KR101220834B1 - 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 엘이디 광원 구조체 - Google Patents

방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 엘이디 광원 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속을 가공하여 양 전극유닛을 제작하고 그 중 플러스 전극으로 이용되는 전극유닛을 이용하여 LED칩에서 발생하는 열을 전극유닛을 통하여 직접 배출하여 방열 특성을 향상시키는 동시에 광원의 안정화 및 전압강하의 방지를 이루어 고광력 출력을 가능하도록 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체에 관한 것이다.

Description

방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 엘이디 광원 구조체{A HIGH ILLUMINATING POWER LED STRUCTURE FOR IMPROVING RADIATION PROPERTY AND PREVENTING VOLTAGE DROP}
본 발명은 LED 광원 구조체에 관한 것으로, 특히 전기전도성 및 열전도성이 우수한 금속을 가공하여 양 전극유닛을 제작하고 그 중 플러스 전극으로 이용되는 전극유닛을 이용하여 LED칩에서 발생하는 열을 전극유닛을 통하여 직접 배출하여 방열 특성을 향상시키는 동시에 광원의 안정화 및 전압강하의 방지를 이루어 고광력 출력을 가능하도록 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드) 광원은 다이오드의 온도가 적정한 전자의 활성온도를 유지할 때(대략 25-55℃), 광 출력과 광 효율이 극대화되는 특성을 가지고 있다. LED는 다이오드의 일종으로 P-N접합으로 제작되고 이런 다이오드의 특성상 전자기유도(전기)에 의한 전자의 이동시 광자와 열이 발생하게 되고 이때 이 두 가지는 서로 반비례의 상관관계를 형성하고 있다. 따라서 LED의 내부에서 발생된 열을 얼마나 빠르게 제거하느냐에 따라 광자의 발생을 증가시킬 수 있게 되고 다이오드의 내구성 또한 유지시킬 수가 있다.
즉, 전기에너지에 의해 전자의 이동이 발생되는데, 이때 발생한 열에 의하여 전자의 활성도가 증가되어 전기저항이 감소한다. 그리고 적정한 전자의 활성에 필요한 열 이외에는 전기에너지에 의한 광자발생을 감소시키고 열로 인한 과도한 전자의 활성도(전류량의 증가)는 원자구조의 결합력을 떨어뜨려 다이오드가 감당할 수 있는 전자의 이동도(전압)를 감소시키게 되는 결과를 초래하여 종국에는 LED가 파괴된다.
이러한 발열문제는 대부분 조명으로 사용키 위한 고휘도 고전력량의(고와트) LED 광원을 제작할 때 발생된다. 따라서 LED에서 발생하여 전자 활성에 필요한 열 이외에 적체되는 열을 신속하게 배출할 수 있게 설계하여야 한다. 대부분의 LED 광원 회사들은 이러한 문제를 해결하기 위한 패키지설계를 진행하고 있으며 이렇게 제작된 고와트 LED 광원을 파워 LED라고 통칭한다.
이러한 LED 광원은 기존의 전구류 광원을 대체하기 위한 용도로 개발되었다. 때문에 자원의 재활용을 위하여 기존 광원에 의하여 설계되어 진 조명구조에 최대한 호환되어야 한다. 하지만 종래의 LED 광원에서는 상기에서 언급한 LED의 발열 문제를 해결하기 위한 기구물의 부착으로 무게가 증가하는 단점이 발생한다.
한편, 통상 금속(도체)은 단면적이 크면 단위 시간당 자유전자 운동이 증가하여 저항이 감소하고, 길이가 길어지면 전자와 원자 간의 충돌 횟수가 증가하여 저항이 증가한다. 즉, 도선의 저항은 도선의 길이에 비례하고 도선의 단면적에 반비례한다.
또한 도체의 원자배열의 규칙 정도에 따라 온도의 변화가 나타나며 온도가 증가하면 저항이 커짐과 동시에 자유전자의 운동이 활발하게 된다. 활발해진 자유전자의 운동에 의해서 발열이 커지는 악순환이 지속될 수 있다. 이러한 도선의 발열 문제를 해결하기 위하여 도선의 단면적을 극대화시킬 필요가 있었으나, 아직까지 이에 대한 해결책은 제시되고 있지 못하였다.
그리고 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같은 종래기술에 따른 파워 LED 구조는, LED칩(1)의 본딩시 전극의 표면저항을 최소화하기 위해서 대부분 전기전도도가 높고 가공이 쉬운 금이나 은을 사용하여 LED칩(1)의 전극과 연결을 하고 비용절감을 위하여 값이 비교적 저렴한 동으로 연장을 하여 도선을 구성한다. 이때 종래기술에서는 LED칩 연결회로 구성을 위해 인쇄회로기판(PCB)(3)을 사용하는데, 이는 PCB의 구조상 플러스 전극과 마이너스 전극을 동일 평면상에 구현키 위해 부도체 물질(통상 PCB재료) 위에 동박을 올리고 식각시키거나 홀을 뚫어 도선을 구성한다.
이러한 과정에서 도선의 단면적은 얇고 길이는 길어지면서 도선의 저항이 커지는 현상이 유발된다. 이에 의해 종래기술에서는, 도선에 의한 1차 전압강하와 LED칩 표면에 진입하면서 발생하는 2차 전압강하가 발생하고, 시간이 지나면서 LED칩의 열이 증가하고 이에 따른 3차 전압강하가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 전압강하 요인을 최소화시켜 주어야 한다.
또한, LED 활성에 필요한 열 이외의 열은 LED칩의 저항감소 및 전압강하를 유발하며 LED칩에 흐르는 전류량에 대한 광자의 발생은 감소시키고 반대로 열을 증가하게 하여 LED칩의 광효율 저하 및 수명에 영향을 미친다. 따라서 종래기술에서는, 이를 해소하기 위하여 LED칩과 접촉면에 열전달이 좋은 매질(대부분 금속의 전도체)의 열 전달체를 부착하여 1차 흡열을 유도한다. 이후에 방열판을 설계하여 2차 흡열을 유도하여 최종적으로 대기 중으로 방열을 하게 된다. 이때 아무리 좋은 열 전달체라 해도 LED칩 전극 간의 합선 방지를 위한 절연격벽을 형성시키며 이것이 열전달의 격벽을 형성하여 열저항이 발생한다. 이를 해소하기 위하여 발열체와 격벽을 최소화시키거나 격벽을 아예 없애는 것이 최상의 방법이다.
이와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 본 발명의 발명자는 2010년 월 일에 "방열 특성이 향상된 고광력 LED 광원 구조체"를 특허출원 제10-2010-0089576호로 출원한 바 있다.
그런데 특허출원 제10-2010-0089576호에서는 종래기술의 문제점 해소를 위한 해결방안이 제시되어 있으나, 종래기술의 문제점을 해소하면서 기존의 다양한 조명기구 및 LED 광원의 인쇄회로기판을 대체할 수 있는 응용 기술에 대해서는 기재되어 있지 않았다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하면서 특허출원 제10-2010-00호를 개량하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, LED 광원 구동시 발생되는 열을 효율적으로 방열할 수 있는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, LED 광원 구동시 전압강하를 방지하기 위한 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED 광원으로부터 발생된 광의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED 광원 구조체를 개별적으로 사용하거나, 또는 복수개의 LED 광원 구조체를 손쉽게 연결하여 필요에 따라 광량을 가변할 수 있는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED칩의 효율을 극대화시키면서 무게가 가벼운 방열설계를 할 수 있는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체는, 제1전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제1전극 연결부가 구비되고, 하나 이상의 관통공이 형성되며, 상기 관통공에 인접하여 제1전극부가 상면에 구성되고, 적어도 하면에서 상기 제1전극 연결부를 제외한 영역에 절연층이 형성되는 전기 전도성을 갖는 제1전극유닛; 제2전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제2전극 연결부가 구비되고 상기 제1전극유닛의 저면에 밀착 배치되는 전기 전도성을 갖는 제2전극유닛; 상기 제1전극유닛 상에 적층되고 상기 관통공과 상기 제1전극부에 대응하는 전극연결공이 형성되는 전기 비전도성을 갖는 커버; 및 상기 커버 상에 실장되어 상기 전극연결공을 통하여 제1전극부에 의해 제1전극유닛에 연결되고 상기 관통공을 통하여 제2전극유닛에 연결되는 LED칩;을 포함한다.
이때 상기 제1전극 연결부, 제1전극부 및 적어도 상기 제2전극유닛에서 상기 관통공에 대응되는 부분에는 전기 전도성을 향상시키기 위한 도금층이 형성될 수 있다.
그리고 상기 커버에서 상기 LED칩이 장착되는 부분은 오목하게 반구형태로 함몰되고 그 함몰된 중앙부분에 전극연결공이 형성되며, 상기 제2전극유닛에는, 상기 LED칩의 장착높이를 증대시켜 광출력을 향상시키기 위하여 상기 관통공을 향해 돌출되는 제2전극부가 형성될 수 있다.
이때 상기 제2전극부는 상기 제2전극유닛의 후면에 압력을 가함에 의해 돌출되고, 그 돌출된 높이는 상기 제2전극유닛 두께의 2/3 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 제2전극부의 상면에는, 상기 LED칩과 제2전극유닛 간의 전기 전도성을 향상시키기 위하여 도금층이 추가로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1전극은 마이너스 전극이고, 상기 제2전극은 플러스 전극이며, 상기 제1전극유닛 또는 제2전극유닛에서, 상기 LED칩으로부터의 열전달이 많은 전극유닛의 단면적을 다른 전극유닛의 단면적보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1전극 연결부는 인접한 LED 광원 구조체의 제2전극 연결부와 연결되고 상기 제2전극 연결부는 다른 인접한 LED 광원 구조체의 제1전극 연결부와 연결되어 하나의 LED 광원 구조체가 하나 이상의 인접한 LED 광원 구조체와 연결될 수 있도록 상기 제1전극 연결부는 상기 제1전극유닛의 일단에만 형성되고, 상기 제2전극 연결부는 상기 제1전극유닛의 타단에 대응되는 상기 제2전극유닛의 타단에만 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체에 의하면, LED칩을 실장하는 전극부분의 단면적을 극대화하여 전압강하 및 LED칩에서 발생하는 열을 최단 시간에 방열할 수 있는 효과가 있다.
보다 상세하게는, 전극의 단면적을 극대화하고 길이는 줄여서 저항을 최소화하여 전극유닛에 흐르는 전자의 흐름을 극대화할 수 있고, 이로써 전자의 흐름이 향상되면서 LED칩 표면에서 발생하는 표면저항에 최대한 대응할 수 있도록 하여 전압강하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 극대화된 전극유닛으로 인해 저항이 극소화된 1차적인 거대 열전달 통로 및 전기흐름 통로를 확보하게 됨과 동시에, 전극, 특히 LED칩과 넓은 면적으로 직접 접촉하는 플러스 전극의 단면적이 커지면서 LED칩과 플러스 전극 간의 열평형이 신속하게 이루어진다. 따라서 LED 활성층의 온도가 급격히 상승하는 문제점을 해결할 수 있으며, LED칩의 저항이 안정되어 전류가 안정화되고, 이에 의해 컨버터 설계시 정전류에 의한 구동을 쉽게 구현할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의하면, LED칩의 위치를 높이는 구조를 채택하여 LED칩으로부터 발생된 광의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있어 광 손실 방지로 인한 광출력 향상 및 에너지 절감을 실현할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, LED 광원 구조체를 개별적으로 사용하거나, 또는 복수개의 LED 광원 구조체를 손쉽게 연결하여 필요에 따라 광량을 가변할 수 있으므로, 다양한 형태 및 광량을 구현할 수 있는 잇점이 있다.
아울러 본 발명에 따르면, LED칩의 효율을 극대화시키면서 무게가 가벼운 방열설계를 할 수 있을 뿐만 아니라, 부피가 증대되지도 않고 오히려 부피를 감소시킬 수 있으므로, 추가적인 구조변경 없이도 기존 광구조물에 적용할 수 있고, 광원 설치를 위한 공간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 파워 LED 구조를 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구조를 도시한 개념도,
도 3은 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구성을 도시한 사시도,
도 4는 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구성을 도시한 분해사시도,
도 5는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도,
도 6은 도 3의 B-B'선에 따른 단면도,
도 7은 제1실시예에 따른 복수개의 LED 광원 구조체를 결합하는 상태를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 광원 구조체를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구조를 도시한 개념도이고, 도 3은 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구성을 도시한 사시도이며, 도 4는 제1실시예에 따른 LED 광원 구조체의 구성을 도시한 분해사시도이고, 도 5는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이며, 도 6은 도 3의 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 7은 제1실시예에 따른 복수개의 LED 광원 구조체를 결합하는 상태를 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 광원 구조체는 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 금속체로 이루어진 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20), 전기 비전도성의 커버(30)와 LED칩(40)으로 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 제1전극유닛(10)은, 전기 전도성을 갖는 재질로 제작되는 것으로, 제1전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제1전극 연결부(11)가 구비되고, 하나 이상의 관통공(12)이 형성되며, 상기 관통공(12)에 인접하여 제1전극부(13)가 상면에 구성되고, 적어도 하면에서 상기 제1전극 연결부(11)를 제외한 영역에 절연층(14a)이 형성된다.
그리고 상기 제1전극 연결부(11)에는 전원과의 연결단자 또는 인접한 LED 광원 구조체의 제1전극 연결부(11)와의 전기 전도성을 향상시키기 위한 도금층(15a)이 형성될 수 있다.
또한 상기 제1전극부(13)에도, LED칩(40)과의 전기 전도성을 향상시키기 위한 도금층(15b)이 형성될 수도 있다. 이때 제1전극유닛(10)의 상면에는 상기 도금층(15b)이 형성된 제1전극부(13)를 제외한 영역에 절연층(14b)이 추가로 형성될 수도 있다.
아울러, 상기 제1전극 연결부(11)는 상기 제1전극유닛(10)의 양단에 마련될 수도 있지만, 일단에만 마련될 수도 있다. 이는 제1전극유닛(10)의 타단에 대응되는 제2전극유닛(20)의 타단에는 제2전극 연결부(21)를 배치하여 본 발명에 따른 복수개의 LED 광원 구조체가 서로 체결되면서 전기적인 연결관계를 가질 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 제2전극유닛(20)은, 전기 전도성을 갖는 재질로 제작되는 것으로, 제2전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제2전극 연결부(21)가 구비되고 상기 제1전극유닛(10)의 저면에 밀착 배치된다.
이때 상기 제2전극유닛(20)이 밀착하는 제1전극유닛(10)의 저면에는 절연층(14a)이 형성되어 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)간이 절연될 수 있으므로, 제2전극유닛(20)의 상면에는 별도의 절연층을 형성할 필요는 없다. 그러나 본 실시예에서는 LED 광원 구조체의 안정적인 작동을 위하여 상기 제2전극유닛(20)의 상면에 절연층(22a)을 형성하되, 제2전극 연결부(21)과 제1전극유닛(10)의 관통공(12)에 대응되는 부분에는 절연층(22a)을 형성하지 않았다. 그리고 절연층(22a)이 형성되지 않은 부분에는 전기 전도성의 향상을 위하여 도금층(23a, 23b)이 형성될 수 있다.
또한 제2전극유닛(20)의 저면에도 별도의 절연층은 필요치 않지만, 본 실시예에서와 같이 절연층(22b)을 추가로 형성하여도 무방하다.
그리고 상기 제2전극 연결부(21)는 상기 제2전극유닛(20)의 양단에 마련될 수도 있지만, 일단에만 마련될 수도 있다. 이는 제1전극유닛(10)의 일단에 제1전극 연결부(11)가 배치되고, 상기 제1전극유닛(10)의 타단에 대응되는 제2전극유닛(20)의 타단에는 제2전극 연결부(21)를 배치하여 본 발명에 따른 복수개의 LED 광원 구조체가 서로 체결될 수 있도록 하기 위함이다.
아울러, 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)에는 커버(30)와의 결합을 위한 결합공(16, 24)이 형성된다.
그리고 상기 제1전극유닛(10)에는 마이너스 전극이 연결되고 제2전극유닛(20)에는 플러스 전극이 인가된다. 이때 실장된 LED칩(40)으로 전원이 인가되면 플러스 전극쪽으로 LED칩(40)의 열이 많이 발생하게 되므로, 제2전극유닛(20)의 단면적은 열전달 통로를 보다 증대시키기 위하여 제1전극유닛(10)의 단면적보다 크게 제작되는 것이 바람직하다.
커버(30)는 전기 비전도성을 갖는 재질, 예를 들면 플라스틱류로 제작되고, 상기 제1전극유닛(10) 상에 적층된다. 그리고 상기 커버(30)의 저면에는 순차적으로 적층되는 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)이 커버(30)에 결합될 수 있도록 상기 각 전극유닛에 형성된 결합공(16, 24)이 삽입되는 결합돌기(미도시)가 구비된다.
그리고 상기 커버(30)에는 원가절감을 위한 하나 이상의 절개공(37)이 형성될 수도 있다.
또한 상기 커버(30)에는 상기 관통공(12)과 상기 제1전극부(13)에 대응하여 관통되는 전극연결공(33)이 형성된다. 상기 전극연결공(33)은 상기 커버(30)에 장착되는 LED칩(40)이 제1전극유닛(10) 및 제2전극유닛(20)과 전기적으로 연결되도록 하기 위한 것으로, 커버(30)에는 LED칩(40)에서 방사된 광의 광효율을 증대시키고 전면으로의 광 방출을 유도하기 위하여 오목하게 반구형태로 함몰된 장착부(35)가 형성되고 그 장착부(35)의 중앙부분에 상기 전극연결공(33)이 형성된다.
이때 상기 장착부(35)는 오목한 반구형태를 취하므로 LED칩(40)에서 방사되는 광을 반사하여 전면으로 향하게 할 수 있지만, 이러한 반사효율을 증대시키기 위하여 상기 장착부(35)에는 반사경이 부착될 수도 있다.
한편, LED칩(40)은 상기 커버(30) 상에 실장되어 상기 전극연결공(33)을 통하여 제1전극부(13)에 의해 제1전극유닛(10)에 연결되고 상기 관통공(12)을 통하여 제2전극유닛(20)에 연결된다. 이때 상기 LED칩(40)은 상기 제2전극유닛(20)에 밀착되어 상기 LED칩(40)의 저면 전체를 통해 상기 제2전극유닛(20)과 전기적으로 연결된다.
또한 상기 LED칩(40)의 주변으로 상기 장착부(35)를 전체적으로 덮는 투광성의 봉지재(50)가 형성된다. 상기 봉지재(50)는 에폭시 또는 실리콘 재질로 형성되고, LED칩(40)을 봉지하는 역할 외에, 상기 LED칩(40)으로부터 나온 광의 지향각을 1차적으로 조절하는 1차 렌즈로서의 역할을 수행한다.
다음으로 본 실시예에 따른 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체의 작용에 대해 설명한다.
종래의 LED칩의 구동회로들은 여러가지 재질의 열전달판 위에 쇼트방지를 위한 절연층을 구성시키고 그 위에 얇은 동박을 압착시킨 뒤 인쇄프린팅하고 동박을 산화시켜 회로만을 남기는 방식으로 인쇄회로기판(PCB)을 제작하였다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 전기는 페러데이에 의해 발견된 전자기유도에 의해 고체 내 자유전자의 이동으로 설명되어 지고 있다. 그리고 반도체는 이러한 전자의 이동을 이용하여 인위적으로 전자의 이동을 극대화한 특별한 기구물로 그에 상응하는 큰 전자이동회로를 필요로 한다.
그러나 이러한 반도체 특성의 고려없이 종래 PCB 제작방법으로는 여러개의 LED칩을 직병렬로 연결했을 때 대단히 적은 회로망 구성으로 인해 극대화된 전자 이동량을 감당할 수가 없어 회로의 내구성을 떨어뜨리는 전압강하를 초래하였고, 더 나아가 활성화된 반도체의 특성상 증가되는 전류량으로 인하여 다시금 지속적으로 전압을 강하시켜 반도체의 수명을 감소시키는 결과를 초래하였다.
또한 이런 현상으로 인해 LED칩의 구동 드라이버(컨버터)에는 정전압회로에 정전류 제어회로를 부가시켜서 복잡한 파워시스템을 구축시키고 있는데, 이러한 LED의 특성에 맞게 대용량화된 회로를 구성시켜 주면 LED 크기에 따른 정전용량을 자연스럽게 구성시킬 수 있어 정전압만으로도 LED의 원활한 성능을 이끌어 내어 복잡한 구동 파워시스템을 단순화할 수 있고 이를 통해 저렴한 시스템 설계 및 LED 광원 구조체를 제작할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에서는 전기 전도성이 좋은 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)에 서로 다른 극성의 전극이 연결되게 하고, 각 전극유닛(10, 20)에서 직접 반도체가 본딩될 부분에 도금층(15b, 23b)을 코팅하여 회로를 구성시키며, 나머지 부분은 절연코팅한다. 이와 같은 방식으로 회로기판을 제작하면, 회로기판을 제작하는 복잡한 여러 과정이 필요치 않게 되므로 비용적으로 저렴하고 단순화된다.
또한 서로 다른 극성을 갖는 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)을 겹친 뒤 LED칩(40)을 본딩해 사용하고, 가급적 상단에 적층되는 제1전극유닛(10)에 마이너스 전극을 인가시키고 관통공(12)을 형성하며, 그 관통공(12)으로 제2전극유닛(20)이 보일 수 있게 조립하며, LED칩(40)의 열이 많이 발생하는 극성쪽을 좀더 두껍게 제작함으로서, 열의 분산 및 열로 인한 여러 장애 요인을 제거할 수 있다.
전원의 인가에 따른 작용에 대해 보다 상세히 설명하면, 본 실시예에 따른 LED 광원 구조체에서 제2전극유닛(20)으로 공급되는 플러스 전원은 LED칩(40)의 플러스 전극으로 공급되어 LED칩(40)을 통하여 마이너스 전극으로 이동되어 제1전극유닛(10)으로 전달되고, 이에 따라 LED칩(40)의 발광되어 점등이 이루어지게 된다.
상기 LED칩(40)의 점등에 따라 LED칩(40)에서는 열이 발생하게 되는데, 이 열은 일반적으로 광자가 발생하는 플러그 전극에서 집중적으로 발생하게 된다. 본 실시예에서는 LED칩(40)의 플러스 전극이 금속체이면서 히트싱크의 역할을 하는 제2전극유닛(20)과 절연층의 중계없이 직접 전기적으로 연결되어 있기 때문에, LED칩(40)의 플러스 전극에서 발생하는 다량의 열이 직접 제2전극유닛(20)으로 이동하여 방열됨으로써 열이 순식간에 소진되게 된다. 따라서, LED칩(40)의 점등에 따라 발생하는 열을 제2전극유닛(20)을 통하여 신속하고 효과적으로 방열시켜 LED 광원의 안정화를 이룰 수 있으며, 이러한 제2전극유닛(20)이 LED칩(40)의 플러스 전극으로 동작하기 때문에 LED칩의 플러스 전극에서 발광시 발생하는 정공이 머무르는 공간이 충분하게 확보될 수 있어 고광력의 LED 광원을 가능하게 한다.
또한 본 실시예에서는 LED 광원 구조체의 일단에 제1전극유닛(10)의 제1전극 연결부(11)가 배치되고, 타단에 제2전극유닛(20)의 제2전극 연결부(21)가 배치된다. 이때 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)은 순차적으로 적층된 상태이므로, 제1전극 연결부(11)의 위치는 제2전극 연결부(21)보다 상대적으로 높다. 따라서 상기 제1전극 연결부(11)에 인접한 LED 광원 구조체의 제2전극 연결부(21)가 연결될 때, 서로 간의 위치 간섭없이 겹쳐져서 연결될 수 있다.
이는 LED 광원 구조체를 개별적으로 사용하거나, 또는 복수개의 LED 광원 구조체를 손쉽게 연결하여 필요에 따라 광량을 가변할 수 있으므로, 다양한 형태 및 광량을 구현할 수 있게 한다.
아울러, 본 실시예에서는 제1전극유닛(10)과 제2전극유닛(20)이 비교적 얇은 판재형태로 이루어져 있고 제2전극유닛(20)이 히트싱크의 역할을 수행하게 되므로, LED칩(40)의 효율을 극대화시키면서 무게가 가벼운 방열설계를 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 방열기구의 생략으로 부피가 증대되지도 않고 오히려 부피를 감소시킬 수 있으므로, 추가적인 구조변경 없이도 기존 광구조물에 적용할 수 있고, 광원 설치를 위한 공간을 감소시킬 수 있게 된다.
<제2실시예>
다음으로 본 발명에 따른 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체의 제2실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 제1실시예와 대응되는 구성요소에 대해 동일한 도면번호를 사용하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 광원 구조체를 도시한 단면도로서, LED 광원 구조체를 도 3의 A-A'선에 따른 절단면의 변형 형태를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제2전극유닛(20)에서 상기 LED칩(40)의 장착높이를 증대시켜 광출력을 향상시키기 위하여 상기 관통공(12)을 향해 돌출되는 제2전극부(26)가 형성된다. 이때 상기 제2전극부(26)는 돌기를 구비한 판재를 제2전극유닛(20)으로 사용하여 상기 돌기로 형성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 상기 제2전극유닛(20)의 후면에 압력을 가하여 돌출되게 하는 방식을 채택하고 있다.
이 경우, 제2전극부(26)가 제2전극유닛(20)의 상면으로부터 돌출되는 높이는 상기 제2전극유닛(20) 두께의 2/3 이하인 것이 바람직하다. 이는 돌기된 제2전극부(26)에 예기치 못한 충격이 가해졌을 때 상기 제2전극부(26)가 제2전극유닛(20)으로부터 분리되지 않도록 하기 위함이다.
그리고 상기 제2전극부(26)는 상기 제1전극유닛(10)의 관통공(12)의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상기 관통공(12)에 인접하여 배치되는 제1전극부(13)에 대해 제2전극부(26)가 이격 배치되도록 하기 위함이다.
또한 상기 제2전극부(26)의 상면에는, 상기 LED칩(40)과 제2전극유닛(20) 간의 전기 전도성을 향상시키기 위하여 도금층(23c)이 추가로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 제2전극부(26)의 상면에 LED칩(40)을 실장하면, LED칩(40)의 실장높이가 상승함으로서, 광출력면이 높아져 제1전극유닛(10)의 반구형태의 장착부(35)로 광이 흡수되어 광 출력이 저하되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
다시 말하면, 본 실시예에서는, LED칩(40)의 위치를 높이는 구조를 채택하여 LED칩(40)으로부터 발생된 광의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있어 광 손실 방지로 인한 광출력 향상 및 에너지 절감을 실현할 수 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.
10 : 제1전극유닛 11 : 제1전극 연결부
12 : 관통공 13 : 제1전극부
16 : 결합공 20 : 제2전극유닛
21 : 제2전극 연결부 24 : 결합공
26 : 제2전극연결부 30 : 커버
33 : 전극연결공 35 : 장착부
40 : LED칩 50 : 봉지재

Claims (8)

  1. 제1전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제1전극 연결부(11)가 구비되고, 하나 이상의 관통공(12)이 형성되며, 상기 관통공(12)에 인접하여 제1전극부(13)가 상면에 구성되고, 적어도 하면에서 상기 제1전극 연결부(11)를 제외한 영역에 절연층이 형성되는 전기 전도성을 갖는 제1전극유닛(10);
    제2전극에 따른 전류가 도통하도록 일단 또는 양단에는 하나 이상의 제2전극 연결부(21)가 구비되고 상기 제1전극유닛의 저면에 밀착 배치되는 전기 전도성을 갖는 제2전극유닛(20);
    상기 제1전극유닛(10) 상에 적층되고 상기 관통공(12)과 상기 제1전극부(13)에 대응하는 전극연결공(33)이 형성되는 전기 비전도성을 갖는 커버(30); 및
    상기 커버(30) 상에 실장되어 상기 전극연결공(33)을 통하여 제1전극부(13)에 의해 제1전극유닛(10)에 연결되고 상기 관통공(12)을 통하여 제2전극유닛(20)에 연결되는 LED칩(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 연결부(11), 제1전극부(13) 및 적어도 상기 제2전극유닛(20)에서 상기 관통공(12)에 대응되는 부분에는 전기 전도성을 향상시키기 위한 도금층이 형성되는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버(30)에서 상기 LED칩(40)이 장착되는 부분은 오목하게 반구형태로 함몰되고 그 함몰된 중앙부분에 전극연결공(33)이 형성되며,
    상기 제2전극유닛(20)에는, 상기 LED칩(40)의 장착높이를 증대시켜 광출력을 향상시키기 위하여 상기 관통공(12)을 향해 돌출되는 제2전극부(26)가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2전극부(26)는 상기 제2전극유닛(20)의 후면에 압력을 가함에 의해 돌출되고, 그 돌출된 높이는 상기 제2전극유닛(20) 두께의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2전극부(26)의 상면에는, 상기 LED칩(40)과 제2전극유닛(20) 간의 전기 전도성을 향상시키기 위하여 도금층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극은 마이너스 전극이고, 상기 제2전극은 플러스 전극인 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극유닛(10) 또는 제2전극유닛(20)에서, 상기 LED칩(40)으로부터의 열전달이 많은 전극유닛의 단면적을 다른 전극유닛의 단면적보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극 연결부(11)는 인접한 LED 광원 구조체의 제2전극 연결부(21)와 연결되고 상기 제2전극 연결부(21)는 다른 인접한 LED 광원 구조체의 제1전극 연결부(11)와 연결되어 하나의 LED 광원 구조체가 하나 이상의 인접한 LED 광원 구조체와 연결될 수 있도록 상기 제1전극 연결부(11)는 상기 제1전극유닛(10)의 일단에만 형성되고, 상기 제2전극 연결부(21)는 상기 제1전극유닛(10)의 타단에 대응되는 상기 제2전극유닛(20)의 타단에만 형성되는 것을 특징으로 하는 방열성능의 향상 및 전압강하의 방지를 위한 고광력 LED 광원 구조체.
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