KR101427119B1 - 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 led조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED조명장치에 관한 것으로, 경량이면서도 방열량을 극대화시켜 장치 적용성과 내구성 및 경제성을 향상시키는 효과가 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 LED조명장치는 적어도 하나의 LED소자를 지지하는 기판과, 판상의 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 상호 평행하게 배열되며 단계적으로 좁아지는 복수의 계단상 단면을 갖는 다수의 방열핀을 가지며, 마그네슘 함량 90%이상의 재료로 압출성형된 히트싱크와, 상기 기판과 상기 히트싱크 사이에 개재되며 상기 히트싱크보다 열전도도가 높은 재질로 된 전열판과,상기 기판과 상기 전열판을 관통하여 상기 히트싱크에 체결되는 체결볼트를 갖는다.

Description

마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 LED조명장치{High power LED with pressing out magnesium heat-sink}

본 발명은 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 LED조명장치에 관한 것이다.

최근 보급이 확산되고 있는 LED조명장치는 발광시 LED소자가 발생시키는 열을 적절히 발산시켜 냉각하기 위해 다수의 방열핀을 갖는 히트싱크를 필요로 한다. 이러한 히트싱크는 비교적 열전도율이 높은 구리 또는 알루미늄 등과 같은 재질로 만들어진다.

한편, 옥외나 공장 등과 같이 고전력의 LED조명장치에서는 다수 개의 높은 소모 전력의 LED소자를 사용한다. LED의 소모전력이 높은 만큼 발열량이 많기 때문에 그에 상응하여 히트싱크도 대형화되어야 한다. 히트싱크의 대형화는 중량의 증대에 귀결되어 제조, 유통 및 설치 등의 관점에서 취급 등 작업성이 떨어지며, 그런 한편 방열효율은 중량에 비례하여 좋아지지 못한다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 경량이면서도 방열 효율이 높은 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력LED 조명장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고전력LED 조명장치는 적어도 하나의 LED소자를 지지하는 기판과, 판상의 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 상호 평행하게 배열되며 단계적으로 좁아지는 복수의 계단상 단면을 갖는 다수의 방열핀을 가지며, 마그네슘 함량 90%이상의 재료로 압출성형된 히트싱크와, 상기 기판과 상기 히트싱크 사이에 개재되며 상기 히트싱크보다 열전도도가 높은 재질로 된 전열판과, 상기 기판과 상기 전열판을 관통하여 상기 히트싱크에 체결되는 체결볼트를 갖는다.

또한, 상기 히트싱크는 상기 베이스부 및 상기 전열핀에 전착도장에 의해 적층된 전착피복부를 더 가지는 것이 마그네슘 히트싱크의 산화를 방지할 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 체결볼트는 상기 히트싱크보다 열전도도가 높은 재질로 만들어지며, 상기 히트싱크의 베이스부는 상기 체결볼트의 체결영역에 두께가 두꺼워진 후육부를 갖는 것이 LED소자의 열을 방출하는데 효과적일 수 있다.

한편, 다수의 방열핀 중에서도 중앙영역의 상기 방열핀이 외곽영역의 방열핀보다 높은 높이를 갖도록 하는 것이 상승기류 형성에 도움이 될 것이다. 또한, 상기 방열핀들은 길이방향의 일부 구간에 길이방향에 가로방향으로 절개된 절개부를 갖는 것이 열분포를 급변시켜 방열에 바람직하다. 그리고 상기 방열핀의 최대 두께는 상기 방열핀들 간의 간격의 10~20%이며, 상기 방열핀의 최소 두께는 최대 두께의 30~60%가 될 경우 방열 기류형성에 적합한 환경이 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 LED조명장치는 경량이면서도 방열량을 극대화시켜 장치 적용성과 내구성 및 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전력 LED조명장치의 LED소자 측을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고전력 LED조명장치의 히트싱크 측을 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고전력 LED조명장치의 단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 압출물 히트싱크(20)를 갖는 LED조명장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 LED조명장치는 LED소자(11)와, LED소자(11)가 설치되는 기판(10)과, LED소자(11)에서 발생하는 열을 히트싱크(20)로 전달하기 위한 전열판(30)과, 전열판(30)으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 히트싱크(20)와, 기판(10)과 전열판(30)을 관통하여 히트싱크(20)에 체결되는 체결볼트(40)를 갖는다.

LED소자(11)는 칩(chip)의 형태로 기판(10)에 설치되며, 기판(10)은 전류를 LED소자(11)에 공급할 수 있도록 LED소자(11)와 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 기판(10)은 전원(미도시)과 도선으로 연결된다. 그리고 기판(10)은 구리, 금 또는 은과 같이 열전도율이 높은 소재로 만들어진 전열판(30)을 사이에 두고 히트싱크(20)와 체결볼트(40)로서 결합된다. 이때, 전열판(30)의 면적은 적어도 하나 이상의 기판(10)의 면적보다 넓은 것이 바람직하다. 그리고 체결볼트(40)는 히트싱크(20)의 열전도도보다 높은 재질인 알루미늄-구리 합금으로 제조되는 것이 바람직하다.

히트싱크(20)는 마그네슘 함량이 90%이상인 재료로 압출 성형되며, 나머지 10%의 함량은 내열성과 내산화성 등의 물성을 향상시키기 위해 베릴륨, 알루미늄, 지르코늄, 토륨, 리튬 등 다양한 물질이 포함될 수 있다. 히트싱크(20)의 압출 성형은 균일한 단면형상의 제품을 연속적으로 성형하여, 필요에 따라 절단해서 사용할 수 있으므로 저렴한 비용으로 대량 생산하는데 적합하다. 한편, 압출 성형된 히트싱크(20)는 깔끔한 마무리를 위해 절삭가공 또는 절단가공 작업이 추가될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 히트싱크(20)는 기판(10)이 부착된 전열판(30)의 후면에 부착되는 판상의 베이스부(21)와 베이스부(21)의 일면에 상호 평행하게 배열되는 방열핀(25)을 가진다. 베이스부(21)는 전열판(30)에서 전달되어 오는 열을 빠르게 흡수하기 위하여 전열판(30)의 전체 면적과 접촉되도록 한다. 한편, 체결볼트(40)가 베이스부(21)에 침입하여 체결되는 영역에는 후육부(23)가 형성된다.

후육부(23)는 방열핀(25)의 하단부에 형성되어 체결볼트(40)에서 전달되어 오는 열을 수령하며, 수령된 열을 방열핀(25)에 전달한다. 한편, 방열핀(25)들은 베이스부(21)로부터 전달되어 오는 열을 외부환경으로 효과적으로 방출하기 위해 가능한 넓은 면적을 갖도록 가능한 다수 개로 마련된다. 그리고 방열핀(25)들은 길이방향의 일부 구간에 가로방향으로 절개된 절개부(27)를 갖는다. 이는 다수의 방열핀(25)이 조밀하게 형성된 영역에 열 분포를 급변화시켜 열 방출을 효과적으로 하는데 도움이 된다.

도 3에 도시된 바와 같이 방열핀(25)은 더욱 효과적인 열방출을 위하여 단계적으로 좁아지는 복수의 계단상 단면을 가지며, 베이스부(21)의 중앙영역에 있는 방열핀(25)이 외곽영역의 방열핀(25)보다 높은 높이를 갖는다. 이러한 방열핀(25)들의 형태는 전열판(30)으로부터 방열핀(25)으로 전달되어 오는 열을 상승기류 형성을 통해 열 정체를 해소하기 위한 것이다.

구체적으로, 방열핀(25)의 계단상 단면 구조는 방열핀(25)의 상부측일수록 방열핀(25)들 사이의 간격을 넓게 하며, 두께가 얇아지는 계단 부위에서는 방열 방향을 다양화하여 다수의 방열핀(25) 영역 내에서 열대류를 원활히 하는 것이다. 한편, 다수의 방열핀(25)의 중앙영역이 외곽영역보다 높이가 높은 것은 외곽영역일수록 외부환경과 밀접하며, 중앙영역일수록 외부환경과 차단되어 있는 대류 환경을 개선코자 중앙영역의 방열핀(25) 높이를 높인 것이다.

또한, 방열핀(25)들 사이의 간격(L)과 방열핀(25) 하단부의 두께(d1)는 열 정체 및 열 확산과 관련된 요인으로, 서로 너무 가깝지도 너무 멀지도 않는 적절한 비율을 갖는 것이 바람직하다. 이를 실제 실험을 통해 확인한 결과 최적의 방열핀(25) 하단부 두께(d1)는 방열핀(25)들 사이 간격(L)의 10~20% 범위였다. 이외의 범위에서는 방열핀(25)이 소용없이 두꺼워지거나 얇아져서 넓은 열 방출 면적을 갖는 방열핀(25)의 효율을 떨어뜨렸다. 그리고 이러한 비율을 가진 방열핀(25)들의 상단부와 하단부 사이의 두께는 상단부의 두께가 하단부의 두께의 30~60% 범위일 때 열확산이 가장 활발한 것으로 나타났다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만 히트싱크(20)의 표면에는 전착도장에 의해 얇게 적층된 전착피복부를 갖는다. 이로써 히트싱크(20)는 산화에 의한 부식됨을 방지할 수 있으며, 히트싱크(20)의 수명을 반영구적으로 늘릴 수 있다. 물론, 전착도장 외에 정전도장법 둥을 사용할 수도 있겠으나, 다수의 방열핀(25)을 갖는 히트싱크(20)의 복잡한 형상에 따라 도료용액 속에 히트싱크(20)를 침지시킨 후 전압을 가하여 도료를 전착시키는 전착도장법을 사용하는 것이 바람직하다.

10: 기판 11: LED소자
20: 히트싱크 21: 베이스부
23: 후육부 25: 방열핀
27: 절개부 30: 전열판
40: 체결볼트

Claims (5)

1. 고전력 LED조명장치에 있어서,
   적어도 하나의 LED소자를 지지하는 기판과,
   판상의 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 상호 평행하게 배열되는 다수의 방열핀을 가지며, 마그네슘 함량 90%이상의 재료로 압출성형된 히트싱크와,
   상기 기판과 상기 히트싱크 사이에 개재되며 상기 히트싱크보다 열전도도가 높은 재질로 된 전열판과,
   상기 기판과 상기 전열판을 관통하여 상기 히트싱크에 체결되며, 상기 히트싱크보다 열전도도가 높은 재질로 만들어진 체결볼트를 포함하며,
   상기 베이스부와 상기 방열핀이 접하는 영역에는 비교적 두께가 두꺼운 후육부가 형성되고,
   상기 체결볼트는 상기 후육부에 체결되며,
   상기 방열핀은 높이방향을 따라 갈수록 두께가 단계적으로 좁아지는 적어도 하나 이상의 계단상 단면을 가지며,
   상기 방열핀의 최대 두께는 상기 방열핀들 간의 간격의 10 내지 20%이고 상기 방열핀의 최소 두께는 최대 두께의 30 내지 60%이며,
   상기 방열핀들은 길이방향의 일부 구간에 길이방향의 가로방향으로 절개된 절개부를 가지며, 중앙영역의 상기 방열핀은 외곽영역의 방열핀보다 높은 높이를 가지며,
   상기 히트싱크는 상기 베이스부 및 상기 방열핀에 전착도장에 의해 적층된 전착피복부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 압출물 히트싱크를 가진 고전력 LED조명장치.
   
   
   
   
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