KR20100097353A - 방열식 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소비전력이 매우 낮으면서 광도(光度)가 높고 사용수명이 긴 LED 램프에 관한 기술로서, LED 부품소자의 사용수명을 연장하고, 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있는 방열식 엘이디 패키지에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 방열식 엘이디 패키지는, 적어도 하나의 LED 유닛과; 상기 LED 유닛이 상면에 형성되고 가장자리 둘레에 통기공이 형성되는 한편 저면부에 중공의 나사축이 형성된 방열헤드와; 상기 방열헤드의 나사축에 결합되는 방열판과; 상기 방열판이 내부에 수용되는 한편 통기공이 형성되어 방열헤드에 결합되는 방열캡;을 포함하여 이루어진다.
LED, 램프, 방열, 열전도, 통풍

Description

방열식 엘이디 패키지{Radiant heat type LED package}
본 발명은 소비전력이 매우 낮으면서 광도(光度)가 높고 사용수명이 긴 LED 램프에 관한 기술로서, 보다 구체적으로 설명하면 열전도성이 우수한 다수의 방열판을 적층형태로 설치하여 자연 통풍식으로 외부공기의 통풍이 원활하게 이루어져 방열작용을 수행하므로 LED 유닛으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 방열시킴으로써, LED 부품소자의 사용수명을 연장하고, 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있는 방열식 엘이디 패키지에 관한 것이다.
일상 생활속에서 경험하는 정보의 70%는 시각을 통하여 취득하는 것으로 알려져 있으며, 시각을 통하여 인지된 대상의 색상은 사람의 정서에 큰 작용을 하고, 인간은 특정한 색을 통하여 과거의 기억을 회상하거나, 그 사람에게 어떤 감정이 유발되기도 한다. 따라서 일상 생활속에서 대상의 색상을 결정할 수 있는 조명은 사람의 정서에 매우 중요하며, 그리고 조명환경은 작업자의 뇌파를 변화시킬 수 있 기 때문에 조명은 작업자의 피로도에 직접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
일반적으로 조명기구는 광원의 빛을 반사ㆍ굴절 또는 투과시켜 광원을 고정하거나 보호하는 기구를 말하며, 이러한 조명기구는 배광에 따라 간접 조명기구ㆍ반간접 조명기구ㆍ전반확산 조명기구ㆍ반직접 조명기구 및 직접 조명기구로 구분될 수 있고, 또한 조명기구는 사용목적에 따라 백열등ㆍ형광등ㆍ스탠드ㆍ투광기ㆍ가로등 및 무대용 조명 등으로 분류될 수 있다.
상기에서 살펴본 조명기구 중 종래 백열등이나 형광등에서 발광시 가시광선의 흘림 현상으로 초점이 흐려져 사용자의 시력을 급속히 저하시키는 문제점이 있었으며, 또한 종래의 백열등은 주위 온도를 상승시키는 문제점이 있었고, 또한 종래 백열등이나 형광등은 매우 높은 전력을 필요로 하는 문제점이 있었다.
최근에는 백열등이나 형광등에 비하여 다양한 효과를 갖는 LED로 구현되는 조명등, 혹은 램프가 개발되어 판매되고 있다. LED(Light Emitting Diode)란 빛을 발산하는 반도체 소자인 발광다이오드를 말하는 것으로서, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 등의 다양한 색상의 광을 발산한다. 일반적으로 발광다이오드 즉, LED는 pn접합 구조를 가지며 다이오드에 순방향 전류를 인가하면 칩의 n영역에 있는 전자가 전계에 의해 가속되어 p영역으로 이동하게 되고 p영역에서는 액셉터 준위 또는 가전자대 상태의 정공과 재결합하여 칩의 재료에 따라 그 전위차에 상당하는 에너지를 가진 빛이 방사되는데 이러한 현상을 주입형 전계발광이라 하며, 이러한 소자를 LED(Light Emitting Diode)라고 한다.
이와 같은 대표적인 LED 칩의 재료로서는 GaAs, GaAsP, GaP, GaAlAs, SiC 등 이 있으며, 이들 재료에 따른 결정 구조로부터 여러가지의 발광 특성을 나타낸다.
LED로 구현되는 램프는 백열등으로 구현되는 종래의 램프에 비하여 약10%의 소비전력만을 필요로 하며, 형광등으로 구현되는 종래의 램프에 비하여 약50%의 소비전력만을 필요로 한다. LED 램프는 장시간 사용으로도 눈의 피로를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 수명도 백열등 램프에 비하여 약10배, 형광등 램프에 비하여 약8배 정도로 긴 장점을 갖는다.
그러나 종래 LED 램프는 LED 유닛으로부터 발생하는 열이 LED 램프의 발광성능 및 수명에 직접적인 영향을 미치는 실정으로, 그 이유는 LED 유닛에서 발생하는 열이 외부로 방출되지 못하고 고온으로 가열될 경우 LED 유닛을 형성하는 결정구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch)을 일으키기 때문이다.
이에 따라, 종래에는 LED 유닛으로부터 발생한 열을 외부로 방출시키기 위한 기술들이 다양한 방법으로 제안된 바 있으며, 이러한 종래의 기술들은 통상 방열면적을 최대한 넓힌 방열판을 적용하여 외부공기의 통풍을 이용한 냉각방식이 대부분이다.
그러나 종래의 선행기술은 방열면적을 최대한 넓힌 방열판을 적용할 경우 방열면적의 증대와 비례하여 제품의 부피가 커지므로 방열면적을 증대시키는데 한계가 따르는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 LED 램프의 선행기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, LED 부품소자의 사용수명을 연장하고 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 LED 램프의 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있도록 열전도성이 우수한 다수의 방열판을 적층형태로 설치하여 자연 통풍식으로 외부공기의 통풍이 원활하게 이루어져 방열작용을 수행함에 따라 LED 유닛으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 방열시키는 엘이디 패키지를 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
적어도 하나의 LED 유닛과; 상기 LED 유닛이 상면에 형성되고 가장자리 둘레에 통기공이 형성되는 한편 저면부에 중공의 나사축이 형성된 방열헤드와; 상기 방열헤드의 나사축에 결합되는 방열판과; 상기 방열판이 내부에 수용되는 한편 통기공이 형성되어 방열헤드에 결합되는 방열캡;을 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에서 방열판은, 다수개의 통기공이 형성되고 나사축에 결합되는 플렌지부가 상면 또는 하면 중 어느 한쪽에 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에서 방열판은, 일정한 간격으로 상호 이격 되도록 방열헤드의 나사축에 적층형태로 결합 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 열전도성이 우수한 다수의 방열판을 적층형태로 설치하여 자연 통풍식으로 외부공기의 통풍이 원활하게 이루어져 방열작용을 수행하므로 LED 유닛으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 방열시킴으로써, LED 부품소자의 사용수명을 연장하고 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 LED 램프의 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있는 효과를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 구성을 도면에 도시한 도 1 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명의 실시예에서 주된 요지는 LED 유닛으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 방열시킴으로써, LED 부품소자의 사용수명을 연장하고 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 LED 램프의 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있도록 하는 것이다.
다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주요 구성을 살펴보면, 적어도 하나의 LED 유닛(10)과; 상기 LED 유닛(10)이 상면에 형성되고 가장자리 둘레에 다 수의 통기공(21)이 형성되는 한편 저면부에 중공의 나사축(22)이 형성된 방열헤드(20)와; 상기 방열헤드(20)의 나사축(22)에 결합되는 다수의 방열판(30)과; 상기 방열판(30)이 내부에 수용되는 한편 통기공(41)이 형성되어 방열헤드(20)에 결합되는 방열캡(40);을 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 방열판(30)은, 다수개의 통기공(32)이 형성되고, 나사축(22)에 결합되는 플렌지부(31)가 상면 또는 하면 중 어느 한쪽에 돌출 형성되어 이루어진다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 방열판(30)은, 일정한 간격으로 상호 이격되도록 방열헤드(20)의 나사축(22)에 적층형태로 결합 설치되어 이루어진다.
상기의 주요 구성에서 LED 유닛(10)은 적어도 하나 이상으로 구현되며, 발광하는 회로기판(11)과 상기 회로기판(11)에 전력을 공급하는 전선(12)과 상기 회로기판(11)을 도포하는 형광체 코팅층 및 상기 형광체 코팅층을 보호하는 몰딩층을 포함하고, 상기 회로기판(11)은 절연체(13) 위에 접합 형성된다.
또한 상기의 주요 구성에서 방열헤드(20)는 도면에서 도 1 내지 도 3과 같이, 열전도성이 우수한 구리합금과 같은 금속재를 적용하여 원형 또는 다각형으로 구현될 수 있으며, 가장자리 둘레에 관통 형성되는 통기공(21)과 저면부 중심에 형성되는 중공의 나사축(22) 및 외주연에 형성되는 나사부(23)를 포함하며, 상면의 중앙에 절연체(13)가 고착되고, 그 위에 적어도 하나의 LED 유닛(10)이 구현된다.
상기에서 방열헤드(20)의 가장자리 둘레에 통기공(21)이 상하로 관통되도록 형성되고, 그 중앙 위치에 절연체(13) 및 LED 유닛(10)이 배치되며, 저면부의 중심에서 아래로 일정 길이의 나사축(22)이 형성되는 한편 상기 나사축(22)은 상하로 관통된 중공 형상이다.
또한 본 발명의 주요 구성에서 방열판(30)은 열전도성이 우수한 구리합금과 같은 금속재를 적용하여 원형 또는 다각형으로 구현될 수 있으며, 방열헤드(20)의 나사축(22)에 결합되는 플렌지부(31)와 다수개의 통기공(32)을 포함하고, 여기서 플렌지부(31)는 방열판(30)의 중심부에서 상면 또는 하면 중 어느 한쪽에 돌출 형성되고, 통기공(32)은 상하로 관통되도록 다수개로 형성된다.
상기에서 방열판(30)은 일정한 간격으로 상호 이격되도록 방열헤드(20)의 나사축(22)에 적층형태로 결합 설치되는 것으로서, 다수개의 방열판(30)이 방열헤드(20)의 나사축(22)에 결합될 경우 방열판(30)에서 상면 또는 하면 중 어느 한쪽에 돌출 형성된 플렌지부(31)의 높이만큼 일정한 간격으로 상호 이격되도록 결합 설치되는 것이다.
따라서, 적어도 하나의 LED 유닛(10)이 구현된 방열헤드(20)의 나사축(22)에 통풍이 원활하게 이루어지도록 다수개의 방열판(30)이 일정한 간격으로 이격되게 적층형태로 결합 설치된다.
또한 본 발명의 주요 구성에서 방열캡(40)은 상부는 개방되고 하부는 막힌 원통형태로 구성되고, 다수의 통기공(41)과 인출공(42)을 포함하며, 여기서 통기공(41)은 하부면에 다수개로 형성되고, 인출공(42)은 하부면의 중심부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기에서 통기공(41)은 내부공간의 공기가 외부로 원활하게 통풍되도록 하고, 인출공(42)은 LED 유닛(10)에 전력을 공급하는 전선(12)이 인출되는 공간으로서, 방열캡(40)의 인출공(42)과 방열헤드(20)의 나사축(22)에 형성된 중공을 통하여 LED 유닛(10)의 회로기판(11)에 전선(12)이 연결된다.
상기의 실시예에서 방열헤드(20)의 나사축(22)에 적층형태로 결합된 다수의 방열판(30)이 방열캡(40)의 내부에 수용되고, 방열헤드(20)의 외주연에 형성된 나사부(23)에 방열캡(40)의 상단부가 체결되어 조립된다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예는 전선(12)을 통하여 LED 유닛(10)의 회로기판(11)에 전력이 공급되므로 빛을 발광하여 고휘도의 조명용 램프로 사용되며, LED 유닛(10)으로부터 발생하는 열은 절연체(13)를 거쳐 방열헤드(20)로 전달되고, 상기 방열헤드(20)에서 나사축(22)을 통해 다수의 방열판(30)으로 점차 전달된다.
상기에서 다수의 방열판(30)으로 전달되는 열은 자연 통풍식으로 외부공기의 통풍이 원활하게 이루어져 외부로 방출되는 것으로서, 도면에서 도 4와 같이 방열헤드(20)에 형성된 다수의 통기공(21)을 통하여 방열판(30)이 설치된 방열캡(40)의 내부 공간으로 외부공기가 유입되고, 방열캡(40)의 내부 공간으로 유입된 외부공기는 각각의 방열판(30)에 형성된 다수의 통기공(32)으로 통풍되면서 방열캡(40)에 형성된 다수의 통기공(41)을 통해 외부로 방출된다.
여기서, 다수의 방열판(30)이 적층형태로 배치된 방열캡(40)의 내부 공간으로 유입되는 외부공기는 방열헤드(20)의 통기공(21)을 통하여 유입될 수도 있고, 또는 방열캡(40)에 형성된 통기공(41)을 통해 유입된 다음 방열헤드(20)의 통기공(21)을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
즉, 내부 공간보다 온도가 낮은 외부공기가 방열헤드(20)를 통하여 내부 공간으로 유입되면 이와 대향쪽의 방열캡(40)으로 방출되고, 외부공기가 방열캡(40)을 통하여 내부 공간으로 유입되면 이와 대향쪽의 방열헤드(20)로 방출되는 것이며, 설치장소의 여건에 따라 선택적으로 달라질 수 있는 것이다.
온도가 낮은 외부공기가 방열캡(40)의 내부 공간으로 유입될 경우 통기공(32)이 형성된 다수의 방열판(30)이 일정한 간격으로 이격되어 적층형태로 설치되므로 외부공기가 원활하게 통풍되면서 열교환작용으로 방열판(30)이 냉각되고, 여기서 열교환작용으로 가온된 외부공기는 방열캡(40) 또는 방열헤드(20)의 통기공을 통해 외부로 방출되면서 지속적으로 순환작용이 이루어져 LED 유닛(10)으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하여 냉각작용을 수행하게 된다.
이와 같은 본 발명의 실시예는 다수의 방열판(30)이 방열헤드(20)에 적층형태로 설치되므로 협소한 공간에서도 방열면적을 효과적으로 증대하여 방열작용을 수행할 수 있으며, 이에 따라 LED 유닛(10)으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 방열시켜 온도를 낮추므로 LED 부품소자의 사용수명을 연장하고 고열에 의한 부품의 특성변화를 방지하여 LED 램프의 발광성능과 휘도를 장시간 유지할 뿐만 아니라 고휘도의 LED 램프를 소형으로 제작할 수 있는 것이다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명 하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 조립상태 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 설치상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에서 작동상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에서 방열헤드와 방열판의 조립상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에서 설치상태를 나타낸 평단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에서 방열판을 나타낸 단면도.
{도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명}
10: LED 유닛 11: 회로기판
12: 전선 13: 절연체
20: 방열헤드 21: 통기공
22: 나사축 23: 나사부
30: 방열판 31: 플렌지부
32: 통기공 40: 방열캡
41: 통기공 42: 인출공

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 LED 유닛(10)과;
    상기 LED 유닛(10)이 상면에 형성되고 가장자리 둘레에 통기공(21)이 형성되는 한편 저면부에 중공의 나사축(22)이 형성된 방열헤드(20)와;
    상기 방열헤드(20)의 나사축(22)에 결합되는 방열판(30)과;
    상기 방열판(30)이 내부에 수용되는 한편 통기공(41)이 형성되어 방열헤드(20)에 결합되는 방열캡(40);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열식 엘이디 패키지.
  2. 제1항에 있어서;
    방열판(30)은,
    다수개의 통기공(32)이 형성되고, 나사축(22)에 결합되는 플렌지부(31)가 상면 또는 하면 중 어느 한쪽에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 방열식 엘이디 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서;
    방열판(30)은,
    일정한 간격으로 상호 이격되도록 방열헤드(20)의 나사축(22)에 적층형태로 결합 설치되는 것을 특징으로 하는 방열식 엘이디 패키지.
  4. 제1항에 있어서;
    방열헤드(20)의 외주연에 나사부(23)가 형성되고, 상기 나사부(23)에 방열캡(40)의 상단부가 체결되는 것을 특징으로 하는 방열식 엘이디 패키지.
  5. 제1항에 있어서;
    방열캡(40)의 중심부에 형성된 인출공(42)과 방열헤드(20)의 나사축(22)에 형성된 중공을 통하여 LED 유닛(10)의 회로기판(11)에 전선(12)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 방열식 엘이디 패키지.
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