KR102181977B1

KR102181977B1 - 공냉식 방열 구조를 갖는 led 조명장치

Info

Publication number: KR102181977B1
Application number: KR1020190006322A
Authority: KR
Inventors: 정상옥
Original assignee: 정상옥
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-11-23
Also published as: KR20200089503A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 다수의 렌즈 형상을 하면에 구비한 렌즈부; 상기 다수의 렌즈 형상 각각에 대응하는 LED 칩을 아래면에 실장한 PCB부; 상기 PCB부의 상면에 맞닿는 방열부; 및 상기 방열부와 렌즈부 사이의 테두리에 밀봉 접합된 실링부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 통기성 다공 구조체의 특징을 갖는 방열폼에 의해 무게를 절감할 수 있고, 공극률을 극대화하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

공냉식 방열 구조를 갖는 LED 조명장치 {LED LIGHT APPARATUS WITH AIR COOLING TYPE HEAT RADIATING STRUCTURE }

본 발명은 공냉식 방열 구조를 갖는 LED 조명장치에 관한 것으로, 특히 공냉식으로 방열을 수행하고 경량화를 도모할 수 있는 방열 구조를 갖는 LED 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 소비전류가 0.3W 미만의 고휘도 발광다이오드를 이용한 조명 장치는 발광다이오드에서 발열되는 열이 적어, 다수개의 발광다이오드를 배열함으로써 작은 에너지의 소모로 높은 휘도를 얻을 수 있고, 램프 소자의 수명이 길기 때문에 신호등 및 전광판과 같은 사인물 조명에 널리 사용되고 있다.

그러나 가로등, 터널등, 자동차 전도등과 같이 높은 조도를 요구하는 곳에 사용되는 파워급 고휘도 발광다이오드 소자는 일반 고휘도 발광다이오드 소자에 비해 소비전류가 10배 이상인 3W급의 고출력 발광다이오드 소자를 사용한다.

이때, 파워급 고휘도 발광다이오드 소자를 사용한 가로등은 종래 메탈 할라이드 램프나 수은 램프를 사용한 가로등에 비하여 광량이 매우 적으므로, 파워급 고휘도 발광다이오드를 다수 개 밀집하여, 사용하게 되는데, 단위 면적당 열이 급격히 상승하여, 발광다이오드 소자의 열화 현상을 급속히 진행시킴으로써 발광다이오드의 조도와 수명이 급격히 저하되는 현상을 야기하게 된다.

따라서, 파워급의 고출력 발광다이오드 소자를 이용한 조명등기구를 개발할 시에는 발광소자의 광원에서 나오는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 구조로 설계되어야 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 다수개의 발광다이오드가 안착되는 알루미늄 방열판을 적층시켜 만든 인쇄회로기판과 다수개의 열 방출 돌기가 형성된 알루미늄 방열판을 밀착시켜 발광다이오드에서 발산되는 열을 외부의 공기로 신속하게 방열하는 방식을 이용하고 있다.

이러한 방열을 위해 종래에는 히트싱크를 이용하고 있으며, 이러한 히트싱크는 특허문헌에 기재된 바와 같이, 수직방향의 방열핀이 각각 판상인 RSF(Rectangular Straight Fin) 타입을 기본으로, SRSF(Splitted Rectangilar Straight Fin) 타입 및 PF(Pin Fin) 타입 등도 폭넓게 사용되고 있다.

이러한 종래의 히트싱크는 발열원에서 히트싱크의 밑면인 방열판으로 열전도되어 히트싱크 밑면에서 방열핀으로 열전도되고, 다시 방열핀을 통해 공기와 접촉하여 냉각되는 방식을 수행한다.

그러나 종래에 사용되고 있는 대부분의 히트싱크는 압출형으로 사용되고 있으나 방출열량의 문제점으로 사용상의 한계를 나타내고 있고, 이를 해결하기 위해 히트싱크를 크게 제작하여 무게가 무겁고 제작 비용이 많이 비싸지는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2002-0048844호

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공냉식으로 방열을 수행하고 경량화를 도모할 수 있는 방열 구조를 갖는 LED 조명장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 다수의 렌즈 형상을 하면에 구비한 렌즈부; 상기 다수의 렌즈 형상 각각에 대응하는 LED 칩을 아래면에 실장한 PCB부; 상기 PCB부의 상면에 맞닿는 방열부; 및 상기 방열부와 렌즈부 사이의 테두리에 밀봉 접합된 실링부;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치에서 상기 방열부는 금속판으로 형성되고 중앙부분에 관통공이 구비된 지지대; 통기성 다공 구조체로 이루어지고, 상기 지지대의 관통공에 맞물려 상기 PCB부의 상부면에 접합된 방열폼; 및 상기 방열폼의 측면 하부와 상기 지지대 사이에 접합된 측면 열전도대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치에서 상기 방열폼의 통기성 다공 구조체는 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극으로 이루어진 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치에서 상기 측면 열전도대는 (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 통기성 다공 구조체의 특징을 갖는 방열폼에 의해 무게를 절감할 수 있고, 공극률을 극대화하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치를 구성하는 방열폼의 이미지이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치를 구성하는 방열폼의 이미지이다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 렌즈부(101), 다수의 LED 칩(112)이 아래면에 실장된 PCB부(110), PCB부(110)의 상면에 맞닿는 방열부(130) 및 방열부(130)와 렌즈부(101) 사이의 테두리에 밀봉 접합된 실링부(120)를 포함한다.

렌즈부(101)는 다수의 렌즈 형상을 하면에 구비하여 광을 투과 및 산란시키고 외부 요인에 대한 보호를 수행하는 판형 부재이다. 이러한 내구성과 투명성을 고려할 때, 렌즈부(101)는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성할 수 있다. 특히, 렌즈부(101)는 투명성, 강도 및 휨성을 위해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있고, 내열성 및 내화학성이 필요한 경우에는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 사용할 수 있다. 물론 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

PCB부(110)는 아래면에 렌즈부(101)의 렌즈 각각에 대응하는 LED 칩(112)을 다수 구비하고 렌즈부(101)에 맞물려 장착되며 내부에 회로를 구비한다. 이러한 PCB부(110)는 상부면이 평평하고, 평평한 상부면이 방열부(130)의 방열폼(133)에 접합된다.

실링부(120)는 고무 재질로 형성된 사각링의 형태로서 방열부(130)의 테두리와 렌즈부(101)의 테두리 사이에 위치하고, 예컨대 나사 등에 의해 맞물리게 접합 구비된다.

방열부(130)는 통기성 다공 구조체로 이루어지고 PCB부(110)의 상부면에 접하는 방열폼(133), 방열폼(133)의 외부 측면 하부와 하면에 함침 구비된 열전도대(132) 및 열전도대(132)와 방열폼(133)에 맞물려 둘러싸고 외부로 확장된 지지대(131)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 지지대(131)는 중앙부분에 관통공이 구비된 사각링의 구조이고 중앙부분의 관통공은 PCB부(110)의 상부면에 대응하는 형태로 관통되어 형성될 수 있다. 이러한 지지대(131)는 실링부(120)를 매개로 하여 렌즈부(101)의 테두리에 나사 결합되어 구비되고, 상부에 관통공을 둘러싸 열전도대(132)와 방열폼(133) 각각의 측면에 맞물리는 사각링 형태로 돌출된 측면 열전도대(131-2)를 구비한다.

방열폼(133)은 도 3에 도시된 바와 같이 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극으로 이루어진 통기성 다공 구조체로 구성되고, 이러한 통기성 다공 구조체는 예를 들어 카본(carbon), 실리콘 등의 비금속 재질, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄 등의 금속 재질, 산화마그네슘, 알루미나, 이산화티타늄(TiO₂)의 금속 산화물 또는 금속 질화물 등으로 형성될 수 있다.

이때, 공극은 수십 마이크로 크기부터 수 밀리미터 크기의 직경으로 구비될 수 있고, 다른 공극과 다수의 연결통로를 형성하여 3차원으로 서로 연결된다. 이때, 다수의 연결통로는 예를 들어 공극의 중심을 기준으로 아래 방향으로 4개, 측면 방향으로 4개 및 윗 방향으로 4개로 구비되는 대칭구조로 형성될 수도 있다.

이러한 방열폼(133)은 통기성 다공 구조체의 특징으로 90% 이상의 공극률을 가지며, 이에 따라 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어서, 방열부(130)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

열전도대(132)와 측면 열전도대(131-2)는 (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함하여 형성되고, 방열폼(133)의 측면 하부와 지지대(131) 사이를 접합하면서 구비된다. 이때, 열전도대(132)와 측면 열전도대(131-2)는 (ⅰ)폴리머 성분에 의해 외부의 충격으로부터 방열폼(133)의 측면을 보호하는 완충 기능을 수행하면서, (ⅱ)열전도성 충진제에 의해 방열폼(133)을 통해 전달된 PCB부(110)의 열을 외부로 방출할 수 있다.

여기서, (ⅰ)폴리머 성분은 절연성을 갖는 폴리머로서 예컨대 폴리프로필렌(Polypropylene), 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 나일론(Nylon), 폴리페닐렌 술파이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리티오펜(polythiophene) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone) 등을 포함할 수 있다. 물론, 폴리머 성분은 상술한 재질들에 한정되지 않고 절연성을 갖는 폴리머라면 상관없이 사용할 수 있다.

(ⅱ)열전도성 충진제는 폴리머 입자 사이의 입계면에 열전도 경로를 형성하기 위해 선택적으로 첨가될 수 있는 세라믹 성분 또는 금속 성분이고, 세라믹 성분으로 예를 들어 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함하며, 금속 성분은 구리, 알루미늄, 금, 은 중 적어도 어느 하나 또는 복합물을 포함할 수 있다.

이렇게 구성된 측면 열전도대(131-2)는 (ⅰ)폴리머 성분에 의해 완충기능과 전기적 절연을 이루면서 동시에 (ⅱ)열전도성 충진제에 의해 PCB부(110)의 열을 외부로 방출하는 기능을 수행한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치는 통기성 다공 구조체의 특징을 갖는 방열폼(133)에 의해 무게를 절감할 수 있고, 공극률을 극대화하여 단위면적당 열방출량을 증가시킬 수 있어 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

101: 렌즈부 110: PCB부
112: LED 칩 120: 실링부
130: 방열부 131: 지지대
131-2: 측면 열전도대 132: 열전도대
133: 방열폼

Claims

다수의 렌즈 형상을 하면에 구비한 렌즈부(101);
상기 다수의 렌즈 형상 각각에 대응하는 LED 칩(112)을 아래면에 실장한 PCB부(110);
상기 PCB부(110)의 상면에 맞닿는 방열부(130); 및
상기 방열부(130)와 렌즈부(101) 사이의 테두리에 밀봉 접합된 실링부(120);
를 포함하고,
상기 방열부(130)는 금속판으로 형성되고 중앙부분에 관통공이 구비된 지지대(131); 통기성 다공 구조체로 이루어지고, 상기 지지대(131)의 관통공에 맞물려 상기 PCB부(110)의 상부면에 접합된 방열폼(133); 및 상기 방열폼(133)의 외부 측면 하부와 하면에 함침 구비된 열전도대(132);를 포함하며,
상기 지지대(131)는 상부에 상기 관통공을 둘러싸 상기 열전도대(132)와 상기 방열폼(133)의 측면에 맞물리는 사각링 형태로 돌출된 측면 열전도대(131-2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 방열폼(133)의 통기성 다공 구조체는 3차원으로 서로 관통 연결된 다수의 공극으로 이루어진 구조인 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
제 1 항에 있어서,
상기 측면 열전도대(131-2)는 (ⅰ)폴리머 성분 및 (ⅱ)열전도성 충진제를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.