KR101413509B1 - 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1공기유로홀(11)과 제2공기유로홀(12)이 각각 내측에 형성되고 일면에 다수의 엘이디 소자(13)들이 장착되는 메탈기판(10), 메탈기판(10)의 이면에 결합되고, 외주면에 제1방열핀(21)과 내주면에 제2방열핀(22)이 각각 형성된 제1히트싱크(20), 외주면에 제3방열핀(32)과 내주면에 제4방열핀(33)이 각각 형성되고, 외주면에 형성된 제3방열핀(32)은 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제2방열핀(22)과 교차되도록 위치되는 제2히트싱크(30), 제1히트싱크(20)의 제2방열핀(22)과 제2히트싱크(30)의 제3방열핀(32) 사이에 메탈기판(10)의 제1공기유로홀(11)과 대응되는 위치에 형성된 제1방열유로공간(40)으로 구성된다.

Description

다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체{led radiant heat body with many heat sink}
본 발명은 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트싱크들에 의해 엘이디로부터 발생되는 열에 대한 방열효과를 극대화하고 방열면적을 넓힐 수 있고, 엘이디로부터 발생되는 열이 히트싱크들에 의해 형성된 방열통로에 의해 방열이 이루어지도록 하고, 엘이디로부터 발생되는 열의 온도를 감지하여 팬이 자동으로 구동되도록 한 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체에 관한 것이다.
일반적으로, 엘이디(LED: Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상 엘이디 칩이 탑재된 패키지의 구조로 제작되며, 흔히 '엘이디 소자'라고 칭해지고 있다.
이와 같은 엘이디는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성되는 것으로, 엘이디로부터 발생한 열은 엘이디의 발광 성능 및 수명에 직접적인 영향을 미치고 있으며, 그 이유는 엘이디에 발생한 열이 그 엘이디에 오래 머무르는 경우 엘이디를 이루는 결정 구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch)을 일으키기 때문이다.
종래의 경우 엘이디로부터 발생한 열의 방출을 촉진시키기 위하여 금속기판은 금속 플레이트(Metal Plate) 위에 절연층(Isolation Layer)이 형성되어 있고, 절연층 위에 솔더 패드(Solder Pad)가 형성되어 있으며, 방열판은 일측이 평평한 면으로 형성되고 타측에 복수개의 방열핀이 일체로 형성되어 있어, 엘이디 소자로부터 발생되는 열을 금속메탈기판과 금속메탈기판과 결합되는 방열판 및 방열판의 방열핀에 의해 방열되도록 하고 있다.
그러나, 종래 기술은 적은 용량의 엘이디로부터 발생되는 열은 어느 정도 방열효과가 이루어지는 반면에, 고용량의 엘이디 방열시에는 방열효과가 좋기 못한 문제점을 가지고 있다.
또한, 고용량의 엘이디 방열 효과를 얻기 위해 방열판의 크기를 크게 할 수 있으나, 이와 같이 방열판의 크기를 크게 하면 방열판 자체의 무게가 무거울 뿐만 아니라, 가격이 고가임에 따라 비용부담이 야기되고 또한 설치공간이 비대해지는 문제점이 있다.
종래 기술을 살펴보면, 등록특허 10-1052894호인 엘이디 램프용 히트 싱크 및 엘이디램프가 안출된 바 있으며, 이는 내주면에 암나사부가 형성되는 중공부가 마련된 방열박스와, LED 칩이 부착되는 LED 기판이 면접되며, 중공부의 내측에 위치하도록 암나사부와 나사결합되는 방열판을 포함하고 있으며, 다수의 LED가 부착된 LED 기판에서 발생한 열을 효율적으로 히트 싱크로 전달하여 LED 램프에서 발생하는 열을 효과적으로 외기로 방출할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술은 하나의 방열박스에 의해서만 방열효과를 얻도록 구성되어 있음에 따라 엘이디로부터 발산되는 열의 방열이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.
다른 예로서, 미국공개특허 US 2009-0046464호인 히트싱크를 포함하는 엘이디 램프가 안출된 바 있으며, 이는 히트싱크, LED모듈 및 전등갓을 포함하며, 히트싱크는 중공체와, 중공체의 상부의 외주면으로부터 연장되는 다수의 핀을 포함하고, LED모듈은 중공체의 하부에 장착되고 각각 6개의 LED가 장착되는 다수의 PCB로 구성되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술 역시 하나의 히트싱크에 의해서만 방열이 이루어지도록 하고 있음에 따라 방열효과가 크게 나타나지 않는 문제점이 있다.
더욱이, 종래 기술들은 팬이 구비되어 있지 않고 설령 팬을 구비하더라도 팬이 강제적으로 구동되기 때문에 팬의 구동에 따른 전력낭비를 유도하며 팬의 소음이 계속적으로 발생되는 또 다른 문제점을 야기시키고 있는 실정이다.
대한민국등록특허 10-1052894 (2011.07.25 등록) 미국공개특허 US 2009-0046464(2009.02.19 공개)
본 발명은 종래 엘이디로부터 발생되는 열을 방열하는 방열체가 지닌 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 방열핀들이 구비되는 히트싱크들과, 이들 히트싱크들을 서로 끼움 구성함으로써 히트싱크들 사이에 방열통로를 형성하도록 하며 또한 팬을 온도감지센서와 전기적으로 연결하여 줌으로써 최소크기에 최대 방열효과를 얻을 수 있도록 한 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체는, 제1공기유로홀과 제2공기유로홀이 각각 내측에 형성되고 일면에 다수의 엘이디 소자들이 결합되는 메탈기판과; 상기 메탈기판의 이면에 결합되고, 외주면에 제1방열핀과 내주면에 제2방열핀이 각각 형성된 제1히트싱크와; 외주면에 제3방열핀과 내주면에 제4방열핀이 각각 형성되고, 외주면에 형성된 상기 제3방열핀은 상기 제1히트싱크의 내주면에 형성된 제2방열핀과 교차되도록 위치되는 제2히트싱크와; 상기 제1히트싱크의 제2방열핀과 상기 제2히트싱크의 제3방열핀 사이에 상기 메탈기판의 제1공기유로홀과 대응되는 위치에 형성된 제1방열유로공간을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1히트싱크의 내주면에 형성된 제1결합돌부와; 상기 제2히트싱크의 외주면에 상기 제1결합돌부에 끼움결합되는 제1결합홈부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2히트싱크의 제4방열핀과 상기 제3히트싱크의 제5방열핀 사이에는, 상기 메탈기판의 제2공기유로홀과 대응되는 위치에 오는 제2방열유로공간이 더 형성되어 이루어진다.
또한, 상기 메탈기판의 내측에는 상기 제3히트싱크의 내주면이 위치되는 제3공기유로홀이 더 형성되어 이루어진다.
또한, 상기 제1히트싱크의 이면에는 상기 제1히트싱크와 제2히트싱크의 내부로 바람을 송풍하는 송풍팬이 더 구비되어 이루어진다.
상기 메탈기판의 일면에는 상기 송풍팬과 전기적으로 연결되어 상기 엘이디소자들에서 발생되는 열의 온도를 감지하여 온도가 설정된 온도 이상으로 상승하면 상기 송풍팬을 구동시키는 온도감지센서가 더 구비되어 이루어진다.
본 발명은 다수의 히트싱크들이 서로 끼움 결합됨에 따라 소형의 크기로 방열체를 구성할 수 있기 때문에 크기의 소형화를 얻을 수 있으며, 각각의 히트싱크들에 각각 방열핀들이 연장되어 있음으로써 다수의 방열핀에 의해 방열면적을 최대화할 수 있을 뿐만 아니라, 히트싱크들 사이사이에 각각 방열유로공간이 형성되어 있어 엘이디에 의해 방출되는 열을 방열유로공간을 통해 빠르게 외기로 배출시킬 수 있고, 팬에 의한 바람의 송풍에 따른 방열효과는 물론 온도센서에 의해 팬의 구동이 제어됨으로써 소비전력을 최소화할 수 있어 초소형의 방열체에 의해 최대의 방열효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 제1, 2히트싱크의 결합상태를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 제1, 2, 3히트싱크의 결합상태를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 제1, 2, 3히트싱크의 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 제1, 2, 3히트싱크의 결합된 상태를 나타낸 정면구성도이다.
도 5는 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 제1, 2, 3히트싱크의 결합된 상태를 나타낸 일부절개 사시도이다.
도 6은 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도이다.
도 7은 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체의 도 6의 결합상태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체에 의해 구성된 조명체의 일예를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체를 상세히 설명하고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명인 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체는 다수의 엘이디소자(13)들이 장착된 메탈기판(10)과, 메탈기판(10)에 체결되는 제1히트싱크(20), 제1히트싱크(20)의 내측에 끼움결합되는 제2히트싱크(30)로 이루어진다.
상기 메탈기판(10)은, 제1공기유로홀(11)과 제2공기유로홀(12)과 제3공기유로홀(14)이 각각 내측에 방사상으로 형성되고, 중앙에 제4공기유로홀(14a)이 형성되고, 일면에 다수의 엘이디 소자(13)들이 결합되어 이루어진다.
상기 제1히트싱크(20)는, 상기 메탈기판(10)의 이면에 볼팅결합되고 외주면에 제1방열핀(21)과 내주면에 제2방열핀(22)이 각각 방사상으로 연장되며 내주면에 제1결합돌부(23)가 형성되어 이루어진다.
이 때 상기 제1히트싱크(20)의 재질은 방열기능이 뛰어난 금속인 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1방열핀(21)과 제2방열핀(22)은, 상기 제1히트싱크(20)의 길이방향으로 길게 연장되는 것으로, 방사상으로 다수개 형성됨으로써 방열효과가 향상된다.
상기 제2히트싱크(30)는, 상기 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제1결합돌부(23)에 끼움결합되는 제1결합홈부(31)가 외주면에 형성되고 외주면에 제3방열핀(32)과 내주면에 제4방열핀(33)이 각각 방사상으로 형성되고, 외주면에 형성된 제3방열핀(32)은 상기 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제2방열핀(22)과 교차되도록 위치된다.
상기 제2히트싱크(30)의 재질 역시 방열기능이 뛰어난 금속인 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제3방열핀(32)과 제4방열핀(33) 역시 상기 제2히트싱크(30)의 길이방향을 따라 방사상으로 다수개 연장되어 형성됨으로써 방열효과가 향상된다.
상기 제2히트싱크(30)는, 제1히트싱크(20)의 내측에 끼움 결합되는 것으로, 상기 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제1결합돌부(23)가 상기 제2히트싱크(30)의 외주면에 형성된 제1결합홈부(31)에 끼움 결합됨으로써 제2히트싱크(30)가 제1히트싱크(20)의 내측에 위치되어 서로 끼움 결합되어, 제1히트싱크(20)의 내측에 제2히트싱크(30)는 고정 결합된다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1히트싱크(20)의 제2방열핀(22)과 상기 제2히트싱크(30)의 제3방열핀(32) 사이에는 상기 메탈기판(10)의 제1공기유로홀(11)과 대응되는 위치에 제1방열유로공간(40)이 형성되어 이루어진다.
따라서, 상기 제1방열유로공간(40)을 통해 상기 엘이디소자(13)들로부터 발생되는 열이 빠르게 유로되어 제1히트싱크(20) 및 제2히트싱크(30)의 앞에서 뒤쪽으로 이동되거나 또는 뒤에서 앞으로 이동됨으로써 방열이 빠르게 이루어진다.
즉, 메탈기판(10)의 외측면에 위치한 엘이디소자(13)들로부터 발생되는 열은 제1히트싱크(20)의 제1방열핀(21)에 외부로 방열이 이루어지고, 동시에 제1히트싱크(20)의 제2방열핀(23)과 제2히트싱크(30)의 제3방열핀(32)과 제1방열유로공간(40) 및 제1공기유로홀(11)을 통해 외부로 방열이 이루어지고, 메탈기판(10)의 내측면에 위치한 엘이디소자(13)들로부터 발생된 열은 제2히트싱크(30)의 제4방열핀과 제2,제3,제4공기유로홀(12,14,14a)을 통해서 외부로 방열이 이루어지므로 엘이디소자(13)들의 위치에 관계없이 균일하게 방열이 이루어져서, 메탈기판(10)에 장착되는 엘이디소자(13)들의 위치에 관계없이 엘이디소자(13)들의 온도 편차가 적으며, 엘이디소자(13)들로부터 발생된 열이 제1히트싱크(20)의 제1방열핀(21) 및 제2방열핀(22)과 제2히트싱크(30)의 제3방열핀(32) 및 제4방열핀(33)에 의해 넓어진 방열면적에 의해 방열이 진행되므로, 방열효과가 우수하다.
더욱이, 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30)가 서로 끼움결합됨으로써 크기가 최소화될 수 있음에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 초소형의 고용량 엘이디 조명(102)을 제조할 수 있어 사진 방송조명과 기타 소형 경량화 조명을 양산하여 제공할 수 있다.
본 발명은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2히트싱크(30)의 내주면에는 제2결합돌부(34)가 더 형성되고, 제2결합돌부(34)에 끼움결합되는 제2결합홈부(51)가 외주면에 형성되고 외주면에 제5방열핀(52)과 내주면에 제6방열핀(53)이 각각 형성되고, 제5방열핀(52)은 제2히트싱크(30)의 내주면에 형성된 제4방열핀(33)과 서로 교차되도록 위치되는 제3히트싱크(50)가 더 구비되어 이루어진다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2히트싱크(30)의 제4방열핀(33)과 제3히트싱크(50)의 제5방열핀(52) 사이에는, 메탈기판(10)의 제2공기유로홀(12)과 대응되는 위치에 오는 제2방열유로공간(60)이 더 형성되어 이루어진다.
뿐만 아니라, 상기 메탈기판(10)의 내측에는 상기 제3히트싱크(50)의 내주면이 위치되는 제3공기유로홀(14)과 제4공기유로홀(14a)이 더 형성되어 이루어진다.
상기와 같이 제3히트싱크(50)가 더 구비되어 있음에 따라 엘이디소자(13)로부터 발생되는 열의 방열이 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)에 의해 더욱 빠르게 방열될 수 있으며, 더욱이, 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)의 방열핀들에 의해 방열면적이 넓어짐에 따라 엘이디소자(13)로부터 발생되는 열에 대한 방열효과가 더욱 향상된다.
또한, 제1방열유로공간(40)과 제2방열유로공간(60)과 제3히트싱크(50)의 중앙 내측의 공간부(61)를 통해 열의 방출이 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)의 앞 또는 뒤에서 빠르게 유로되어 밖으로 방출될 수 있어 열의 방열효과가 크게 향상된다.
즉, 본 발명은 상기 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)는 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)들의 사이사이에 형성된 제1방열유로공간(40)과 제2방열유로공간(60)과 제3히트싱크(50)의 중앙 내측의 공간부(61)를 통해 열의 방출에 따른 흐름성이 향상될 수 있으며, 최소형의 크기를 통해 최대의 방열효과를 얻을 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1히트싱크(20)의 이면에는 상기 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30)의 내부로 바람을 송풍하는 송풍팬(70)이 더 구비되어 이루어진다.
이 때, 상기 메탈기판(10)의 일면에는 상기 송풍팬(70)과 전기적으로 연결되어 엘이디소자(13)들로부터 방출되는 열의 온도를 감지하여 온도가 설정된 온도 이상으로 상승하면 송풍팬(70)을 구동시키는 온도감지센서(15)가 더 구비되어 이루어진다.
이에 따라, 상기 온도감지센서(15)에 의해 엘이디소자(13)들로부터 방출되는 열의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승하면 송풍팬(70)을 구동시킴으로써 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50) 사이사이에 형성된 제1방열유로공간(40)과 제2방열유로공간(60)과 제3히트싱크(50)의 내측 공간부(61)로 바람을 송풍시켜 줌으로써 열에 대한 방출이 더욱 빠르게 진행된다.
또한, 송풍팬(70)의 회전속도를 온도감지센서(15)에 의해 감지된 온도에 따라 가변시킬 수 있어 최적의 상태로 지능적인 냉각작용을 얻을 수 있다.
송풍팬(70)은, 도 6에 도시된 바와 같이 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)를 고정하는 지그(101)의 하단에 볼팅결합된다.
본 발명은, 도시하지는 않았으나, 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50) 이외에 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30) 및 제3히트싱크(50)와 동일한 구조를 갖는 또 다른 히트싱크를 계속 연결하여 엘이디 용량을 키울 때 필요한 방열효율성을 얻을 수 있기 때문에, 엘이디소자들의 개수에 의한 엘이디 용량을 높일 수 있다.
10 : 메탈기판 11 : 제1공기유로홀
12 : 제2공기유로홀 13 : 엘이디소자
14 : 제3공기유로홀 15 : 온도감지센서
20 : 제1히트싱크 21 : 제1방열핀
22 : 제2방열핀 23 : 제1결합돌부
30 : 제2히트싱크 31 : 제1결합홈부
32 : 제3방열핀 33 : 제4방열핀
34 : 제2결합돌부 40 : 제1방열유로공간
50 : 제3히트싱크 51 : 제2결합홈부
52 : 제5방열핀 53 : 제6방열핀
60 : 제2방열유로공간 70 : 송풍팬

Claims (7)

  1. 제1공기유로홀(11)과 제2공기유로홀(12)이 각각 내측에 형성되고 일면에 다수의 엘이디 소자(13)들이 장착되는 메탈기판(10)과;
    상기 메탈기판(10)의 이면에 결합되고, 외주면에 제1방열핀(21)과 내주면에 제2방열핀(22)이 각각 형성된 제1히트싱크(20)와;
    외주면에 제3방열핀(32)과 내주면에 제4방열핀(33)이 각각 형성되고, 외주면에 형성된 상기 제3방열핀(32)은 상기 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제2방열핀(22)과 교차되도록 위치되는 제2히트싱크(30)와;
    상기 제1히트싱크(20)의 제2방열핀(22)과 상기 제2히트싱크(30)의 제3방열핀(32) 사이에 상기 메탈기판(10)의 제1공기유로홀(11)과 대응되는 위치에 형성된 제1방열유로공간(40)을 구비한 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1히트싱크(20)의 내주면에 형성된 제1결합돌부(23)와;
    상기 제2히트싱크(30)의 외주면에 상기 제1결합돌부(23)에 끼움결합되는 제1결합홈부(31)가 형성된 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2히트싱크(30)의 내주면에는 제2결합돌부(34)가 더 형성되고,
    상기 제2결합돌부(34)에 끼움결합되는 제2결합홈부(51)가 외주면에 형성되고 외주면에 제5방열핀(52)과 내주면에 제6방열핀(53)이 각각 형성되고, 상기 제5방열핀(52)은 상기 제2히트싱크(30)의 내주면에 형성된 제4방열핀(33)과 서로 교차되도록 위치되는 제3히트싱크(50)가 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2히트싱크(30)의 제4방열핀(33)과 상기 제3히트싱크(50)의 제5방열핀(52) 사이에는, 상기 메탈기판(10)의 제2공기유로홀(12)과 대응되는 위치에 오는 제2방열유로공간(60)이 더 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 메탈기판(10)의 내측에는 상기 제3히트싱크(50)의 내주면이 위치되는 제3공기유로홀(14)이 더 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1히트싱크(20)의 이면에는 상기 제1히트싱크(20)와 제2히트싱크(30)의 내부로 바람을 송풍하는 송풍팬(70)이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메탈기판(10)의 일면에는 상기 송풍팬(70)과 전기적으로 연결되어 상기 엘이디 소자(13)들로부터 발생되는 열의 온도를 감지하여 온도가 설정된 온도 이상으로 상승하면 상기 송풍팬(70)을 구동시키는 온도감지센서(15)가 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 히트싱크가 구비된 엘이디 방열체.
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