KR101258399B1

KR101258399B1 - 방열기둥을 갖는 ｌｅｄ 모듈

Info

Publication number: KR101258399B1
Application number: KR1020070032021A
Authority: KR
Inventors: 서태원
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2013-05-02
Also published as: KR20080089050A

Abstract

본 발명은, 하우징 내에 복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈에서, 서로 이웃하는 LED들 사이에 공기의 흐름을 층류로부터 난류로 변화시킬 수 있는 기둥을 마련하여, LED 모듈의 방열 성능을 향상시키고 이에 의해 LED의 성능 및 수명 저하를 억제하는데 그 기술적 과제가 있는 것으로, 이를 위해, 본 발명은, 복수의 LED들을 갖되, 외부로부터 격리된 내부공간에, 상기 LED들이 실장되는 실장면과 상기 LED들로부터 나온 광의 방출을 허용하는 천정면이 마련된 하우징과, 상기 천정면과 이격된 채 서로 이웃하는 LED들 사이에 세워져서, 상기 LED들에 의해 가열된 공기의 흐름을 난류화시키는 복수의 방열기둥들을 포함하는 LED 모듈을 제공한다.

방열기둥, LED, 하우징, 난류, 층류, 천정면, 실장면

Description

방열기둥을 갖는 ＬＥＤ 모듈{LED MODULE WHIT HEAT RADIATING POSTS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 횡단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 평단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈의 방열 작용을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

2: 하우징 3: LED

4: 방열기둥 221a: 실장면

21a: 천정면

본 발명은, 복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LED들에 의해 가열된 하우징 내 공기의 흐름을 난류화하여 LED들의 방열 성능을 향상시킨 LED 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 광을 발하는 반도체 소자이다. 이러한 LED는 전기 에너지로부터 광 에너지로 바뀌지 않은 에너지 일부가 열로 방출되는데, 이러한 열은, LED에 오래 머무르는 경우, LED를 이루는 반도체의 결정 구조에 전위(dislocation) 또는 부정합(mismatch)를 일으켜 그 LED의 수명을 떨어뜨리고 성능을 저하시킨다.

한편, 종래에는 하우징 내의 공간에 복수의 LED들이 설치되고, 그 하우징의 일부를 통해 그 LED들에서 나온 광을 외부로 방출하는 LED 모듈이 알려져 있다. 이러한 LED 모듈은, 예컨대, 디스플레이 기기, 이통통신 단말기 또는 기타 다른 전자기기의 광원으로 이용되고 있다.

위와 같은 종래의 LED 모듈에 있어서, LED들 각각으로부터 발생된 열이 하우징 내 공간으로 쉽게 퍼지지 못하고 정체되는 문제점이 있다. 근래 들어서는 LED 모듈의 크기가 감소되는 추세인데, 크기가 작은 LED 모듈은 하우징 내의 공간 또한 작으므로 대류에 의한 열 방출 성능이 더욱 떨어질 수밖에 없다.

이에 대해, 본 출원인은, LED에 의해 가열된 하우징 내 공기의 흐름이 방열 성능을 저하시키는 층류 흐름이라는 점을 발견하게 되었고, 이에 따라, 하우징 내 공기의 흐름을 층류로부터 난류화하여, 대류에 의한 방열성능을 향상시킨 LED 모듈을 개발하게 되었다.

따라서, 본 발명은, 하우징 내에 복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈에서, 서로 이웃하는 LED들 사이에 공기의 흐름을 층류로부터 난류로 변화시킬 수 있는 기둥을 마련하여, LED 모듈의 방열 성능을 향상시키고 이에 의해 LED의 성능 및 수명 저하를 억제하는데 그 기술적 과제가 있다.

본 발명의 일 측면에 따라 복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈이 제공되며, 상기 LED 모듈은, 외부로부터 격리된 내부공간에, 상기 LED들이 실장되는 실장면과 그와 마주하는 천정면이 마련된 하우징과, 상기 천정면과 이격된 채 상기 실장면 상에 세워지되, 서로 이웃하는 LED들 사이에 위치하여, 상기 LED들에 의해 가열된 공기의 흐름을 난류화시키는 복수의 방열기둥들을 포함한다. 이때, 상기 LED는 단순히 칩의 형태일 수 있으며, 또는 LED칩을 포함하는 패키지 구조의 LED일수 있다. 그리고, 상기 천정면에는 광투과부가 마련된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방열기둥들 각각은 서로 이웃하는 LED들 사이의 중앙에 위치되며, 그 서로 이웃하는 두 LED들 사이에 위치하는 상기 방열기둥들 각각의 폭은 상기 두 LED들 간격의 1/4 이내로 정해지고, 상기 방열기둥들의 높이는 각각의 위치에서 상기 실장면과 상기 천정면 사이의 간격의 1/4 이내로 정해진다. 그리고, 상기 복수의 LED들은 상기 실장면 상에 행렬로 배열되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈을 도시한 횡단면도이고, 도 2 는 도 1에 도시된 LED 모듈의 평단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 LED 모듈(1)은, 얇은 두께를 갖는 대략 상자형의 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내에 실장되는 복수의 LED(3)들과, 상기 LED(3)들로부터의 방열을 촉진하기 위한 복수의 기둥(4; 이하, '방열기둥'이라 함)들을 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 하우징(2)은 상부벽(21), 하부벽(22), 그리고, 복수의 측벽들(23)을 포함하며, 그 벽들(21, 22, 23)에 의해 한정된 내부 공간(2a), 즉, LED(3)들이 위치하는 공간(2a)이 외부로부터 격리된다. 상기 공간(2a) 내에는 공기가 존재하며, 이 공기는 LED(3)에서 발생한 열을 대류에 의해 방열하는 열전달 매질로서의 역할을 한다.

상기 하우징(2)의 하부벽(22)에는 상기 LED(3)들이 실장되는 인쇄회로기판(221)이 상기 하부벽(22)의 일부로서 제공되며, 상기 인쇄회로기판(221)의 상면은 상기 LED들(3)이 실장되는 실장면(221a)이 된다. LED(3)들의 실장을 위해 인쇄회로기판(221)이 이용되는 본 실시예에서는, 상기 실장면(221a)이 상기 인쇄회로기판(221)의 상면이 되지만, 인쇄회로기판이 생략되는 경우, 전극이 마련된 하우징의 어느 한 면이 LED들의 실장면이 될 수 있다. 한편, 상기 하우징(2)의 상부벽(21)은, 상기 LED(3)들에서 나온 광을 외부로 방출하는 광투과부를 적어도 부분적으로 구비하며, 상기 상부벽(21)의 아랫면은 상기 실장면(221a)과의 사이에 간격(D)을 한정하는 천정면(21a)이 된다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 복수의 LED(3)들은 상기 실장면(221a) 상에 행렬로 배열된다. 그리고, 상기 LED(3)들은 각각의 행과 열에서 일정 간격으로 배열되어 있다. 서로 이웃하는 LED(3)들 사이에는 복수의 방열기둥(4)들이 세워지며, 이 복수의 방열기둥(4)들은 그와 인접한 LED(3)들에 의해 가열된 공기를 층류로부터 난류로 변화시켜 LED(3) 부근의 고온 영역과 그 외곽의 저온 영역 사이의 공기 혼합을 원활하게 해준다. 본 발명의 실시예에서, 상기 방열기둥(4)들 또한 LED(3)들이 실장되는 실장면(221a) 상에 세워지지만, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1에 잘 도시된 것과 같이, 상기 방열기등(4)들은 각각의 위치에서 상기 실장면(221a) 상에 소정의 높이(h)로 세워지며, 상기 천정면(21a)과는 이격되어 있다. 본 실시예에서, 상기 방열기둥(4)의 높이(h)는 상기 실장면(221a)과 상기 천정면(21a) 사이의 간격(D)의 1/4 이내로 정해진다. 상기 높이(h)가 상기 간격(D)의 1/4을 초과하는 경우, 상기 방열기둥(4)이 LED(3)로부터 하우징(2)의 외부로 향하는 광을 방해할 수 있으며, 또한, 상기 방열기둥(4)과 상기 천정면(21a) 사이로 한정된 열의 통로가 좁아질 수 있다. 이때, 상기 방열기둥(4)들이 세워지는 면인 실장면(221a)과 상기 방열기둥(4)들과 이격된 면인 천정면(21a)이 평면인 경우, 상기 방열기둥(4)들의 높이는 일정하지만, 그렇지 아니한 경우에는, 상기 방열기둥(4)들의 높이는 서로 다를 수도 있다.

또한, 서로 이웃하는 두 LED(3)들 사이의 간격을 d라 하면, 상기 방열기둥(4)의 폭(w)은 상기 간격(d)의 1/4 이내로 정해진다. 상기 방열기둥의 폭(w)이 상기 간격(d)의 1/4을 초과하는 경우, 공기가 층류로 유동하는 영역이 증가되고 또 한 가열된 공기의 난류화가 지체되는 것을 야기한다.

도 3은 상기 방열기둥(4)들이 공기의 흐름을 층류로부터 난류로 변화시키는 작용을 보여주는 도면들이다. 도 3을 참조하면, 가열된 공기(A1, A2)가 방열기둥(4)를 넘으면서 소용돌이 흐름을 발생시키며, 그 소용돌이 흐름에 의해, 상기 가열된 공기(A1, A2)는 레이놀즈 수(Reynolds number)의 급격한 증가와 함께 난류화가 촉진된다. 상기 가열된 공기(A1, A2)의 난류화는 가열된 공기가 고온 영역으로부터 저온 영역으로 빨리 확산되도록 해주며, 이에 의해, LED(3) 부근에서 가열된 공기는 LED(3)에서 정체됨 없이 저온 영역으로 빠르게 진행할 수 있다. 이때, 열에 의해 가열된 공기의 흐름층이 열경계층보다 좁은 경우에 층류로부터 난류로 변화될 확률이 커지게 된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 방열기둥(4)은 사각기둥이지만, 그 방열기둥(4)의 형상은 제한이 없으며, 예를 들면, 다른 다각형의 기둥, 원기둥, 또는 기타 다른 기하학적 형상의 기둥일 수 있다. 또한, 상기 방열기둥(4)은 하우징 또는 인쇄회로기판과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

본 발명은, 하우징 내에 복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈에서, 공기의 흐 름을 층류에서 난류로 변화시킬 수 있는 방열기둥을 서로 이웃하는 LED들 사이에 마련하여, LED의 방열 성능을 향상시키고, 이에 의해, 열에 의한 LED의 수명저하 및 성능저하를 크게 억제할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

복수의 LED들을 포함하는 LED 모듈에 있어서,

외부로부터 격리된 내부공간에, 상기 LED들이 실장되는 실장면과 그와 마주하는 천정면이 마련된 하우징과;

상기 천정면과 이격된 채 서로 이웃하는 LED들 사이에 세워져서, 상기 LED들에 의해 가열된 공기의 흐름을 난류화시키는 복수의 방열기둥들을;

포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 방열기둥들 각각은 서로 이웃하는 LED들 사이의 중앙에 위치되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 서로 이웃하는 두 LED들 사이에 위치하는 상기 방열기둥들 각각의 폭은 상기 두 LED들 간격의 1/4 이내로 정해지는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 방열기둥들의 높이는 각각의 위치에서 상기 실장면과 상기 천정면 사이의 간격의 1/4 이내로 정해지는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 LED들은 상기 실장면 상에 행렬로 배열된 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 천정면에 광투과부가 마련된 것을 특징으로 하는 LED 모듈.