KR20130050454A

KR20130050454A - 엘이디 조명장치

Info

Publication number: KR20130050454A
Application number: KR1020110115515A
Authority: KR
Inventors: 김영덕; 문경식; 이경일; 김광일
Original assignee: 주식회사 포스코; 포스코신기술연구조합; 포항공과대학교 산학협력단; 주식회사 포스코엘이디; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-16
Also published as: KR101297106B1

Abstract

본 발명에 따른 엘이디 조명장치는, 기판과, 상기 기판의 일면에 설치된 엘이디소자를 구비하는 발광부; 상기 기판의 타면에 접하여 고정되며 상기 발광부로부터 발열된 열을 분산시키는 히트스프레더; 상기 히트스프레더에 결합되어 열을 방열시키는 히트파이프부; 및 상기 히트파이프부에 에어를 분사하여 냉각시키도록 구성되는 에어냉각부;를 포함한다.

Description

엘이디 조명장치{ＬＥＤ lighting apparatus}

본 발명은 엘이디 조명장치로서, 엘이디소자를 통해 발광하는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 조명등은 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 야간에 실내나 실외에서 물체를 식별할 수 있도록 광을 제공하거나 물체를 조사하기 위해 사용되며, 최근에는 실내 장식이나 다양한 색 연출을 위하여 조명을 이용하는데, 대체로 백열등, 형광등, 할로겐등, 메탈할라이드등, 수은등, 나트륨등을 사용한다.

그러나, 백열등은 가격은 저렴하나 수명이 짧고, 발광효율이 떨어지며, 휘도가 높아 눈부심을 일으키고, 많은 열이 발생하며, 형광등은 백열 전구보다 에너지 효율이 높아 전력소비는 적으나, 점등대기 시간이 길고, 수명이 짧다. 또한 나트륨등, 수은등, 메탈하라이드등은 전력소비가 크며, 눈부심을 일으킬 수 있으며, 수명 또한 길지 못한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 수명이 반 영구적이고, 소비전력이 적으면서 고효율의 조도를 얻을 수 있는 LED(lighting emitting diode)를 이용한 조명등이 다양한 용도로 개발되고 있다.

LED 조명등은 빠른 처리속도와 낮은 전력소모 등의 장점을 가지며, 친환경적이고 에너지 효율이 높아서 이용도가 점차 늘어가는 추세이다. 또한, LED를 이용한 조명등은 일반 조명등에 비해 60～80%의 전력이 절감되며 50,000시간 이상의 반영구적인 수명을 가지며 눈부심이 발생하지 않기 때문에 조명등으로 각광을 받고 있다.

그러나, 이와 같은 LED 조명등은 인쇄회로기판에 여러 개의 LED를 실장하여 사용하기 때문에 발열량이 크므로, 일정 시간 사용시에 내부에서 발생되는 열을 원활하게 배출시키거나 제거시키지 못하면 효율이 저하되고, 장시간 계속 사용시에는 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각효율을 높이도록 개선된 엘이디 조명장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명장치는, 기판과, 상기 기판의 일면에 설치된 엘이디소자를 구비하는 발광부; 상기 기판의 타면에 접하여 고정되며 상기 발광부로부터 발열된 열을 분산시키는 히트스프레더; 상기 히트스프레더에 결합되되 외측으로 연장된 히트파이프를 구비하는 히트파이프부; 및 상기 히트파이프부에 에어를 분사하여 냉각시키도록 구성되는 에어냉각부;를 포함한다.

여기에서, 상기 히트스프레더로부터 상기 발광부의 반대측으로 상기 히트파이프부, 에어냉각부가 순차적으로 배치되며, 상기 에어냉각부는, 상기 히트파이프부를 덮도록 상기 에어스프레더에 설치된 커버; 및 상기 커버 내에서 상기 히트파이프부로 에어를 유동시키는 에어유동부재;를 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 히트파이프부는, 상기 히트스프레더의 중앙부에 위치된 복수 개의 제1 히트파이프; 및 상기 제1 히트파이프의 길이보다 길게 형성되어 복수 개의 상기 제1 히트파이프의 둘레에서 배치된 복수 개의 제2 히트파이프;를 구비하며, 상기 에어유동부재는, 상기 제2 히트파이프 내측의 상기 제1 히트파이프 상에 배치되어 에어를 펌핑하는 펌핑부재; 및 상기 펌핑부재로부터 연통되어 상기 제2 히트파이프 상으로 연장되어 에어를 상기 제2 히트파이프에 대해 종방향으로 유동시키도록 에어유로;를 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 에어유동부재는 에어토출속도가 에어흡입속도보다 빠르도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기 기판과 상기 히트스프레더 사이에 열전달효율을 높이도록 설치된 구리코팅부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 엘이디 조명장치는, 에어유동부재에 의해 히트파이프부에 대해 상측에서 길이방향을 따라 에어를 유동시키고, 기판과 히트스프레더 사이가 구리코팅되어 열전달효율을 높임으로써, 발광부로부터 발생되는 열의 냉각효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 절연물과 같은 유기질의 부품은 고온에서 노화를 일으키는 것과 같이 온도에 따라 부품이 특성이 변하여 고온환경에서 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다. 아울러, 온도상승으로 인하여 기계적 강도 변화되고 열응력이 발생하며, 열팽창에 의한 치수변화가 발생하는 것을 방지하며, 나아가 고온의 배출공기로 인하여 불쾌감 초래하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 히트스프레더, 히트파이프부, 에어냉각부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 엘이디 조명장치에서 에어유동부재로부터 히트파이프부 측으로 에어가 유동하는 것을 나타낸 도이다.
도 4는 도 1의 A를 나타낸 확대도이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 히트스프레더, 히트파이프부, 에어냉각부를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 엘이디 조명장치에서 에어유동부재로부터 히트파이프부 측으로 에어가 유동하는 것을 나타낸 도이고, 도 4는 도 1의 A를 나타낸 확대도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 엘이디소자(22)를 구비한 발광부(20), 상기 발광부(20)의 열을 분산시키는 히트스프레더(heat spreader)(40), 상기 히트스프레더(40)에 결합되되 외측으로 연장된 히트파이프를 구비하는 히트파이프부(60); 및 상기 히트파이프부(60)에 에어를 분사하여 냉각시키도록 구성되는 에어냉각부(80);를 포함한다.

상기 발광부(20)는 기판(21)과, 상기 기판(21)의 일면에 설치된 엘이디소자(22)로 구성된다. 이러한 발광부(20)에서 기판(21)은 타면이 상기 히트스프레더(40)에 접하여 고정결합된다.

아울러, 본 발명은 상기 발광부(20)를 덮도록 테두리가 히트스프레더(40)에 설치된 렌즈(90)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 히트스프레더(40)는 기판(21)의 타면에 접하여 고정되며 발광부(20)로부터 발열된 열을 분산시키는 역할을 수행한다.

아울러, 본 발명은 이러한 히트스프레더(40)와 함께 히트파이프부(60) 및 에어냉각부(80)를 더 포함할 수 있다.

상기 히트파이프부(60)는 히트스프레더(40)에 접하여 결합되어 열을 방열시키도록 복수 개의 히트파이프로서 마련되며, 상기 에어냉각부(80)는 히트파이프에 에어를 분사하여 냉각시키도록 구성된다.

구체적으로 히트스프레더(40)로부터 발광부(20)의 반대측으로 상기 히트파이프부(60), 에어냉각부(80)가 순차적으로 배치된다.

여기에서, 상기 히트파이프부(60)는 히트스프레더(40)의 중앙부에 위치된 복수 개의 제1 히트파이프(61)와, 상기 제1 히트파이프(61)의 길이보다 길게 형성되어 복수 개의 상기 제1 히트파이프(61)의 둘레에서 배치된 복수 개의 제2 히트파이프(62)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 에어냉각부(80)는 히트파이프부(60)를 덮도록 히트스프레더(40)에 설치된 커버(81)와, 상기 커버(81) 내에서 히트파이프부(60)로 에어를 유동시키는 에어유동부재(82)를 구비할 수 있다.

이때, 상기 에어유동부재(82)는 일 실시예로서 허파구조를 가진 펌핑부재(82a)를 활용하는데, 이러한 펌핑부재(82a)는 상하운동으로 공기를 흡입하고, 내부로 흡입된 공기를 배출토록 작동되어, 외부에서 흡입된 공기가 소정의 압력을 가진 상태로 토출되도록 한다.

여기에서, 펌핑부재(82a)는 누벤틱스(Nuventix)사의 신젯(SYNJET)^?이 사용될 수 있다.

이와 같은 펌핑부재(82a)는 팬 없이도 에어를 유동시켜 발광부(20)를 냉각시키는 역할을 수행하며, 결과적으로 펌핑부재(82a)는 팬 보다도 더 소음 없이 공기를 밀어내면서 열을 더욱더 효율적으로 밀어낸다.

나아가, 상기 에어유동부재(82)는 에어토출속도가 에어흡입속도보다 빠르도록 구성된 것이 바람직하며, 이에 따라 더욱더 냉각효율을 높일 수 있다.

아울러, 에어유동부재(82)로부터 빠르게 토출되는 에어에 의해 냉각부(80)를 포함한 히트파이프부(60)의 먼지를 효율적으로 제거할 수 있다.

구체적으로, 상기 에어유동부재(82)는 제2 히트파이프(62) 내측의 제1 히트파이프(61) 상에 배치되어 에어를 펌핑하는 펌핑부재(82a)와, 상기 펌핑부재(82a)로부터 연통되어 제2 히트파이프(62) 상으로 연장되어 에어를 상기 제2 히트파이프(62)에 대해 종방향으로 유동시키도록 에어유로(82b)를 구비할 수 있다.

이와 같이 구성되는 에어유동부재(82)는, 펌핑부재(82a)의 펌핑작용에 의해 측방향으로 에어를 유동시키며, 이러한 에어는 에어유로(82b)를 통해 제2 히트파이프(62)의 상측으로 유동되고 최종적으로 제2 히트파이프(62)의 상측으로부터 하측으로 제2 히트파이프(62)의 길이방향을 따라 유동된다. 물론, 상기와 같이 제2 히트파이프(62)의 길이방향을 따라 유동하는 에어는, 제1 히트파이프(61) 측으로도 유동되어 냉각작용을 한다.

결과적으로 유동하는 에어가 제2 히트파이프(62) 측으로 유동하는 과정에서, 제2 히트파이프(62)의 길이방향을 따라 유동함으로써 냉각효율을 높이는 작용을 한다. 즉, 에어가 제2 히트파이프(62)에 대해 상측으로부터 길이방향을 따라 유동하면서 전체적으로 냉각시키는 경우에는, 길이방향이 아닌 단순히 횡방향 또는 경사진 방향으로만 유동되는 경우보다, 상대적으로 에어의 유동속도도 빠르며 아울러 그 유동면적에 있어서도 넓기 때문에, 냉각효율 측면에 있어서 높은 냉각능력이 발휘될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 기판(21)과 상기 히트스프레더(40) 사이에 설치된 구리코팅부(30)를 더 포함할 수 있다.

서로 접하는 발광부(20)의 기판(21)과 히트스프레더(40)는 그 사이에 접촉열저항이 발생하는데, 접촉열저항이란 서로다른 물체가 접촉하게 되면 발생되는 문제로 표면 조도로 인하여 원활하게 열이 이동되는 것을 저해한다.

이러한 접촉열저항에 따른 열 이동 저해를 감소시키기 위해, 기존에는 일 실시예로서 열전도성 접착제와 같은 TIM(Thermal Interface Material)이 활용된다.

그러나, 본 발명은 상기 기판(21)과 히트스프레더(40) 사이에 구리코팅부(30)를 구비하여 열전달효율을 높일 수 있다.

이는 구리가 TIM보다 열전도도가 높은 매체로서, 발광부(20)로부터 발생하는 열을 분산시키는 히트스프레더(40)와 발광부(20)에서의 기판(21)과의 연결에 있어서, 열전달효율을 높이기 위해 고체 접함이 되도록 상기 히트스프레더(40)와 발광부(20) 사이에는 구리코팅부(30)가 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 에어유동부재(82)에 의해 히트파이프부(60)에 대해 상측에서 길이방향을 따라 에어를 유동시키고, 기판(21)과 히트스프레더(40) 사이가 구리코팅되어 열전달효율을 높임으로써, 발광부(20)로부터 발생되는 열의 냉각효율을 높일 수 있다.

이에 따라, 절연물과 같은 유기질의 부품은 고온에서 노화를 일으키는 것과 같이 온도에 따라 부품이 특성이 변하여 고온환경에서 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 온도상승으로 인하여 기계적 강도 변화되고 열응력이 발생하며, 열팽창에 의한 치수변화가 발생하는 것을 방지하며, 나아가 고온의 배출공기로 인하여 불쾌감 초래하는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

20 : 발광부 21 : 기판
22 : 엘이디소자 40 : 히트스프레더
60 : 히트파이프부 61 : 제1 히트파이프
62 : 제2 히트파이프 80 : 에어냉각부
81 : 커버 82 : 에어유동부재
82a : 펌핑부재 82b : 에어유로
90 : 렌즈

Claims

기판(21)과, 상기 기판(21)의 일면에 설치된 엘이디소자(22)를 구비하는 발광부(20);
상기 기판(21)의 타면에 접하여 고정되며 상기 발광부(20)로부터 발열된 열을 분산시키는 히트스프레더(40);
상기 히트스프레더(40)에 결합되되 외측으로 연장된 히트파이프를 구비하는 히트파이프부(60); 및
상기 히트파이프부(60)에 에어를 분사하여 냉각시키도록 구성되는 에어냉각부(80);를 포함하며,
상기 에어냉각부(80)에 의해 에어가 상기 히트파이프부(60)의 히트파이프에 대해 길이방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 히트스프레더(40)로부터 상기 발광부(20)의 반대측으로 상기 히트파이프부(60), 에어냉각부(80)가 순차적으로 배치되며,
상기 에어냉각부(80)는, 상기 히트파이프부(60)를 덮도록 상기 히트스프레더(40)에 설치된 커버(81); 및 상기 커버(81) 내에서 상기 히트파이프부(60)로 에어를 유동시키는 에어유동부재(82);를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제2항에 있어서,
상기 히트파이프부(60)는, 상기 히트스프레더(40)의 중앙부에 위치된 복수 개의 제1 히트파이프(61); 및 상기 제1 히트파이프(61)의 길이보다 길게 형성되어 복수 개의 상기 제1 히트파이프(61)의 둘레에서 배치된 복수 개의 제2 히트파이프(62);를 구비하며,
상기 에어유동부재(82)는, 상기 제2 히트파이프(62) 내측의 상기 제1 히트파이프(61) 상에 배치되어 에어를 펌핑하는 펌핑부재(82a); 및 상기 펌핑부재(82a)로부터 연통되어 상기 제2 히트파이프(62) 상으로 연장되어 에어를 상기 제2 히트파이프(62)에 대해 종방향으로 유동시키도록 에어유로(82b);를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제2항에 있어서,
상기 에어유동부재(82)는 에어토출속도가 에어흡입속도보다 빠르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(21)과 상기 히트스프레더(40) 사이에 열전달효율을 높이도록 설치된 구리코팅부(30);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.