KR20130044275A - 엘이디 조명 램프용 히트싱크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 조명 램프용 히트싱크에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 히트 스프레더와, 중앙 개구를 가지며 다각형 형태의 외주 돌출부와 외주 요입부가 교호적으로 반복되는 외주연부 및 중앙 개구의 내주연에 등간격(等間隔)으로 배치되는 복수의 내주 돌출부를 가지는 다수의 윤상(輪狀) 방열 플레이트와, 히트 스프레더 상에 다수의 윤상 방열 플레이트가 공간부를 개재하여 상하로 상호 평형하게 유지되도록 히트 스프레더로부터 다수의 윤상 방열 플레이트를 관통하는 복수개의 히트 파이프로 구성되며, 여기서 상하로 상호 평형하게 유지되는 인접한 상측 및 하측의 윤상 방열 플레이트의 상기한 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 서로 엇갈리게 교호적으로 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공되며, 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크는 방열편의 조립에 의해 이루어지므로 단조 성형품에 비하여 방열 특성이 우수하고 LED 칩의 방열특성 저하로 인한 LED 램프의 수명단축 및 방열 효율성 저하 문제를 효과적으로 해소할 수가 있으며, 특히 상대적으로 경량이므로 우수한 운반성 및 설치 작업성과, 제작 경제성 및 수선 유지 보수성을 가지며, 이를 이용한 LED 조명 램프는 공장이나 강당 또는 체육관 등과 같은 상대적으로 넓은 공간을 지니는 실내용의 중대형 LED 조명 램프로서 매우 유용하다.
Description
본 발명은 LED(Light Emitting Diode: 발광소자)용 히트싱크에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 실내용, 바람직하게는 공장이나 강당 또는 체육관 등과 같은 상대적으로 넓은 공간을 지니는 실내용으로 적합하게 적용 가능함과 아울러, 높은 방열 효율성과 높은 제작 및 유지 경제성, 그리고 금형의 제작이나 수정이 불필요하여 그 구조나 형태에 대한 높은 변형 적용성을 지니며, 특히 상대적으로 경량이므로 양호한 운반성 및 설치 작업성을 지니는 중대형의 옥내용 LED 조명 램프용 히트싱크에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 P형 및 N형 반도체의 접합 구조를 가져 전력 인가 시 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전 소자로서, 광 변환 효율이 높으므로 소비전력이 상대적으로 매우 낮으며, 무한 확장 설치가 가능하고, 수명이 반영구적이며, 예열이 불필요하여 응답 속도가 신속하고, 점등회로가 비교적 간단하며, 방전용 기체 및 필라멘트를 사용하지 않으므로 내충격성이 크고 안전하며 환경오염 유발 요인이 적고, 고(高)반복 펄스 동작이 가능하며, 시신경의 피로가 덜하고, 풀 칼라의 구현이 가능하다는 장점이 있어서, 근래 들어 실내외 조명으로 널리 적용되고 있는 추세로서, 고출력 및 고효율 LED의 상업적 시판에 따라 그 용도 및 사용처 또한 급속히 확대되고 있다.
통상적으로 LED 조명 램프는 다수의 LED 소자를 직렬 및/또는 병렬로 높은 밀도로 동일 평면상에 집적 배열하는 구조를 이용함으로써, LED 조명 램프의 광도 또는 휘도를 획기적으로 증가시키는 방식을 채택하고 있으나, LED의 집적 밀도가 증대될수록 구동 발생열도 현저히 증가하게 되므로 그에 따른 LED의 광학출력특성의 저하 및 수명 단축과 효율성 저하를 초래하게 된다는 문제점이 심각하게 대두된다.
따라서 고출력 및 고효율 LED의 소정의 광학특성을 일정하게 유지하기 위해서는 LED로부터의 충분한 방열이 필수적이다.
상기한 바와 같은 LED의 문제점을 해소하기 위하여 열전도성이 우수한 구리나 알루미늄과 같은 금속으로 제작된 넓은 표면적을 가지는 방열체를 사용하여 LED 등의 반도체 부품에서 발생하는 열을 대기 중으로 방열시키는 방식이 광범위하게 적용되고 있다.
이러한 방열 방식을 대별하면, 열전도성이 우수한 금속 소재로 제작되고 다수의 핀 구조를 형성하여 표면적을 증대시킨 방열체를 이용한 통상의 수동형 공랭식 방열 방식과, 전술한 바와 동일한 방열체를 이용하되 팬 등을 이용한 강제 송풍에 의하여 방열성을 높인 능동형 공랭식 방열 방식과, 물의 온도에 따른 밀도 차이에 의한 자연 대류에 의하여 냉각시키는 수동형 수냉식 방열 방식과, 펌프를 이용하여 물을 강제 순환시키는 능동형 수냉식 방열 방식과, 방열체 내에 열전달 냉매를 저장하여 열전달 냉매가 기화와 액화를 반복 순환하면서 방열시키는 히트파이프를 이용한 방열 방식이 있다.
그러나 LED 조명 램프 분야에서는 별도의 물 순환 파이프 구조를 가지는 수냉식 방열 방식이나 팬을 이용하는 능동형 공랭식 방열 방식은 필연적으로 조명 기기의 중량 증가를 초래하며 구조의 복잡화를 수반하게 되고 그에 따라 제작비 및 유지 보수비의 증가를 가져오므로 거의 채택되고 있지 아니하다.
당분야에서 주로 이용되고 있는 것은 수동형 공랭식 방열 방식, 또는 이에 히트파이프를 부가한 방열 방식이며, 이에 대한 전형적인 종래의 기술에 대하여 첨부 도면을 참조하여 간략히 언급하기로 한다.
먼저, 한국특허공개 제2010-0081262호(2010.07.14. 공개)는 도 6의 예시 사시도에 나타낸 바와 같은 LED 조명 램프용 히트싱크(1′)를 제안하고 있다.
종래의 가장 통상적인 구조는 도 6에서 도면부호 22의 천공 홀을 제외한 나머지 형태로서, LED 모듈(미도시)로부터 발생되는 열을 전달하기 위한 금속 원판(20)과 상기한 금속 원판(20)으로 고르게 분산된 열을 상기한 LED 모듈의 배면 방향의 외부로 방출하기 위한 다수의 방열핀(21)으로 구성되는 것으로서, 이 경우 상기한 방열핀(21)을 금속 원판(20)의 배면에 고정시키기 위해서는 도브테일(dovetail) 방식으로 끼워 삽입하거나 또는 별도의 나사 또는 핀과 같은 고정 수단을 이용하게 되는 번거롭고 수고스러운 작업을 거쳐야 하며, 특히 상기한 금속 원판(20)과 방열핀(21)의 접촉 불량에 의한 접촉 열저항이 커질 우려가 높다는 문제점이 있음과 아울러, 방열이 한 방향으로만 이루어지므로 효율성이 비교적 낮다는 문제점이 있다.
따라서 도 6은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 종래의 방안으로서, 금속 원판(20)에 다수의 천공 홀(22)을 형성함으로써 LED 모듈(미도시)로부터 발생한 열이 직접 방열핀(21)에 전달될 수 있도록 함으로써 금속 계면 간에서의 접촉 열저항을 저감시킨 구조를 제안하고 있다.
그러나 이러한 구조는 금속 원판(20)에 다수의 천공 홀(22)을 형성한 점을 제외하고는 종래와 본질적으로 동일한 구조이므로 여전히 만족스러운 것은 못된다는 문제점이 있다.
이어서, 도 7은 한국등록특허 제0891433호(2009.03.25. 등록)에 개시(開示)된 히트싱크(1a′)에 대한 사시도로서, 상기한 종래의 히트싱크(1a′)는 방열 특성 향상을 위하여 LED 모듈의 저면에 양 날개를 가지는 'U'자형의 히트파이프(35)가 접착되고, 상기한 히트파이프(35)의 양 날개 사이에 다수의 수직 핀(34)을 가지는 제1 방열판(33)이 위치하며, 상기한 양 날개 외측에 다수의 수평 핀(31)과 방열공(32)을 가지는 원통상의 제2 방열판(30)을 배치한 구조를 채택하고 있다.
그러나 상기한 종래의 히트싱크(1a′)는 그 형상이 복잡한 입체 구조를 가지므로 알루미늄 주조 또는 다이캐스팅에 의해 제작될 수밖에 없으므로 금형의 제작에 많은 시간과 비용이 소요됨은 물론, 소형의 LED 조명 램프가 아닌 중형 또는 대형의 LED 조명 램프로 제작하게 되면 그 방열 특성은 논외로 한다 하더라도 중량이 현저히 커져서 그 제작, 운반, 설치 등의 관점에서 실용성이 낮다는 문제점이 있다.
또한 한국특허공개 제2009-0093492호(2009.00.02. 공개)는 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같은 대형 LED 보안등(10′)을 제안하고 있으며, 상기한 LED 보안등(10′)은 LED 조명 램프(42)가 상호 교호적으로 반복 배치되는 제1 및 제2 경사면(43,43a)에 각각 설치되어 서로 다른 방향으로의 조사가 가능하도록 형성되고 주위에 투명 커버(45)를 가지는 몸체(46)와, 다수의 방열 핀(41)이 방사상으로 형성된 방열부(40)를 가지는 구조로서, 미설명 부호 44는 지주 체결구이다.
그러나 상기한 종래의 LED 보안등(10′)은 방열부(40) 및 몸체(46)가 복잡한 형상의 입체 구조를 가지므로 알루미늄 주조 또는 다이캐스팅에 의해 제작될 수밖에 없으므로 금형의 제작에 많은 시간과 비용이 소요됨은 물론 그 형태나 구조의 변형을 위해서는 금형의 수정 작업이 불가피하므로 그 변형이나 변경이 자유롭지 못하며, 마찬가지로 중량이 현저히 커져서 그 제작, 운반, 설치 등의 작업이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.
한편, 한국실용신안공개 제2010-0008208호(2010.08.18. 공개)는 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같은 LED 조명장치(10a′)를 제안하고 있으며, 상기한 LED 조명장치(10a′)는 복수의 조각으로 형성되어 상호 체결되어 하우징을 형성하는 히트싱크(50)와, 상기한 하우징 내에서 상기한 히트싱크(50)에 체결되는 복수의 LED 조명 램프부(51)와, 투광 덮개(52)로 구성되어 있다.
도시된 바와 같은 대형의 LED 조명장치(10a′) 역시 히트싱크(50)의 형상이 복잡한 입체 구조를 가지므로 알루미늄 주조 또는 다이캐스팅에 의해 제작될 수밖에 없어 금형의 제작에 많은 시간과 비용이 소요됨은 물론, 그 형태나 구조의 변형이 자유롭지 못하며, 중량이 커서 그 제작, 운반, 설치 등의 작업이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.
또한, 한국특허공개 제2010-0102056호(2010.09.20. 공개)는 압출형 히트싱크를 가지는 LED 램프 조립체(미도시)를 제안하면서, 압출 성형된 소재는 주조된 소재 또는 압출 성형 전 소재보다 더 높은 열전도성을 갖는다는 사실을 밝히고 있으며, 예컨대, 압출 성형 알루미늄은 약 200W/mK의 열전도성 나타내는 반면, 주조 알루미늄 합금은 100W/mK 미만의 열전도성을 나타내며, 또한 금속 히트싱크를 압출 성형에 의해 제작하면 생산 비용의 상당히 저감이 가능하다는 점을 언급하고 있다.
따라서 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 극복한 중대형의 옥내용 LED 조명 램프용 히트싱크 및 이를 이용한 중대형의 옥내용 LED 조명 램프의 개발이 당업계에 요망되어 왔다.
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 높은 방열성을 나타내면서도 경량으로 양호한 운반성 및 설치 작업성을 가지는 LED 조명 램프용 히트싱크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 높은 제작 및 유지 경제성을 가지는 LED 조명 램프용 히트싱크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 금형의 제작이나 수정이 불필요하여 그 구조 및 형태에 대한 다양성을 부여할 수가 있는 높은 변형 적용성을 가지는 LED 조명 램프용 히트싱크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 실내용, 특히 공장이나 강당 또는 체육관 등과 같은 상대적으로 넓은 공간을 지니는 실내에 적합하게 적용 가능한 중대형의 옥내용 LED 조명 램프용 히트싱크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 히트 스프레더와; 중앙 개구를 가지며, 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 교호적(交互的)으로 반복되는 외주연부와, 상기한 중앙 개구의 내주연에 등간격으로 배치되는 복수의 내주 돌출부를 가지는 다수의 윤상(輪狀) 방열 플레이트와; 상기한 히트 스프레더 상에 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트가 공간부를 개재하여 상하로 상호 평형하게 유지되도록 상기한 히트 스프레더로부터 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트를 관통하는 복수개의 히트 파이프로 구성되며: 여기서, 상하로 상호 평형하게 유지되는 인접한 상측 및 하측의 윤상 방열 플레이트의 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 서로 엇갈리게 교호적으로 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트 각각에 있어 상기한 복수의 히트 파이프 사이사이에 방사상 슬롯이 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 히트 파이프의 기저부는 히트 스프레더의 저면을 관통하여 돌출 고정되고 상기한 히트 파이프의 선단부는 최상측 윤상 방열 플레이트를 관통하여 상방으로 노출되며, 최하측 윤상 방열 플레이트와 상기한 히트 스프레더 사이에서 상기한 히트 파이프가 만곡부를 형성하고, 상기한 최상측으로부터 최하측의 윤상 방열 플레이트 사이에서는 상기한 히트 스프레더에 대하여 상기한 히트 파이프가 수직으로 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부의 단부에 복수의 미소 슬릿이 형성되어 복수의 말단 핀을 형성하고 있는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 히트 스프레더가 외주연부에 다수의 고정공이 형성된 플랜지를 가지며 중앙에는 방열공이 형성되어 있는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 윤상 방열 플레이트 각각의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 각각 6~24개, 바람직하게는 8~16개 형성되고, 내주 돌출부 및 방사상 슬릿이 6~16개, 바람직하게는 8~12개형성되며, 히트 파이프가 4~12개, 바람직하게는 6~8개 설치되어 있는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 히트 파이프가 냉매 부분 충진 구리관으로 형성되고 상기한 윤상 방열 플레이트가 알루미늄 또는 구리 또는 그 합금 또는 탄화규소로 이루어진 박판으로 형성되는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 히트 파이프와 윤상 방열 플레이트의 관통 계면이 레이저 스폿 용접 또는 은 충진 에폭시로 접합되어 있는 LED 조명 램프용 히트싱크가 제공된다.
본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크는 압출된 방열편의 조립에 의해 형성 가능하므로 단조의 경우에 비하여 방열 특성이 월등히 우수하여 LED 칩의 방열 특성 저하로 인한 LED 램프의 수명 단축 및 방열 효율성 저하 문제를 효과적으로 해소할 수가 있는 높은 방열 특성을 지니며, 특히 상대적으로 경량이므로 양호한 운반성 및 설치 작업성을 보유함과 아울러, 몰드의 이용이 불필요하므로 그 제작 경제성 및 수선 유지 보수성이 양호하며, 이를 이용한 LED 조명 램프는 실내용, 바람직하게는 공장이나 강당 또는 체육관 등과 같은 상대적으로 넓은 공간을 지니는 실내용의 중대형 LED 조명 램프로서 매우 유용하다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크의 상면 및 저면 사시도이다.
도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a의 평면도 및 저면도이다.
도 1e는 도 1a의 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크가 적용된 LED 조명 램프의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 LED 조명 램프의 분해 조립 사시 설명도이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크가 적용된 다른 LED 조명 램프의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이다.
도 5는 도 4a 내지 도 4c의 LED 조명 램프의 분해 조립 사시 설명도이다.
도 6은 종래의 통상적인 LED 조명 램프용 히트싱크의 예시 사시도이다.
도 7은 종래의 다른 히트싱크의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 종래의 다른 LED 조명 램프의 하부 구조체 및 히트싱크 부착 LED 조명 램프의 사시도 및 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 종래의 또 다른 히트싱크 부착 LED 조명 램프의 사시도 및 측단면도이다.
도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a의 평면도 및 저면도이다.
도 1e는 도 1a의 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크가 적용된 LED 조명 램프의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 LED 조명 램프의 분해 조립 사시 설명도이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크가 적용된 다른 LED 조명 램프의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이다.
도 5는 도 4a 내지 도 4c의 LED 조명 램프의 분해 조립 사시 설명도이다.
도 6은 종래의 통상적인 LED 조명 램프용 히트싱크의 예시 사시도이다.
도 7은 종래의 다른 히트싱크의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 종래의 다른 LED 조명 램프의 하부 구조체 및 히트싱크 부착 LED 조명 램프의 사시도 및 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 종래의 또 다른 히트싱크 부착 LED 조명 램프의 사시도 및 측단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 상면 및 저면 사시도이고, 도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a의 평면도 및 저면도이며, 도 1e는 도 1a의 측면도로서, 설명의 편의상 함께 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)는 히트 스프레더(4)와, 중앙 개구(2e)를 가지며 외주 돌출부(2a)와 외주 요입부(2b)가 교호적(交互的)으로 반복되는 외주연부를 가지는 다수의 박판 형태의 윤상(輪狀) 방열 플레이트(2)와, 상기한 히트 스프레더(4) 상에 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트(2)가 공간부(6)(도 1e 참조)를 개재하여 상하로 상호 평형하게 유지되도록 상기한 히트 스프레더(4)로부터 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트(2)를 관통하는 복수개의 히트 파이프(3)로 구성되며: 여기서, 상하로 상호 평형하게 유지되는 인접한 상측 및 하측의 윤상 방열 플레이트(2)의 외주 돌출부(2a)와 외주 요입부(2b)는 상하로 서로 엇갈리게 교호적으로 위치한다.
또한 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트(2) 각각에 있어서는 상기한 복수의 히트 파이프(3)의 사이사이에 방사상 슬롯(2c)이 위치하며, 상기한 중앙 개구(2e)의 내주연에는 등간격으로 배치되는 복수의 내주 돌출부(2f)가 형성되어 있다.
도시된 예에서는, 상기한 윤상 방열 플레이트(2) 각각의 외주 돌출부(2a) 및 외주 요입부(2b)의 개수는 각각 12개로, 그리고 내주 돌출부(2f) 및 방사상 슬롯(2c)의 개수는 각각 8개로, 히트 파이프(3)의 개수는 8개로 도시되어 있으나, 본 발명에 있어서 이들의 수효는 제한적이지 않으며 임의 선택적이다.
예컨대, 비록 본발명에 있어 제한적인 사항은 아니지만, 상기한 윤상 방열 플레이트(2) 각각의 외주 돌출부(2a) 및 외주 요입부(2b)의 개수는 각각 6~24개, 바람직하게는 8~16개의 범위일 수 있으며, 내주 돌출부(2f) 및 방사상 슬롯(2c)은 6~16개, 바람직하게는 8~12개의 범위일 수 있고, 히트 파이프(3)는 4~12개, 바람직하게는 6~8개 설치될 수 있다.
상기한 외주 돌출부(2a)와 내주 돌출부(2f)는 효율적인 열방출이 이루어질 수 있도록 돌출 단부(도면부호 미부여)를 가지는 사다리꼴, 장방형, 정방형, 삼각형 등의 다각형 형태로 제작되며, 비록 도시하지는 않았지만 그 돌출 단부에 복수의 미소 슬릿을 형성하여 둠으로써 열방출 효율성 제고를 위한 복수의 말단 핀이 형성되도록 할 수도 있음은 물론이며, 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
한편, 외주 요입부(2b)의 형태 역시 외주 돌출부(2a)의 측면 형태와 함께 내측으로 만입된 사다리꼴, 장방형, 정방형, 삼각형 등의 다각형 형태로 제작될 수 있으며, 비록 도시하지는 않았지만 그 돌출 단부에 복수의 미소 슬릿을 형성하여 둠으로써 열방출 효율성 제고를 위한 복수의 말단 핀이 형성되도록 할 수도 있음은 물론이며, 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
또한 중앙 개구(2e) 및 방사상 슬롯(2c)의 존재는 LED의 작동에 의해 발생되는 열류의 밀도 차이에 의한 상향 배출을 용이하게 한다.
특히, 본 발명에 있어서는 상하로 상호 평형하게 유지되는 인접한 상측 및 하측의 윤상 방열 플레이트(2)의 외주 돌출부(2a)와 외주 요입부(2b)가 상하로 서로 엇갈리게 교호적으로 위치하며, 이에 의해 상하로 다수 위치하는 윤상 방열 플레이트(2)의 외주연부에서의 방열 효율성을 극대화할 수가 있다.
이어서, 상기한 히트 파이프(3)는 그 기저부(3b) 히트 스프레더(4)의 저면을 관통하여 돌출 고정되고 그 선단부(3a)는 최상측 윤상 방열 플레이트(2)를 관통하여 상방으로 노출되도록 함으로써 열방출 효율을 보다 높일수 있는 구조로 형성되며, 최하측 윤상 방열 플레이트(2)와 상기한 히트 스프레더(4) 사이에서는 만곡부(3c)를 형성함으로써, 히트 파이프(3)의 길이 연장에 따른 방열 효과를 제고하는 형태로 형성된다.
또한 도시된 예에서는 다수의 윤상 방열 플레이트(2) 사이에서는 상기한 히트 스프레더(4)에 대하여 상기한 히트 파이프(3)가 수직으로 위치하나, 본 발명은 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 일정한 각도로 상향 경사 또는 상향 곡선 구배를 가지는 형태라면 그 어느 형태라도 무방하다.
한편, 상기한 히트 파이프(3)는 냉매 부분 충진 구리관으로 형성되며, 상기한 윤상 방열 플레이트(2)가 알루미늄 또는 구리 또는 그 합금으로 된 박판으로 형성됨이 일반적이나, 특별하게는 규사와 코크스를 전기로 속에서 가열하여 제조되는 탄화규소 박판을 프레싱하여 형상화한 후 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기한 탄화규소는 경량이며 낮은 열팽창계수를 가지고 있고 저온 내지 상온에서 높은 열전도도를 나타낸다.
상기한 히트 파이프(3)가 윤상 방열 플레이트(2)의 삽입공(2d)을 통하여 관통되는 관통 계면에는 열전도율을 높이기 위하여 미세한 틈새가 존재하지 않도록 레이저 스폿 용접 또는 은 충진 에폭시로 접합 처리하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 일면에 부착되는 상기한 히트 스프레더(4)는 그 외주연부에 다수의 고정공(4d)이 형성된 플랜지(4a)를 가지며 중앙에는 관통공으로서의 방열공(4b)이 형성되어 있다.
또한 도시된 예에서는 상기한 방열공(4b) 주위에 개구(4c)가 형성되어 상기한 방열공(4b)을 통한 상향 열류가 상방으로 보다 원활히 이송될 수 있는 형태로 되어 있으나, 상기한 개구(4c)는 본 발명에 있어 임의 선택적이다.
상기한 윤상 방열 플레이트(2)는 알루미늄 또는 그 합금으로 형성될 경우 방열성 향상 및 제조 효율성 제고를 위하여 박판 상으로 압출한 후 프레싱하여 제작함으로써 약 200W/mK의 높은 열전도성을 나타낼 수 있으므로 바람직하며, 또한 압연 후 프레싱하여 형성할 수도 있음은 물론이나, 주조 성형하여 형성하는 것은 약 100W/mK의 상대적으로 낮은 열전도성을 나타내므로 주조 성형은 본 발명에 있어 바람직하지 못하다.
또한 상기한 바와 같은 압출 성형에 의하면, 금형은 불필요하므로 금형과 관련된 비용 상의 문제나 또는 금형과 관련한 번거로운 작업 필요성이 없음은 물론, 높은 공정 효율성 및 경량화를 이룰 수가 있다.
또한, 선택적으로는 상기한 윤상 방열 플레이트(2)에 방열성 향상을 위한 다수의 방열 관통공(미도시)을 형성할 수도 있음은 물론이다.
따라서 본 발명의 LED 조명 램프용 히트싱크(1)는 히트 스프레더(4)에 인접한 COB(15a)(예컨대 도 3 참조)로 발생하는 열이 히트 스프레더(4) 상에 분산됨과 동시에, 히트 파이프(3)를 통하여 상방으로 전달되면서 상기한 히트 파이프(3)의 높이 방향으로 다수 설치되어 있는 박판 형태의 윤상 방열 플레이트(2)를 따라 수평 방향으로 방산됨과 아울러, 상기한 윤상 방열 플레이트(2)의 중앙 개구(2e) 다수로 형성되는 중앙 통공(5) 및 상기한 윤상 방열 플레이트(2)의 방사상 슬롯(2c)을 통하여 상방으로 배출되는 효율적인 열 방출 구조를 가진다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크(1)가 적용된 LED 조명 램프(10)의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이고, 도 3은 도 2a 내지 도 2c의 LED 조명 램프(10)의 분해 조립 사시 설명도로서, 함께 설명하기로 한다.
상기한 LED 조명 램프(10)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로 내장 부재(구동부)가 외부에 별도로 설치되는 SMPS 외장형에 대한 것으로서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)를 에워싸는 원통형의 방열 커버(14)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 히트 스프레더(4)상에 고정되는 복수의 COB(Chip on Board)(15a)와, 상기한 COB(15a)의 전방에 장착되는 투명 커버(16a)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 후방에 위치하는 배면 히트 스프레더(12)로 구성된다.
상기한 방열 커버(14)는 방열핀(14c)과 측방 연장부(14d)를 가지는 제1 커버 부재(14a)와 측방 연장부(14e)를 가지는 제2 커버 부재(14b)로 이루어지며, 상기한 제1 커버 부재(14a)의 측방 연장부(14d)와 상기한 제2 커버 부재(14b)의 측방 연장부(14e) 사이에 방열용 틈(14f)이 존재한다.
상기한 방열 커버(14)가 각각 2개, 4개, 또는 6개의 제1 및 제2 커버 부재(14a,14b)로 구성된다.
상기한 방열 커버(14)는 알루미늄 또는 그 합금, 또는 탄화규소로 제작되나, 경우에 따라서는 카본블랙, 탄소나노튜브, 또는 금속 플레이크를 포함하는 열전도성 수지로 형성될 수 있다.
상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 히트 스프레더(4)의 일측 표면에는 고정나사(20b)에 의해 고정되는 회로기판(15) 상에 복수의 COB(15a)가 위치하며, 상기한 복수의 COB(15a) 상에는 리플렉터(11)가 장착되고, 상기한 복수의 COB(15a)로부터의 발광 조명은 커버 홀더(16)에 장착된 전면의 투명 커버(16a)를 투과하여 조사된다.
상기한 투명 부재(16a)는 강화 유리 또는 내열성 투명 수지일 수 있으며, 필요하다면 눈부심을 막기 위한 표면 간유리 처리 또는 광확산제 첨가 내열성 투명 수지일 수 있음은 물론이다.
상기한 커버 홀더(16)는 고정나사(20a)에 의하여 회로기판(15) 상에 고정된다.
한편, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 히트 스프레더(4)와 배면 히트 스프레더(12) 각각의 외주연부에는 방열 커버(14)와의 체결을 위한 복수개의 고정공(4d,12b)이 형성되고, 상기한 배면 히트 스프레더(12)의 중앙부에는 너트 또는 와셔(21)를 개재하여 결착구(19)를 장착하기 위한 관통공(12c)과 전선 인입구(12d)가 형성된다.
상기한 배면 히트 스프레더(12)는 다수의 고정공(12f)을 가지는 고정림(12e)을 통하여 고정나사(20)에 의하여 방열 커버(14)에 체결된다.
상기한 결착구(19)는 공장 등의 천장 등에 고정 코드를 통하여 현수(懸垂)하기 위한 설치 수단이다.
또한 비록 도시하지는 않았지만 상기한 배면 히트 스프레더(12)에는 다수의 방열공(예컨대 도 5에서의 도면부호 12a 참조)을 형성할 수도 있음은 물론이다.
이어서, 도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 도 1a 내지 도 1e의 LED 조명 램프용 히트싱크(1)가 적용된 다른 LED 조명 램프(10a)의 상면 사시도, 저면 사시도 및 측면도이고, 도 5는 도 4a 내지 도 4c의 LED 조명 램프(10a)의 분해 조립 사시 설명도로서 함께 설명하기로 하며, 그 기본 구성은 전술한 경우와 실질적으로 동일하므로 그 차이점에 대해서만 주로 설명하기로 한다.
상기한 LED 조명 램프(10a)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로 내장 부재(구동부)가 내부에 설치되는 SMPS 내장형에 대한 것으로서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)를 에워싸는 원통형의 방열 커버(14)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 히트 스프레더(4)상에 고정되는 복수의 COB(Chip on Board)(15a)와, 상기한 COB(15a)의 전방에 장착되는 투명 커버(16a)와, 상기한 LED 조명 램프용 히트싱크(1)의 후방에 위치하는 배면 히트 스프레더(12)와, 상기한 배면 히트 스프레더(12)의 후방에 위치하는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로 내장 부재(구동부)(13)와, 상기한 SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하는 전방 및 후방 히트 스프레더(18,18) 및 방열 커버(14)로 구성된다.
상기한 LED 조명 램프(10a)는 전술한 LED 조명 램프(10)와 비교할 때, 후방에 별도로 설치되는 SMPS 회로 내장 부재 및 이를 수납하기 위한 전방 및 후방 히트 스프레더(18,18) 및 방열 커버(14)와 네크(17)를 제외하고는 본질적으로 동일한 구성이다.
도시된 예에서는 상기한 배면 히트 스프레더(12)에 다수의 방열공(12a)이 중앙부를 피한 외주연부에 형성되어 있다.
따라서, 상기한 배면 히트 스프레더(12)에 다수의 방열공(12a)은 상기한 네크(17)의 외주연부에 인접한 외부 영역에 위치하므로 방열이 원활히 이루어지게 된다.
또한, 상기한 배면 히트 스프레더(12)와, SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하며 그에 인접하는 전방 히트 스프레더(도 5에서 좌측의 도면부호 18 참조) 사이에, 상기한 배면 히트 스프레더(12)에 형성된 다수의 방열공(12a) 위치를 피하여 대략 중앙부에 네크(17)가 개재(介在)되어 있으며, 상기한 SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하는 전후방 히트 스프레더(18,18)는 각각 다수의 고정공(18e)을 가지는 고정림(18d)을 통하여 고정나사(20c)에 의하여 방열 커버(14)에 고정된다.
상기한 SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하는 방열 커버(14)는 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)를 수납하는 방열 커버(14)와 그 위치 및 길이를 제외하고는 그 구조는 본질적으로 동일한 구성이므로 이에 대해서는 구분하지 않고 동일 도면부호를 사용하였다.
이에 대해 부연하면, 상기한 SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하는 방열 커버(14)는 방열핀(14c)과 측방 연장부(14d)를 가지는 제1 커버 부재(14a)와 측방 연장부(14e)를 가지는 제2 커버 부재(14b)로 이루어지며, 상기한 제1 커버 부재(14a)의 측방 연장부(14d)와 상기한 제2 커버 부재(14b)의 측방 연장부(14e) 사이에 방열용 틈(14f)이 존재함은 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크(1)를 수납하는 방열 커버(14)의 경우와 동일하다.
도시된 예에서는, 상기한 SMPS 회로 내장 부재(13)를 수납하는 후방의 히트 스프레더(도 5에서 우측의 도면부호 18 참조)에 관통공이 2개 형성되어 있으며, 하나는 결착구(19)의 체결공(도면부호 미부여)으로, 그리고 다른 하나는 전선 인입구(18c)로 형성된다.
그 외의 구성은 전술한 경우와 동일하므로 그에 대한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
지금까지 본 발명에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 것이 아니며, 당업자라면 본 발명의 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이나 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
1: 본 발명에 따른 LED 조명 램프용 히트싱크
2: 윤상(輪狀) 방열 플레이트
2a: 외주 돌출부 2b: 외주 요입부
2c: 방사상 슬롯 2d: 삽입공
2e: 중앙 개구 2f: 내주 돌출부
3: 히트 파이프
3a: 선단부 3b: 기저부
3c: 만곡부
4: 히트 스프레더
4a: 플랜지 4b: 통공
4c: 개구 4d: 고정공
5: 중앙 통공 6: 공간부
10,10a: LED 조명 램프
11: 리플렉터 12: 배면 히트스프레더
12a: 방열공 12b: 고정공
12c: 관통공 12d: 전선 인입구
12e: 고정 림 12f: 고정공
13: SMPS 회로 내장 부재(구동부)
14: 방열 커버 14a: 제1 커버 부재
14b: 제2 커버 부재 14c: 방열핀
14d,14e: 측방 연장부 14f: 틈(간격)
15: 회로 기판 15a: COB(Chip on Board)
16: 커버 홀더 16a: 투명 커버
17: 네크
18: 전방 및 후방 히트 스프레더
18a,18b: 고정공 18c: 전선 인입구
18d: 고정 림 18e: 고정공
19: 결착구
20,20a,20b,20c: 고정나사 21: 너트 또는 와셔
2: 윤상(輪狀) 방열 플레이트
2a: 외주 돌출부 2b: 외주 요입부
2c: 방사상 슬롯 2d: 삽입공
2e: 중앙 개구 2f: 내주 돌출부
3: 히트 파이프
3a: 선단부 3b: 기저부
3c: 만곡부
4: 히트 스프레더
4a: 플랜지 4b: 통공
4c: 개구 4d: 고정공
5: 중앙 통공 6: 공간부
10,10a: LED 조명 램프
11: 리플렉터 12: 배면 히트스프레더
12a: 방열공 12b: 고정공
12c: 관통공 12d: 전선 인입구
12e: 고정 림 12f: 고정공
13: SMPS 회로 내장 부재(구동부)
14: 방열 커버 14a: 제1 커버 부재
14b: 제2 커버 부재 14c: 방열핀
14d,14e: 측방 연장부 14f: 틈(간격)
15: 회로 기판 15a: COB(Chip on Board)
16: 커버 홀더 16a: 투명 커버
17: 네크
18: 전방 및 후방 히트 스프레더
18a,18b: 고정공 18c: 전선 인입구
18d: 고정 림 18e: 고정공
19: 결착구
20,20a,20b,20c: 고정나사 21: 너트 또는 와셔
Claims (7)
- 히트 스프레더와;
중앙 개구를 가지며, 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 교호적(交互的)으로 반복되는 외주연부와, 상기한 중앙 개구의 내주연에 등간격(等間隔)으로 배치되는 복수의 내주 돌출부를 가지는 다수의 윤상(輪狀) 방열 플레이트와;
상기한 히트 스프레더 상에 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트가 공간부를 개재하여 상하로 상호 평형하게 유지되도록 상기한 히트 스프레더로부터 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트를 관통하는 복수개의 히트 파이프로 구성되며:
여기서, 상하로 상호 평형하게 유지되는 인접한 상측 및 하측의 윤상 방열 플레이트의 상기한 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부가 서로 엇갈리게 교호적으로 위치하는
LED 조명 램프용 히트싱크. - 제1항에 있어서, 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트 각각에 있어 상기한 복수의 히트 파이프 사이사이에 방사상 슬롯이 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크.
- 제1항에 있어서, 상기한 히트 파이프의 기저부는 히트 스프레더의 저면을 관통하여 돌출 고정되고 상기한 히트 파이프의 선단부는 최상측 윤상 방열 플레이트를 관통하여 상방으로 노출되며, 최하측 윤상 방열 플레이트와 상기한 히트 스프레더 사이에서 상기한 히트 파이프가 만곡부를 형성하고, 상기한 최상측으로부터 최하측의 윤상 방열 플레이트 사이에서는 상기한 히트 스프레더에 대하여 상기한 히트 파이프가 수직으로 위치하는 LED 조명 램프용 히트싱크.
- 제1항에 있어서, 상기한 다각형 형태의 외주 돌출부 및 외주 요입부의 단부에 복수의 미소 슬릿이 형성되어 복수의 말단 핀을 형성하고 있는 LED 조명 램프용 히트싱크.
- 제1항에 있어서, 상기한 히트 스프레더가 외주연부에 다수의 고정공이 형성된 플랜지를 가지며 중앙에는 방열공이 형성되어 있는 LED 조명 램프용 히트싱크.
- 제1항에 있어서, 상기한 히트 파이프가 냉매 부분 충진 구리관으로 형성되고 상기한 다수의 윤상 방열 플레이트가 알루미늄 또는 구리 또는 그 합금 또는 탄화규소로 된 박판으로 형성되는 LED 조명 램프용 히트싱크.
- 제1항에 있어서, 상기한 히트 파이프와 윤상 방열 플레이트의 관통 계면이 레이저 스폿 용접 또는 은 충진 에폭시로 접합되어 있는 LED 조명 램프용 히트싱크.
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