KR100688626B1 - 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로, 발광다이오드를 수용하는 금속하우징이 비교적 열전도 효율이 높은 구리 등의 재질로 형성되고, 상기 금속하우징의 하면에 금속하우징보다 넓은 면적을 갖는 히트싱크가 접합되며, 상기 금속하우징의 내부와 외부가 통공으로 연통되고, 상기 히트싱크에 열전도 효율이 더 높은 히트스프레더와 확장방열판이 더 부착되거나, 상기 금속하우징에 상기 히트스프레더 또는 냉각핀이 일체로 접합되어 상기 금속하우징의 냉각효율이 향상되면서 상기 금속하우징에 수용되는 발광다이오드를 보다 높은 효율로 발광시킬 수 있도록 된 것이다.

발광다이오드용 패키지, 백라이트 유닛

Description

발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND BACK LIGHT UNIT USING IT}

도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지의 일부 절결 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지의 단면도,

도 3a는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지 히트스프레더의 사시도,

도 3b는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지 확장방열판의 사시도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지와 히트싱크의 사시도,

도 5 및 도 7은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 단면도,

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

10 - 발광다이오드 패키지 11 - 백라이트 유닛

12 - 회로기판 20 - 발광다이오드

30 - 금속하우징 31 - 측면벽

32 - 저면벽 33 - 경사면

34 - 렌즈장착요홈부 35 - 통공

40 - 렌즈 50 - 금속리드

51 - 절연부재 60 - 히트싱크

61 - 히트스프레더 62 - 확장방열판

63 - 냉각핀 64 - 스페이서부재

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 특히 발광다이오드에서 발생되는 열을 상기 발광다이오드 패키지의 외부로 배출 냉각시키도록 된 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(LED; light emitting diode)는 반도체에 전압을 가해 발생되는 전기장 발광현상을 이용하여 빛을 발생시키도록 되며, 근래 액정디스플레이(LCD ; liquid crystal display)의 백라이트 유닛으로 발광다이오드를 이용한 것이 널리 사용되고 있다.

여기서, 상기 발광다이오드는 p형 반도체 결정과 n형 반도체 결정이 서로 접합된 구조를 갖는 전-광 변환형의 반도체 소자이고, 전기신호를 빛으로 변환시키는 특성 때문에 각종 디스플레이용 광원소자로 사용되고 있다.

또, 상기 발광다이오드는 원소 주기율표상 III족(Al, Ga, In)과 V족(As, P, N, Sb)원소가 화합하여 만들어진 화합물 반도체로서 물질에 따라 빛의 파장이 달라진다.

또한, 상기 발광다이오드의 광 효율은 패키지의 반사 구조에 의해서 결정되고, 신뢰성은 패키지를 포함하는 리드 프레임 구조로부터의 열 방출 능력에 의해서 결정된다.

여기서, 상기 발광다이오드 및 발광다이오드 패키지의 구조는 대한민국 공개특허공보 10-2004-98191호(발광다이오드와 그 패키지 구조체 및 제조방법) 또는 대한민국 등록실용신안공보 20-370479호(발광다이오드의 구조)에 개시된 바와 같이, 베이스 층의 상단에 반사판이 장착되고, 이 반사판의 상단에 발광다이오드가 설치되며, 이 발광다이오드의 양단에 전선이 연결됨과 더불어, 외측으로 뻗어 외부전극과 연결되고, 상기 발광다이오드의 상부에 렌즈가 덮어 씌워진 것으로 구성되는 것이 일반적이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 발광다이오드 패키지는 상기 반도체로 구성된 발광다이오드에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 구조가 제한적이어서, 상기 발광다이오드의 발열로 인한 타 부품의 손상 및 오동작이 유발되는 문제점이 있었다.

또, 상기 액정디스플레이에 적용된 발광다이오드의 경우, 상기 발광다이오드의 발열로 인해 상기 액정디스플레이의 구성 부품이 손상되는 문제점이 발생되었다.

이에 따라, 종래에 상기 발광다이오드에서 발생된 열을 방출할 수 있는 구조 로, 대한민국 공개특허공보 10-2004-33434호(발광다이오드 외부에 방열구조를 부가하는 제조방법)가 있었다.

여기서, 상기 발광다이오드 외부에 방열구조를 부가하는 제조방법은, 상기 베이스 상단에 방열판이 설치되고, 이 방열판의 상단에 상기 발광다이오드를 설치하는 것으로, 상기 발광다이오드에서 발생되는 열이 상기 방열판에 전달되고, 상기 방열판에 전달된 열은 상기 발광다이오드 패키지의 외측으로 표출된 일부 방열판을 통해 외부로 방출되도록 된 것으로, 이는 상기 방열판이 상기 발광다이오드 패키지의 외부로 표출된 면적이 비교적 적고, 상기 방열판이 상기 베이스의 상단에 밀착되어 체결됨에 따라, 상기 방열판의 상면 일부를 통해서만 방열이 이루어지도록 되어 상기 발광다이오드에서 발생된 열을 충분히 방출하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 비교적 밝은 빛이, 즉 높은 발광효율이 요구되는 액정디스플레이의 경우, 상기 발광다이오드로 부터 발생되는 고온의 발열로 인해 상기 액정디스플레이의 밝기가 제한되거나, 상기 발광다이오드를 액정디스플레이에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 발광다이오드에서 발생된 열을 원활하게 방출하여 상기 발광다이오드가 설치된 발광다이오드 패키지의 냉각을 이루도록 된 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 발광다이오드에서 발생되는 열을 용이하게 냉각시켜 비교적 높은 효율의 빛과 이에 따른 고온발열의 냉각이 요구되는 액정디스플레이 장치에 적용할 수 있도록 된 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐쇄된 벽면을 포함하고 발광다이오드가 장착되는 내부공간과, 외부로부터 상기 내부공간으로 전기적 연결을 제공하기 위해 상기 폐쇄된 벽면에 형성된 통공을 포함하는 금속하우징과, 상기 금속하우징의 통공의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며 외부로부터 상기 통공으로 삽입되어 외부로부터 상기 금속하우징의 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 금속리드와, 상기 금속하우징의 통공과 상기 금속하우징의 통공에 삽입된 금속리드 사이의 공간에 충진되어 상기 금속하우징과 상기 금속리드 사이에 절연을 제공하는 절연부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 금속하우징은, 측면벽 및 저면벽은 폐쇄되고 상부면은 개방된 형상을 갖고, 상기 측면벽은 발광다이오드의 발광반사면으로 작용하는 경사면을 갖고, 상기 발광다이오드가 상기 저면벽의 상면 위에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 측면벽의 상면 둘레에는 렌즈장착요홈부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 통공은 상기 저면벽을 상하로 관통하는 관통공이고, 상기 금속하우징은 상기 측면벽 하단으로부터 상기 관통공까지 연장되고 아래 부분이 개방된 금속리드 삽입용 요홈부을 추가로 포함함으로써, 상기 금속리드는 외부로부터 상기 금속리드 삽입용 요홈부 및 상기 관통공을 통해 상기 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 통공은 상기 측면벽을 횡방향으로 관통하는 관통공이고, 상기 금속리드는 외부로부터 상기 관통공을 통해 상기 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 금속하우징은, 순수 구리 및 구리 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 일체로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 금속리드는, 순수 구리, 구리 합금, 철 또는 니켈-철 합금, 인바 합금, 코바 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 절연부재는 글라스 및 절연성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 금속하우징의 저면에 히트싱크가 접합되거나 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 히트싱크는 알루미늄으로 만들어지고, 상기 히트싱크의 상면 또는 상하 양면 위에 구리(Cu) 또는 구리 합금층(Cu alloy), 또는 은(Ag) 또는, 은 합금(Ag alloy)층이 히트 스프레더 층으로 형성되고, 상기 금속하우징은 상기 구리 또는 구리 합금층 또는 은(Ag) 또는, 은 합금(Ag alloy)층으로 이루어진 히트 스프레더 위에 접합되거나 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 히트 스프레더를 형성하는 상기 구리, 은(Ag) 또는 구리, 은(Ag) 합금층 이나, 상기 히트 스프레더가 제공되지 않은 또 다른 면, 즉 상기의 히트 스프레더 합금층이 형성되지 않은 다른 면 위에 방열 면적을 증가시키기 위하여 확장된 방열구조를 갖는 구리 또는 구리 합금 또는 탄소 복합재 구조물이 접합되거나 장착되는 것을 특징으로 한다. 즉, 발광다이오드를 수용하는 금속 하우징이 접합되거나 장착되지 않는 다른 반대 면에 방열 면적을 증가시키기 위하여 확장된 방열구조를 갖는 구리 또는 구리 합금 또는 탄소 복합재 구조물이 접합되거나 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 히트싱크와 상기 금속리드의 저면은 간극을 가져서, 상기 간극으로 회로기판을 삽입하여 상기 금속리드를 회로기판 상에 표면실장형으로 결선시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 금속하우징의 저면에 히트스프레더가 제공된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 금속하우징의 저면에 방열면적을 넓히기 위한 냉각핀이 제공된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 폐쇄된 벽면을 포함하고 발광다이오드가 장착되는 내부공간과, 외부로부터 상기 내부공간으로 전기적 연결을 제공하기 위해 상기 폐쇄된 벽면에 형성된 통공을 포함하는 금속하우징과, 상기 금속하우징의 통공의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며 외부로부터 상기 통공으로 삽입되어 외부로부터 상기 금속하우징의 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 금속리드와, 상기 금속하우징의 통공과 상기 금속하우징의 통공에 삽입된 금속리드 사이의 공간에 충진되어 상기 금속하우징과 상기 금속리드 사이에 절연을 제공하는 절연부재와, 상기 금속하우징의 저면과 접하면서 상기 금속리드의 최저면 부로부터 간극을 갖도록 형성되는 히트싱크와, 상기 금속리드와 히트싱크 사이의 간극으로 삽입되어 상기 금속리드와 전기적으로 결선되는 회로 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지(10)를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지(10)가 히트싱크(60)에 안착된 것을 나타낸 것이며, 도 3a는 본 발명에 따른 히트싱크(60)의 상면에 히트스프레더(61)가 부착된 것을 나타낸 것이고, 도 3b는 본 발명에 따른 히트싱크(60)의 하면에 확장방열판(62)이 부착된 것을 나타낸 것이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지(10)와 히트싱크(60)가 접합된 것을 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 백라이트 유닛(11)을 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛(11)의 내부구성을 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지(10)가 다수 설치된 백라이트 유닛(11)을 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명에 따른 금속하우 징(30)에 히트스프레더(61)가 일체로 형성된 것을 나타낸 것이며, 도 9는 본 발명에 따른 금속하우징(30)에 히트스프레더(61)가 일체로 형성되고, 이 히트스프레더(61)의 하면에 냉각핀(63)이 결합된 것을 나타낸 것이다.

본 발명은, 발광다이오드(20)에서 발생되는 열을 외부로 방출하도록 형성된 발광다이오드 패키지(10) 및 백라이트 유닛(11)을 개시한다.

본 발명에 따라 단일 또는 여러 개의 발광다이오드 소자를 수용할 수 있는 발광다이오드 패키지(10)의 대표적인 구조는, 도 1 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 발광다이오드(20)와, 금속하우징(30)과, 렌즈(40)와, 금속리드(50)와, 히트싱크(60)를 포함하여 구성된다.

상기 발광다이오드(20)는, 반도체의 전기장 발광현상으로 빛을 발생시키도록 된 통상의 발광다이오드이며, 서브마운트의 상단면에 반도체와 전극 등이 형성된 것으로 한다. 이 발광다이오드의 전극은 금속리드(50)와 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전기적으로 연결된다.

상기 금속하우징(30)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 비교적 열 전도율이 높은 구리(Copper : 397W/mK)로 형성되며, 상기 발광다이오드(20)를 수용할 수 있는 박스형상으로 형성된다.

또, 상기 금속하우징(30)은, 세라믹 등 통상의 재질보다 방열효율이 높은 상기 구리(Copper : 397W/mK) 또는 알루미늄(Aluminum : 230W/mK) 등의 금속 및 그 합금으로 형성되며, 은(Silver : 428W/mK)이 외부 피막(도금)층으로 제공되며, 산업상 이용이 용이하면서 열전도도가 높은 구리 또는 구리합금으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속하우징(30)의 성형은, 고분자 화합물과 상기 구리 및 구리합 금의 분말을 혼합하고, 이 혼합물을 상기 금속하우징 형상의 틀 즉 금형에 넣은 후에 압력을 가해 사출을 이루고, 이렇게 고압에서 사출된 금속의 내부에 포함된 상기 고분자 화합물에 열을 가해 상기 고분자 화합물을 제거하고 소결하는 과정으로 이루어지며, 이러한 방법으로 성형된 금속하우징(30)은 금속의 성질을 갖으면서 비교적 높은 밀도의 금속하우징의 성형체가 얻어진다.

또, 상기 금속하우징(30)은, 저면벽(32)과, 측면벽(31) 및 경사면(33)을 포함하여 구성된다.

상기 저면벽(32)은, 상기 금속하우징(30)의 하부로 구성되며, 상기 발광다이오드(20)가 안착되도록 평판 형상을 이루고 형성된다.

상기 측면벽(31)은 상기 금속하우징(30)의 상부로 구성되며, 그 중앙부가 상기 금속하우징(30)의 상면 개구로 인해 개구된 통형상으로 형성된다.

상기 경사면(33)은 상기 금속하우징(30) 상면 개구의 내측벽면이 하방향으로 가면서 좁아지는 경사를 이루어 형성되며, 상기 측면벽(31)의 상단에서 하단에 이르도록 개구된 개구의 내측면으로 이루어진다.

또, 상기 금속하우징(30)은 통공(35)을 포함하여 구성된다.

상기 통공(35)은, 상기 금속하우징(30)의 저면벽(32)에 안착된 발광다이오드(20)의 양측부 상기 저면벽(32)의 일부가 상/하방향으로 관통되어 이루어진다.

또, 상기 통공(35)은, 상기 저면벽(32)의 상/하방향으로 관통된 부분에서 수직으로 다시 관통되어 상기 저면벽(32)의 양측 외부로 확장되어 후술하는 금속리드가 삽입되는 금속리드 삽입용 요홈부가 관통 형성된다.

또한, 상기 통공(35)은 상기 금속하우징(30)의 측면벽(31) 중앙에 개구로 인해 형성된 경사면(33)에서 상기 측면벽(31)의 외측으로 관통되어 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 금속하우징(30)은 그 상면에 렌즈장착요홈부(34)를 포함하여 구성된다.

상기 렌즈장착요홈부(34)는 상기 금속하우징(30)의 측면벽(31) 상면 상기 개구의 외주 둘레에 내측으로 함몰되어 형성되며, 후술하는 반구형상의 렌즈(40) 하면 외주가 삽입되어 고정되도록 상기 렌즈(40)의 하면 외주 형상과 동일한 원형으로 함몰된 홈으로 형성된다.

상기 렌즈(40)는 상기 렌즈장착요홈부(34)에 그 하단이 삽입되어 고정되도록 반구형상을 이루고 형성되며, 상기 발광다이오드(20)에서 발광되는 빛이 투광되도록 투명하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 금속리드(50)는 상기 발광다이오드(20)의 전극과 와이어 본딩으로 연결되어 상기 발광다이오드(20)에 통전 가능하도록 형성되며, 상기 발광다이오드 패키지(10)의 외부로 연결되도록 구성된다.

상기 금속리드(50)는 상기 발광다이오드(20)가 안착된 저면벽(32)의 상면에서 상기 저면벽(32)의 하면에 이르도록 횡방향으로 관통된 통공(35)에 삽입되도록 상기 금속하우징(30)의 상/하방향으로 뻗어 형성되고, 상기 통공(35)이 저면벽(32)의 외측면으로 관통되도록 확장된 경우, 상기 금속리드(50)가 상기 통공(35)의 형상을 따라 수직방향으로 굴곡되어 상기 통공(35)의 외측으로 뻗어 형성된다.

여기서, 상기 금속리드(50)는 상기 통공(35)의 중앙부에 설치되어 상기 통공(35)의 내측벽면과 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또, 상기 금속리드(50)는 상기 발광다이오드의 전극과의 와이어 본딩이 용이하도록, 보다 넓은 면적을 갖는 사각형이나 판 형상으로 구성된다.

또한, 상기 금속리드(50)는 상기 저면벽(32)의 상면에서 통공(35)에 이르도록 뻗어 형성되고, 상기 통공(35)을 따라 금속하우징(30)의 외부로 뻗어 형성되며, 상기 저면벽(32)의 하면, 즉 상기 발광다이오드 패키지(10)의 바닥과 소정간격 이격되어 상기 판형상으로 형성된 금속리드(50)의 상면 및 하면을 통해 발열을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 금속리드(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발광다이오드 패키지(10)의 외부에서 다른 부품과 연결되도록 그 일부가 굴곡되어 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 금속리드(50)의 외측부가 후술하는 회로기판(12)에 접속되도록 상기 회로기판(12)이 형성된 방향, 즉 상기 발광다이오드(20)의 바닥면 방향으로 굴곡되어 형성된다.

여기서, 상기 금속리드(50)의 양끝 선단이 상기 회로기판(12)에 접속된 상태에서 상기 금속리드(50)의 대부분은 상기 회로기판(12)의 상면에서 소정간격 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속리드(50)의 금속하우징(30) 결합부분은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 절연부재(51)로 절연된다.

또, 상기 금속리드(50)는 통전이 가능하도록 순수 구리, 구리 합금, 철 합 금, 니켈-철 합금, 인바 합금, 코바 합금 등의 금속 또는 이 금속이 속하는 금속군 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 절연부재(51)는 상기 금속리드(50)가 금속하우징(30)의 저면벽(32) 상면에 이르도록 위치된 상태에서, 금속으로 형성된 금속하우징(30)과 접촉되는 것을 방지하도록 상기 금속리드(50) 외주에 감싸져 형성되어 상기 저면벽(32) 상면의 통공(35) 내벽면에 접합되도록 형성된다.

또, 상기 절연부재(51)는 통전이 차단되도록 글라스 및/또는 절연성 고분자로 이루어지는 군 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 히트싱크(60)(heat sink)는 도 2 내지 도 3b에 도시되 바와 같이, 상기 발광다이오드 패키지(10)가 안착되는 판재로 구성되며, 비교적 방열효율이 높으면서 소정강도를 갖는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 금속하우징(30)의 고정을 이루는 정도의 강도와 방열효율을 갖는 임의의 금속으로 이루어 질 수 있음은 물론이다.

또, 상기 히트싱크(60)는 히트스프레더(61)(heat spreader)와 확장방열판(62)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 히트스프레더(61)는 상기 히트싱크(60)의 상면에 접합되어 상기 발광다이오드 패키지(10)와 직접 접촉되도록 상기 히트싱크(60)의 형상과 동일한 판형상으로 형성된다.

또, 상기 히트스프레더는 상기 히트싱크(60)의 방열효율 보다 높은 방열효율을 갖는 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 상기 히트싱크(60)가 알 루미늄(Aluminum : 230W/mK)으로 형성됨에 따라 상기 히트스프레더(61)는 상기 히트싱크(60)보다 열전도도가 높은 구리(Copper : 397W/mK) 또는 은 또는 이의 합금으로 구성된다.

또한, 상기 히트스프레더(61)는, 구리, 은, 구리 합금, 은 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 확장방열판(62)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크(60)의 하면에 상기 히트싱크와 동일한 판재 형상을 이루고 밀착되며, 상기 히트싱크(60)의 상/하 방향으로 다수의 개구가 형성된 형상(본 실시 예에서는 벌집형 구조)을 이루고 형성된다.

여기서, 상기 확장방열판(62)에 다수의 개구가 형성됨에 따라, 상기 확장방열판(62)의 방열면적이 확장되어 상기 히트싱크(60)로부터 전달되는 열의 방출이 보다 증가된다.

또, 상기 확장방열판(62)은, 비교적 열전도도가 높은 구리, 은, 구리 합금, 은 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4a 및 도 4b는 상기 발광다이오드 패키지(10)가 히트싱크(60)에 안착된 것을 도시한 것이다.

여기서, 상기 발광다이오드 패키지(10)의 금속하우징(30)에 형성된 통공(35)이 상기 금속하우징(30)의 외측으로 관통되도록 형성되며, 이 통공(35)을 통해 상기 발광다이오드(20)와 전기적으로 연결된 금속리드(50)가 돌출되고, 이 금속리드 (50)는 상기 히트싱크(60)의 상면과 소정간격 간극을 이루도록 이격되어 설치된다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 백라이트 유닛(11)을 도시한 것으로, 상기 발광다이오드 패키지(10)는 외부 회로기판(12) 등과 전기적으로 연결되어 작동되므로, 상기 발광다이오드 패키지(10)에 회로기판(12)이 연결되고, 이때 상기 회로기판(12)은 상기 발광다이오드 패키지(10)의 외측 상기 히트싱크(60)의 상면에 안착되어 조립되며, 상기 회로기판(12)의 접속부는 상기 히트싱크(60)와 금속리드(50)의 간극으로 삽입되어 상기 금속리드(50)와 연결된다.

또, 상기 회로기판(12)의 상기 금속리드(50) 접속부에 상기 금속리드의 방향으로 볼록하게 돌출된 다수의 전극을 갖는 솔더링패드가 형성되어 상기 금속리드(50)와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회로기판(12)과 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)는 상호 이격되어 설치되도록 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)의 상면에서 상방향으로 돌출된 스페이서부재(64)가 더 구비될 수도 있다.

또, 상기 스페이서부재(64)는 상기 회로기판(12)의 하면에서 하방향으로 돌출되어 상기 스페이서부재(64)의 하단이 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)의 상면에 접해 상기 회로기판(12)과 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)를 상호 이격시키도록 될 수 있음은 물론이다.

도 7은 다수의 발광다이오드 패키지(10)가 단일 회로기판(12)에 조립된 것을 나타낸 것이다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예들을 도시한 것으로, 도 8에 나타낸 본 발명은 상기 금속하우징(30)의 하면에 상기 히트스프레더(61)가 일체로 형성되어 상기 히트싱크(60)에 접합되는 것을 나타낸 것으로, 상기 금속하우징(30)과 히트스프레더(61)는 모두 구리 재질로 형성되고, 상기 히트싱크는 알루미늄 재질로 형성되므로, 상기 금속하우징(30)과 히트스프레더(61)가 일체 형성되어 상기 히트싱크(60)의 상면에 형성된 홈에 안착되도록 된다.

도 9에 나타낸 본 발명은 상기 히트싱크(60)에 안착된 히트스프레더(61)의 하면에 냉각핀(63)이 체결된다.

상기 냉각핀(63)은 다수의 판재가 상기 히트싱크에 수직되는 방향으로 배열되어 상기 다수의 냉각핀(63) 판재 사이로 공기가 유통되면서 냉각을 이루도록 구성된 것으로, 상기 히트스프레더(61)가 접합되는 부분의 히트싱크가 관통되고 이 관통구를 통해 상기 히트스프레더(61)와 연결된다.

또, 상기 냉각핀(63)은 상기 히트싱크(60)의 하면에 직접 연결될 수 있음은 물론이다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명 발광다이오드용 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛의 제작과정 및 작용을 설명한다.

발광다이오드(20)의 방열을 돕도록 비교적 열전도도가 높은 구리 또는 구리 합금 등의 재질로 금속하우징(30)을 성형하고, 바람직하기로는 상기 금속하우징(30)의 표면에 은 피막을 입힌다.

상기 금속하우징(30)의 하부를 이루는 저면벽(32)에 관통된 통공(35)과 금속리드 삽입용 요홈부를 통해 상기 금속하우징(30)의 양측으로 뻗는 금속리드(50)를 삽입 결합한다.

상기 금속하우징(30)은, 구리 및 구리합금을 사출 성형하여 제작하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 금속리드(50)와 상기 금속하우징(30)이 절연되도록 전기절연성을 갖는 재질의 절연부재(51)를 상기 금속리드(50)의 상단부와 통공(35)의 상단 내측벽면 사이에 상기 금속리드(50)를 감싸도록 결합한다.

상기 금속리드(50)는, 구리 또는 구리합금 또는 철계 합금 또는 니켈-철 합금 또는 인바 합금 또는 코바 합금으로 이루어지는 군에서 선택하는 것이 바람직하다.

또 상기 절연부재는 글라스 및 절연성 고분자로 이루어지는 군중에서 선택하는 것이 바람직하다.

상기 발광다이오드 패키지(10)를 히트싱크(60)의 어느 한 면에 형성된 히트스프레더의 상면에 밀착시켜 상기 발광다이오드(20)의 조립을 완료하며, 이때, 상기 발광다이오드 패키지(10)의 금속리드(50)는 상기 히트싱크(60)와 소정간격 이격되도록 구성되어 상기 금속리드(50)의 상면 및 하면을 통해 방열이 되고, 전기적 결선을 제공하여 회로기판(12)의 조립이 가능하도록 구성된다.

상기 발광다이오드 패키지(10)와 히트싱크(60)가 결합된 상태에서 상기 발광다이오드(20)의 외부 상기 히트싱크(60)의 상면에 회로기판(12)이 체결된다.

이때, 상기 회로기판(12)의 금속리드(50) 접속부 또는 솔더링패드가 상기 금속리드(50)의 하면에 전기적으로 접속되면서 상기 발광다이오드(20)와 상기 회로기 판(12)이 전기적으로 연결되어 백라이트 유닛(11)이 형성된다.

여기서, 상기 발광다이오드 패키지(10)와 히트싱크(60) 상에 형성된 히트스프레더가 결합된 상태에서 상기 발광다이오드 패키지(10)의 금속리드(50)와 상기 히트싱크(60)의 상면 사이의 공간으로 상기 회로기판(12) 및 솔더링패드 부분을 밀어 넣어 상호 접합되도록 하는 표면실장형으로 상기 발광다이오드 패키지(10)와 회로기판(12)을 상호 결합함과 더불어, 전기적 연결을 이루도록 구성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)의 상면에 안착되는 회로기판(12)은 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)의 상면에서 돌출된 스페이서부재(64)의 상단에 그 하면이 안착되면서 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)과 소정간격 이격되어 설치되고, 이 이격된 틈으로 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)에서 방출되는 열이 상기 회로기판(12)에 직접 영향을 주지 않고 외부로 방열된다.

상기 회로기판(12) 또는 상기 회로기판(12)에 연결된 외부전원에서 전원이 인가되면 상기 회로기판(12)의 전기적 작용에 상기 발광다이오드 패키지(10)의 양측 금속리드(50)에 전압 차가 발생되면서 상기 양측 금속리드(50)에 연결된 전선 및 상기 발광다이오드(20)에 전류 통전을 위한 전기장이 형성되고, 이 전기장에서 발광된 빛이 상기 발광다이오드(20)의 외부로 조사된다.

상기 발광다이오드에서 조사된 빛은 상기 발광다이오드의 개방된 외측 즉 상기 금속하우징(30)의 저면벽(32) 상부로 조사됨과 더불어, 상기 금속하우징(30)의 상부를 이루는 측면벽(31)에 형성된 경사면(33)에서 반사되면서 상기 금속하우징(30)의 상면 개구로 조사된다.

상기 금속하우징(30)의 상면 개구로 조사된 빛은 상기 상면개구의 상부에 형성된 렌즈(40)를 통해 반사 또는 굴절되면서 외부로 조사된다.

이때, 상기 발광다이오드(20)에 형성되는 전기장으로 인해 열이 발생되고, 상기 발광다이오드(20)에서 발생된 열은 상기 발광다이오드(20)의 외부로 방출된다.

상기 발광다이오드(20)의 외부로 방출된 열은 상기 발광다이오드(20)를 감싸고 있는 금속하우징(30)과 렌즈(40) 등에 전달되거나 발광다이오드(20)의 주변에 대류되면서 지속적으로 가열된다.

상기 금속하우징(30)에 전달된 열은 상기 금속하우징(30)의 외측 외표면 등을 통해 외부로 방출되어 냉각되고, 또 상기 금속하우징(30)의 하면을 통해 전달된 열은 상기 금속하우징(30)의 하면에 밀착된 히트 스프레더와 히트싱크(60)로 전달된다.

이때, 상기 히트싱크(60)의 상면에 히트스프레더(61)가 접합됨에 따라 상기 금속하우징(30)에서 전달된 열은 상기 히트스프레더(61)로 전달되어 상기 히트스프레더(61)가 외부로 노출된 전면을 통해 냉각된다.

또, 상기 히트스프레더(61)에서 미처 냉각되지 못한 열은 상기 히트싱크(60)로 전달되고, 상기 히트싱크(60)로 전달된 열은 상기 히트싱크(60)의 하면을 통해 외부로 방출된다.

또한, 상기 히트싱크(60)의 하면에 확장방열판(62)이 부착된 경우, 상기 히트싱크(60)의 하면의 표면적이 보다 확장되므로, 상기 확장된 히트싱크(60) 및 확장방열판(62)의 전면을 통해 보다 원활히 열이 방출되어 상기 발광다이오드 패키지(10)가 냉각된다.

또, 상기 금속하우징(30)에 전달된 열 중에서 일부 열은 상기 금속하우징(30)의 양측으로 관통된 통공(35)을 통해 외부로 방출되어 냉각되며, 상기 발광다이오드(20)의 주위로 대류되는 열 중 일부는 상기 발광다이오드(20)의 양측부에 체결된 금속리드(50)로 전달된다.

상기 금속리드(50)로 전달된 열은 상기 금속리드(50)의 형상에 따라 상기 통공(35)을 통해 상기 발광다이오드 패키지(10)의 외부로 돌출된 금속리드(50)의 상면 및 하면으로 전달되어 상기 발광다이오드 패키지(10)의 외부로 노출된 금속리드(50)의 상/하면을 통해 상기 열이 방출되면서 냉각된다.

또한, 상기 금속하우징(30)의 상부 측면벽(31)에 통공(35)이 형성된 경우, 상기 발광다이오드(20)에서 발생된 열이 대류되면서 상기 금속하우징(30) 개구부의 상부로 상승되고, 이 상승된 열이 상기 금속하우징(30)의 상부에 개구된 통공(35)을 통해 외부로 방출되면서 냉각된다.

또, 상기 금속하우징(30)과 히트스프레더(61)가 일체로 형성된 경우, 상기 발광다이오드(20)에서 발생되어 금속하우징(30)으로 전달된 열이 상기 금속하우징(30)의 외표면을 통해 방출됨과 더불어, 상기 금속하우징(30)에 일체로 형성된 히트스프레더(61)에 전달되어 상기 금속하우징(30) 외측에 위치된 히트스프레더(61) 의 외표면을 통해 외부로 방출되면서 냉각된다.

또한, 상기 금속하우징(30) 또는 히트스프레더(61)의 하면에 냉각핀(63)이 형성된 경우, 상기 금속하우징(30) 또는 히트스프레더(61)에 전달된 열이 상기 냉각핀(63)으로 전달되고, 상기 냉각핀(63)으로 전달된 열이 냉각핀(63)의 공기유통로로 유통되는 공기에 의해 냉각되면서 상기 금속하우징(30)이 냉각된다.

이에 따라, 상기 발광다이오드(20)에서 발생되는 열이 비교적 열전도도가 높은 구리 등의 재질로 형성된 금속하우징(30)을 통해 외부로 방출되면서 냉각되고, 상기 금속하우징(30)의 양측 외부로 관통된 통공(35)을 통해 방출되면서 상기 발광다이오드 패키지(10)가 보다 높은 효율로 냉각됨에 따라, 상기 발광다이오드(20)의 발열로 인해 제한된 발광효율을 보다 증가시켜 사용하게 된다.

또, 상기 발광다이오드(20)에서 발생된 열이 금속하우징(30)과 통공(35)을 통해 외부로 방출되어 냉각됨은 물론, 상기 금속하우징(30)에 접한 히트싱크(60)에 의해 외부로 방출되면서 냉각을 이루도록 되어 상기 발광다이오드 패키지(10)의 냉각효율이 증가된다.

또한, 상기 히트싱크(60)의 상면 및 하면에 보다 높은 효율로 열을 방출하는 히트스프레더(61)와 확장방열판(62)이 더 부착됨에 따라, 상기 발광다이오드 패키지(10)의 냉각효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

또, 상기 금속하우징(30)에 히트스프레더(61)를 일체로 형성하여 열의 전달효율을 향상시켜 그 냉각효율을 더 증가시킬 수 있고, 상기 히트싱크(60) 또는 히트스프레더(61)에 냉각핀(63)을 더 부착하여 상기 냉각핀(63)의 공기 유통을 통한 냉각으로 상기 발광다이오드 패키지(10)의 냉각효율을 보다 증가시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛에 적용되는 발광다이오드를 수용하는 금속하우징이 구리 등의 열전도도가 높은 재질로 형성되어 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛에 적용되는 금속하우징에 내부와 외부로 관통되는 통공이 형성되고, 이 통공을 통해 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛 내부의 열이 방출되도록 됨에 따라 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛에 적용되는 금속하우징에 통공이 관통 형성되고, 이 통공으로 금속리드가 외부로 돌출 형성됨에 따라, 상기 통공을 통해 열이 방출됨과 더불어, 상기 금속리드의 외측 전체면을 통해 열이 방출되어 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 냉각효율이 더욱 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 금속하우징이 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛 외부의 히트싱크에 안착됨에 따라, 상기 금속하우징의 열이 보다 넓은 면적을 갖는 히트싱크 및 상기 히트싱크의 열전도도를 높이는 히트스프레더 또는 확장방열판을 통해 외부로 방출되면서, 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 금속하우징에 히트스프레더가 일체로 형성되어 상기 금속하우징의 열 방출 효율이 더욱 증가되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는, 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 금속하우징에 접합되는 히트싱크 또는 히트스프레더에 냉각핀이 더 부착되어 상기 냉각핀의 공기 유통을 통한 냉각으로 상기 발광다이오드 패키지 및 백라이트 유닛의 냉각효율이 더욱 증가되는 효과가 있다.

Claims (19)

1. 측면벽 및 저면벽이 폐쇄되고 상부면이 개방된 형상이어서 폐쇄된 벽면을 포함하고 저면벽 위에 하나 이상의 발광다이오드가 장착될 수 있는 내부공간을 가지며, 폐쇄된 벽면을 관통하도록 형성되어 외부로부터 내부공간으로 연통되는 통공을 포함하는 금속하우징과,

   금속하우징 통공의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며 외부로부터 상기 통공으로 삽입되어 외부로부터 금속하우징의 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 금속리드와,

   금속하우징의 통공과 금속하우징의 통공에 삽입된 금속리드 사이의 공간에 충진되어 금속하우징과 금속리드 사이에 절연을 제공하는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
2. 폐쇄된 벽면을 포함하고 발광다이오드가 장착되는 내부공간과, 폐쇄된 벽면을 관통하도록 형성되어 외부로부터 내부공간으로 연통되는 통공과, 폐쇄된 벽면에 방열면적을 넓히기 위해 형성되는 냉각핀을 포함하며 폐쇄된 벽면과 냉각핀이 하나의 몸체로 형성된 금속하우징과,

   금속하우징 통공의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며 외부로부터 상기 통공으로 삽입되어 외부로부터 금속하우징의 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 금속리드와,

   금속하우징의 통공과 금속하우징의 통공에 삽입된 금속리드 사이의 공간에 충진되어 금속하우징과 금속리드 사이에 절연을 제공하는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
3. 제1항에 있어서,

   측면벽은 발광다이오드의 발광반사면으로 작용하는 경사면을 갖고, 상면 둘레에는 렌즈가 장착되는 렌즈장착요홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
4. 제1항에 있어서,

   통공은 저면벽을 상하로 관통하는 관통공이고, 금속하우징은 측면벽 하단으로부터 관통공까지 연장되고 아래 부분이 개방된 금속리드 삽입용 요홈부을 추가로 포함함으로써, 금속리드는 외부로부터 금속리드 삽입용 요홈부 및 관통공을 통해 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
5. 제1항에 있어서,

   통공은 측면벽을 횡방향으로 관통하는 관통공이고, 금속리드는 외부로부터 관통공을 통해 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   금속하우징은, 순수 구리 및 구리 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 일체로 만들어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   금속리드는, 순수 구리, 구리 합금, 철계 합금, 니켈-철 합금, 인바 합금, 코바 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   절연부재는 글라스 및 절연성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   금속하우징의 저면에 히트싱크가 접합되거나 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
10. 제9항에 있어서,

    히트싱크는 알루미늄으로 만들어지고, 알루미늄보다 우수한 열전도도를 갖는 재질로 형성되는 히트스프레더를 포함하고, 금속하우징의 저면에 히트스프레더가 접합되거나 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
11. 제10항에 있어서,

    히트스프레더는 구리, 은, 구리 합금, 은 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
12. 제10항에 있어서,

    히트스프레더가 형성되지 않은 면에 방열 면적을 증가시키기 위하여 확장방열판이 접합되거나 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
13. 제9항에 있어서,

    히트싱크와 금속리드의 저면은 간극을 가져서, 간극으로 회로기판을 삽입하여 금속리드를 회로기판상에 표면실장형으로 결선시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
14. 제13항에 있어서,

    금속리드와 회로기판의 결선부분을 제외한 나머지 금속리드 부분은 회로기판과 히트스프레더 및 히트싱크에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
15. 제14항에 있어서,

    회로기판의 하면과 히트싱크의 상면 사이에 별도의 스페이서 부재가 제공되어 회로기판이 히트싱크로부터 이격되면서 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    금속하우징에 히트스프레더가 접합되거나 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
17. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    금속하우징에 방열면적을 넓히기 위한 냉각핀이 접합되거나 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 패키지.
18. 폐쇄된 벽면을 포함하고 하나 이상의 발광다이오드가 장착될 수 있는 내부공간과, 폐쇄된 벽면을 관통하도록 형성되어 외부로부터 내부공간으로 연통되는 통공을 포함하는 금속하우징과,

    내부공간에 장착되는 하나 이상의 발광다이오드와,

    금속하우징의 통공의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며 외부로부터 통공으로 삽입되어 외부로부터 금속하우징의 내부공간으로 전기적 연결을 제공하는 금속리드와,

    금속하우징의 통공과 금속하우징의 통공에 삽입된 금속리드 사이의 공간에 충진되어 금속하우징과 금속리드 사이에 절연을 제공하는 절연부재와,

    발광다이오드와 금속리드의 일단을 전기적으로 연결하는 결선 부재와,

    금속하우징에 인접 위치하여 금속리드의 타단과 전기적으로 결선되는 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
19. 제18항에 있어서,

    금속하우징에는 히트싱크, 히트스프레더 및 냉각핀 중 하나 이상이 접합되거나 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.

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