KR20110101936A - Heat sink and illuminating device having the same - Google Patents
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Abstract
히트 싱크 및 이를 구비하는 조명 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크는 일측면에 구동 발열체가 실장될 수 있는 실장영역이 형성되며, 중심부에 방열 홀을 구비하는 방열 플레이트; 및 상기 방열 플레이트의 타측면에 구비되며 원주방향을 따라서 방사상으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀과, 상기 제1 방열 핀보다 길이가 짧으며 상기 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제2 방열 핀을 갖는 방열 핀;을 포함한다.A heat sink and a lighting device having the same are provided.
According to an embodiment of the present invention, a heat sink includes a heat dissipation plate having a mounting area in which a driving heating element may be mounted, and having a heat dissipation hole in a central portion thereof; And a plurality of first heat dissipation fins disposed on the other side of the heat dissipation plate and arranged radially along the circumferential direction, and having a length shorter than that of the first heat dissipation fins and disposed between the first heat dissipation fins and arranged radially. It includes; a heat radiation fin having a second heat radiation fin of.
Description
본 발명은 조명 장치의 광원으로 이용되는 발광소자(Light Emitting Diode, LED)와 같은 구동 발열체의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 히트 싱크 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a heat sink capable of improving heat dissipation characteristics of a driving heating element such as a light emitting diode (LED) used as a light source of a lighting device, and a lighting device having the same.
발광소자(LED)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.A light emitting device (LED) refers to a semiconductor device capable of realizing various colors of light by configuring a light emitting source by changing compound semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP, and the like.
이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있는 실정이다. Such light emitting devices are widely used in various fields such as TVs, computers, lighting, automobiles, etc. due to their excellent monochromatic peak wavelength, excellent light efficiency, miniaturization, eco-friendliness, and low power consumption. It is going out.
최근 에너지 절감 운동으로 저효율 조명인 백열전구의 사용이 규제되고, 이를 발광소자와 같은 고효율 조명으로 교체하려는 움직임이 발광소자 제조업체 및 조명업체를 중심으로 활발히 일어나고 있다.Recently, the use of incandescent bulbs, which are low-efficiency lights, is regulated by energy-saving movements, and movements to replace them with high-efficiency lights such as light emitting devices are actively taking place, especially among light emitting device manufacturers and lighting companies.
이러한 발광소자를 광원으로 사용하는 조명 장치의 경우 기존의 백열등이나 할로겐 램프에 비해 수명이 길다는 장점때문에 큰 호응을 얻고 있다.Lighting devices using such a light emitting device as a light source has a great response due to the advantage that the life is longer than conventional incandescent lamps or halogen lamps.
그러나, 발광소자는 인가되는 전류 크기의 증가에 따라서 많은 열을 발생시키는데, 이러한 열은 발광효율의 저하와 수명을 단축시키는 문제를 발생시킨다.However, the light emitting device generates a lot of heat in accordance with the increase in the amount of current applied, which causes a problem of lowering the luminous efficiency and shortening the lifespan.
특히, 고온의 열을 효과적으로 방출시키지 못할 경우 장치의 성능은 물론 수명이 저하되는 문제가 발생하므로 효율적인 방열구조에 대한 설계가 필수적으로 요구된다.
In particular, if the high-temperature heat is not effectively released, the performance of the device as well as the problem occurs, the design of an efficient heat dissipation structure is essential.
본 발명의 목적은 조명장치 등에서 광원으로 사용되는 발광소자와 같은 구동 발열체에 대한 방열 특성을 극대화할 수 있는 히트 싱크 및 이를 구비하는 조명 장치를 제공하는데 있다.
Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a heat sink capable of maximizing heat dissipation characteristics for a driving heating element such as a light emitting element used as a light source in an illumination device and a lighting device having the same.
본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크는 일측면에 구동 발열체가 실장될 수 있는 실장영역이 형성되며, 중심부에 방열 홀을 구비하는 방열 플레이트; 및 상기 방열 플레이트의 타측면에 구비되며 원주방향을 따라서 방사상으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀과, 상기 제1 방열 핀보다 길이가 짧으며 상기 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제2 방열 핀을 갖는 방열 핀;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a heat sink includes a heat dissipation plate having a mounting area in which a driving heating element may be mounted, and having a heat dissipation hole in a central portion thereof; And a plurality of first heat dissipation fins disposed on the other side of the heat dissipation plate and arranged radially along the circumferential direction, and having a length shorter than that of the first heat dissipation fins and disposed between the first heat dissipation fins and arranged radially. It may include; a heat radiation fin having a second heat radiation fin of.
또한, 상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 주연(周緣)으로부터 중심부의 방열 홀을 향해 연장되어 구비될 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may be provided extending from the periphery of the heat dissipation plate toward the heat dissipation hole in the center.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제2 방열 핀의 길이(LM)의 비율(LM/LL)이 0.4 내지 0.7 사이의 값을 가질 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may have a value (L M / L L ) of the length L L of the first heat dissipation fin and the length L M of the second heat dissipation fin between 0.4 and 0.7.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제2 방열 핀보다 길이가 짧으며, 상기 제2 방열 핀과 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제3 방열 핀을 더 포함할 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may be shorter than the second heat dissipation fin, and may further include a plurality of third heat dissipation fins disposed radially between the second heat dissipation fin and the first heat dissipation fin.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 가질 수 있다.The heat dissipation fin may have a value L S / L L of a length L L of the first heat dissipation fin and a length L S of the third heat dissipation fin.
또한, 상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 중심부에서 광축을 따라 수직하게 연장되는 단부가 상기 방열 홀을 기준으로 방사상으로 일정한 간격으로 이격되어 상기 방열 핀을 따라 중심부로 유입된 공기가 방출되도록 하는 캐비티를 형성할 수 있다.The heat dissipation fin may include a cavity in which an end portion extending vertically along the optical axis in the center of the heat dissipation plate is spaced radially at regular intervals with respect to the heat dissipation hole so that air introduced into the center is discharged along the heat dissipation fin. Can be formed.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치는 발광소자 패키지와, 상기 발광소자 패키지가 적어도 하나 이상 장착되는 기판을 포함하는 광원 모듈; 전면이 개방된 전방홀을 구비하며, 상기 발광소자 패키지가 상기 전방홀을 향하도록 상기 광원 모듈을 내부에 수용하는 반사부; 상기 광원 모듈 및 상기 반사부가 일측면에 장착되며 중심부에 방열 홀을 구비하는 방열 플레이트와, 상기 방열 플레이트의 타측면에 구비되며 원주방향을 따라서 방사상으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀과, 상기 제1 방열 핀보다 길이가 짧으며 상기 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제2 방열 핀을 갖는 방열 핀을 포함하는 히트 싱크; 및 상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 반사부의 전방홀에 장착되는 커버부재;를 포함할 수 있다.On the other hand, the lighting device according to an embodiment of the present invention includes a light source module including a light emitting device package and a substrate on which at least one light emitting device package is mounted; A reflector having a front hole with an open front surface and accommodating the light source module therein such that the light emitting device package faces the front hole; A heat dissipation plate mounted on one side of the light source module and the reflector, the heat dissipation plate having a heat dissipation hole at a central portion thereof, a plurality of first heat dissipation fins disposed on the other side of the heat dissipation plate, and arranged radially along a circumferential direction; A heat sink comprising a heat dissipation fin having a plurality of second heat dissipation fins disposed between the first heat dissipation fins and disposed radially between the first heat dissipation fins; And a cover member mounted to the front hole of the reflector to protect the light source module.
또한, 상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 주연(周緣)으로부터 중심부의 방열 홀을 향해 연장되어 구비될 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may be provided extending from the periphery of the heat dissipation plate toward the heat dissipation hole in the center.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제2 방열 핀의 길이(LM)의 비율(LM/LL)이 0.4 내지 0.7 사이의 값을 가질 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may have a value (L M / L L ) of the length L L of the first heat dissipation fin and the length L M of the second heat dissipation fin between 0.4 and 0.7.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제2 방열 핀보다 길이가 짧으며, 상기 제2 방열 핀과 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제3 방열 핀을 더 포함할 수 있다.In addition, the heat dissipation fin may be shorter than the second heat dissipation fin, and may further include a plurality of third heat dissipation fins disposed radially between the second heat dissipation fin and the first heat dissipation fin.
또한, 상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 가질 수 있다.The heat dissipation fin may have a value L S / L L of a length L L of the first heat dissipation fin and a length L S of the third heat dissipation fin.
또한, 상기 히트 싱크 상에 장착되어 상기 광원 모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a power supply device mounted on the heat sink to supply power to the light source module.
또한, 상기 반사부는 상기 커버 부재 및 상기 광원 모듈이 상기 반사부 내에서 떨어지는 것을 방지하도록 상기 전방홀 위에 장착되는 고정 링을 더 포함할 수 있다.
The reflector may further include a fixing ring mounted on the front hole to prevent the cover member and the light source module from falling in the reflector.
본 발명에 따르면 다양한 길이를 갖는 방열 핀의 최적화된 배치구조를 통해 원활한 공기 순환을 유도함으로써 방열 특성을 극대화하는 것이 가능하다.
According to the present invention, it is possible to maximize heat dissipation characteristics by inducing smooth air circulation through an optimized arrangement of heat dissipation fins having various lengths.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 히트 싱크를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 히트 싱크에서 공기의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 히트 싱크를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a heat sink according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view illustrating the heat sink illustrated in FIG. 1.
FIG. 3 is a view schematically showing a flow of air in the heat sink shown in FIG. 1.
4 is a perspective view schematically showing a heat sink according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating the heat sink illustrated in FIG. 4.
6 is a view schematically showing a lighting device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.With reference to the drawings will be described with respect to the heat sink and the lighting device having the same according to an embodiment of the present invention.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.Therefore, the shape and size of the components shown in the drawings may be exaggerated for more clear description, components having substantially the same configuration and function in the drawings will use the same reference numerals.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크에 대해 설명한다.A heat sink according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 히트 싱크를 나타내는 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 히트 싱크에서 공기의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a heat sink according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the heat sink shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows a flow flow of air in the heat sink shown in FIG. 1. It is a figure which shows schematically.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크(1)는 방열 플레이트(10), 방열 핀(20)을 포함한다.1 to 3, the heat sink 1 according to the embodiment of the present invention includes a
상기 방열 플레이트(10)는 구동 발열체로서 조명장치의 광원으로 사용되는 발광소자가 적어도 하나 이상 구비된 광원 모듈(200)을 일측면에 실장하여 고정되도록 지지하며, 상기 광원 모듈(200)로부터 발생하는 고온의 열을 전달받아 1차적으로 방출시켜 상기 광원 모듈(200)을 냉각시킨다.The
따라서, 원활한 열방출을 위해 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어지며, 도면에서와 같이 원형의 형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않고 미도시된 조명장치의 프레임에 설치되는 구조에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.Therefore, a metal material having excellent thermal conductivity, such as aluminum, for smooth heat dissipation, and may be formed in a circular shape as shown in the drawing, but is not limited thereto. It may be formed in a shape.
그리고, 상기 방열 플레이트(10)의 중심부에는 관통형성된 방열 홀(12)을 구비함으로써 상기 광원 모듈(200)로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트(10)의 반대측면으로 직접적으로 이동할 수 있도록 한다.In addition, the
상기 방열 핀(20)은 복수개가 상기 방열 플레이트(10)에서 상기 광원 모듈(200)이 실장될 수 있는 실장영역을 구비하는 측면의 타측면에 구비되며, 원주방향을 따라서 방사상으로 배열된다. A plurality of
도면에서와 같이, 상기 방열 핀(20)은 직사각형의 패널 형상으로 이루어지며, 일단부가 상기 방열 플레이트(10)와 수직하게 접하여 상기 방열 플레이트(10)의 주연(周緣)으로부터 중심부의 방열 홀(12)을 향해 연장되는 구조로 복수개가 구비된다.As shown in the figure, the
특히, 상기 복수의 방열 핀(20)은 일정 간격으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀(21)과, 상기 제1 방열 핀(21)보다 길이가 짧은 제2 방열 핀(22)이 상기 제1 방열 핀(21) 사이에 각각 배치되어 방사상으로 배열되는 구조로 구비되는 점에 특징이 있다. 즉, 2가지 상이한 길이를 갖는 방열 핀, 구체적으로는 긴 길이의 제1 방열 핀(21)과 보다 짧은 길이의 제2 방열 핀(22)이 서로 교대로 일정한 간격으로 이격되어 방사상으로 구비되는 구조이다.In particular, the plurality of heat dissipation fins 20 may include a plurality of first heat dissipation fins 21 arranged at regular intervals, and a second
이 경우, 상기 복수의 방열 핀(20)은 제1 방열 핀(21)의 길이(LL)와 제2 방열 핀(22)의 길이(LM)의 비율(LM/LL)이 0.4 내지 0.7 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다.In this case, the ratio (L M / L L) of the length (L L) and the length (L M) of the second heat radiating fins 22 of the plurality of heat radiating fins (20) includes a first
열전달 측면에서 살펴보면 대부분의 열전달은 방열 핀(20)에서 발생하게 되므로, 방열 핀(20)의 개수가 증가하면 전열면적이 증대되어 히트 싱크의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 냉각공기의 입구 면적과 방열 핀 사이의 유로 면적(A)이 줄어들어 냉각공기의 유입 유량이 줄어들고, 냉각공기가 내측 중심부로 갈수록 빠르게 온도가 상승하여 방열 핀(20)과의 온도차이가 작아져 열전달이 감소한다. 따라서, 방열 핀(20)의 개수가 증가할수록 전열면적 증가에 따른 열전달 계수의 상승보다 공기 유입량 감소에 따른 열전달 계수의 감소가 크기 때문에 히트 싱크의 평균온도는 오히려 상승한다.In terms of heat transfer, most heat transfer occurs in the heat dissipation fins 20, and as the number of heat dissipation fins 20 increases, the heat transfer area increases to decrease the average temperature of the heat sink. However, the flow path area (A) between the inlet area of the cooling air and the heat dissipation fin is reduced to reduce the flow rate of the cooling air, and the temperature rises rapidly as the cooling air goes to the inner center, so that the temperature difference with the
마찬가지로, 방열 핀(20)의 길이가 증가하면 전열면적이 증대되어 히트 싱크의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 방열 핀(20)의 길이가 소정 길이 이상이 되면 히트 싱크의 중심부로 갈수록 냉각공기의 온도가 상승되어 방열 핀(20)의 온도와 비슷해지기 때문에 히트 싱크의 평균 온도는 더 이상 감소하지 않는다. 따라서, 방열 핀(20)의 길이가 증가할수록 전열면적은 증가하여 열전달 계수가 상승하나, 중심부에 접근할수록 과열공기에 의해 국소 열전달 계수는 감소한다.Similarly, as the length of the heat dissipation fins 20 increases, the heat transfer area increases, and the average temperature of the heat sink decreases. However, when the length of the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방열 핀(20)은 상이한 길이비율을 가지는 복수의 방열 핀(21,22)을 방사상으로 교대로 배열함으로써 전열면적을 증대시키는 한편, 냉각공기의 유입량과 중심부에서의 유로 면적(A)이 줄어들지 않도록 하여 히트 싱크의 평균 온도를 감소시키는 것이 가능하다.Accordingly, the
그리고, 상기 제1 방열 핀(21)의 길이(LL)와 제2 방열 핀(22)의 길이(LM)의 비율(LM/LL)은 0.4 내지 0.7 사이의 값을 갖는 것이 바람직한데, 0.4보다 작은 경우 전열면적이 줄어들어 열전달 계수가 감소하고, 0.7보다 큰 경우 중심부에서의 유로 면적(A)이 좁아져 냉각공기의 유입량이 감소하며, 또한 중심부에서의 냉각공기의 온도가 상승하여 히트 싱크(1)의 평균 온도는 감소하지 않고 증가된다.In addition, the first ratio (L M / L L) of the radiation length (L L) and the second heat radiation length (L M) of the
한편, 상기 방열 핀(20)은 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 방열 플레이트(10)의 중심부에서 광축(O)을 따라 수직하게 연장되는 단부가 상기 방열 홀(12)을 기준으로 방사상으로 일정한 간격으로 이격되어 상기 방열 핀(20)을 따라 중심부로 유입된 공기가 방출되도록 하는 캐비티(30)를 형성한다.Meanwhile, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the
이러한 캐비티(30)는 도 3에서 처럼 굴뚝 효과(chimney effect)를 유도하여 가열된 공기를 용이하게 외부로 방출시키기위한 것으로, 가열된 냉각공기가 수직방향으로 상승하여 외부로 용이하게 방출되도록 한다.The
즉, 히트 싱크(1)의 외곽에서 중심으로 유입되는 동안 고온의 방열 핀(20)에 의해 가열된 냉각공기는 주위 공기보다 밀도가 낮아져 상승하게 되는데, 방열 핀(20)이 구비되지 않는 캐비티(30) 영역에서는 공기의 수직 성분의 속도가 증가하여 공기가 적체되지 않고 용이하게 외부로 방출될 수 있다.
That is, the cooling air heated by the high temperature
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크를 설명한다.A heat sink according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 히트 싱크를 나타내는 평면도이다.4 is a perspective view schematically illustrating a heat sink according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view illustrating the heat sink shown in FIG. 4.
도면에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크(1')는 방열 플레이트(10), 방열 핀(20')을 포함하며, 전체적인 구조는 도 1에서 도시하는 실시예와 실질적으로 동일하다. 다만, 방열 핀(20)의 구조에 있어서 제1 방열 핀(21) 및 제2 방열 핀(22) 이외에 상기 제2 방열 핀(22)보다 길이가 짧으며, 상기 제2 방열 핀(22)과 제1 방열 핀(21) 사이에 각각 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제3 방열 핀(23)을 더 포함할 수 있다.As shown in the drawing, the heat sink 1 'according to another embodiment of the present invention includes a
구체적으로, 본 실시예에 따른 히트 싱크(1')에서 방열 핀(20')은 복수의 제1 방열 핀(21)이 일정 간격으로 방사상으로 배열되고, 상기 제1 방열 핀(21)보다 길이가 짧은 제2 방열 핀(22)이 상기 제1 방열 핀(21) 사이에 각각 배치되어 방사상으로 배열되며, 상기 제2 방열 핀(21)보다 길이가 짧은 제3 방열 핀(23)이 상기 제1 방열 핀(21)과 제2 방열 핀(22) 사이에 각각 배치되어 방사사으로 배열된다. 즉, 3가지 상이한 길이를 갖는 방열 핀(20'), 구체적으로는 가장 짧은 길이의 제3 방열 핀(23) 사이에 긴 길이의 제1 방열 핀(21)과 중간 길이의 제2 방열 핀(22)이 서로 교대로 일정한 간격으로 이격되어 방사상으로 구비되는 구조이다.Specifically, in the heat sink 1 ′ according to the present embodiment, the
이 경우, 복수의 방열 핀(20')은 상기 제1 방열 핀(21)의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀(23)의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 갖는 것이 바람직하다. 길이 비율이 0.2 이상의 값을 갖는 경우 앞서 살펴본바와 같이 냉각공기의 입구 면적과 방열 핀 사이의 유로 면적(A)이 좁아져 냉각공기의 유입량이 감소하기 때문이다.
In this case, the plurality of
이하에서는 전산 열전달 해석을 히트 싱크에 대한 방열 성능 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하고, 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크의 최적화 조건을 살펴본다.
In the following, the computational heat transfer analysis is compared with the heat dissipation performance test results for the heat sink to verify its validity, and looks at the optimization conditions of the heat sink according to an embodiment of the present invention.
<실험 결과 및 전산 열전달 해석의 비교><Comparison of Experimental Results and Computational Heat Transfer Analysis>
- 방열 성능 실험-Heat dissipation performance experiment
6 inch 20W 양산형 모델에 대한 방열 성능을 테스트하기 위해 지름이 6 inch인 방열 플레이트에 방열 핀, 구체적으로 제1 방열 핀이 20개로 구성된 알루미늄 재질의 히트 싱크를 실험 대상으로 사용하였다.In order to test the heat dissipation performance of the 6 inch 20W mass-production model, an aluminum heat sink consisting of 20 heat dissipation fins, specifically 20 first heat dissipation fins, was used for the experiment.
온도 측정은 T type 열전대를 이용하여 측정하였으며, 방사율 및 전체적인 온도 분포를 살펴보기 위해 열화상 카메라를 사용하였다. 본 실험에서는 열화상 카메라에서 측정한 온도를 방사율을 변화하면서 열전대에서 측정한 정확한 온도와 같게 하여 간접적으로 방사율을 보정하였다. 온도 측정은 LED 모듈에 전원을 입력하고 온도의 변화가 거의 없는 정상 상태에 도달한 후 수행하였다.The temperature was measured using a T type thermocouple, and a thermal imaging camera was used to examine the emissivity and overall temperature distribution. In this experiment, the emissivity was indirectly corrected by changing the emissivity to the same temperature as measured by the thermocouple while changing the emissivity. The temperature measurement was performed after powering on the LED module and reaching a steady state with little change in temperature.
- 전산 열전달 해석-Computational Heat Transfer Analysis
실험에 사용된 히트 싱크와 마찬가지로 방열 핀(20)의 개수가 20개, 반지름이 75mm, 방열 핀(20)의 길이가 55mm인 히트 싱크를 모델로 평균온도를 해석하였다.Like the heat sink used in the experiment, the average temperature was analyzed by modeling a heat sink having 20 radiating
수치해석 시 압력과 속도를 결합하여 유동장을 풀기 위해 SIMPLE 알고리즘을 선택하였으며, 자연대류 열전달만을 고려하였다. 이러한 수치해석을 통한 열전달 해석의 타당성을 검증하기 위해 실험 결과와 해석 결과를 [표 1]에서 비교하였다.
In numerical analysis, the SIMPLE algorithm was selected to solve the flow field by combining pressure and velocity, and only natural convective heat transfer was considered. In order to verify the validity of the heat transfer analysis through the numerical analysis, the experimental results and the analysis results were compared in [Table 1].
상기 [표 1]에서와 같이 실험 결과와 전산 열전달 해석 결과는 거의 일치하는 것을 볼 수 있으며, 따라서 전산 열전달 해석 방법이 타당함을 알 수 있다.
As shown in [Table 1], it can be seen that the experimental results and the computational heat transfer analysis results are almost identical, and thus, the computational heat transfer analysis method is valid.
<히트 싱크의 최적화><Optimization of heat sink>
상기한 결과를 바탕으로 전산 열전달 해석을 통하여 방열 성능이 우수한 히트 싱크의 구조를 최적화 하였다. 우선 최적화 모델을 선정하기 위하여 세 가지 모델을 사용하여 수치해석을 수행함으로써 평균 온도를 비교하였다.Based on the above results, the heat sink with excellent heat dissipation performance was optimized through computational heat transfer analysis. First of all, the average temperature was compared by using three models to select the optimization model.
LMS 모델은 길이가 긴 제1 방열 핀(21)과 중간 길이의 제2 방열 핀(22) 그리고 길이가 짧은 제3 방열 핀(23)을 구비하며, 제1 방열 핀(21)이 20개, 제2 방열 핀(22)이 20개 그리고 제3 방열 핀(23)이 40개가 구비된다. LM 모델은 제1 방열 핀(21)과 제2 방열 핀(22)을 구비하며, 각각 20개씩 구비된다. L 모델은 제1 방열 핀(21)만을 구비하며 20개가 구비된다.
The LMS model includes a first
방열 면적은 LMS 모델이 가장 넓지만 히트 싱크의 평균 온도는 LM 모델에서 가장 낮게 나타났음을 알 수 있다. 이는 LMS 모델의 경우 제3 방열 핀(23)을 구비함으로써 방열 면적을 상대적으로 증가시키지만, 방열 핀 사이에서의 공기 유동을 방해하기 때문에 결국 방열 성능을 다소 감소시키는 원인으로 작용한다.
The heat dissipation area is the largest in the LMS model, but the average temperature of the heat sink is lowest in the LM model. In the case of the LMS model, the heat dissipation area is relatively increased by having the third
이러한 해석결과를 바탕으로 히트 싱크의 구조를 최적화하는데 있어서 방열 핀의 조합은 LM 모델을 기준으로 수행하였다. 최적화 수행시 설계 변수는 방열 핀(20)의 개수와 제2 방열 핀(22)의 길이이고, 목적 함수는 히트 싱크의 평균 온도 최소화로 선택하였다. 고정 변수는 제1 방열 핀(21)의 길이, 방열 플레이트(10)의 지름, 방열 핀(20)의 높이로 선정하였다. 최적화는 중심합성계획법(central composite design)을 통하여 히트 싱크의 평균 온도가 가장 최소값을 갖는 방열 핀의 개수, 제2 방열 핀(22)의 길이를 계산하였다.Based on these analysis results, the combination of heat sink fins was performed based on the LM model to optimize the heat sink structure. In performing the optimization, the design variables were the number of the
방열 플레이트(10)의 지름은 6~8 inch, 제1 방열 핀(21)의 길이는 방열 플레이트 반지름의 0.6~0.8 배, 방열 핀의 높이는 21.3mm, 발열량은 700 W/m2, 외기 온도는 30℃로 계산하였고, 그 결과는 [표 3]에 표기하였다.
The diameter of the
이와 같이 본 발명 대상인 6~8 inch 히트 싱크의 경우 최적화된 구조는 원형의 평판 구조로 구성되는 방열 플레이트(10)에 2가지 길이를 갖는 방열 핀, 구체적으로는 제1 방열 핀(21)과 제2 방열 핀(22)이 교대로 일정한 간격으로 이격되어 방사상으로 구비되는 구조이며, 이 경우 방열 핀의 개수의 최적 값은 40 내지 48개이고, 제2 방열 핀(22)과 제1 방열 핀(21)의 길이 비율(LM/LL)은 0.4 내지 0.7 사이의 값을 가짐을 확인할 수 있다.As described above, in the case of the 6-8 inch heat sink, the optimized structure includes a heat dissipation fin having two lengths, specifically, a first
한편, 상기한 LM 모델 외에도 제3 방열 핀(23)을 더 구비하는 LMS 모델을 채용하는 것도 가능하며, 이 경우 제1 방열 핀(21)의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀(23)의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
Meanwhile, in addition to the LM model described above, an LMS model further including a third
도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크를 구비하는 조명 장치에 대해 설명한다.A lighting device having a heat sink according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.6 is a view schematically showing a lighting device according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치(100)는 광원 모듈(200), 반사부(300), 히트 싱크(1), 커버 부재(400)를 포함하며, 전원공급장치(PSU)(500)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
상기 광원 모듈(200)은 발광소자 패키지(220)와, 상기 발광소자 패키지(220)가 적어도 하나 이상 실장되는 기판(210)을 포함한다.The
특히, 상기 광원 모듈(200)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 출사하는 반도체 소자의 일종인 발광소자(LED)를 광원으로 사용하며, 상기 발광소자 패키지(220)는 상기 발광소자를 내부에 하나 또는 복수개 구비한다.In particular, the
상기 기판(210)은 인쇄회로기판(PCB)의 일종으로 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 메탈 PCB의 일종인 MCPCB인 것이 바람직하다.The
발광소자 패키지(220)가 장착되는 상기 기판(210)의 반대면에는 상기 발광소자 패키지(220)와 전기적으로 연결되는 회로 배선(미도시)이 구비된다.Circuit lines (not shown) electrically connected to the light emitting
상기 반사부(300)는 전면이 개방된 전방홀(310)를 구비하며, 상기 발광소자 패키지(220)가 상기 전방홀(310)를 통해 전방을 향하도록 상기 광원 모듈(200)을 내부에 수용한다. The
상기 반사부(300)의 내주면(320)은 상기 광원 모듈(200)이 수용된 저면으로부터 상기 전방홀(310)을 향해 소정 기울기로 기울어진 경사면 구조로 형성되어 상기 광원 모듈(200)에서 발생되는 빛을 조명 장치의 전방을 향하도록 안내하며, 상기 반사된 빛이 상기 전방홀(310)을 통해 외부로 출사될 수 있도록 한다.The inner
상기 커버 부재(400)는 상기 광원 모듈(200)을 보호하도록 상기 반사부(300)의 전면 전방홀(310)에 장착된다. 이러한 커버 부재(400)는 플라스틱, 실리카, 아크릴, 유리 등의 소재로 형성될 수 있으며, 광투과성을 위해 투명하게 형성되는 것이 바람직하다.The
그리고, 상기 커버 부재(400)는 상기 발광소자 패키지(220)에서 방출되는 빛의 파장을 변환하는 형광물질을 함유할 수 있으며, 빛의 확산을 위해 광분산재를 함유할 수도 있다.In addition, the
상기 반사부(300)는 상기 전방홀(310) 위에 장착되는 고정 링(600)을 더 구비하여 상기 커버 부재(400) 및 상기 광원 모듈(200)이 상기 반사부(300) 내에서 떨어지는 것을 방지하도록 한다. 이러한 고정 링(600)은 탈부착이 용이한 구조로 장착되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 커버 부재(400) 또는 광원 모듈(200)을 용이하게 교체할 수 있다.The
상기 반사부(300)의 후면(또는 저면)은 상기 광원 모듈(200)과 함께 상기 히트 싱크(1)와 결합한다. 구체적으로, 상기 반사부(300)는 후면이 폐쇄되어 상기 내주면(320)과 함께 캐비티를 형성하는 구조이며, 상기 광원 모듈(200)은 상기 반사부(300)내에 구비된 상태에서 상기 반사부(300)를 통해 상기 히트 싱크(1)의 방열 플레이트(10) 상에 장착된다.The rear surface (or bottom surface) of the
이에 한정하지 않고 상기 반사부(300)는 후면이 개방되어 상기 전방홀(310)과 함께 상기 반사부(300)를 관통하는 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 광원 모듈(200)은 상기 히트 싱크(1)의 방열 플레이트(10)상에 직접 장착되며, 상기 반사부(300)는 상기 광원 모듈(200)의 주위를 감싸는 구조로 상기 방열 플레이트(10) 상에 장착될 수 있다. Without being limited to this, the
상기 히트 싱크(1)는 도 1 내지 도 5에서 구체적으로 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.Since the heat sink 1 has been described in detail with reference to FIGS. 1 to 5, a description thereof will be omitted.
한편, 상기 전원공급장치(500)는 상기 히트 싱크(1) 상에 장착되어 상기 광원 모듈(200)의 기판(210)에 구비되는 미도시된 회로 배선을 통해 상기 발광소자 패키지(220)로 전원을 공급한다.On the other hand, the
구체적으로, 상기 전원공급장치(500)는 상기 히트 싱크(1)의 방열 핀(20) 상에 구비되어 상기 방열 플레이트(10)의 방열 홀(12)을 통해 상기 기판(210)의 회로 배선과 전기적으로 연결될 수 있으며, SMPS 등을 포함할 수 있다.
Specifically, the
1,1'...... 히트 싱크 10........ 방열 플레이트
12........ 방열 홀 20........ 발열 핀
21........ 제1 방열 핀 22........ 제2 방열 핀
23........ 제3 방열 핀 30........ 캐비티
100....... 조명 장치 200....... 광원 모듈
210....... 기판 220....... 발광소자 패키지
300....... 반사부 310....... 전방홀
400....... 커버부재 500....... 전원공급장치
600....... 고정 링1,1 '......
12 ........
21 ........ 1st
23 ........ 3rd
100 .......
210 .......
300 .......
400 .......
600 ....... retaining ring
Claims (13)
상기 방열 플레이트의 타측면에 구비되며 원주방향을 따라서 방사상으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀과, 상기 제1 방열 핀보다 길이가 짧으며 상기 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제2 방열 핀을 갖는 방열 핀;
을 포함하는 히트 싱크.
A heat dissipation plate having a heat dissipation hole formed at a center thereof, and a mounting area in which a driving heating element is mounted on one side thereof; And
A plurality of first heat dissipation fins disposed on the other side of the heat dissipation plate and arranged radially along the circumferential direction, and a plurality of first heat dissipation fins shorter than the first heat dissipation fins and disposed between the first heat dissipation fins and arranged radially; A heat dissipation fin having a second heat dissipation fin;
Heat sink comprising a.
상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 주연(周緣)으로부터 중심부의 방열 홀을 향해 연장되어 구비되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
The method of claim 1,
The heat dissipation fin is a heat sink, characterized in that extending from the periphery of the heat dissipation plate toward the heat dissipation hole in the center.
상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제2 방열 핀의 길이(LM)의 비율(LM/LL)이 0.4 내지 0.7 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
The method of claim 1,
The heat dissipation fin is heat, characterized in that the ratio (L M / L L ) of the length (L L ) of the first heat dissipation fin and the length (L M ) of the second heat dissipation fin has a value between 0.4 and 0.7. Sink.
상기 방열 핀은 상기 제2 방열 핀보다 길이가 짧으며, 상기 제2 방열 핀과 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제3 방열 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
The method of claim 1,
The heat dissipation fin has a shorter length than the second heat dissipation fin, and further includes a plurality of third heat dissipation fins disposed radially between the second heat dissipation fin and the first heat dissipation fin.
상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
The method of claim 4, wherein
The heat dissipation fin is a heat sink, characterized in that the ratio (L S / L L ) of the length (L L ) of the first heat dissipation fin and the length (L S ) of the third heat dissipation fin has a value of 0.2 or less.
상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 중심부에서 광축을 따라 수직하게 연장되는 단부가 상기 방열 홀을 기준으로 방사상으로 일정한 간격으로 이격되어 상기 방열 핀을 따라 중심부로 유입된 공기가 방출되도록 하는 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
The method according to claim 1 or 4,
The heat dissipation fins are formed at a center portion of the heat dissipation plate, the ends extending vertically along the optical axis to be spaced at regular intervals radially with respect to the heat dissipation holes to form a cavity for discharging air introduced into the center along the heat dissipation fins. Heat sink, characterized in that.
전면이 개방된 전방홀을 구비하며, 상기 발광소자 패키지가 상기 전방홀을 향하도록 상기 광원 모듈을 내부에 수용하는 반사부;
상기 광원 모듈 및 상기 반사부가 일측면에 장착되며 중심부에 방열 홀을 구비하는 방열 플레이트와, 상기 방열 플레이트의 타측면에 구비되며 원주방향을 따라서 방사상으로 배열되는 복수의 제1 방열 핀과, 상기 제1 방열 핀보다 길이가 짧으며 상기 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제2 방열 핀을 갖는 방열 핀을 포함하는 히트 싱크; 및
상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 반사부의 전방홀에 장착되는 커버부재;
를 포함하는 조명 장치.
A light source module including a light emitting device package and a substrate on which at least one light emitting device package is mounted;
A reflector having a front hole with an open front surface and accommodating the light source module therein such that the light emitting device package faces the front hole;
A heat dissipation plate mounted on one side of the light source module and the reflector, the heat dissipation plate having a heat dissipation hole at a central portion thereof, a plurality of first heat dissipation fins disposed on the other side of the heat dissipation plate, and arranged radially along a circumferential direction; A heat sink comprising a heat dissipation fin having a plurality of second heat dissipation fins disposed between the first heat dissipation fins and disposed radially between the first heat dissipation fins; And
A cover member mounted to the front hole of the reflector to protect the light source module;
Lighting device comprising a.
상기 방열 핀은 상기 방열 플레이트의 주연(周緣)으로부터 중심부의 방열 홀을 향해 연장되어 구비되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
The method of claim 7, wherein
And the heat dissipation fin extends from the periphery of the heat dissipation plate toward the heat dissipation hole in the center portion.
상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제2 방열 핀의 길이(LM)의 비율(LM/LL)이 0.4 내지 0.7 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
The method of claim 7, wherein
The heat dissipation fin is characterized in that the ratio (L M / L L ) of the length L L of the first heat dissipation fin and the length L M of the second heat dissipation fin has a value between 0.4 and 0.7. Device.
상기 방열 핀은 상기 제2 방열 핀보다 길이가 짧으며, 상기 제2 방열 핀과 제1 방열 핀 사이에 배치되어 방사상으로 배열되는 복수의 제3 방열 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
The method of claim 7, wherein
The heat dissipation fin has a shorter length than the second heat dissipation fin, and further includes a plurality of third heat dissipation fins disposed radially between the second heat dissipation fin and the first heat dissipation fin.
상기 방열 핀은 상기 제1 방열 핀의 길이(LL)와 상기 제3 방열 핀의 길이(LS)의 비율(LS/LL)이 0.2 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
The method of claim 10,
The heat dissipation fin is an illumination device, characterized in that the ratio (L S / L L ) of the length (L L ) of the first heat dissipation fin and the length (L S ) of the third heat dissipation fin has a value of 0.2 or less.
상기 히트 싱크 상에 장착되어 상기 광원 모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
The method of claim 7, wherein
And a power supply unit mounted on the heat sink to supply power to the light source module.
상기 반사부는 상기 커버 부재 및 상기 광원 모듈이 상기 반사부 내에서 떨어지는 것을 방지하도록 상기 전방홀 위에 장착되는 고정 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.The method of claim 7, wherein
The reflector further comprises a fixing ring mounted on the front hole to prevent the cover member and the light source module from falling in the reflector.
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
WITB | Written withdrawal of application |