KR101028357B1

KR101028357B1 - 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구

Info

Publication number: KR101028357B1
Application number: KR1020090078825A
Authority: KR
Inventors: 변상철
Original assignee: (주) 지오멘토
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-04-11
Also published as: KR20100133286A

Abstract

본 발명은 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엘이디 발광소자와 엘이디 발광소자에 전원을 공급하는 리드 및 엘이디 발광소자의 하단에 밀착설치된 방열 슬러그(Heat Slug)를 구비한 엘이디 모듈과, 방열 슬러그 하부면에 솔더링(Soldering, 납땜)된 방열 리벳(Heat Rivet)과, 방열 리벳을 소정 깊이만큼 수용하기 위한 요홈이 상부에 형성된 방열핀 및 방열핀의 상단면에 밀착설치되고 리드와 연결되며 엘이디 모듈과 방열 리벳이 관통되기 위한 관통부가 중앙에 형성된 회로기판을 포함하는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 엘이디 모듈에 회로기판이 직접 접촉되지 않으면서 엘이디 모듈에서 발생하는 열이 방열핀까지 전도되는 단계를 축소하여 열의 저항을 최소화시킴으로써 방열효율을 증가시켜 효과적인 방열로 인한 엘이디 모듈의 높은 광 효율을 유지할 수 있고, 엘이디 조명기구의 구동 수명을 연장하는 효과가 있다.

방열, 엘이디, 조명, 리벳, 납땜

Description

방열구조를 구비한 엘이디 조명기구{LED Lighting Device Having Radiating Structure}

본 발명은 조명기구에 관한 것으로서, 특히 엘이디 모듈이 회로기판을 거치지 않으면서 방열핀에 직접 접촉됨으로써 열 저항이 최소화되어 열전도율이 상승하고 엘이디 모듈의 방열효율을 증가시킬 수 있는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(LED ; light-emitting diode)는 GaP, GaAs 등의 화합물 반도체의 PN접합에 전류가 흐를 때, 빛이 발생하는 현상을 이용한 발광체 소자로서, 발광다이오드 제조시 반도체 화합물의 성분비를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.

이러한 엘이디는 소정 영역의 파장을 이용하는 의료용은 물론, 식물의 생장촉진용으로도 사용되고 있으며, 특히 전력 소모가 적으면서도 시인성이 높다는 장점이 있어서, 최근에는 신호등, 차량의 리어 램프 및 옥외 광고용 간판으로도 널리 적용되고 있으며, 그 적용범위는 점점 확대되어 종래에 알려진 조명수단을 대체해 가고 있는 실정이다.

또한, 엘이디(LED)는 수명이 길고 친환경적이고 응답속도가 빠르다는 등의 장점이 있어서 조명용 또는 LCD 백라이트(Back Light)에 장착되어 사용되고 있다.

따라서, 엘이디는 기존의 광원과 달리 낮은 소비전력, 긴 수명 및 유해 성분이 없는 환경 친화적 특성으로 인해 기후변화 및 환경 규제 대응과 관련하여 차세대 조명원으로 각광받고 있다.

한편, 엘이디는 자체 발광소자이기 때문에 열을 방출하므로 엘이디 모듈에는 기본적으로 방열을 위한 소정의 냉각 장치를 포함하고 있다.

도 1은 일반적인 형태의 엘이디 모듈을 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 형태의 엘이디 모듈(10)은 엘이디 발광소자(11), 리드(12), 방열 슬러그(13) 및 커버(14)를 포함하는 구조로 이루어지며 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 엘이디 발광소자(11)는 실질적으로 광을 발산하는데, 상기 엘이디 발광소자(11)에 전류를 공급하는 상기 리드(12)에 연결되어 광을 발산한다.

그리고 상기 방열 슬러그(13)는 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 열을 방출하기 위해 상기 엘이디 발광소자(11)에 밀착설치되는데, 특히 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 열은 상기 엘이디 발광소자(11)의 하부에서 높게 발생하는 특징이 있어, 상기 방열 슬러그(13)가 상기 엘이디 발광소자(11)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 커버(14)는 실리콘 또는 에폭시 수지의 재질인 반구 형태로 이루어져, 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발산하는 광의 확산 및 상기 엘이디 발광소자(11), 상기 리드(12), 상기 방열 슬러그(13)를 보호하는 기능을 한다.

한편, 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 경로는 크게 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 복사열이 상기 커버(14)를 통해 외부로 방출되는 경로와, 상기 엘이디 발광소자(11)의 하부에 위치한 상기 방열 슬러그(13)를 통해 외부로 열이 전도되는 경로가 있다.

이때, 상기 열의 방출경로는 상기 커버(14)를 통한 복사열의 방출에 비해 상기 방열 슬러그(13)를 통한 열의 전도가 매우 크기 때문에 상기 엘이디 발광소자(11)의 하부면에 밀착되어 열이 전도되는 방열 경로가 매우 중요하다 할 수 있다.

도 2는 종래의 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구를 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 종래 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구는, 상술한 도 1을 참조하여 설명한 엘이디 모듈(10) 이외에 PCB 회로기판(20) 및 방열판(30)을 포함하는 구조로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 이때, 동일한 구성요소는 동일한 도면부호가 사용되는것이 바람직하겠다.

상기 엘이디 모듈(10)은 엘이디 발광소자(11), 리드(12), 방열 슬러그(13) 및 커버(14)를 구비하는데, 이는 앞서 설명한 도 1을 참조하여 서술한 내용이므로 중복하여 기재하지 않는다.

상기 PCB 회로기판(20)은 상기 엘이디 모듈(10)의 하부에 설치된다. 여기서 상기 PCB 회로기판(20)은 상기 엘이디 모듈(10)에서 발생하는 열의 발산을 용이하게 하기 위해 그 재질이 메탈의 금속재질인 것이 바람직하다.

그리고 상기 PCB 회로기판(20)의 하부면에 방열판(30)을 더 설치하여 상기 PCB 회로기판(20)으로 전도된 열이 외부로 용이하게 발산한다. 이때, 상기 방열판(30)의 재질을 알루미늄으로 하여 열의 발산을 더욱더 촉진시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 PCB 회로기판(20)상에는 상기 엘이디 모듈(10)과 접속되는 부위에 솔더 패드(21)가 설치치며, 상기 솔더 패드(21)는 상기 PCB 회로기판(20)과 소정의 절연 프리프레그(22)로 접촉된다.

또한, 상기 PCB 회로기판(20)과 상기 방열판(30)은 열전도성 테이프 또는 방열 그리스와 같은 접착부재(31)에 의해 서로 접촉된다.

이와 같이 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 열이 외부로 전도되어 방열하는 경로를 살펴보면, 상기 엘이디 발광소자(11)에서 발생하는 열은 그 하부에 설치된 방열 슬러그(13)에 전도되고, 이에 접촉된 PCB 회로기판(20)을 통해 다시 하부에 위치한 방열판(30)으로 전도되어 외부로 열이 발산한다.

그리고, 이러한 열전도의 과정 중 상기 엘이디 모듈(10)과 상기 PCB 회로기판(20) 사이에 위치한 절연 프리프레그(22)와, 상기 PCB 회로기판(20)과 상기 방열판(30) 사이에 위치한 테이프 또는 그리스와 같은 접착부재(31)를 거쳐 열이 전도된다.

이러한 열 전도의 과정을 살펴보면 그 과정에 있어서 매우 복잡한 다단계를 거쳐야 하기 때문에 열의 전도 과정에서의 열저항이 발생하여 방열의 최종단계인 상기 방열판(30)으로의 열전도성이 하락하게 된다.

또한, 상기 방열 슬러그(13)에 상기 PCB 회로기판(20)이 직접 접촉하는 구조이기 때문에 상기 방열 슬러그(13)의 열을 효과적으로 전도하기 위해선 상기 PCB 회로기판(20)을 고가의 메탈 금속 재질로 사용해야 하기 때문에 그 비용이 증가할 수밖에 없는 문제점이 발생한다.

더불어 각각의 부품 사이에 위치한 절연 프리프레그(22), 테이프, 그리스와 같은 소정의 접착부재(31)는 그 방열 효과를 충분히 수득하지 못하는 물질이 설치되기 때문에 제조비용이 추가적으로 상승할 수밖에 없는 문제점이 있다.

또한, 상기 메탈의 금속재질인 PCB 회로기판(20)의 특성상 열전도성 테이프 또는 방열 그리스와 같은 접착부재(31)를 이용하지 않고서는 상기 알루미늄의 방열판(30)에 직접 접촉하지 못하는 문제점이 있다. 이는 상기 알루미늄 방열판(30)에 상기 PCB 회로기판(20)이 납땜되어 밀착하게 되면 방열 효율을 높일 수 있으나, 이러한 종래의 구성요소와 구조로는 상기 알루미늄 방열판(30)에 직접 납땜할 수 없는 실정이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 엘이디 모듈에 회로기판이 직접 접촉되지 않으면서 엘이디 모듈에서 발생하는 열이 방열핀까지 전도되는 단계를 축소하여 열의 저항을 최소화시킴으로써 방열효율을 증가시킬 수 있는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 부수적인 과제는 엘이디 모듈의 방열을 위한 별도의 고가 부품인 메탈소재의 PCB기판을 사용하지 않아 제조비용을 절감할 수 있는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 엘이디 발광소자와 상기 엘이디 발광소자에 전원을 공급하는 리드 및 상기 엘이디 발광소자의 하단에 밀착설치된 방열 슬러그(Heat Slug)를 구비한 엘이디 모듈, 상기 방열 슬러그 하부면에 솔더링(Soldering, 납땜)된 방열 리벳(Heat Rivet), 상기 방열 리벳을 소정 깊이만큼 수용하기 위한 요홈이 상부에 형성된 방열핀 및 상기 방열핀의 상단면에 밀착설치되고 상기 리드와 연결되며 상기 엘이디 모듈과 상기 방열 리벳이 관통되기 위한 관통부가 중앙에 형성된 회로기판을 포함한다.

상기 방열 리벳의 재질은 구리(Cu) 또는 은(Ag)인 것을 특징으로 한다.

상기 방열핀의 재질은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 한다.

상기 회로기판은 유리에폭시(Flame Retardant-4 : FR-4) PCB기판인 것을 특 징으로 한다.

본 발명은 엘이디 모듈에 회로기판이 직접 접촉되지 않으면서 엘이디 모듈에서 발생하는 열이 방열핀까지 전도되는 단계를 축소하여 열의 저항을 최소화시킴으로써 방열효율을 증가시켜 효과적인 방열로 인한 엘이디 모듈의 높은 광 효율을 유지할 수 있고, 엘이디 조명기구의 구동 수명을 연장하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엘이디 모듈의 방열을 위한 별도의 고가 부품인 메탈소재의 PCB기판을 사용하지 않아 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엘이디 조명기구의 구조를 단순화하여 소형의 조명기구의 구현이 가능하며 그에 따른 유지보수가 용이한 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구는 엘이디 모듈(100), 방열 리벳(200), 방열핀(300) 및 회로기판(400)으로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 엘이디 모듈(100)은 엘이디 발광소자(110)와 리드(120), 방열 슬러 그(130)를 구비한다. 이때, 상기 엘이디 발광소자(110)는 상기 리드(120)와 전기적으로 연결되며 소정의 전원공급장치(미도시)에서 상기 회로기판(400)으로 인가된 전류가 상기 리드(120)를 통해 상기 엘이디 발광소자(110)에 공급되어 상기 엘이디 발광소자(110)에서 광이 발산된다.

여기서 상기 리드(120)는 상기 엘이디 발광소자(110)와 상기 회로기판(400) 사이에 위치하되, 양단이 상기 엘이디 발광소자(110)와 상기 회로기판(400)에 각각 설치된다. 이때, 상기 리드(120)는 통전되는 금속 재질의 리드프레임 또는 외부에 절연체가 감겨진 전기선인 리드선인 것이 바람직하다.

상기 방열 슬러그(130)는 상기 엘이디 발광소자(110)의 방열을 위해 상기 엘이디 발광소자(110)의 하부면에 밀착설치된다.

그리고 상기 방열 슬러그(130)는 하부에 위치한 방열 리벳(200)에 밀착되는데, 상기 방열 슬러그(130)와 상기 리벳(200)은 서로 솔더링되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 방열 리벳(200)의 재질을 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 하여 열전도 효율을 극대화할 수 있다.

덧붙여, 상기 방열 리벳(200) 헤드의 크기는 상기 엘이디 모듈(100)의 하부 방열 슬러그(130)의 크기에 맞게 제작되는 것이 바람직하다.

상기 방열핀(300)은 상기 방열 리벳(200)을 소정 깊이만큼 수용하기 위한 요홈(310)이 상부에 형성되어 상기 방열 리벳(200)이 상기 방열핀(300)의 요홈(310)에 쐐기 형태로 수용되는 것이 바람직하다.

이때, 바람직하게 방열핀(300)의 재질을 알루미늄(Al)으로 하여 열전도 효율 을 극대화할 수 있다.

상기 회로기판(400)은 상기 방열핀(300)의 상단면에 밀착설치되고 상기 리드(120)와 연결되며 상기 엘이디 모듈(100)과 상기 방열 리벳(200)이 관통되기 위한 관통부(410)가 중앙에 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

이때, 상기 회로기판(400)은 유리에폭시(Flame Retardant-4 : FR-4) PCB회로기판인 것이 바람직하다.

아울러, 실제 구성 시 상기 방열 리벳(200)의 높이와 상기 회로기판(400)과의 높이를 동일하게 유지하는 것이 상기 방열 슬러그(130)와 상기 방열 리벳(200) 및 상기 방열핀(300)을 서로 납땜하는데 유리하다 할 수 있다.

이와 같이 상기 회로기판(400)의 중앙에 관통부(410)가 형성됨으로써, 상기 엘이디 모듈(100)이 회로기판(400)에 직접 접촉되지 않아 기존의 방열을 위한 상기 회로기판(400)이 고가의 메탈의 금속 소재를 사용하지 않아도 되며, 저가의 FR-4 재질의 회로기판(400)을 사용함으로써 그 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 일반적인 형태의 엘이디 모듈을 나타낸 단면도,

도 2는 종래의 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구를 나타낸 단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 엘이디 모듈 110: 엘이디 발광소자

120: 리드 130: 방열 슬러그

200: 방열 리벳 300: 방열핀

310: 요홈 400: 회로기판

410: 관통부

Claims

엘이디 발광소자와 상기 엘이디 발광소자에 전원을 공급하는 리드 및 상기 엘이디 발광소자의 하단에 밀착설치된 방열 슬러그(Heat Slug)를 구비한 엘이디 모듈;

상기 방열 슬러그 하부면에 솔더링(Soldering, 납땜)된 방열 리벳(Heat Rivet);

상기 방열 리벳을 소정 깊이만큼 수용하기 위한 요홈이 상부에 형성된 방열핀; 및

상기 방열핀의 상단면에 밀착설치되고 상기 리드와 연결되며 상기 엘이디 모듈과 상기 방열 리벳이 관통되기 위한 관통부가 중앙에 형성된 회로기판을 포함하는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구.
제1항에 있어서,

상기 방열 리벳의 재질은 구리(Cu) 또는 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구.
제1항에 있어서,

상기 방열핀의 재질은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구.
제1항에 있어서,

상기 회로기판은 유리에폭시(Flame Retardant-4 : FR-4) PCB기판인 것을 특징으로 하는 방열구조를 구비한 엘이디 조명기구.