KR101211188B1 - 엘이디 투광등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 투광등에 관한 것이다. 보다 상세하게는 LED 칩이 장착된 메탈 PCB와 판형 히트파이프 및 핀형 히트싱크 사이에 어떠한 열전도체도 개재되지 않고 직접 밀착되어 연결되며, 이들을 결합시키거나 방수 및 방습을 위해 실리콘을 비롯한 실런트나 별도의 방수프레임을 사용하지 않아 중량을 최소화함으로써 선박용과 해양용 등에 필수적인 경량화를 구현하였을 뿐만 아니라, 작동유체의 상변화에 의해 흡열 및 방열을 수행하는 히트파이프를 주요 방열수단으로 사용하고 핀형 히트싱크를 추가적으로 구성함으로써 일반적인 LED 방열구조에 비해 열전도율 및 방열효율을 극대화한 엘이디 투광등에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 복수개의 LED 칩이 장착되는 메탈 PCB; 상기 메탈 PCB의 후면에 직접 밀착되는 판형 히트파이프; 및 상기 판형 히트 파이트의 이면에 직접 밀착되는 핀형 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 투광등을 제공한다.

Description

엘이디 투광등{LED flood lamp}
본 발명은 엘이디 투광등에 관한 것이다. 보다 상세하게는 LED 칩이 장착된 메탈 PCB와 판형 히트파이프 및 핀형 히트싱크 사이에 어떠한 열전도체도 개재되지 않고 직접 밀착되어 연결되며, 이들을 결합시키거나 방수 및 방습을 위해 실리콘을 비롯한 실런트나 별도의 방수프레임을 사용하지 않아 중량을 최소화함으로써 선박용과 해양용 등에 필수적인 경량화를 구현하였을 뿐만 아니라, 작동유체의 상변화에 의해 흡열 및 방열을 수행하는 히트파이프를 주요 방열수단으로 사용하고 핀형 히트싱크를 추가적으로 구성함으로써 일반적인 LED 방열구조에 비해 열전도율 및 방열효율을 극대화한 엘이디 투광등에 관한 것이다.
최근 저탄소 녹색성장시대가 도래함에 따라 국제적으로 녹색환경운동이 전개되고 있다. 이러한 국제적인 추세에 발맞추어 한국 정부에서도 녹색성장 5개년 계획을 수립하고 적극적으로 지원하고 있는 실정이다. 더불어, 자원 고갈 및 고유가 시대에 대비하여 에너지 절감의 필요성이 대두되고 있다.
이러한 저탄소 녹색성장 부문 중에서 조명 분야는 발광 다이오드(LED)가 단연 각광을 받고 있다. LED는 반도체 소자를 조명에 이용하는 신기술로, 소비전력이 낮고 수명이 반영구적이며 여러 가지 색상 연출이 가능할 뿐만 아니라 단계적인 밝기의 제어가 가능한 특징을 가지고 있다. 또한, LED는 광전환효율이 높고 수은을 사용하지 않으며 이산화탄소 배출이 낮아 저탄소 녹색성장의 트렌드에 부합하는 제품이다.
발광 다이오드(LED)는 p형과 n형 반도체의 접합으로 이루어져 있으며 전압을 가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출하는 일종의 광전자 소자이다. 발광 다이오드는 정보?통신 기기를 비롯한 전자 장치의 표시?화상용 광원으로 이용되어 왔으며, 1990년대 중반 이후에 청색 LED가 개발되면서 총천연색 디스플레이(display)가 가능하게 되었다. 발광 다이오드(LED)는 일반 조명등, 건물 장식등, 무드(mood)등, 차량등, 교통 신호등, 실내 및 실외 전광판, 유도등, 경고등, 각종 보안장비용 광원, 살균 또는 소독용 광원 등에 폭넓게 활용되고 있다.
우리나라는 해양과 밀접한 자연환경 때문에 해양 및 수산관련 분야의 사업의존도가 높다. 일반적으로 해양에서 사용되는 제품의 설계에서는 염분, 수분, 가시광선 등 화학적인 조건과, 진동, 수압, 무게 등 기계적인 조건을 더욱 엄격하게 규정하고 있다. 세계적으로 고유가 문제가 대두되고 친환경제품에 대한 수요가 늘면서 해양에너지 산업에서도 디젤발전기의 전기를 사용하는 선박용 등기구에서 에너지를 절약하는 LED 등에 대한 관심이 증가하고 있다.
LED는 반도체인 관계로 집적율이 높을수록 발열량이 증가하여 고장의 원인이 된다. 그러나, 기존의 LED 등은 방열에 필요한 만큼 단순히 히트싱크의 면적을 계산하여 설계하거나, 외부에서 전기를 공급하는 팬 등을 이용하여 방열조건을 맞추고 있는 것이 대부분이다. 이로 인해 제품의 외형이 커지고 중량이 증가할 수밖에 없는 문제점이 있다. 또한, 디자인적인 문제 때문에 중량을 줄이기 위해 팬 등을 사용하기도 하지만, 고출력 등의 대부분이 실외에 설치되는 관계로 내구성 및 잦은 A/S 문제가 발생하여 자연대류식 또는 공랭식을 선호하고 있는 실정이다.
특히, 선박용 LED 투광등과 같이 해양에서 사용하는 등기구는 선박의 진동과 파도의 영향 등으로 등기구를 2~4 kg 정도의 중량으로 줄여야 하기 때문에 LED 칩이 집적되는 만큼 육상의 등기구와 같은 방열량을 확보하기 위해 기존의 방열구조와 차별화되는 독자적인 방열설계가 필요하다.
또한, 해양에서 사용하는 등기구는 방수 및 방습을 위해 방수 프레임, 실런트(selant)와 같은 별도의 방수 구조물이 장착되어야 하는 관계로, 중량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 중량을 최소화함으로써 선박용과 해양용 등에 필수적인 경량화를 구현하였을 뿐만 아니라, 일반적인 LED 방열구조에 비해 열전도율 및 방열효율을 극대화한 엘이디 투광등을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 엘이디 투광등은 복수개의 LED 칩이 장착되는 메탈 PCB; 상기 메탈 PCB의 후면에 직접 밀착되는 판형 히트파이프; 및 상기 판형 히트 파이트의 이면에 직접 밀착되는 핀형 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판형 히트파이프는 상기 메탈 PCB가 직접 밀착되고 상기 메탈 PCB보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트파이프부와, 상기 제1 히트파이프부와 연결되되 상기 제1 히트파이프부에 대하여 절곡되며 평판 형상을 갖는 제2 히트파이프부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 판형 히트파이프는 상기 제1 히트파이프부 하나와, 상기 제1 히트파이프부 1개와 연결되는 상기 제2 히트파이프부 하나가 단위 유닛을 이루며, 상기 단위 유닛 복수개가 서로 이격되되 병렬로 나란히 배치될 수 있다.
또한, 상기 핀형 히트싱크는 상기 판형 히트파이프가 직접 밀착되고 상기 판형 히트파이프보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트싱크부와, 상기 제1 히트싱크부와 연결되되 상기 제1 히트싱크부에 대하여 절곡되는 평판 형상의 제2 히트싱크부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트싱크부의 후면에는 서로 다른 높이를 갖는 방열핀이 복수개 배치되며, 상기 제2 히트싱크부의 단부에는 상기 제2 히트싱크부가 회동가능하도록 하는 결합부가 구비될 수 있다.
본 발명에 의하면 LED 칩이 장착된 메탈 PCB와 판형 히트파이프 및 핀형 히트싱크 사이에 어떠한 열전도체도 개재되지 않고 직접 밀착되어 연결되며, 이들을 결합시키거나 방수 및 방습을 위해 실리콘을 비롯한 실런트나 별도의 방수프레임을 사용하지 않아 중량을 최소화함으로써 선박용과 해양용 등에 필수적인 경량화를 구현한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 작동유체의 상변화에 의해 흡열 및 방열을 수행하는 히트파이프를 주요 방열수단으로 사용하고 핀형 히트싱크를 추가적으로 구성함으로써 일반적인 LED 방열구조에 비해 열전도율 및 방열효율을 극대화한 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 투광등의 사시도,
도 2는 도 1의 우측면도,
도 3은 도 1 중 메탈 PCB를 분리한 후의 히트파이프와 히트싱크의 사시도,
도 4는 도 3의 우측면도,
도 5는 도 1 중 히트파이프의 사시도,
도 6은 히트파이프의 작동원리를 도시한 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 투광등의 사시도이다. 도 2는 도 1의 우측면도이다. 도 3은 도 1 중 메탈 PCB를 분리한 후의 히트파이프와 히트싱크의 사시도이다. 도 4는 도 3의 우측면도이다. 도 5는 도 1 중 히트파이프의 사시도이다. 도 6은 히트파이프의 작동원리를 도시한 모식도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 투광등은, 도 1 내지 도 5를 참조하면, LED 칩(5), PCB(10), 히트파이프(20), 및 히트싱크(30)를 포함하여 이루어진다. 도시되지 않았으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 투광등은 방수커버와 메인커버를 더 포함할 수 있다.
LED 칩(5)은 PCB(10)의 전면에 복수개 장착된다.
PCB(10)에는 복수개의 LED 칩(5)이 장착된다. PCB(10)로는 열전도도가 우수한 메탈 PCB를 사용할 수 있다. 메탈 PCB는 일반적인 PCB에 비하여 방열 효과가 우수하다. 그러나, LED 칩의 고밀도 집적화, LED 모듈의 소경량화 등의 경향으로 인하여 LED 소자에서 발생하는 대량의 열을 방열시키기에는 한계가 있을 수 있으므로, 발광시 수반되는 열로 인한 LED 소자의 손상 위험을 최소화하기 위해 메탈PCB는 방열 부재를 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 히트파이프(20)와 히트싱크(30)가 방열부재의 역할을 충분히 수행할 수 있다. 이하에서는 PCB로 메탈 PCB가 사용된 것을 예로 들어 설명을 전개하기로 한다.
도시되지 않았으나, LED 칩(5)에서 발생하는 열이 메탈 PCB(10)에 신속하게 전달될 수 있도록 하기 위해 각 LED 칩(5)과 메탈 PCB(10) 사이에는 열전도율이 우수한 혼합물층이 구비될 수 있다. 혼합물층으로는 에폭시 수지와 은(Ag) 및 세라믹 입자의 혼합물이 사용될 수 있다. Ag/세라믹/에폭시는 도전성 접착제로서의 역할을 하는데, 은 입자는 전기전도도와 열 변형 온도를 크게 향상시키며 에폭시 수지의 변성을 방지시킬 수 있다. 여기서, LED 칩(5)과 메탈 PCB(10) 사이에 이러한 혼합물층을 개재시키지 않고 형성할 수도 있음은 물론이다.
히트파이프(20)는 실리콘 등의 실런트(selant)나 별도의 구조물 없이 메탈 PCB(10)의 후면에 직접 밀착된다. 히트파이프(20)는 대략 ㄱ자 형상의 판형으로 형성된다.
히트파이프(20)는 메탈 PCB(10)가 직접 밀착되고 메탈 PCB(10)보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트파이프부(22)와, 제1 히트파이프부(22)와 연결되되 제1 히트파이프부(22)에 대하여 절곡되며 평판 형상을 갖는 제2 히트파이프부(24)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 히트파이프(20)는 제1 히트파이프부(22) 1개와, 제1 히트파이프부(22) 1개에 연결되는 제2 히트파이프부(24) 1개가 단위 유닛(U)을 이룬다. 히트파이프(20)는 단위 유닛(U) 복수개가 서로 소정간격 이격되되 병렬로 나란히 배치되어 형성된다.
도 6을 참조하면, 히트파이프에 접하고 있는 메탈 PCB의 열이 히트파이프 내부의 작동유체에 전달되어 작동유체가 기체→액체→기체로 상변화하면서 열을 내리게 된다. 히트파이프의 열전도율은 알루미늄에 비해 대략 20배 정도 높으며, 알루미늄 히트싱크와 같은 일반적인 LED 방열구조를 사용한 경우에 비해 대략 20 ~ 40%의 방열효율 증가효과가 있다.
히트파이프(20)는 대략 1.2 ~ 2.5mm 두께의 알루미늄 박판을 이용하여 제조되며, 박판의 내부에는 마이크로 채널이 형성되어 있다. 히트파이프의 작동범위 온도는 대략 -50 ~ 125 도씨에 달하며, 작동유체로는 아세톤이 적용될 수 있다. 다만, 여기서 히트파이프의 규격, 작동범위 온도, 작동유체의 종류를 한정하는 것은 아니다.
히트싱크(30)는 실리콘 등의 실런트(selant)나 별도의 구조물 없이 히트파이프(20)의 이면에 직접 밀착된다. 히트싱크(30)는 히트파이프(20)의 구조에 부합하도록 대략 ㄱ자 형상의 판형으로 형성된다.
히트싱크(30)는 히트파이프(20)가 직접 밀착되고 히트파이프(20)보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트싱크부(32)와, 제1 히트싱크부(32)와 연결되되 제1 히트싱크부(32)에 대하여 절곡되는 평판 형상의 제2 히트싱크부(34)와, 제1 히트싱크부(32)의 후면에 서로 다른 높이로 복수개 배치되는 방열핀(36)과, 제2 히트싱크부(34)의 단부에 구비되어 제2 히트싱크부(34)가 다른 구조물에 대하여 회동가능하도록 하는 결합부(38)를 포함한다.
방열핀(36)은 제1 히트싱크부(32)의 후면에 형성되며, 방열핀의 길이, 방열핀간의 간격 등은 다양하게 조절될 수 있다. 히트파이프(20) 중 열을 방출하는 부분이 위치하는 부분에 상대적으로 긴 방열핀이 배치되며, 방열핀들 간의 간격도 촘촘하게 배열되는 것이 바람직하다.
결합부(38)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 투광등을 설치하고자 하는 구조물에 결합하는 부분이다. 결합부(38)에는 회전용 홀이 구비되어 있어, 설치하고자 하는 구조물에 결합되면 회동이 가능하도록 한다.
이와 같이 LED 투광등을 형성한 경우 중량은 대략 1.5kg, 밝기는 대략 102W(2.5W 급 LED 41개를 사용한 경우)가 되도록 구현할 수 있으며, 히트파이프 5개로 충분한 방열성능을 구현할 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.
5 - LED 칩 10 - 메탈 PCB
20 - 히트파이프 22 - 제1 히트파이프부
24 - 제2 히트파이프부 30 - 히트싱크
32 - 제1 히트싱크부 34 - 제2 히트싱크부
36 - 방열핀 38 - 결합부

Claims (5)

  1. 복수개의 LED 칩이 장착되는 PCB;
    상기 각 LED 칩과 상기 PCB 사이에 구비되며, 에폭시 수지와 은(Ag) 및 세라믹 입자의 혼합물로 이루어지는 혼합물층;
    상기 PCB의 전면에 밀착되는 방수 커버;
    상기 PCB의 후면에 직접 밀착되며 내부에 마이크로 채널이 형성된 알루미늄 박판을 이용한 판형 히트파이프; 및
    상기 판형 히트 파이트의 이면에 직접 밀착되는 핀형 히트싱크
    를 포함하며,
    상기 판형 히트파이프는 상기 PCB가 직접 밀착되고 상기 PCB보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트파이프부와, 상기 제1 히트파이프부와 연결되되 상기 제1 히트파이프부에 대하여 절곡되며 평판 형상을 갖는 제2 히트파이프부를 포함하고,
    상기 판형 히트파이프는 상기 제1 히트파이프부 하나와, 상기 제1 히트파이프부 1개와 연결되는 상기 제2 히트파이프부 하나가 단위 유닛을 이루며, 상기 단위 유닛 복수개가 서로 이격되되 병렬로 나란히 배치되며,
    상기 핀형 히트싱크는 상기 판형 히트파이프가 직접 밀착되고 상기 판형 히트파이프보다 큰 면적을 갖는 평판 형상의 제1 히트싱크부와, 상기 제1 히트싱크부와 연결되되 상기 제1 히트싱크부에 대하여 절곡되는 평판 형상의 제2 히트싱크부를 포함하고,
    상기 제1 히트싱크부의 후면에는 서로 다른 높이를 갖는 방열핀이 복수개 배치되되 상기 제2 히트싱크부로부터 먼 방열핀이 상기 제2 히트싱크부로부터 가까운 방열핀보다 높게 형성되며, 상기 제2 히트싱크부의 단부에는 상기 제2 히트싱크부가 회동가능하도록 하는 회전용 홀이 구비된 결합부가 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 투광등.

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KR20160109202A (ko) 2015-03-10 2016-09-21 대우조선해양 주식회사 직병렬 구동방식의 소형 led 투광등
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