KR101199592B1 - Ｌｅｄ 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED를 포함한 LED 패키지에 사용되는 방열장치로서, 상기 방열 장치는 LED 패키지 일면에 형성되는 히트 싱크 및 상기 히트 싱트에 수직하게 배치된 복수개의 방열핀을 포함하여 구성되며, 상기 방열핀의 외면에는 복수개의 미세패턴 구조체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것이다. 본 발명은 LED 광원을 포함하는 LED 패키징의 구성시 방열 효율이 우수한 방열장치를 제공함으로써 LED 패키징의 사용 수명을 연장할 수 있으며, 열에 의한 LED 패키징 부품의 열화를 방지할 수 있으며, 고출력의 LED 패키지를 구성할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 ＬＥＤ 패키지{HEAT RADIATION APPARATUS FOR LED PACKAGE AND LED PACKAGE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 LED 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 광원을 포함하여 구성되는 LED 패키지에 사용되어 우수한 방열 효과를 나타낼 수 있는 LED 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)는 지금까지 백열전구, 형광램프, HID램프와 달리 특수한 구조를 가지고 있으며 물질에 가해지는 전기에너지가 직접 광으로 변하는 광원이다. 이 같은 현상은 이미 1907년에 발견되었으며, 1993년에 청색 LED가 개발되어져 조명용 광원으로 백색 LED가 주목되고 있다. 최근에는 성능이 개선되어져 형광등과 동등한 발광효율을 갖는 백색 LED가 조명용 광원으로 등장하고 있다. LED가 크게 주목받고 있는 이유는 장수명, 저전압구동, 소형, 경량, 지향성 등과 같은 장점과 소비전력이 낮아서 에너지 절약이라는 관점에서 더욱 주목되고 있다.

LED를 조명 기기에 탑재하는 데 있어서 해결해야할 과제는 방열 문제이다. LED의 발광 효율이 높아진 것은 사실이지만, 아직 LED 칩의 발열량은 상당한 수준이다. LED 조명 기기의 제조시 방열 대책을 마련하지 않는 경우 LED 칩 또는 LED 패키징 수지가 열화하게 되어 발광 효율의 저하 및 칩의 단수명화를 초래하게 되고, 특히, 고출력 LED의 경우 주입 전류가 커질 경우 많은 열을 발생하게 되므로 방열 구조가 필수적으로 요구된다.

일반적으로 LED 조명기기에 사용되는 방열 장치는 LED가 설치되는 인쇄회로기판(PCB 기판)의 배면에 인접하여 설치된 히트 싱크(heat sink)를 포함하여 구성됨으로써, 상기 히트 싱크를 통해 LED로부터 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다.

도 1은 상술한 방열 장치가 구비된 종래의 LED 패키지를 나타낸다.

도 1에 도시된 LED 패키지(100)는 크게 LED 광원부(110)가 포함된 LED 고정 블록(120) 및 방열 장치(130)를 포함하여 구성되며, 상기 방열 장치(130)는 히트 싱크(131) 및 복수의 날개 형상의 돌기(132)를 포함하여 구성된다.

상기 도 1에 도시된 방열 장치(130)는 외부의 대기와 접촉하여 자연대류 방법에 의해 LED 광원부로부터 방출되는 열을 외부로 방출할 수 있으나, 최적의 구조로 형성되지 못하여 과중한 무게의 히트 싱크로 설계되는 등 효율적인 방열 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위해 최적의 구조로 설계된 LED 패키지용 방열장치를 제공함으로써, LED의 패키지의 효율적인 방열이 가능하여 수명 연장이 가능하며, 기능 저하의 문제점이 없는 고출력의 LED 패키지를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LED을 포함한 LED 패키지에 사용되는 방열장치로서, 상기 방열 장치는 LED 패키지 일면에 형성되는 히트 싱크 및 상기 히트 싱트에 수직하게 배치된 복수개의 방열핀을 포함하여 구성되며, 상기 방열핀의 외면에는 복수개의 미세패턴 구조체가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 방열장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방열핀은 히트 싱트의 일면에 수직한 방향으로 설치된 직육면체 형상의 구조체일 수 있으며, 상기 방열핀의 종횡비는 10:1 내지 20:1인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방열핀의 외면 전체에는 피라미드형 구조체, 로드형 구조체 등의 미세패턴 구조체가 복수개 형성된다.

또한, 본 발명은 상술한 본 발명의 LED 패키지용 방열장치를 포함한 LED 패키지를 제공한다.

본 발명은 LED 광원을 포함하는 LED 패키징의 구성시 방열 효율이 우수한 방열장치를 제공함으로써 LED 패키지의 사용 수명을 연장할 수 있으며, 열에 의한 LED 패키지 부품의 열화를 방지할 수 있으며, 고출력의 LED 패키지를 구성할 수 있다.

도 1은 종래의 방열장치가 구비된 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열장치가 구비된 LED 패키지의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A-A′절단면에 따른 LED 패키지의 측단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방열장치 중 일 구성요소인 피라미드형 구조체가 외면에 형성된 방열핀의 사시도이다.

이하 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치 및 이를 이용한 LED 패키지를 도 2 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 6개의 LED 광원(210), 인쇄회로기판(220) 및 방열장치(230 및 240)를 포함하여 구성된 LED 패키지(200)의 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A′절단면에 따른 LED 패키지의 측단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240)는 LED 광원과 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 배면에 형성된다.

본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240)는 LED 광원으로부터 발생된 열을 자연대류 현상에 의해 공기 중으로 열을 방출할 수 있는, 히트 싱크(heat sink)(230) 및 상기 히트 싱트(230)에 수직하게 배치된 복수개의 방열핀(240)을 포함하여 구성되며, 상기 방열핀(240)의 외면에는 미세패턴 구조체(241)가 형성된다.

상기 히트 싱크(heat sink)(230) 및 상기 히트 싱트(230)에 수직하게 배치된 복수개의 방열핀(240)은 열전도성 및 연신성이 우수한 금속재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 철 등의 재질을 사용하여 형성될 수 있으며, 몰딩법 등을 사용하여 일체의 형태로 제조될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240)에서 방열핀(240)은 히트 싱트(230)의 일면에 수직하게 형성된 직육면체 형상의 구조체일 수 있으며, 히트 싱트(230)의 일면에 일정 간격으로 복수개 설치되는 것이 방열 효율면에 있어서 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방열핀(240)은 종횡비(aspect ratio)가 10:1 내지 20:1인 직육면체 형상의 구조체인 것이 바람직하며, 상기 방열핀(240)은 종횡비가 10:1 미만인 경우 방열 효과가 미미할 수 있으며, 상기 방열핀(240)은 종횡비가 20:1을 초과하는 경우 강도 및 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.

상기 히트 싱트(230)의 일면에 설치되는 방열핀(240)의 수는 인쇄회로기판 상에 설치되는 LED 광원의 수 등을 고려하여 방열 효율을 최적화할 수 있도록 당업자에 의해 조절될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, LED 패키지용 방열장치(230 및 240)에서 히트 싱트(230)의 일면에 설치된 복수개의 방열핀(240)의 외면에는 복수개의 피라미드형(pyramid)형 구조체(241)가 형성된다.

도 4에서는 상기 방열핀(240)의 외면에 형성된 미세패턴 구조체(241)로서 피라미드형(pyramid)형 구조체가 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 로드형(rod) 등과 같이 다양한 3차원 형상의 구조체가 형성될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방열핀(240)의 외면에 형성된 미세패턴 구조체(241)는 5～500 ㎛ 높이의 가지며, 1:1 내지 5:1의 종횡비로 제조되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240) 중 방열핀(240)의 외면에는 복수개의 미세패턴 구조체(241)가 형성되어 표면적을 향상시킴으로써 자연대류 현상에 의한 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240)가 포함된 LED 패키지(200)를 제공한다.

본 발명에 따른 LED 패키지(200)는 LED 광원(210) 및 상기 LED 광원과 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(220) 및 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치(230 및 240)를 포함하며, 이외 일반적으로 알려진 LED 패키지 구성시 포함될 수 있는 다른 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 설명한다.

100 W급 고출력 LED 해양용 투광등(애니캐스팅)의 인쇄회로기판의 배면에 알루미늄으로 제조된 히트 싱크(45 cm× 25 cm× 5 cm)를 열가소성 수지를 이용하여 부착하였다. 이후 상기 히트 싱트의 하부면에 피라미드형 3차원 구조체(10 ㎛× 10 ㎛ 면적 및 15㎛ 길이)가 전체 외면에 형성된 15개의 직육면체 방열핀(4 cm× 0.2 cm× 45 cm)을 수직으로 형성함으로써 방열장치를 설치하였다.

[비교예 1]

외면의 피라미드형 3차원 구조체가 형성되지 않은 방열핀을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 100 W급 고출력 LED 해양용 투광등(애니캐스팅)의 인쇄회로기판의 배면에 방열장치를 설치하였다.

시험예 : LED 패키지의 인쇄회로기판에 대한 시간에 따른 온도 측정

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 방열장치가 형성된 100 W급 고출력 LED 해양용 투광등에 전기를 인가하여 발광시켰고, 이후, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 100 W급 고출력 LED 해양용 투광등의 인쇄회로기판의 온도를 시간 경과에 따라 측정하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LED 패키지용 방열장치가 설치된 실시예 1의 LED 해양용 투광등의 방열효과가 우수함을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 다수의 LED 광원이 실장된 1개의 인쇄회로기판;
   상기 인쇄회로기판의 배면에 인쇄회로기판과 대응되는 크기로 형성된 히트 싱크;
   상기 히트 싱크의 배면에 수직하게 형성되며 종횡비 10:1 내지 20:1인 직육면체 형상으로 형성된 다수의 방열핀; 및
   상기 방열핀의 외면에 돌출 형성되어 5～500 ㎛ 높이를 가지며 1:1 내지 5:1의 종횡비로 제조되는 피라미드 형상의 미세패턴 구조체;
   를 포함하는 LED 패키지용 방열장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 히트 싱크 및 방열핀은 알루미늄, 구리 및 철로부터 이루어진 군으로부터 선택된 재질을 사용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 LED 패키지용 방열장치.
   
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