KR20100022562A - Ｌｅｄ 램프의 방열구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 램프의 방열구조에 관한 것으로, 본 발명은 PCB 기판(11)과, 상기 PCB 기판(11)의 일면에 구비되는 LED 램프(12)로 이루어지는 LED 모듈(10); 상기 PCB 기판(11)의 배면에 구비되고 상기 PCB 기판(11)이 안착되어 상기 PCB 기판(11)으로부터 발생된 열이 전달되는 서포트 프레임(20); 상기 서포트 프레임(20)의 배면에 구비되고 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열이 전달되며 알루미늄을 발포 성형하여 형성된 히트싱크(30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 엘이디 램프의 방열을 극대화하여 조명효율을 높일 수 있고, 히트싱크의 무게를 줄여 엘이디 등기구를 경량화할 수 있도록 하는 효과가 있다. 아울러, LED 모듈에서 발생된 열이 빠르고 고르게 히트싱크에 전달되도록 함으로써 방열 효율을 높일 수 있게 되어 조명효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
LED 램프, 히트싱크, 방열효율, 조명효율, 경량화, 발포, 성형

Description

ＬＥＤ 램프의 방열구조{LED Lamp Radiation Structure of Heat}
본 발명은 방열을 극대화하고 무게를 줄일 수 있는 LED 램프의 방열구조에 관한 것이다.
등기구에서 에너지 절감 및 친환경 소재인 엘이디가 주요 관심사로 대두되고 있다. 엘이디의 장점은 고효율,친환경 발광 반도체 소자이다. 그러나, 엘이디는 반도체 소자이기 때문에 방열에 특히 신경을 써야 한다. 기존의 백열램프나, 형광 램프의 경우 필라멘트 및 충전 가스를 매질로 사용을 하기 때문에 고온일수록 효율이 좋다. 그러나 엘이디 소자는 방열이 불량할 경우 효율 저하 및 칩(chip)의 단락(OPEN) 또는 쇼트(SHOT)가 일어나 점등 불량 및 열 폭주로 인하여 화재가 일어날 수 있어 엘이디를 이용한 등기구에는 방열을 해주어야 한다.
이러한 이유로 엘이디를 이용한 등기구에는 열전도성이 우수하고 중량에서 유리한 알루미늄 압출, 다이캐스팅 등 금속재로 된 방열판 또는 몸체의 구조를 가지고 있다. 하지만, 방열의 극대화를 하기 위해서는 방열체의 열전도, 표면적, 주위의 공기 대류조건 등이 가장 크게 작용을 한다. 종래의 방열방법으로는 알루미늄 소재를 압출하여 사용하거나 다이케스팅 및 성형을 하여 사용는 방법이 있다. 또한, 라디에이터와 같이 히팅 파이프에 알루미늄 박판을 부착하여 방열을 하는 방법이 있다. 또한, 방열효율을 높일 수 있도록 공기와 접촉하는 표면적을 넓히기 위한 방법으로 표면에 화학적인 방법으로 부식시키는 방법이 이용되고 있다. 아울러, 무게를 줄일수 있는 방법으로 열전도가 좋은 구리보다는 알루미늄 소재 활용하는 방법이 사용되고 있다.
이와 같이 종래의 LED 등기구는 방열체의 표면적을 크게 하기 위하여 많은 노력을 하고 있으나 성형방법 및 경량화 하는데 한계가 있다.
본 발명은 엘이디 램프의 방열을 극대화하여 조명효율을 높일 수 있고, 무게를 줄여 경량화할 수 있는 LED 램프의 방열구조를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하고자 안출한 본 발명의 LED 램프의 방열구조는 PCB 기판(11)과, 상기 PCB 기판(11)의 일면에 구비되는 LED 램프(12)로 이루어지는 LED 모듈(10); 상기 PCB 기판(11)의 배면에 구비되고 상기 PCB 기판(11)이 안착되어 상기 PCB 기판(11)으로부터 발생된 열이 전달되는 서포트 프레임(20); 상기 서포트 프레임(20)의 배면에 구비되고 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열이 전달되며 알루미늄을 발포 성형하여 형성된 히트싱크(30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄의 기공율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄의 밀도가 0.00025 ~ 0.00050 g/mm2 인 것을 특징으로 한다.
발포 알루미늄의 단점으로는 열전도가 일반 알루미늄에 비교하여 느리기 때문에 발포 알루미늄에 열전달체(Heat transfer body)(40)를 삽입하여 열전달 효과를 높여야 방열 효과를 높일 수 있다.
또, 상기 PCB 기판(11)과 히트싱크(30)를 상기 서포트 프레임(20)에 일체로 체결시키는 열전달체(Heat transfer body)(40)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 열전달체(Heat transfer body)(40)는 상기 히트싱크(30)에 삽입되어 지거나 나사로 체결 되어 상기 PCB 기판(11)의 발열량을 히트싱크(30)로 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달체(40)는 상기 PCB 기판(11)으로부터 상기 서포트 프레임(20)을 통하여 상기 히트싱크(30)로 열전달이 용이하도록 금속재파이프, 히트파이프, 베이퍼챔버로부터 선택되는 어느 하나로 된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 인한 본 발명은, 엘이디 램프의 방열을 극대화하여 조명효율을 높일 수 있고, 방열불량에 의한 LED 램프의 조명 효율 저하 및 단선 또는 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 점등불량 및 열로 인하여 화재의 발생을 방지할 수 있고, 히트싱크의 무게를 줄여 엘이디 등기구를 경량화할 수 있도록 하는 효과가 있다. 아울러, LED 모듈에서 발생된 열이 빠르고 고르게 히트싱크에 전달되도록 함으로써 방열 효율을 높일 수 있게 되어 조명효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 첨부도면을 참고하여 다음의 상세한 설명으로 상술한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 것에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 2와 도 3은 체결수단이 구비된 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 히트싱크에 사용된 발포알루미늄을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 사진이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 LED 램프의 방열구조는 LED 램프(12)가 구비되는 PCB 기판(11); 상기 PCB 기판(11)이 안착되어 상기 PCB 기판(11)으로부터 발생된 열이 전달되는 서포트 프레임(20); 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열이 전달되며 알루미늄을 발포 성형하여 형성된 히트싱크(30); 를 포함하여 이루어진다.
상기 LED 모듈(10)은 고효율,친환경 발광 반도체 소자이며, PCB 기판(11)과, 상기 PCB 기판(11)의 일면에 구비되는 LED 램프(12)로 이루어진다.
상기 PCB 기판(11)은 상기 LED 램프(12)와 전기적으로 연결되어 발광시키는 역할을 하며 금속재질로도 될 수 있다. 상기 PCB 기판(11)이 금속재질로 되는 경우에는 상기 PCB 기판(11)에서 발생된 열이 서포트 프레임(20) 및 히트싱크(30)로 전달되는 것을 용이하게 할 수 있게 된다.
상기 LED 램프(12)는 상기 PCB 기판(11) 상에 일정간격으로 배치되며 발광에 의해 조명하는 역할을 한다.
상기 서포트 프레임(20)은 상기 PCB 기판(11)의 배면에 구비되고 상기 PCB 기판(11)이 안착되어 상기 PCB 기판(11)으로부터 발생된 열을 상기 히트싱크(30)로 전달하는 역할을 한다. 아울러, 상기 서포트 프레임(20)은 가볍고 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 되는 것이 바람직하다.
상기 히트싱크(Heat Sink)(30)는 상기 서포트 프레임(20)의 배면에 구비되고 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열이 전달되며 알루미늄을 발포 성형하여 형성된다. 상기 히트싱크(30)가 알루미늄을 발포 성형하여 형성되게 되면 내부의 단면적 및 기공이 많게 되어 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열의 전도율을 높일 수 있게 된다. 또한, 상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄 소재로 됨으로써 방음, 충격 완화의 용도로도 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 알루미늄을 발포 성형하여 형성된 히트싱크(30)를 이용하여 LED 램프(12)의 발광으로 상기 PCB 기판(11)에서 발생된 열을 일측면에서 흡수하고 흡수된 열을 타측면에서 방열되도록 하며, 히트싱크(30)의 넓은 표면적과 기공에 의해 대류조건에서 방열을 용이하도록 함으로써 방열효율을 높일 수 있게 된다.
그러나 소재의 밀도값(0.00025 ~ 0.00050 g/mm2)이 낮기 때문에 열전도는 낮아진다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 히트싱크(30)에 열전달체(Heat transfer body)(40)를 삽입한다.
이에 따라 LED 모듈(10)의 방열이 용이하게 됨으로써 방열불량에 의한 LED 램프의 조명 효율 저하 및 단선 또는 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 점등 불량 및 열로 인하여 화재의 발생을 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄의 기공율이 80% 이상 95% 이하인 것이 바람직하다.
기공율은 알루미늄의 밀도(ρAl)를 2.7g/㎤로 하고 발포된 금속의 밀도를 ρF로 하면 아래의 식과 같이 계산된다.
기공율(%)= (1- ρF / ρAl ) × 100(%)
이때, 발포 알루미늄의 기공율이 너무 낮으면 발포 알루미늄의 기공율이 표면적이 작게 되어 방열효율이 낮게 되며 기공율이 너무 높으면 발포 알루미늄의 구조적 강도가 작게 되므로 적당한 기공율을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄의 밀도가 0.00025 ~ 0.00050 g/mm2 인 것이 바람직하다.
상기 PCB 기판(11)과 히트싱크(30)를 상기 서포트 프레임(20)에 일체로 체결시키는 체결수단(40)이 더 구비된 것이 바람직하다(도 2,3 참조).
도 2의 경우에는 상기 열전달체(Heat transfer body)(40)가 상기 히트싱크(30)와 일체로 발포 성형된 것을 나타낸다. 이 경우 상기 히트싱크(30) 제조를 위해 알루미늄 발포 성형 및 가공 후 상기 열전달체(Heat transfer body)(40)가 히트싱크(30)에 삽입되어 형성된다.
도 3의 경우에는 상기 열전달체(Heat transfer body)(40)가 별도의 체결나사로 되어 체결 및 열전달 역할을 하게 된다.
상기 열전달체(Heat transfer body)(40)가 상기 히트싱크(30)와 일체로 발포 성형되거나 별도의 체결나사로 되는 모든 경우에 상기 열전달체(Heat transfer body)(40)는 상기 PCB 기판(11)으로부터 상기 서포트 프레임(20)을 통하여 상기 히트싱크(30)로 열전달이 용이하도록 금속재파이프, 히트파이프, 베이퍼챔버로부터 선택되는 어느 하나로 된 것이 바람직하다. 특히, 히트파이프 또는 베이퍼챔버로 되는 경우에는 상기 히트싱크(30)로 열의 전달을 효율적으로 할 수 있다.
상기 히트파이프 또는 베이퍼챔버는 미세 유로 내에서 전달된 열에 의한 액체 상변화에 의해 동반되는 모세관력으로 자동 순환되어 열이 고르게 전달된다.
상기 베이퍼 챔버는 일반적인 히트파이프와 유사하며, 미세 유로 내에서 액체 상변화 시 자연적으로 동반되는 모세관력으로 자동 순환하는 열교환 시스템으로 기본적인 상변화 메커니즘은 증발-증기이동-응축-회귀의 순서로 이루어진다.
이와 같이 본 발명은 베이퍼 챔버 또는 히트파이프로 된 열전달체(Heat transfer body)(40)를 구비하여 상기 PCB 기판(11)과 히트싱크(30)를 상기 서포트 프레임(20)에 일체로 체결시킴으로써 LED 모듈(10)에서 발생된 열이 빠르고 고르게 히트싱크에 전달되도록 함으로써 방열 효율을 높일 수 있게 되어 조명효율을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 분해사시도.
도 2와 도 3은 열전달체가 구비된 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 분해사시도.
도 4는 본 발명에 의한 히트싱크에 사용된 발포알루미늄을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 LED 램프의 방열구조를 나타낸 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: LED 모듈 11: PCB 기판
12: LED 램프 20: 서포트 프레임
30: 히트싱크 40: 열전달체(Heat transfer body)

Claims (5)

  1. PCB 기판(11)과, 상기 PCB 기판(11)의 일면에 구비되는 LED 램프(12)로 이루어지는 LED 모듈(10);
    상기 PCB 기판(11)의 배면에 구비되고 상기 PCB 기판(11)이 안착되어 상기 PCB 기판(11)으로부터 발생된 열이 전달되는 서포트 프레임(20);
    상기 서포트 프레임(20)의 배면에 구비되고 상기 서포트 프레임(20)으로 전달된 열이 전달되며 알루미늄을 발포 성형하여 형성된 히트싱크(30);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크(30)는 발포 알루미늄의 기공율이 80% 이상이고 밀도가 0.00025 ~ 0.00050 g/mm2 인 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 PCB 기판(11)과 히트싱크(30)를 상기 서포트 프레임(20)에 일체로 체결시키는 열전달체(Heat transfer body)(40)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열전달체(Heat transfer body)(40)는 상기 히트싱크(30)에 삽입되어 지거나 나사로 체결 되어 상기 PCB 기판(11)의 발열량을 히트싱크(30)로 전달하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열구조.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열전달체(40)는 상기 PCB 기판(11)으로부터 상기 서포트 프레임(20)을 통하여 상기 히트싱크(30)로 열전달이 용이하도록 금속재파이프, 히트파이프, 베이퍼챔버로부터 선택되는 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열구조.
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