KR102648053B1 - 재활용이 가능한 친환경 led 램프 - Google Patents
재활용이 가능한 친환경 led 램프 Download PDFInfo
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Abstract
LED 램프가 개시된다. LED 램프는 복수의 LED가 장착되는 PCB 기판; 상기 복수의 LED 로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(heat sink); 외부로부터 전원을 공급받아 상기 PCB기판에 전달하는 베이스(base); 및 상기 복수의 LED가 부착된 PCB 기판의 전방에 형성되어 상기 LED에서 방출된 빛을 확산하는 디퓨저 커버(diffuser cover)를 포함하며, 상기 히트싱크는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 친환경 LED 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활용이 가능한 친환경 세라믹 재질을 가짐과 동시에 방열성능을 향상시킨 히트싱크가 적용된 친환경 LED 램프에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 결합하면서 빛을 발하는 소자로서, 통상 LED 칩이 탑재된 패키지의 구조로 제작되며, 흔히 'LED 패키지'라고 칭해지고 있다. 상기와 같은 LED 패키지는 일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하, 'PCB'라 한다)상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성된다.
상기와 같은 LED 패키지를 이용한 LED 램프는 기존의 램프들에 비하여 전력 소비량이 작고, 수명이 길며, 친환경적인 장점이 있다.
LED 램프는 고명도, 에너지 절약 및 기타 장점들 때문에 더 많은 장치들에 사용되어지고 있으나, LED 라이트 소스(source)는 대개 비교적 많은 양의 열 발생이 있으며, 그에 따라 LED 라이트 소스에 대한 열-분산이 LED 라이트의 정상 작동을 보장하기 위해 필요하다.
일반적으로, 히트싱크는 전기부품 또는 전자부품의 방열에 사용되는 것으로서, 전기 또는 전자부품 장착면에는 복수 개의 방열핀(fin)이 서로 나란히 형성되는 것이 일반적이다.
이러한 히트싱크는 전기부품 또는 전자부품의 구동 시 발생하는 열을 전달받아 넓은 면적을 갖는 방열핀을 통해 외부로 방출함으로써 전기부품 또는 전자부품의 온도상승 및 열화를 방지하는 역할을 수행하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래 히트싱크는 구조적으로 전기 및 전자 제품의 소형 집적화에 따라 방열 효율이 향상되어야 함에도 불구하고 상술한 방열핀에 대한 구조적 설계를 변경함으로써, 방열 효율을 향상시키려 하고 있으나 이는 공간적인 한계로 인해 그 효과가 제한되고 있는 실정이다.
또한, 종래 히트싱크는 제조 단가가 높고, 자연 조건 하에서 분해가 어려우며, 성형이 용이하지 않은 단점이 있다. 또한, 금속으로 제조된 히트싱크는 무게가 무겁고, 실외 등의 자연 환경과 같은 다양한 요인에 손상되기 쉽다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 재활용이 가능한 친환경 세라믹 재질을 가짐과 동시에 방열성능을 향상시킨 히트싱크가 적용된 친환경 LED 램프를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프는 복수의 LED가 장착되는 PCB 기판; 상기 복수의 LED 로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(heat sink); 외부로부터 전원을 공급받아 상기 PCB기판에 전달하는 베이스(base); 및 상기 복수의 LED가 부착된 PCB 기판의 전방에 형성되어 상기 LED에서 방출된 빛을 확산하는 디퓨저 커버(diffuser cover)를 포함하며, 상기 히트싱크는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
하나의 실시예로, 상기 히트 싱크는 내부를 관통하는 하나 이상의 관통홀; 및 상기 관통홀 내부의 빈 공간을 채우는 충진재를 포함하고, 상기 충진재는 상기 빈 공간이 없도록 상기 관통홀 내부의 빈 공간을 가득 채우며, 상기 충진재는 열전도성과 난연성 및 절연성을 가지는 것을 특징으로 한다.
하나의 실시예로, 상기 충진재는 난연성 실리콘 및 전기 절연성과 열전도성을 가지는 세라믹을 포함하고, 상기 충진재에 포함된 세락믹은 상기 실리콘 대비 20 내지 45%의 부피비를 갖는 것을 특징으로 한다.
하나의 실시예로, 상기 충진재에 포함된 세락믹은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 실시예로, 상기 충진재는 생분해성 수지 및 첨가제를 포함하며, 상기 생분해성 수지는 폴리유산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리히드록시알코네이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 첨가제는 활제, 가교제, 도전제, 가소제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제 및 자외선안정제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 세라믹 재질의 히트 싱크를 적용함으로써 LED 램프 사용연한이 끝난 후 히트 싱크를 재활용할 수 있어 친환경적이다.
본 발명은 히트 싱크의 관통홀을 충진재로 채워주어 히트 싱크의 방열 특성을 더욱 향상시켜줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크 내에 충진된 충진재를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크 내에 충진된 충진재를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 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. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 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. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프의 사시도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 본 발명의 LED 램프의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크 내에 충진된 충진재를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 도시한 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프(1000)는, LED(Light Emitting Diode, 10, 도 2 참조)를 광원으로 하는 램프로서, LED 빛을 확산하는 디퓨저 커버(diffuser cover, 300), LED(10, 도 2 참조)에서 발생하는 열을 방열하는 히트 싱크(heat sink, 200) 및 히트 싱크(heat sink, 200)에 연결되어 외부전원이 통전되도록 돕는 베이스(base, 100)를 포함한다.
이하 도 2 및 도 3을 통하여, 본 발명에 따른 LED 램프의 구조를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 램프(1000)는, 복수의 LED(10)와, 복수의 LED(10)가 장착되는 PCB 기판(20), PCB 기판(17)에 부착되어, 복수의 LED(10)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(200), 히트 싱크(200)와 연결되어 외부로부터 전원을 공급받아 PCB 기판(20)에 전달하는 베이스(base, 30) 및 복수의 LED(10)가 부착된 PCB 기판(30)의 전방에 형성되어 LED(10) 빛을 확산하는 디퓨저 커버(diffuser cover, 300)로 구성되어 있다.
여기에서 복수의 LED(10)는 PCB 기판(20)에 위치하여, 일종의 광원 모듈을 형성하고, 이를 히트 싱크(200)에 조립하는 방식으로 실시된다.
일 예로, 상기 복수의 LED(10)는 PCB 기판(20)에 원형으로 배열되어 위치하며, 이 위치 및 LED(10)의 개수는 제한된 것은 아니고, 다른 실시예가 있을 수 있다.
일 예로, 디퓨저 커버(300)는 엘이디(LED)를 덮도록 히트 싱크(200)에 결합함으로써, 상기 복수의 LED(10)의 특징인 직진성을 보완하여 다양한 각도로 빛을 확산토록 하게 된다.
일 예로, 디퓨저 커버(300)는 투명한 유리계열이나, 수지계열을 이용하여 제조될 수 있고, 통상 돔(Dome) 형상으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
히트 싱크(200)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 세라믹 재질로 이루어진 히트 싱크(200)는 친환경적으로 재활용이 가능하기 때문에, LED 램프(1000)의 사용 연한이 끝난 후 히트 싱크(200)만 분리하여 재활용할 수 있다.
히트 싱크(200)는 내부를 관통하는 하나 이상의 관통홀(220) 및 상기 관통홀(220) 내부의 빈 공간을 채우는 충진재를 포함할 수 있다.
일 예로 관통홀(220)은 히트 싱크(200)의 종방향 또는 횡방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 관통홀(220)의 개수에는 제한이 없다.
상기 충진재는 상기 빈 공간이 없도록 상기 관통홀(220) 내부의 빈 공간을 가득 채우며, 상기 충진재는 열전도성과 난연성 및 절연성을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 충진재는 히트 싱크(200)의 절연성을 유지하면서도 방열 특성을 향상시키기 위한 구성이다.
상기 관통홀(220) 내부의 빈 공간을 채우는 충진재는 난연성을 가지는 실리콘 및 전기 절연성과 열전도성을 가지는 세라믹을 포함한다. 일 예로 세락믹은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 예로, 히트 싱크(200)의 방열 특성을 향상시키기 위한 충진재는 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)이 첨가된 금속-고분자 복합재료가 사용될 수 있다.
다른 일 예로 충진재는 산화물(Al2O3, BeO, SiO2), 탄화물(SiC), 질화물(Si3N4, BN, AlN) 또는 그래핀(graphite), 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT), 다이아몬드(Diamond), 그래핀(graphene) 등의 탄소 소재가 첨가된 비금속(세라믹)-고분자 복합재료가 사용될 수 있다.
상기 관통홀(220) 내부의 빈 공간을 채우는 충진재의 세라믹은 실리콘 대비 20 내지 45%의 부피비를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 충진재를 관통홀(220) 내부의 빈 공간에 투입하여 빈 공간을 제거한 후 수분 및 잔류 기공 제거 목적으로 진공 챔버에서 경화처리 한다.
위와 같은 충진재를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크(200)는 충진재가 없는 히트 싱크 대비 방열 효율이 15% 증가한다.
다른 일 예로, 상기 충진재는 생분해성 수지 및 첨가제를 포함할 수 있다.
일 예로, 첨가제는 마스터 배치로 만들어져 생분해성 수지에 혼합되어 생분해성 수지 혼합물이 제조될 수 있다.
충진재의 물리적 특성(예를 들면, 인장 강도 등)을 향상시키기 위하여는 상기 충진재에 생분해성 수지 혼합물이 포함되는 것이 바람직하다.
일 예로 생분해성 수지는 폴리유산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리히드록시알코네이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate) 중 하나 이상을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로 첨가제는 활제(이형제), 가교제, 도전제, 가소제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제 및 자외선안정제를 포함할 수 있다. 첨가제는 상기 충진재의 물리적 특성을 향상하기 위하여 사용하는 것이다.
일 예로, 활제는 생분해성 수지 혼합물의 윤활 역할을 하여 기계 마모 및 압출 안정성, 혼련성을 증가시킬 수 있다. 다만, 과량 투입시 오히려 압출 안정성 및 물성이 저하될 수 있으므로 적절한 양이 투입되도록 조절하는 것이 바람직히다.
일 예로 가교제는 생분해성 수지 혼합물의 열분해에 의한 분자량 저하로 제품 안정성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 사용될 수 있다.
일 예로, 도전제는 정전기를 방지하기 위하여 사용될 수 있다.
일 예로, 가소제는 연질제와 비슷한 개념으로 생분해성 수지 혼합물의 유연성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
일 예로 1, 2차 산화방지제 및 UV안정제는 보존 기한을 증가시키기 위한 첨가제로 일상에 노출 시 산화 방지 및 자외선에 의해 물성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 사용될 수 있다.
일 예로 첨가제는 생분해성 수지 혼합물의 총 중량 대비 0.1 내지 1.0% 중량인 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1000: LED 램프
100: 베이스 200: 히트 싱크
300: 디퓨저 커버
100: 베이스 200: 히트 싱크
300: 디퓨저 커버
Claims (5)
- 복수의 LED가 장착되는 PCB 기판;
상기 복수의 LED 로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(heat sink);
외부로부터 전원을 공급받아 상기 PCB기판에 전달하는 베이스(base); 및
상기 복수의 LED가 부착된 PCB 기판의 전방에 형성되어 상기 LED에서 방출된 빛을 확산하는 디퓨저 커버(diffuser cover)를 포함하며,
상기 히트싱크는 세라믹 재질로 이루어지며,
상기 히트 싱크는 내부를 관통하는 하나 이상의 관통홀; 및 상기 관통홀 내부의 빈 공간을 채우는 충진재를 포함하고,
상기 충진재는 상기 빈 공간이 없도록 상기 관통홀 내부의 빈 공간을 가득 채우며, 상기 충진재는 열전도성과 난연성 및 절연성을 가지며,
상기 충진재는 난연성 실리콘 및 전기 절연성과 열전도성을 가지는 세라믹을 포함하고,
상기 충진재에 포함된 세락믹은 상기 실리콘 대비 20 내지 45%의 부피비를 가지며,
상기 충진재에 포함된 세락믹은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4) 중 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 충진재는 생분해성 수지 및 첨가제를 포함하며,
상기 생분해성 수지는 폴리유산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리히드록시알코네이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 첨가제는 활제, 가교제, 도전제, 가소제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제 및 자외선안정제를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 램프. - 삭제
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| KR20110009970U (ko) * | 2010-04-15 | 2011-10-21 | 김인수 | 자동차용 ｌｅｄ 방향지시등 |
| JP2012156050A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | zhi-ming You | Ｌｅｄライト及びその製造方法 |
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