JP2017504948A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ照明装置に係り、該ＬＥＤ照明装置は、板状構造に形成される印刷回路基板と、印刷回路基板の一面に実装されるＬＥＤチップと、印刷回路基板の他面に結合される支持体と、ＬＥＤチップで発生する熱を冷却するように、支持体に結合されるヒートシンクとを含み、該支持体は、両面を貫通する断続的な貫通ホールが形成され、該ヒートシンクは、一部分が支持体の一面から貫通ホールに挿入され、印刷回路基板と接触しながら支持体と結合される。

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置に関する。

ＬＥＤ（light emittingdiode）照明装置では、ＬＥＤの発熱によって、多量の熱が生じる。一般的に、ＬＥＤ照明装置が過熱されれば、作動エラーが生じたり損傷したりするため、過熱を防止するための放熱構造が必須に要求される。また、ＬＥＤに電源を供給する電源装置の場合にも、多くの熱を発生させ、過熱されれば、寿命が短縮されるというような問題がある。

従来技術としては、韓国公開実用新案第２０−２００９−００４６３７０号に開示された技術などがある。

従来技術によるＬＥＤ照明装置の場合、ＬＥＤチップがパッケージングされたＬＥＤパッケージ、上面にＬＥＤパッケージが実装されるメタルＰＣＢ（printed circuit board）、及びそのようなメタルＰＣＢの下面に装着されるヒートシンクによって構成される。

そのような従来技術によれば、ＬＥＤチップで発生した熱は、ＬＥＤパッケージのパッケージ基板及びメタルＰＣＢを経て、ヒートシンクに伝達される。しかし、そのような従来技術による場合、熱の伝達経路上に多数の部品が存在し、それら部品の熱抵抗がいずれも作用するので、ＬＥＤチップで生じる熱が効果的に放出されないという問題がある。

また、ＬＥＤ照明装置の構造及び製造過程が複雑であり、コスト面及び時間的な面で非効率的であるという問題がある。

本発明は、単純な構造を有しながらも、高い放熱性能を有するＬＥＤ照明装置を提供するためのものである。

本発明の一側面によれば、板状構造に形成される印刷回路基板と、印刷回路基板の一面に実装されるＬＥＤチップと、印刷回路基板の他面に結合される支持体と、ＬＥＤチップで発生する熱を冷却するように、支持体に結合されるヒートシンクとを含み、支持体は、両面を貫通する断続的な貫通ホールが形成され、ヒートシンクは、一部分が支持体の一面から貫通ホールに挿入され、印刷回路基板と接触しながら支持体と結合されることを特徴とするＬＥＤ照明装置が提供される。

ここで、ヒートシンクは、細管型に形成されて作動流体が注入され、支持体と熱伝達自在に結合される吸熱部と、吸熱部で吸収された熱を放出する放熱部とを具備した振動細管型のヒートパイプループを含み、ヒートパイプループは、吸熱部が支持体の一面から貫通ホールに挿入され、印刷回路基板と接触しながら支持体と結合される。

ヒートシンクは、熱伝導性金属を、ワイヤまたはコイルの形状で形成した放熱体を含んでもよい。

支持体とヒートシンクは、熱伝導性接着剤によって互いに結合される。

そして、ヒートパイプループは、螺旋形構造に形成されており、放射状の放熱部が形成されるように環状に配置される。

本発明の実施形態によれば、ヒートシンクの一部分が支持体を貫通し、印刷回路基板と接触しながら支持体に結合されるので、単純な構造を有しながらも、高い放熱性能を有するＬＥＤ照明装置を具現することができる。

本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置において、印刷回路基板、支持体及びヒートシンクが結合された構造をさらに詳細に示した図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置において、ヒートシンクが支持体の貫通ホールに挿入された状態を示した図である。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施形態について説明するために使用されたものであり、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。

本出願において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書全体において、「上に」ということは、対象部分の上または下に位置するということを意味するものであり、必ずしも重力方向を基準に上側に位置することを意味するものではない。

また、結合とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間において、物理的に直接接触する場合のみを意味するものではなく、他の構成が各構成要素間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触している場合まで包括する概念で使用するものである。

また、第１、第２のような用語は、多様な構成要素についての説明に使用されるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されるものではない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。

図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示したものであり、本発明は、必ずしも図示されたところに限定されるものではない。

以下、本発明によるＬＥＤ（light emitting diode）照明装置の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明するが、添付図面を参照して説明するにあたり、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一の図面番号を付し、それに係わる重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した斜視図である。図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を示した断面図である。図４は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置において、印刷回路基板、支持体及びヒートシンクが結合された構造をさらに詳細に示した図である。図５は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置において、ヒートシンクが支持体の貫通ホールに挿入された状態を示した図である。

図１ないし図５に図示されているように、本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００は、印刷回路基板１００、ＬＥＤチップ２００、支持体３００及びヒートシンク４００を含む。

印刷回路基板１００は、板状構造に形成される部分であり、図１ないし図５に図示されているように、一面にＬＥＤチップ２００が実装され、他面に支持体３００が結合される。そのような印刷回路基板１００は、ＦＲ−４（flame retardant type 4）のような絶縁層、及びそれに形成された回路パターンからなる。

ＬＥＤチップ２００は、印刷回路基板１００の一面に実装される部分であり、電気エネルギーを利用して、光を発散させることができる。その場合、ＬＥＤチップ２００は、パッケージ基板と、そこに実装されてパッケージングされたＬＥＤ素子とから構成されるＬＥＤパッケージなどであってもよく、ＬＥＤチップ２００の具体的な構成、個数及び配置は、必要によって多様に選択される。

支持体３００は、印刷回路基板１００の他面に結合される部分であり、印刷回路基板１００とヒートシンク４００との結合をさらに安定させるための補助的な部材でもある。

ヒートシンク４００は、ＬＥＤチップ２００で発生する熱を冷却するように、支持体３００に結合される部分であり、熱伝導現象ないし熱対流現象を利用して、ＬＥＤチップ２００から、印刷回路基板１００及び支持体３００を通じて伝達された熱を放熱することができる。

一方、ヒートシンク４００は、図１ないし図５に図示された構造に限定されるものではなく、銅のような熱伝導性金属を、ワイヤまたはコイルなどの形状で形成した放熱体が使用されてもよく、必要に応じて多様に変形される。特に、ヒートシンク４００は、放熱ピン構造を介して、放熱効率を極大化することができる構造に形成される。

ここで、支持体３００は、両面を貫通する断続的な貫通ホール３１０が形成され、ヒートシンク４００は、一部分が支持体３００の一面から貫通ホール３１０に挿入され、印刷回路基板１００と接触しながら支持体３００と結合される。

その場合、断続的な貫通ホール３１０とは、図５に図示されているように、複数の貫通ホール３１０が、支持体３００の一面に沿って、互いに連結されずに断絶されるように形成されることをいう。

特に、図４及び図５に図示されているように、ヒートシンク４００は、放熱ピン構造に形成され、それぞれの放熱ピンが、貫通ホール３１０に挿入されることにより、それぞれの放熱ピンが、印刷回路基板１００と直接接触する構造を形成することができる。

すなわち、印刷回路基板１００の一面に、熱伝導性接着剤層が形成され、そのような熱伝導性接着剤層に、それぞれの放熱ピンが埋め込まれ、事実上それぞれの放熱ピンが印刷回路基板１００内に配置されるか、あるいはそれぞれの放熱ピンが、支持体３００を貫通し、印刷回路基板１００と結合されるＦＩＩＰ（fin implantation in ＰＣＢ）構造を形成することができる。

そのようなＦＩＩＰ構造の場合、ＬＥＤチップ２００及び印刷回路基板１００と、ヒートシンク４００との間に、別途の熱伝達物質（ＴＩＭ：thermal interface material）の介在を基本的に除去することができる。

このように、本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００は、ＬＥＤチップ２００で発生する熱が、複雑な熱伝達経路を経ずに、印刷回路基板１００に直接結合されたヒートシンク４００を介して放熱されるので、熱抵抗を最小化するというように、相対的に放熱効率を高めることができる。

本実施形態によるＬＥＤ照明装置１０００において、ヒートシンク４００は、細管型に形成されて作動流体が注入され、支持体３００と熱伝達自在に結合される吸熱部と、吸熱部で吸収された熱を放出する放熱部とを具備した振動細管型のヒートパイプループ４１０を含んでもよく、そのようなヒートパイプループ４１０は、吸熱部が、支持体３００の一面から貫通ホールに挿入され、印刷回路基板１００と接触しながら支持体３００と結合される。

それにより、それぞれの吸熱部が、それに対応するそれぞれの貫通ホール３１０に挿入され、支持体３００と結合させることにより、発熱体で発生する熱のうち一部は、支持体３００を経ずに、印刷回路基板１００から直接ヒートパイプループ４１０に伝達される。

その結果、さらに安定して吸熱部の位置が固定されながらも、熱伝達経路が相対的に単純になるので、放熱効率低下を適切に防止することができる。

その場合、図１ないし図５に図示されているように、ヒートパイプループ４１０において、支持体３００と結合される部分は、支持体３００から熱を伝達される吸熱部でもある。そして、支持体３００から離隔されたヒートパイプループ４１０の外側部分は、主な放熱部にもなる。

特に、本実施形態のヒートパイプループ４１０は、流体動圧（fluid dynamic pressure）を利用した振動細管型のヒートパイプによってなることにより、大量の熱を迅速に発散させることができる。また、細管型構造のヒートパイプは、軽量であるので、本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００を構成するとき、構造的にも安定する。

振動細管型ヒートパイプは、細管内部に作動流体と気泡とが所定の比率で注入された後、細管内部が外部から密閉される構造を有する。それによって、振動細管型ヒートパイプは、気泡及び作動流体の体積膨脹及び凝縮によって、熱を潜熱の形態で大量で輸送する熱伝達サイクルを有する。

熱伝達メカニズムについて述べれば、熱を吸収した吸熱部では、吸収された熱量ほど核沸騰（nucleate boiling）が起きながら、吸熱部に位置した気泡が体積膨脹を行う。そのとき、細管は、一定の内部体積を維持するので、吸熱部に位置した気泡が体積膨脹を行ったほど熱を発散させる放熱部に位置した気泡が収縮する。

従って、細管内の圧力平衡状態が崩壊されながら、細管内において、作動流体及び気泡の振動を含んだ流動が伴い、それによって、気泡の体積変化による温度の昇降によって、潜熱輸送が行われることによって放熱が行われる。

ここで、振動細管型ヒートパイプは、熱伝導度が高い銅、アルミニウムのような金属素材からなる細管を含んでもよい。それにより、熱を高速で伝導すると共に、その内部に注入された気泡の体積変化を迅速に誘発することができる。

本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００において、支持体３００とヒートシンク４００は、熱伝導性接着剤４２０によって互いに結合される。その場合、支持体３００とヒートシンク４００は、互いに異質材料からなる。

支持体３００とヒートシンク４００とが、互いに異質材料からなる場合、その結合のために、接着剤の使用が望ましいが、一般的な接着剤を使用する場合、熱伝導性能が低下する恐れがある。

従って、接着剤のうち、熱伝導性にすぐれるように製造された熱伝導性接着剤４２０を介して、支持体３００とヒートシンク４００とを結合させることにより、放熱効率の低下を防止することができる。

本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００において、支持体３００は、他面が研磨加工されて鏡面に形成される。その場合、研磨加工とは、磨き上げて表面を円滑に加工するものであり、支持体３００の他面は、そのような研磨加工を介して、相対的に摩擦が最小化された鏡面に形成される。

ここで、本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００は、支持体３００の他面をカバーするように、支持体３００の他面に着脱自在に結合される臨時板（不図示）をさらに含んでもよい。

すなわち、臨時板（不図示）を支持体３００の他面に付着させ、製造工程上において、支持体３００の他面を保護したり、あるいは面の均一度を向上させたりする。そして、製造工程上、支持体３００の他面に、印刷回路基板１００のような別途の部材を結合させる必要がある場合、臨時板（不図示）を支持体３００の他面から脱落させた後、別途の部材を結合させることができる。

その場合、支持体３００の他面は、鏡面に形成され、相対的に摩擦が最小化されるので、臨時板（不図示）の外しがさらに容易に行われる。

本実施形態によるＬＥＤ照明装置２０００において、ヒートパイプループ４１０は、螺旋形構造に形成されており、放射状の放熱部が形成されるように、環状に配置される。

具体的には、図１ないし図３に図示されているように、ヒートパイプループ４１０は、単位ループが連続的に連結されてなるものであり、螺旋形構造に形成される。そのように、細管が稠密な間隔で巻き取られている螺旋形構造は、限定された空間において、長い細管が効率的に配置される。

併せて、本実施形態のヒートパイプループ４１０は、螺旋形構造のヒートパイプループ４１０の両端が、互いに対向するように環状に配置される。それにより、ヒートパイプループ４１０は、中心領域が中空の放射状の形態に形成され、設置方向に関わりなく、高い通気性を有し、設置方向に関わりなく、すぐれた放熱性能を維持することができる。

その場合、ヒートパイプループ４１０の構造は、開ループ（open loop）と閉ループ（close loop）とのいずれにもなる。また、ヒートパイプループ４１０が複数であるとき、ヒートパイプループ４１０の全部または一部は、隣接するヒートパイプループ４１０と連通される。それにより、複数のヒートパイプループ４１０は、設計上、必要に応じて、全体的に開ループ状または閉ループ状ともなる。

また、本実施形態では、単位ループが連続的に連結された螺旋形構造のヒートパイプループ４１０を提示したが、それに限定されるものではなく、ヒートパイプループ４１０の形態は、個別に形成された単位ループが順に配列された形態のような多様なループ形状を含んでもよい。

電源部５００は、ＬＥＤチップ２００に電源を供給する部分であり、交換方式電源供給装置（ＳＭＰＳ：switching mode power supply）のように、ＬＥＤ照明装置２０００に適用される電源供給装置を含んでもよい。

カバー部材６００は、内部部品の保護と共に、効率的な空気の流動を誘導することができる。カバー部材６００は、光が透過するように透明な材質からなり、内部部品をカバーするようにベース８００に結合される。

カバー部材６００は、内部部品をカバーするように、ＬＥＤ照明装置２０００の側面及び下部を覆い包む形態に形成され、外部の衝撃及び汚染から、内部部品を保護することができる。

ベース８００は、内部部品をカバーするように、ＬＥＤ照明装置２０００の側面及び上部を覆い包む形態に形成され、カバー部材６００と結合される。そのようなベース８００は、合成樹脂のような絶縁物質からもなる。

ベース８００の端部には、電源部５００を介してＬＥＤチップ２００と電気的に連結される電気連結部７００が結合され、そのような電気連結部７００は、エジソン型、スワン型のような構造を有するソケットでもある。

ベース８００の上面には、全方向に通気ホールが形成され、ベース８００の周辺で、横方向に流動する空気も、ベース８００を通過することにより、放熱性能がさらに向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、当該技術分野において当業者であるならば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から外れない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などによって、本発明を多様に修正及び変更させることができ、それもまた、本発明の権利範囲内に含まれるものなのである。

Claims (5)

1. 板状構造に形成される印刷回路基板と、
   前記印刷回路基板の一面に実装されるＬＥＤチップと、
   前記印刷回路基板の他面に結合される支持体と、
   前記ＬＥＤチップで発生する熱を冷却するように、前記支持体に結合されるヒートシンクと、を含み、
   前記支持体は、両面を貫通する断続的な貫通ホールが形成され、
   前記ヒートシンクは、一部分が、前記支持体の一面から前記貫通ホールに挿入され、前記印刷回路基板と接触しながら、前記支持体と結合されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記ヒートシンクは、細管型に形成されて作動流体が注入され、前記支持体と熱伝達自在に結合される吸熱部と、前記吸熱部で吸収された熱を放出する放熱部と、を具備した振動細管型のヒートパイプループを含み、
   前記ヒートパイプループは、前記吸熱部が、前記支持体の一面から前記貫通ホールに挿入され、前記印刷回路基板と接触しながら、前記支持体と結合されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記ヒートシンクは、熱伝導性金属を、ワイヤまたはコイルの形状で形成した放熱体を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記支持体と前記ヒートシンクは、熱伝導性接着剤によって互いに結合されることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記ヒートパイプループは、螺旋形構造に形成されており、放射状の放熱部が形成されるように環状に配置されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。

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