸 단면 구성도이다.
종래의 LED 방열 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 PCB(20) 위에 LED 패키지(10)가 배치(Array)되어 있고, 상기 금속 PCB(20) 아래에 방열판(Heat sink: 30)이 설치되어 있다.
여기서, 상기 LED 패키지(10)는 외주면을 따라 격벽(2)이 형성되고 좌우 측면에 리드프레임(4)이 구성된 방열 슬러그(Heat Sink-Slug: 1)와, 상기 방열 슬러그(1)의 상면에 탑재되고 상기 리드프레임(4)과 본딩와이어(Bonding wire: 5)로 연결된 LED 칩(3)과, 상기 LED 칩(3)이 완전히 매립되도록 상기 방열 슬러그(1)의 격 벽(2) 안쪽에 형성된 봉지재(6)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 금속 PCB(20)는 금속 플레이트(Metal Plate: 21) 위에 절연층(Isolation Layer: 22)이 형성되어 있고, 상기 절연층(22) 위에 솔더 패드(Solder Pad: 23)가 형성되어 있다.
상기 방열판(30)은 일측이 평평한 면으로 형성되어 있고, 타측에 복수 개의 방열핀(Heat sink Pin: 31)이 일체로 형성되어 있다.
상기 구성을 갖는 종래의 LED 방열 장치에서, LED 열전달에 관여하는 열 저항 성분은 식 1과 같이 표현할 수 있으며, 이를 도 2에 나타내었다.
[식 1]
RθJS + RθSB + RθBA
여기서, 상기 RθJS는 상기 LED 패키지(10)의 LED 칩(3) 하부{LED 접합(junction)}에서 상기 방열 슬러그(1) 하부 사이의 열저항이고, 상기 RθSB는 상기 방열 슬러그(1) 하부에서 상기 금속 PCB(20) 하부(Bottom) 사이의 열저항이고, 상기 ReBA는 상기 금속 PCB(20) 하부에서 주변온도 사이의 열저항이다. 그리고, 도 2에서 TJ는 LED 접합 온도이고, TS는 방열 슬러그(1) 온도이고, TB는 금속 PCB(20) 하부 온도이고, TA는 주변온도이다.
식 1에서 보는 바와 같이, 열저항 성분이 3단계로 표현되며, 특히 RθJS에서 상기 금속 PCB(20) 내부의 절연층(22)의 열전도도가 상기 방열 슬러그(1)와 금속 플레이트(21)를 구성하는 금속 알루미늄(Al_190.5Kcal/mh℃)이나 구리(Cu_338Kcal/mh℃)에 비하여 매우 작은 값을 가진다. 이로 인해, 상기 절연층(22)에서 열적 병목 현상을 초래하여 상기 LED 칩(3)에서 상기 방열판(30)으로 열전달을 크게 방해하는 요소로 작용하기 때문에 LED 접합의 온도와 상기 방열판(30) 사이에 온도차를 형성시켜 결국 LED 접합 온도가 높아지게 하는 요인으로 작용한다.
[예시]
알루미늄(Al) : 190.5Kcal/mh℃
구리(Cu) : 338Kcal/mh℃
금속 PCB 내부의 절연층(22) : 약 7Kcal/mh℃ 이내
또한, 종래의 LED 방열 장치는, 열 저항성이 큰 PCB로 방열 경로가 집중되므로, 방열 효율을 높이는데 큰 한계가 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LED 소자의 내부에서 발생하는 열을 효율적으로 빼내어 LED 접합(junction) 온도를 낮춤으로써 LED 소자의 광효율 저하 및 신뢰성을 개선한 LED 패키지와 그 LED 방열 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 LED를 PCB 기판이 아닌 방열판 위에 직접 어레이(Array)하여 PCB의 절연층으로부터 생기는 열저항 성분을 없애줌으로써 발열로 인한 LED의 광효율 저하 및 수명저하 현상을 개선한 LED 패키지와 그 LED 방열 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 LED 패키지를 방열판 위에 직접 배열(Array)하고 상기 방열판 아래에 PCB를 배치한 LED 조명 및 램프의 효율적 방열을 위한 LED 패키지와 그 LED 방열 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 상기의 LED 패키지 및 LED 방열 장치를 구동회로와 일체형으로 구성하여 제조비용을 절감시킨 LED 소켓을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 기존의 가로등에 설치된 램프 또는 LED 등기구 대신에 사용함으로써, 설치 및 교체가 용이하고 밝기 및 수명시간을 향상시킨 LED 소켓을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 가로등의 등기구, 주 택이나 건물의 전등, 자동차, 신호등 등을 비롯하여, LED를 사용하는 모든 장치나 제품에 적용할 수 LED 소켓을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 방열핀이 하면에 수직으로 돌출 형성되고 상면에 돌출면이 형성된 방열판과; 상기 방열판의 돌출면이 노출되도록 상기 상면에 체결 고정된 PCB; 및 상기 방열판의 돌출면에 안착 설치되고 상기 PCB의 솔더 포인트와 접속하는 전극단자가 하면에 형성된 LED 패키지;를 포함하는 LED 패키지 방열 장치를 제공한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 LED 패키지는 판상의 방열 슬러그(Heat sink slug)와; 상기 방열 슬러그의 일측 및 타측 상면에 형성된 절연체와; 상기 절연체 상면에 형성된 솔더 패드와; 상기 솔더 패드 사이에 노출된 상기 방열 슬러그의 상면에 안착된 LED칩과; 상기 LED칩과 상기 솔더 패드를 연결하는 본딩 와이어와; 상기 방열 슬러그와 상기 절연체에 형성된 콘택홀에 매립되어 상기 솔더 패드와 접속하고 상기 방열 슬러그의 하면에 노출된 전극단자와; 상기 LED칩을 중심으로 상기 방열 슬러그와 상기 절연체 및 상기 솔더 패드 상면에 원형으로 형성된 격벽; 및 상기 격벽 안쪽에 설치된 상기 LED칩의 상부를 밀봉하는 광투과성의 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치를 제공한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 LED 패키지는 상기 방열 슬러그와 상기 전극단자 사이에 절연체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치를 제공 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 솔더 패드는 상기 절연체보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치를 제공한다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 방열 슬러그는 구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 포함한 금속재질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치를 제공한다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 방열판은 구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 포함한 금속재질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 7에 기재된 발명은, LED 패키지에 있어서, 판상의 방열 슬러그(Heat sink slug)와; 상기 방열 슬러그의 일측 및 타측 상면에 형성된 절연체와; 상기 절연체 상면에 형성된 솔더 패드와; 상기 솔더 패드 사이에 노출된 상기 방열 슬러그의 상면에 안착된 LED칩과; 상기 LED칩과 상기 솔더 패드를 연결하는 본딩 와이어와; 상기 방열 슬러그와 상기 절연체에 형성된 콘택홀에 매립되어 상기 솔더 패드와 접속하고 상기 방열 슬러그의 하면에 노출된 전극단자와; 상기 LED칩을 중심으로 상기 방열 슬러그와 상기 절연체 및 상기 솔더 패드 상면에 원형으로 형성된 격벽; 및 상기 격벽 안쪽에 설치된 상기 LED칩의 상부를 밀봉하는 광투과성의 봉지재;를 포함하는 LED 패키지를 제공한다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 LED 패키지는 상기 방열 슬러그와 상기 전 극단자 사이에 절연체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 전극단자는 상기 방열 슬러그의 하부면과 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 10에 기재된 발명은, LED 소켓에 있어서, 일부 면이 길이 방향으로 절개된 반원통형 형상을 갖는 몸체부와; 상기 몸체부의 일측에 형성된 소켓부와; 상기 몸체부의 내부에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판; 및 상기 몸체부의 절개된 면에 길이 방향으로 설치되며 복수개의 구멍을 통해 상기 LED 기판의 LED를 밖으로 노출시키는 반사갓;을 포함하는 LED 소켓을 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 11에 기재된 발명은, LED 소켓에 있어서, 원통형 형상을 갖는 몸체부와; 상기 몸체부의 일측에 형성된 소켓부와; 상기 몸체부의 내부에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판; 및 상기 몸체부의 타측에 설치되며 복수개의 구멍을 통해 상기 LED 기판의 LED를 밖으로 노출시키는 반사갓;을 포함하는 LED 소켓을 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 12에 기재된 발명은, LED 소켓에 있어서, 길이 방향으로 일부 면이 절개된 원통형 형상을 갖는 광투과성의 몸체부와; 상기 몸체부의 일측 및 타측에 형성된 전극단자와; 상기 몸체부의 내부에 LED가 위치하고 상기 몸체부의 외부에 방열핀이 위치하도록 상기 몸체부의 절개된 면에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판;을 포함하는 LED 소켓을 제공한다.
청구항 13에 기재된 발명은, 상기 반사갓은 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓을 제공한다.
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 반사갓은 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓을 제공한다.
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 LED 소켓은 가로등, 전등, 자동차, 신호등을 포함하여, LED를 사용하는 등기구나 장치에 구성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓을 제공한다.
본 발명에 의하면, LED와 방열판 사이에 열저항 성분으로 작용하는 PCB를 제거하여 LED 구동시 발생하는 열을 외부로 효율적으로 전달시킴으로써, LED 발열로 인해 발생하는 광효율 감소 현상과 LED 수명 단축 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 LED 소자에서 발생하는 발열을 효율적으로 방열시킴으로써 LED 광효율 저하 문제 및 제품의 신뢰성 문제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기의 LED 패키지 및 LED 방열 장치를 구동회로와 일체형으로 구성하여 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 기존의 가로등에 설치된 램프 또는 LED 등기구 대신에 사용함으로 써, 설치 및 교체가 용이하고 밝기 및 수명시간을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 가로등의 등기구, 주택이나 건물의 전등, 자동차, 신호등 등을 비롯하여, LED를 사용하는 모든 장치나 제품에 사용할 수 있는 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하고도 명확하게 설명하기로 한다.
LED 방열 장치의 실시예
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 LED 방열 장치의 단면 구성도 및 평면도이다.
본 발명의 LED 방열 장치는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 방열판(Heat sink: 110)과, 상기 방열판(110)의 상면(113)에 설치된 PCB(120)와, 상기 방열판(110)의 돌출면(114)에 설치된 LED 패키지(130)를 포함하여 구성한다.
상기 방열판(110)은 하면(111)에 복수 개의 방열핀(112)이 수직으로 형성되어 있고, 상면(113)에 돌출면(114)이 돌출 형성되어 있다.
상기 방열판(110)은 상기 돌출면(113)에 설치된 상기 LED 패키지(130)에서 발생된 열을 상기 방열핀(112)을 통해 외부로 방열하는 기능을 한다. 이때, 상기 방열판(110)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 구성되는 것이 바람직하나 다른 금속재질을 이용하여 구성할 수도 있다.
상기 PCB(120)는 상기 방열판(110)의 상면(113)에 나사(Screw: 121)로 체결된다. 상기 PCB(120)는 상면에 회로 패턴(미도시)이 형성되어 있으며, 동(Cu)기판과 같은 전도기판이나 비전도 기판으로 형성되어 있다.
상기 LED 패키지(130)는 상기 방열판(110)의 돌출면(114)에 안착되어 설치된다. 상기 LED 패키지(130)는 방열 슬러그(Heat Sink Slug: 131), 절연체(132), 전극단자(133), 솔더 패드(Solder Pad: 134), 격벽(135), LED 칩(136), 본딩 와이어(Bonding Wire: 137), 봉지재(138) 등으로 구성된다.
상기 방열 슬러그(131)는 평평한 면을 갖는 판상 형태로 구성되며, 상기 LED 패키지(130)의 하단에 설치된다. 상기 방열 슬러그(131)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 하지만, 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 재질이 아니더라도 다른 금속재질을 이용하여 구성할 수도 있다.
상기 절연체(132)는 상기 방열 슬러그(131)의 일측 및 타측에 형성되며, 상기 방열 슬러그(131)와 상기 솔더 패드(134) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
상기 전극단자(133)는 상기 방열 슬러그(131)와 상기 절연체(132)에 형성된 콘택홀(미도시)을 통해 상기 솔더 패드(134)와 전기적으로 접속되도록 형성되어 있다. 이때, 상기 방열 슬러그(131)의 콘택홀과 상기 전극단자(133) 사이에는 절연체(미도시)가 형성된다.
상기 LED 패키지(130)의 하면에 노출된 상기 전극단자(133)는 상기 LED 패키지(130)의 하면과 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 솔더 패드(134)는 상기 절연체(132) 위에 형성되는 도전성 재질로서, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 형성된다. 하지만, 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 재질이 아니더라도 다른 금속재질을 이용하여 구성할 수도 있다. 상기 솔더 패드(134)는 상기 절연체(132)의 면적보다 작게 형성하거나 같게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 격벽(135)는 상기 LED칩(136)을 중심으로 상기 방열 슬러그(131)와 상기 절연체(132) 및 상기 솔더 패드(134) 상면에 비전도성 물질을 사용하여 원형으로 형성된다. 하지만, 원형이 아니더라도 사각형을 비롯한 다른 형상으로도 구현이 가능하다.
상기 LED 칩(136)은 상기 솔더 패드(134) 사이에 노출된 상기 방열 슬러그(131)의 상면에 안착되어 설치되며, 상기 본딩 와이어(137)에 의해 상기 솔더 패드(134)와 전기적으로 접속되어 있다. 이때, 상기 본딩 와이어(137)는 전도성이 뛰어난 금(Au)이나 은(Ag)을 이용하여 형성하는 것이 바람직하나 이외에 다른 금속물질을 이용하여 형성할 수도 있다.
상기 봉지재(138)는 상기 격벽(135) 안쪽에 설치된 상기 LED 칩(136)이 완전 매립되도록 상기 격벽(136) 사이에 충진하여 형성한다. 이때, 상기 봉지재(138)는 상기 LED 칩(136)에서 발생된 광(光)을 외부로 투과하는 광투과성 재질로 구성되며, 상기 LED 칩(136)에서 발생된 광(光)을 외부로 방출시키는 렌즈 역할을 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 LED 방열 장치는 상기 LED 칩(136)에서 발생된 열이 하부에 설치된 상기 방열판(110)으로 직접 방열되도록 함으로써, 발열로 인한 LED의 광효율 저하 및 수명저하 현상을 개선하였다.
즉, 본 발명에서는 PCB의 절연층이 갖는 열적 병목현상을 감소시키기 위해서, 상기 방열판(110)의 상면(113)에 상기 PCB(120)를 설치하고, 상기 방열판(110)의 상면(113)에 돌출된 돌출면(114)에 상기 LED 패키지(130)를 직접 배치함으로써, 기존에 LED 패키지(도 1의 10)와 방열판(30) 사이에 존재하던 PCB(20)를 제거하였다.
따라서, 본 발명의 LED 방열 장치는 상기 LED 패키지(130)를 상기 방열판(110) 위에 직접 배열(Array)하여 상기 PCB(120)의 절연층(도 1의 22 참조)으로부터 생기는 열저항 성분을 없애줌으로써, 발열로 인한 LED의 광효율 저하 및 수명저하 현상을 개선시킬 수 있다.
LED 패키지(Package)의 실시예
본 발명에 의한 LED 패키지는 도 3에 나타낸 바와 같이, 판상의 방열 슬러그(131)와, 상기 방열 슬러그(131)의 일측 및 타측 상면에 형성된 절연체(132)와, 상기 절연체(132) 상면에 형성된 솔더 패드(134)와, 상기 방열 슬러그(131)와 상기 절연체(132)에 형성된 콘택홀(미도시)에 매립되어 상기 솔더 패드(134)와 접속하고 상기 방열 슬러그(131)의 하면에 노출된 전극단자(133)와, 상기 솔더 패드(134) 사이에 노출된 상기 방열 슬러그(131)의 상면에 안착된 LED칩(136)과, 상기 LED칩(136)과 상기 솔더 패드(134)를 연결하는 본딩 와이어(137)와, 상기 LED칩(136)을 중심으로 상기 방열 슬러그(131)와 상기 절연체(132) 및 상기 솔더 패드(134) 상면에 원형으로 형성된 격벽(135)과, 상기 격벽(135) 안쪽에 설치된 상기 LED칩(136)의 상부를 밀봉하는 광투과성의 봉지재(138)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 방열 슬러그(131)와 상기 전극단자(133) 사이에는 절연체(미도시)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 전극단자(133)는 상기 방열 슬러그(131)의 하면과 동일한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
LED 방열 장치의 열저항
도 4는 도 3에 도시된 LED 방열 장치의 열저항 구성도이다.
본 발명의 LED 방열 장치에서 LED 열전달에 관여하는 열 저항 성분은 식 2와 같이 표현할 수 있다.
[식 2]
RθJS + RθSA
여기서, 상기 RθJS는 LED 접합(junction)에서 방열 슬러그(131)사이의 열저항이고, 상기 RθSA는 방열 슬러그(131)에서 주변온도 사이 열저항이다. 그리고, 도 4에서 TJ는 LED 접합 온도이고, TS는 방열 슬러그 온도이고, TA는 주변온도이다.
식 2에 나타낸 바와 같이, 기존의 LED 방열 장치와는 달리 PCB(금속 PCB)에서 발생하는 열저항 성분인 RθSB가 없는 것을 알 수 있다.
LED 소켓의 실시예
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 LED 소켓의 평면도 및 측면도이다.
본 발명의 LED 소켓(200)은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 LED 패키지(130) 및 LED 방열장치(도 3)를 구비한 LED 기판(미도시)과, 상기 LED 기판이 내부에 설치된 몸체부(201)와, 상기 몸체부(201)의 일측에 설치된 소켓부(202)와, 상기 LED 기판의 LED가 밖으로 노출되도록 상기 몸체부(201)에 설치된 반사갓(204)을 포함하여 구성한다.
상기 몸체부(201)는 일부 면이 길이 방향으로 절개된 반원통형 형상을 가지며, 상기 절개된 면에 상기 반사갓(204)이 설치되고, 상기 반사갓(204)의 내부에 상기 LED 기판이 설치되고, 상기 몸체부(201)의 길이 방향의 일측에 상기 소켓부(202)가 형성되어 있다. 이때, 상기 소켓부(202)는 외주면에 수나사가 형성되어 있고 끝단에 전기적 접속을 위한 접속부(203)가 형성되어 있다.
상기 반사갓(204)은 상기 LED에서 발생한 빛을 아래로 반사시키기 위한 것으로, 스테인레스와 같이 빛을 잘 반사하는 금속재질로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 반사갓(204)에는 상기 LED를 끼우기 위한 복수 개의 구멍이 형성되어 있다.
상기 반사갓(204)은 도 6과 같이 평면으로 형성되어 있으나, 상기 반사갓(204)을 타원형으로 형성하여 구성할 수도 있다.
LED 소켓의 다른 실시예
본 발명의 LED 소켓은 원통형 형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측에 형성된 소켓부와, 상기 몸체부의 타측에 설치된 반사갓과, 상기 반사갓의 내부에 설치된 상기 LED 패키지(130) 및 LED 방열장치(도 3)를 구비하여, 전구와 같은 모양으로 구성할 수 있다.
LED 소켓의 또다른 실시예
본 발명의 LED 소켓은 길이 방향으로 일부 면이 절개된 원통형 형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 및 타측에 형성된 전극단자와, 상기 몸체부의 내부에 LED가 위치하고 상기 몸체부의 외부에 방열핀이 위치하도록 상기 몸체부의 절개된 면에 설치된 LED 기판을 구비하여, 형광등과 같은 모양으로 구성할 수도 있다.
LED 가로등의 실시예
도 7 및 도 8은 본 발명의 LED 소켓이 설치된 가로등을 아래와 측면에서 각각 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 LED 소켓(200)은 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 가로등의 등기구(300) 안에 소켓을 끼워 설치할 수 있다. 도 8에서 도면부호 310은 투명 캡을 나 타낸다.
LED 특성 비교
도 9는 가로등에 설치된 종래의 LED 램프와 본 발명의 LED 소켓의 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 종래의 LED 램프(타사 제품)는 전체 회로 효율이 86%이고, LED 발열 온도가 104℃인 반면에, 본 발명의 LED 소켓(램프)은 전체 회로 효율이 90%이고, LED 발열 온도가 55℃로 나타났다.
그리고, 종래의 LED 램프는 LED 등기구와 SMPS가 분리형으로 구성되어 있고 회로 구성이 복잡하여 제조 비용이 비싸고 설치가 복잡한 단점이 있지만, 본 발명의 LED 소켓은 LED 램프와 구동회로가 일체형으로 구성되어 있고 회로 구성이 간단하여 제조 비용이 저렴하고 설치가 간단한 장점이 있다.
또한, 종래의 LED 램프는 LED 수명이 50,000시간 이상, 회로 수명이 30,000시간 이하, 실 램프 수명이 30,000시간 이하이나, 본 발명의 LED 소켓은 LED 수명이 80,000시간 이상(초정밀 블라켓 방열), 회로 수명이 80,000시간 이상, 실 램프 수명이 80,000시간 이상으로 크게 향상되었다.
LED 가로등 교체
도 10은 종래의 할로겐 가로등과 종래의 LED 가로등의 교체시 문제점을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 종래의 할로겐 가로등을 본 발명의 LED 소켓으로 교 체하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10과 같이, 기존의 할로겐 가로등을 종래의 LED 가로등으로 교체할 경우 등기구 전체를 교체해야 하기 때문에 제조비용 및 설치비용이 많이 들고, 설치가 복잡하고 어려운 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명은 상기 가로등의 등기구(300) 안에 LED 소켓을 끼워 설치하기 때문에 설치가 간단하고 편리할 뿐만 아니라, 기존과 같이 등기구 전체를 교체해주지 않아도 된다. 또한, LED 램프와 구동회로가 일체형으로 구성되어 있고, LED의 방열을 PCB를 통하지 않고 방열판으로 직접 전달함으로써, LED의 수명과 효율을 크게 개선시켰다.
이와 같이, 본 발명에 의한 LED 패키지 및 그 LED 방열 장치는 LED와 방열판 사이에 열저항 성분으로 작용하는 PCB를 제거하여 LED 구동시 발생하는 열을 외부로 효율적으로 전달시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
또한, 본 발명에 의한 LED 소켓은 상기 LED 패키지 및 그 LED 방열 장치를 구동회로와 일체형으로 구성하고 설치 및 교환이 용이하도록 소켓으로 형성시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이 다.
본 발명의 LED 패키지와 그 LED 방열장치는 LED를 사용하는 모든 장치나 제품에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 LED 패키지와 그 LED 방열장치를 이용한 LED 소켓은 가로등의 등기구, 주택이나 건물의 전등, 자동차, 신호등 등을 비롯하여, LED를 사용하는 모든 장치나 제품에 적용할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 방열 장치의 단면 구성도
도 2는 도 1에 도시된 LED 방열 장치의 열저항 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 LED 패키지와 그 LED 방열 장치의 단면 구성도 및 평면도
도 4는 도 3에 도시된 LED 방열 장치의 열저항 구성도
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 LED 소켓의 평면도 및 측면도
도 7 및 도 8은 본 발명의 LED 소켓이 설치된 가로등을 아래와 측면에서 각각 바라본 모습을 나타낸 도면
도 9는 가로등에 설치된 종래의 LED 램프와 본 발명의 LED 소켓의 특성을 비교하여 나타낸 도면
도 10은 종래의 할로겐 가로등과 종래의 LED 가로등의 교체시 문제점을 설명하기 위한 도면
도 11은 종래의 할로겐 가로등을 본 발명의 LED 소켓으로 교체하는 방법을 설명하기 위한 도면
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]
110 : 방열판(Heat sink) 111 : 하면
112 : 방열핀(Heat sink Pin) 113 : 상면
114 : 돌출면 120 : PCB
121 : 나사(Screw) 130 : LED 패키지
131 : 방열 슬러그(Heat sink slug) 132 : 절연체(Isolation)
133 : 전극단자
134 : 솔더 패드(Solder pad)
135 : 격벽 136 : LED 칩(Chip)
137 : 본딩 와이어(Bonding wire)
138 : 봉지재 200 : LED 소켓
201 : 몸체부 202 : 소켓부
203 : 접속부 204 : 반사갓
300 : 가로등 등기구 310 : 투명 캡

Claims (15)

  1. LED 방열 장치에 있어서,
    방열핀이 하면에 수직으로 돌출 형성되고 상면에 돌출면이 형성된 방열판과;
    상기 방열판의 돌출면이 노출되도록 상기 상면에 체결 고정된 PCB; 및
    상기 방열판의 돌출면에 안착 설치되고 상기 PCB의 솔더 포인트와 접속하는 전극단자가 하면에 형성된 LED 패키지;
    를 포함하는 LED 패키지 방열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 패키지는:
    판상의 방열 슬러그(Heat sink slug)와;
    상기 방열 슬러그의 일측 및 타측 상면에 형성된 절연체와;
    상기 절연체 상면에 형성된 솔더 패드와;
    상기 솔더 패드 사이에 노출된 상기 방열 슬러그의 상면에 안착된 LED칩과;
    상기 LED칩과 상기 솔더 패드를 연결하는 본딩 와이어와;
    상기 방열 슬러그와 상기 절연체에 형성된 콘택홀에 매립되어 상기 솔더 패드와 접속하고 상기 방열 슬러그의 하면에 노출된 전극단자와;
    상기 LED칩을 중심으로 상기 방열 슬러그와 상기 절연체 및 상기 솔더 패드 상면에 원형으로 형성된 격벽; 및
    상기 격벽 안쪽에 설치된 상기 LED칩의 상부를 밀봉하는 광투과성의 봉지재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 LED 패키지는:
    상기 방열 슬러그와 상기 전극단자 사이에 절연체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 솔더 패드는:
    상기 절연체보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 방열 슬러그는:
    구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 포함한 금속재질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 방열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판은:
    구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 포함한 금속재질 중 하나로 구성된 것을 특징으 로 하는 LED 패키지 방열 장치.
  7. LED 패키지에 있어서,
    판상의 방열 슬러그(Heat sink slug)와;
    상기 방열 슬러그의 일측 및 타측 상면에 형성된 절연체와;
    상기 절연체 상면에 형성된 솔더 패드와;
    상기 솔더 패드 사이에 노출된 상기 방열 슬러그의 상면에 안착된 LED칩과;
    상기 LED칩과 상기 솔더 패드를 연결하는 본딩 와이어와;
    상기 방열 슬러그와 상기 절연체에 형성된 콘택홀에 매립되어 상기 솔더 패드와 접속하고 상기 방열 슬러그의 하면에 노출된 전극단자와;
    상기 LED칩을 중심으로 상기 방열 슬러그와 상기 절연체 및 상기 솔더 패드 상면에 원형으로 형성된 격벽; 및
    상기 격벽 안쪽에 설치된 상기 LED칩의 상부를 밀봉하는 광투과성의 봉지재;
    를 포함하는 LED 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 LED 패키지는:
    상기 방열 슬러그와 상기 전극단자 사이에 절연체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전극단자는:
    상기 방열 슬러그의 하부면과 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  10. LED 소켓에 있어서,
    일부 면이 길이 방향으로 절개된 반원통형 형상을 갖는 몸체부와;
    상기 몸체부의 일측에 형성된 소켓부와;
    상기 몸체부의 내부에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판; 및
    상기 몸체부의 절개된 면에 길이 방향으로 설치되며 복수개의 구멍을 통해 상기 LED 기판의 LED를 밖으로 노출시키는 반사갓;
    을 포함하는 LED 소켓.
  11. LED 소켓에 있어서,
    원통형 형상을 갖는 몸체부와;
    상기 몸체부의 일측에 형성된 소켓부와;
    상기 몸체부의 내부에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판; 및
    상기 몸체부의 타측에 설치되며 복수개의 구멍을 통해 상기 LED 기판의 LED를 밖으로 노출시키는 반사갓;
    을 포함하는 LED 소켓.
  12. LED 소켓에 있어서,
    길이 방향으로 일부 면이 절개된 원통형 형상을 갖는 광투과성의 몸체부와;
    상기 몸체부의 일측 및 타측에 형성된 전극단자와;
    상기 몸체부의 내부에 LED가 위치하고 상기 몸체부의 외부에 방열핀이 위치하도록 상기 몸체부의 절개된 면에 설치되며, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 패키지 또는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 LED 방열장치를 구비한 LED 기판;
    을 포함하는 LED 소켓.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사갓은 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사갓은 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 LED 소켓은 가로등, 전등, 자동차, 신호등을 포함하여, LED를 사용하는 등기구나 장치에 구성된 것을 특징으로 하는 LED 소켓.
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