KR101462170B1 - Led 모듈 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 모듈 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상부면에 LED칩이 실장되며, 상기 LED칩으로 전원을 공급하는 도전선이 형성되는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 하부면에 접촉배치되어 상기 LED칩의 열을 방출하는 방열판과; 상기 방열판의 하부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 히트싱크를 포함하며, 상기 히트싱크는, 상면에 상기 인쇄회로기판과 결합된 상기 방열판이 안착되는 프레임과; 상기 프레임의 배면에 수직하게 결합되는 방열파이프와; 상기 방열파이프의 축방향에 대해 가로방향으로 일정간격으로 결합된 복수개의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED모듈이 개시된다.

Description

LED 모듈 및 이를 포함하는 조명장치 {LED MODULE AND LED LIGHTING DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 LED 모듈 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 개별 LED에서 발생된 열을 방열하는 히트싱크의 구조를 개선하고 모듈형 조립이 가능하도록 구성된 LED 모듈 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
LED 모듈은 조명등의 광원으로 사용되거나, 디스플레이 패널의 BLU(back light unit)으로 사용된다. LED 모듈은 LED가 전력소모가 적고 수명이 길어 최근 다양한 분야로 사용범위가 증가되고 있다.
종래 LED 모듈의 구성의 일례가 공개특허 제10-2010-0118401호 "LED 조명장치"에 개시된 바 있다. 개시된 바와 같은 종래 LED 모듈은 LED의 구동에 따라 많은 열이 발생된다. LED로부터 발생된 열은 LED의 수명을 단축하거나 LED 모듈이 설치된 조명등 또는 디스플레이 패널의 성능에 영향을 줄 수도 있다.
이에 종래 LED 모듈은 LED의 열을 외부로 방출하기 위한 히트싱크를 구비한다. 도 1은 종래 LED 모듈(10)의 일례의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 종래 LED 모듈(10)은 LED칩(11)이 실장되는 인쇄회로기판(12)과, 인쇄회로기판(12)의 하부에 배치되어 LED칩(11)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트싱크(13)를 포함한다.
그런데, 종래 LED 모듈(10)은 히트싱크(13)가 단순히 인쇄회로기판(12) 측으로부터 수직하게 연장되게 배치되므로 방열면적에 한계가 있어서, 방열효율을 높이는데 한계가 있었다.
또한, 종래 히트싱크(13) 구조는 다양한 형상과 크기를 갖는 조명기구에 적용되는 LED모듈(10)에 유연한 구조로 변형 내지 확장 구성하는 것이 어렵다는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0118401호 (2010년11월05일 공개)
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 히트싱크의 구조를 입체적으로 형성하여 방열효율을 높일 수 있는 LED 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판의 크기나 형상에 따라 능동적으로 방열 면적을 가변하여 적용할 수 있는 히트싱크를 갖는 LED 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판에 배치된 개별 LED 각각에서 발생된 열을 직접 방열판으로 전달하여 방열효율을 높일 수 있는 LED 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 LED 모듈을 포함하는 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상부면에 LED칩이 실장되며, 상기 LED칩으로 전원을 공급하는 도전선이 형성되는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 하부면에 접촉배치되어 상기 LED칩의 열을 방출하는 방열판과; 상기 방열판의 하부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 히트싱크를 포함하며, 상기 히트싱크는, 상면에 상기 인쇄회로기판과 결합되는 상기 방열판이 안착되는 프레임과; 상기 프레임의 배면에 수직하게 결합되는 방열파이프와; 상기 방열파이프의 축방향에 대해 가로방향으로 일정간격으로 결합된 복수개의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED모듈이 개시된다.
바람직하게, 상기 인쇄회로기판은 LED칩의 실장위치에 LED방열홀이 관통형성되고, 상기 방열판은 상기 LED방열홀을 통해 상기 인쇄회로기판의 상부로 노출되어 상기 LED칩의 하부와 면 접촉되도록 판면으로부터 돌출형성된 LED접촉돌기가 구비되며, 상기 히트싱크는 상기 LED칩의 위치에 대응되게 상기 프레임에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 대응되게 상기 프레임의 배면에 상기 방열파이프가 결합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 방열파이프의 양단 중 적어도 어느 하나는 개방형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 프레임의 상면에서 상기 방열파이프를 향해 파이프체결부재가 삽입되어 상기 방열파이프가 상기 프레임에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 인쇄회로기판의 하부면에는 상기 도전선과 전기적으로 차단된 상태로 상기 방열판으로 열을 배출하는 구리코팅층이 형성되고, 상기 방열판은 상기 구리코팅층과 면접촉되어 열을 전달받도록 더욱 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 인쇄회로기판에는 상기 도전선으로 전원을 공급하기 위한 전원공급선이 유입되는 제1전원공급선홀이 형성되고, 상기 히트싱크에는 전원공급선을 상기 방열판으로 유입시키는 제3전원공급선홀이 형성되고, 상기 방열판에는 제3전원공급선홀로 유입된 전원공급선을 상기 제1전원공급선홀로 안내하는 제2전원공급선홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 프레임은 상기 방열판이 안착되는 방열판안착면이 형성되도록 외주연에 일정높이의 단턱이 형성되고, 상기 인쇄회로기판과 상기 방열판 및 상기 프레임은 서로 대응되는 위치에 체결부재가 삽입되는 체결부재삽입공이 관통형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 인쇄회로기판에 복수개의 LED칩이 배치되고, 상기 방열파이프는 상기 복수개의 LED칩의 위치에 대응되게 복수개가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 LED모듈과; 상기 LED모듈을 내부에 수용하는 조명프레임을 포함하며, 상기 LED모듈의 프레임은 상기 조명프레임에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 조명장치가 개시된다.
본 발명에 따른 LED모듈은 히트싱크가 프레임에 수직하게 배치된 복수개의 방열파이프와, 각 방열파이프에 수평하게 배치된 복수개의 방열핀으로 구성됨으로써, 방열면적이 증가되고 입체적인 방열이 이뤄진다는 장점이 있다.
또한, 복수개의 방열파이프가 복수개의 LED칩의 위치에 대응되게 개별적으로 배치되어 각 LED칩에서 발생된 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있다. 그리고, 각 방열파이프는 체결부재에 의해 프레임에 착탈가능하므로 인쇄회로기판의 크기, 형상 및 LED칩의 개수에 따라 용이하게 개수를 변경하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED모듈은 인쇄회로기판과 히트싱크 사이에 방열판이 추가적으로 구비되어 방열효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 방열판의 판면에 각 LED칩의 위치에 대응되게 LED접촉돌기가 형성되고, LED접촉돌기가 LED칩의 칩하부와 직접 접촉되도록 돌출되므로 개별 LED칩에서 발생된 열이 직접 방열판으로 전달될 수 있다. 따라서, LED칩의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치는 인쇄회로기판, 방열판 및 히트싱크가 모듈형태로 결합된 LED모듈을 설계조건에 따라 조명프레임에 착탈가능하게 결합시킬 수 있다.
도 1은 종래 LED 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 4는 도 2의 LED 모듈의 A-A선에 따른 단면구성을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 히트싱크를 뒤집은 상태를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 일부 변형예에 따른 LED모듈이 적용된 LED모듈조립체의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 모듈이 적용된 조명장치의 일례를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 모듈이 적용된 조명장치의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈(100)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 3은 LED 모듈(100)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 A-A선에 따른 단면구성을 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈(100)은 LED칩(115)이 실장되는 인쇄회로기판(110)과, 인쇄회로기판(110)의 하부에 배치되는 방열판(120)과, 방열판(120)의 하부에 배치되어 LED칩(115)에서 발생된 열을 외부로 배출하는 히트싱크(130)를 포함한다.
인쇄회로기판(110)은 표면실장(SMT) 방식으로 복수개의 LED칩(115)이 설치된다. 인쇄회로기판(110)은 판면에 LED칩(115)이 설치되는 위치별로 LED방열홀(117)이 관통형성된 기판본체(111)와, LED칩(115)의 배열구조에 따라 LED칩(115)으로 전원을 공급하는 도전선(113)을 포함한다. 기판본체(111)는, 도전선(113)의 각 LED 접지 단자를 제외한 나머지 부분은 외부로부터의 전기적 접속 또는 오염과 손상을 방지하기 위한 코팅면(112)이 형성된다. 또한, 기판본체(111)는 도면에는 도시되지 않았으나 하면에 도전선(113)과 전기적으로 차단된 상태로 방열판(120) 측으로 열배출이 용이하도록 구리코팅층(111a)이 형성된다.
LED칩(115)은 동작시 광을 발생시킨다. LED칩(115)에는 구동전원을 공급받는 LED단자(115a)가 하부에 형성된다. LED단자(115a)는 +/- 전극에 맞게 도전선(113)의 LED 접지 단자(+/-)에 전기적으로 접속된다.
LED방열홀(117)은 복수개의 LED칩(115)의 각 설치위치에 관통형성된다. 이에 의해 방열판(120)의 LED접촉돌기(123)가 LED방열홀(117)을 통해 기판본체(111) 상부로 노출되어 LED칩(115)의 하부와 접촉된다.
방열판(120)은 인쇄회로기판(110)과 히트싱크(130) 사이에 배치되어 LED칩(115)에서 발생된 열을 히트싱크(130)로 전달한다. 방열판(120)은 인쇄회로기판(110)을 상면에 수용하는 방열판본체(121)와, 방열판본체(121)의 상면에 복수개의 LED칩(115)의 위치에 대응되게 돌출형성되는 LED접촉돌기(123)를 포함한다.
방열판본체(121)는 인쇄회로기판(110)의 하부에 직접 접촉되어 LED칩(115)에서 발생된 열이 보다 빠르게 히트싱크(130)로 전달되도록 한다. 방열판본체(121)의 상면에는 인쇄회로기판(110)이 안착되는 기판안착면(122)이 외주연에 비해 일정깊이 함몰되게 형성된다. 기판안착면(122)은 단턱(124)에 의해 방열판본체(121)의 외주연보다 낮게 형성된다. 단턱(124)의 높이는 인쇄회로기판(110)의 두께에 대응되게 형성되어 기판안착면(122) 상에 인쇄회로기판(110)이 수용되었을 때 인쇄회로기판(110)의 높이가 방열판본체(121)의 외주연의 높이가 동일해질 수 있다.
바람직하게, 방열판본체(121)는 인쇄회로기판(110)의 하면과 접촉시 열을 빠르게 전달받을 수 있도록 구리재질로 형성된다. 인쇄회로기판(110)과 방열판(120)이 서로 면접촉되었을 때 구리재질로 형성된 방열판본체(121)와 인쇄회로기판(110) 하부의 구리코팅층(111a)이 맞닿게 되므로 방열효율을 향상시킬 수 있다.
LED접촉돌기(123)는 방열판본체(121)의 판면으로부터 상부방향으로 돌출형성된다. LED접촉돌기(123)는 인쇄회로기판(110)의 LED방열홀(117)의 위치와 크기에 대응되게 형성된다. LED접촉돌기(123)의 돌출높이는 도 4에 확대도시된 바와 같이 LED방열홀(117)을 통해 상방향으로 삽입되었을 때 LED칩(115)의 하부면과 직접 면 접촉될 수 있는 높이로 형성된다.
LED접촉돌기(123)는 복수개의 LED칩(115)의 개별위치 마다 돌출형성되어 각 LED칩(115)과 직접 접촉하며 열을 전달받게 된다. 따라서, 종래 LED칩(115)에서 발생된 열이 인쇄회로기판(110)을 통해 히트싱크로 간접적으로 전달받던 것과 비교할 때 방열판(120)이 LED칩(115)으로부터 직접 열을 전달받게 되므로 방열효율이 증가될 수 있다.
히트싱크(130)는 방열판(120)의 하부에 구비되어 인쇄회로기판(110)으로부터 방열판(120)으로 전달된 열을 외부로 방출한다. 도 5는 히트싱크(130)를 뒤집어 놓은 상태에서 방열파이프(133)가 결합되는 구조를 도시한 예시도이다. 히트싱크(130)는 방열판(120)을 수용하는 프레임(131)과, 프레임(131)으로부터 하부로 수직하게 연장된 복수개의 방열파이프(133)와, 각 방열파이프(133)의 축방향에 대해 가로방향으로 결합된 복수개의 방열핀(135)을 포함한다. 히트싱크(130)는 전체가 열전도율이 좋은 금속소재, 특히 알루미늄으로 형성된다.
프레임(131)은 내부에 인쇄회로기판(110)이 결합된 방열판(120)이 수용된다. 프레임(131)에는 방열판안착면(131a)이 외주연의 단턱(131b) 보다 낮게 형성된다. 방열판안착면(131a)에는 파이프체결부재(예, 볼트; 137)가 삽입되는 복수개의 관통홀(131c)이 관통형성된다. 복수개의 관통홀(131c)은 인쇄회로기판(110)의 LED칩(115)의 위치에 대응되게 형성된다. 관통홀(131c)의 외주연에는 파이프체결부재(137)의 머리(137a)가 안착되는 머리안착면(131d)이 방열판안착면(131a) 보다 낮게 형성된다. 프레임(131)의 하면에는 각 방열파이프(133)의 상단이 안착되는 파이프안착면(131g)이 단차지게 형성될 수도 있다.
복수개의 방열파이프(133)는 프레임(131)의 방열판안착면(131a)에 대해 수직한 방향으로 결합된다. 바람직하게, 방열파이프(133)는 양단이 개방된 중공관 형태로 형성된다. 방열파이프(133)의 일단은 파이프체결부재(137)에 의해 프레임(131)에 결합되고, 타단은 개방되거나 캡(미도시)에 의해 밀폐될 수 있다.
방열파이프(133)의 타단이 개방될 경우 도 4에 도시된 바와 같이 방열파이프(133)의 공기유동로(133a)를 통해 외기(A)가 이동될 수 있다. 이에 의해 방열파이프(133)를 통해 이동되는 열기와 외기(A)가 열교환을 하게 되므로 방열효율이 보다 증가될 수 있다.
방열핀(135)은 방열파이프(133)의 축방향에 대해 가로방향(또는 수직방향)으로 결합되어 외부로 열을 방출한다. 방열핀(135)은 방열파이프(133)의 반경방향 외측으로 판상 재질이 삽입된 형태로 방열파이프(133)의 외주면에 결합된다. 방열핀(135)은 방열파이프(133)를 따라 전달되는 열을 외기로 전달한다. 방열핀(135)은 단면이 사각형 형태로 형성되거나, 원형 또는 타원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
복수개의 방열핀(135)이 방열파이프(133)의 축방향을 따라 반경방향 외측으로 연장형성되므로 도 1에 도시된 바와 같이 단순히 수직하게 형성된 히트싱크(13)과 비교할 때 방열면적이 현저히 증가될 수 있다. 따라서, 방열효율도 증가될 수 있다.
여기서, 방열핀(135)의 배치간격은 일정하게 형성되거나, 상이하게 형성될 수 있다. 일례로, 열이 상대적으로 많이 발생되는 프레임(131) 측은 방열핀(135)의 간격이 좁게 배치되고 하부측은 방열핀(135)의 간격이 넓게 배치될 수 있다. 또한, 방열핀(135)의 면적도 서로 동일하게 형성되거나 점차 크기가 커지거나 작아지게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 히트싱크(130)는 복수개의 LED칩(115)으로부터 방열판(120)을 통해 프레임(131)이 전달받은 열을 각 LED칩(115)에 대응되게 수직하게 배치된 복수개의 방열파이프(133)가 1차적으로 외부로 전달하고, 방열파이프(133)에 수평하게 배치된 복수개의 방열핀(135)이 2차적으로 외부로 전달한다. 또한, 방열파이프(133)의 공기유동로(133a)를 따라 이동되는 외기가 3차적으로 전달한다. 이러한 입체적인 방열과정에 의해 LED칩(115)에서 발생된 열이 빠르게 외부로 배출될 수 있다.
여기서, 방열파이프(133)와 복수개의 방열핀(135)은 일체로 제조된다. 방열핀(135)의 결합간격과 방열파이프(133)의 내경과 외경 크기는 LED칩(115)의 크기와 LED모듈(100)의 사용목적 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
여기서, 복수개의 방열파이프(133)는 파이프체결부재(137)에 의해 프레임(131)에 용이하게 결합될 수 있다. 따라서, 인쇄회로기판(110)의 크기가 커지거나, 동일한 면적의 인쇄회로기판(110)에 실장되는 LED칩(115)의 개수가 증가하는 경우에 방열파이프(133)를 독립적으로 또는 추가적으로 결합하여 방열면적을 증가시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈(100)은 방열파이프(133)가 LED칩(115)의 개수와 위치에 대응되게 구비되었으나, 경우에 따라 LED칩(115)과 대응되지 않게 독립적으로 배치될 수도 있다. 즉, 방열파이프(133)가 LED칩(115)의 위치과 개수에 상관없이 적절한 위치에 적절한 개수로 구비될 수도 있다.
한편, 인쇄회로기판(110)과 방열판(120) 사이에는 그라파이트층(미도시) 또는 접착층(미도시)이 구비될 수 있다. 그라파이트층은 일반적으로 편상구조의 흑연들이 발포되어 강력한 힘으로 압연되어 시트상태로 형성된다. 이러한 그라파이트층은 특히, 두께 방향으로의 열 전도도를 높일 수 있다.
본 발명에 따른 LED모듈(100)은 두께방향 또는 면방향으로의 열전도성을 고려하여 예를 들어, 준이방성 그라파이트층 또는 고이방성 그라파이트층이 선택적 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 따라서, 인쇄회로기판(110) 전 영역의 열이 면방향 뿐만 아니라 두께방향으로도 균일한 속도로 방출될 수 있다.
접착층은 인쇄회로기판(110)과 방열판(120) 사이에 구비되어 둘 사이의 결속력을 증가시킨다. 이에 따라 인쇄회로기판(110) 하면에 형성된 구리코팅층(111a)과 방열판(120)이 밀착되어 방열효율이 증가될 수 있다.
그라파이트층 또는 접착층은 상대적으로 얇은 두께를 가지며 결합 상태에서 시트 상으로 형성되므로, 본 실시예의 도면에 별도로 도시하지는 않았다.
한편, 기판본체(111)의 판면에는 외부의 전원공급선(S)이 유입되는 제1전원공급선유입홀(118)이 관통형성되고, 방열판(120)의 판면에는 외부의 전원공급선(S)이 유입되는 제2전원공급선유입홀(125)이 관통형성되고, 프레임(131)의 판면에는 외부의 전원공급선(S)이 유입되는 제3전원공급선유입홀(131e)이 관통형성된다. 이 때, 제1전원공급선유입홀(118), 제2전원공급선유입홀(125) 및 제3전원공급선유입홀(131e)은 서로 대응되는 위치에 형성되는 것이 전원공급선(S)의 유입경로를 단축할 수 있어 바람직하다. 작업자는 제1전원공급선유입홀(118), 제2전원공급선유입홀(125) 및 제3전원공급선유입홀(131e)이 서로 동축상에 배치되도록 조립한다.
도 3에 도시된 바와 같이 외부로부터 인입된 전원공급선(S)은 프레임(131)의 하부로부터 상부방향으로 제3전원공급선유입홀(131e)로 유입되고, 순차적으로 방열판(120)의 제2전원공급선유입홀(125)로 유입된 후 인쇄회로기판(110)의 제3전원공급선유입홀(131e)로 안내된다.
제3전원공급선유입홀(131e)을 통해 인쇄회로기판(110)으로 안내된 전원공급선(S)은 납땜 등의 방법으로 도전선(113)의 단부와 전기적으로 연결된다. 경우에 따라 도전선(113)의 단부와 전원공급선(S)을 연결하는 별도의 연결단자가 구비될 수도 있다. 이렇게 전원공급선(S)의 유입경로가 인쇄회로기판(110), 방열판(120) 및 프레임(131)에 각각 형성되므로 전원공급선(S)의 유입경로가 짧아져 컴팩트하고 깔끔한 외관을 나타낼 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(110), 방열판(120) 및 프레임(131)의 외주연에는 방열판(120) 및 히트싱크(130)의 위치고정을 위한 체결부재(미도시)가 삽입되는 제1체결부재삽입홀(119), 제2체결부재삽입홀(127), 제3체결부재삽입홀(131f)이 관통형성된다. 제1체결부재삽입홀(119), 제2체결부재삽입홀(127), 제3체결부재삽입홀(131f)도 서로 대응되는 위치에 배치되어 LED모듈(100)의 조립시에 작업자가 인쇄회로기판(110)의 상부에서 하부로 체결부재(예, 볼트, 미도시)를 체결하여 서로 위치가 고정될 수 있다. 이 때, 한 개의 체결부재(미도시)의 삽입을 통해 인쇄회로기판(110), 방열판(120) 및 프레임(131)이 동시에 고정되므로 작업공수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(110)의 상부에는 투명진공판(114)이 구비될 수 있다. 투명진공판(114)은 프레임(131)의 개방된 상부를 밀폐하여 외부의 이물질이 인쇄회로기판(110)에 부착되는 것을 방지한다. 또한, 경우에 따라 투명진공판(114)으로 둘러쌓인 인쇄회기판(110)이 수용된 내부공간을 진공상태로 유지시킬 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 LED모듈(100)의 조립과정과 사용과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
작업자는 프레임(131)의 제3전원공급선유입홀(131e)로 전원공급선(S)을 유입시킨다. 그리고, 복수개의 파이프체결부재(137)를 관통홀(131c)로 삽입시킨 후 히트싱크(130)의 상단에 결합시킨다. 이 때, 방열판(120)의 공기유동로(133a)의 내벽면에는 나사산이 형성되어 파이프체결부재(137)와 나사결합으로 고정될 수 있다.
히트싱크(130)의 조립이 완료되면, 프레임(131)의 방열판안착면(131a)에 방열판(120)을 배치한다. 그리고, 방열판(120)의 기판안착면(122)에 인쇄회로기판(110)을 배치한다. 이 때, 방열판(120)의 LED접촉돌기(123)가 LED방열홀(117)을 통해 상부로 노출되도록 인쇄회로기판(110)을 배치한다.
이 과정에서 전원공급선(S)은 제2전원공급선유입홀(125)과 제1전원공급선유입홀(118)을 통해 인쇄회로기판(110) 상부로 유입시키고, 도전선(113)과 전기적으로 연결된다. LED방열홀(117)의 위치별로 복수개의 LED칩(115)을 실장한다. 이 때, 각 LED칩(115)의 LED단자(115a)를 대응되는 도전선(113)의 +/-전극(LED 접지 단자)에 통전되도록 표면실장하여 LED모듈(100)의 조립을 완료한다.
전원공급선(S)을 통해 전원이 공급되면 복수개의 LED칩(115)이 발광한다. LED칩(115)의 발광에 따라 열이 발생되면, LED칩(115)의 칩하부(115a)가 도 4에 도시된 바와 같이 LED접촉돌기(123)와 직접 접촉하고 있으므로 LED칩(115)의 열이 방열판(120)으로 직접 전달된다. 그리고, 인쇄회로기판(110)의 상부구리코팅층(111a)과 방열판(120)의 하부구리코팅층(121a)이 서로 면접촉되어 있으므로 LED칩(115)으로부터 인쇄회로기판(110)으로 전달된 열이 방열판(120)으로 전달된다.
따라서, 복수개의 LED칩(115)에서 발생된 열이 개별적으로 직접 방열판(120)으로 전달됨과 동시에 인쇄회로기판(110)과 면접촉된 상태로 열이 방열판(120)으로 전달되므로 방열속도가 빨라질 수 있다.
또한, 방열판(120)의 열은 프레임(131)을 통해 히트싱크(130)로 전달된다. 히트싱크(130)는 각 LED칩(115)의 위치에 대응되게 배치된 복수개의 방열파이프(133) 통해 수직한 방향으로 열이 전달된 후, 방열핀(135)을 통해 수평 방향으로 열이 전달된다. 또한, 개방된 방열파이프(133) 내부를 유동하는 외기에 의해 열교환이 이루어지며 방열속도가 증가될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일부 변형예에 따른 LED모듈이 적용된 LED모듈조립체의 사시도이다.
LED모듈조립체(10)는 본 발명의 LED모듈(100,100',100")이 복수개가 결합되어 형성된다. 이 때, 각 LED모듈(100,100',100")의 외주연에는 예를 들어, 서로가 결합될 수 있는 요부 또는 홈부 형태로 연장된 확장수단(141,143)이 구비되어 필요에 따라 LED모듈조립체(10) 크기의 확장 및 축소가 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 모듈이 적용된 조명장치의 일례를 도시한 사시도, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 모듈이 적용된 조명장치의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
LED모듈(100)은 한개 또는 복수개가 조명프레임(20) 내부에 수용되어 조명장치(1)를 형성할 수 있다. 이 때, 조명프레임(20)과 LED모듈(100)의 결합구조를 간편하게 하기 위해 조명프레임(20)과 LED모듈(100)은 예를 들어, 슬라이딩 결합되도록 구비된다.
이를 위해 조명프레임(20) 내부에는 가이드홈(23)이 프레임(131)의 두께(d)에 대응되게 형성된다. LED모듈(100)은 프레임(130)이 조명프레임(20) 내부에 슬라이딩 결합되므로 조명장치(1)의 길이방향 확장이 용이하게 이루어질 수 있다.
이 때, 앞서 설명한 LED모듈조립체(10)가 조명장치(1) 내부에 수용될 수도 있다. 이 경우, 확장수단(140)에 의해 LED모듈조립체(10)의 상하좌우로 확장이 가능하므로, 조명장치(1)를 길이방향 뿐만 아니라 폭방향으로도 용이하게 확장할 수 있다.
조명프레임(20)의 형상과 크기, LED모듈(100)의 형상과 크기는 요구되는 조명장치의 크기와 형상, 조립 조건 등에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 결합 구조도 슬라이딩 결합 구조 이외에 다양한 공지의 결합 구성이 응용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 LED모듈은 히트싱크가 프레임에 수직하게 배치된 복수개의 방열파이프와, 각 방열파이프에 수평하게 배치된 복수개의 방열핀으로 구성되어 방열면적이 증가되고 입체적으로 이루어진다.
또한, 복수개의 방열파이프가 복수개의 LED칩의 위치에 대응되게 개별적으로 배치되어 각 LED칩에서 발생된 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있다. 그리고, 각 방열파이프는 체결부재에 의해 프레임에 착탈가능하므로 인쇄회로기판의 크기, 형상 및 LED칩의 개수에 따라 용이하게 개수를 변경하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED모듈은 인쇄회로기판과 히트싱크 사이에 방열판이 추가적으로 구비되어 방열효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 방열판의 판면에 각 LED칩의 위치에 대응되게 LED접촉돌기가 형성되고, LED접촉돌기가 LED칩의 칩하부와 직접 접촉되도록 돌출되므로 개별 LED칩에서 발생된 열이 직접 방열판으로 전달될 수 있다. 따라서, LED칩의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 LED모듈의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 조명장치 10 : LED모듈조립체
100 : LED 모듈 110 : 인쇄회로기판
111 : 기판본체 111a : 구리코팅층
112 : 코팅면 113 : 도전선
114 : 투명진공판 115 : LED칩
115a : 칩하부 117 : LED 실장홀
118: 제1전원공급선유입홀 119 : 제1체결부재삽입홀
120 : 방열판 121 : 방열판본체
122 : 기판안착면 123 : LED접촉돌기
124 : 단턱 125 : 제2전원공급선유입홀
127 : 제2체결부재삽입홀 130 : 히트싱크
131 : 프레임 131a : 방열판안착면
131b : 단턱 131c : 관통홀
131d : 머리안착면 131e : 제3전원공급선유입홀
131f : 제3체결부재삽입홀 133 : 방열파이프
133a : 공기유동로 135 : 방열판
137 : 파이프체결부재 140 : 확장수단
S : 전원공급선

Claims (8)

  1. 상부면에 LED칩이 실장되며, 상기 LED칩으로 전원을 공급하는 도전선이 형성되는 인쇄회로기판과;
    상기 인쇄회로기판의 하부면에 접촉배치되어 상기 LED칩의 열을 방출하는 방열판과;
    상기 방열판의 하부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 히트싱크를 포함하며,
    상기 히트싱크는,
    상면에 상기 인쇄회로기판과 결합되는 상기 방열판이 안착되는 프레임과;
    상기 프레임의 배면에 수직하게 결합되는 방열파이프와;
    상기 방열파이프의 축방향에 대해 가로방향으로 일정간격으로 결합된 복수개의 방열핀을 포함하며,
    상기 인쇄회로기판은 LED칩의 실장위치에 LED방열홀이 관통형성되고,
    상기 방열판은 상기 LED방열홀을 통해 상기 인쇄회로기판의 상부로 노출되어 상기 LED칩의 하부와 면 접촉되도록 판면으로부터 돌출형성된 LED접촉돌기가 구비되며,
    상기 히트싱크는 상기 LED칩의 위치에 대응되게 상기 프레임에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 대응되게 상기 프레임의 배면에 상기 방열파이프가 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열파이프의 양단 중 적어도 어느 하나는 개방형성되고,
    상기 관통홀을 통해 상기 프레임의 상면에서 상기 방열파이프를 향해 파이프체결부재가 삽입되어 상기 방열파이프가 상기 프레임에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 하부면에는 상기 도전선과 전기적으로 차단된 상태로 상기 방열판으로 열을 배출하는 구리코팅층이 형성되고,
    상기 방열판은 상기 구리코팅층과 면접촉되어 열을 전달받도록 더욱 형성되는 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에는 상기 도전선으로 전원을 공급하기 위한 전원공급선이 유입되는 제1전원공급선홀이 형성되고,
    상기 히트싱크에는 전원공급선을 상기 방열판으로 유입시키는 제3전원공급선홀이 형성되고,
    상기 방열판에는 제3전원공급선홀로 유입된 전원공급선을 상기 제1전원공급선홀로 안내하는 제2전원공급선홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 방열판이 안착되는 방열판안착면이 형성되도록 외주연에 일정높이의 단턱이 형성되고,
    상기 인쇄회로기판과 상기 방열판 및 상기 프레임은 서로 대응되는 위치에 체결부재가 삽입되는 체결부재삽입공이 관통형성되는 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에 복수개의 LED칩이 배치되고,
    상기 방열파이프는 상기 복수개의 LED칩의 위치에 대응되게 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 LED모듈.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 LED모듈과;
    상기 LED모듈을 내부에 수용하는 조명프레임을 포함하며,
    상기 LED모듈의 프레임은 상기 조명프레임에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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