KR20160069018A - 방열구조를 갖는 발광다이오드 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발광다이오드 조명장치는, 발광다이오드 유닛, 상기 발광다이오드 유닛으로부터 발산되는 빛을 확산시키는 반사갓; 및 상기 발광다이오드 유닛으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 이중 구조의 복수의 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 발광다이오드로부터 발생한 열을 제1 히트싱크 및 적어도 하나의 제2 히트싱크를 통해 동시에 외부로 방출할 수 있으므로 열교환 면적의 증가로 인한 열교환 효율을 더욱 증가시켜 방열 효과를 상승시킬 수 있게 된다.

Description

방열구조를 갖는 발광다이오드 조명장치{LED LIGHTING APPARATUS WITH HEAT RADIATING STRUCTURE}

본 발명은, 방열구조를 갖는 발광다이오드 조명장치에 관한 것으로서, 구체적으로, 광원으로부터 발생하는 열을 다수의 루트를 통해 외부로 방출하여 열 방출 효율을 증대시킬 수 있는 발광다이오드 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(LED ; light-emitting diode)는 GaP, GaAs 등의 화합물 반도체의 PN접합에 전류가 흐를 때 빛이 발생하는 현상을 이용한 발광체 소자로서, 발광다이오드 제조시 반도체 화합물의 성분비를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.

이러한 엘이디는 소정 영역의 파장을 이용하는 의료용은 물론, 식물의 생장촉진용으로도 사용되고 있으며, 특히 전력 소모가 적으면서도 시인성이 높다는 장점이 있어서, 최근에는 신호등, 차량의 리어 램프, 그리고 옥외 광고용 간판으로도 널리 적용되고 있으며, 그 적용범위는 점점 확대되어 종래에 알려진 조명수단을 대체하여 가고 있다.

그런데, 최근에는 휘도가 밝고 광량이 많은 고출력 엘이디 램프가 개발되었다. 이러한 고출력 엘이디 램프를 사용하는 엘이디 모듈은 엘이디 램프 및 저항으로부터 고온의 열이 발생하게 된다.

종래의 엘이디 모듈과 같은 구조에 고출력 엘이디 램프를 사용하게 되면, 고열에 의해 엘이디 램프의 성능이 급격하게 저하되거나, 기판과 저항 및 실리콘과 케이스 등이 열에 의한 물성변형으로 수명이 단축되는 문제점이 발생된다.

따라서 고출력 엘이디 램프를 사용하는 엘이디 모듈에서는 열에 의한 피해를 줄이기 위하여 엘이디 램프 및 저항으로부터 발생되는 열을 신속히 분산 및 방출시키기 위한 구조가 필요하게 되었다.

한국 등록특허공보 제840131호(2008.6.14 등록)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광원으로부터 발생하는 열을 다수의 루트를 통해 외부로 방출하여 열 방출 효율을 증대시킬 수 있는 발광다이오드 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열 발산을 위한 히트싱크의 결합 및 분리작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 히트싱크 간에도 열교환이 발생하여 전체적인 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 발광다이오드 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 발광다이오드 유닛, 상기 발광다이오드 유닛으로부터 발산되는 빛을 확산시키는 반사갓; 및 상기 발광다이오드 유닛으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 이중 구조의 복수의 히트싱크를 포함하는 발광다이오드 조명장치를 제공한다.

상기 복수의 히트싱크는, 상기 발광다이오드 유닛의 발광다이오드로부터 발생하는 열을 직접적으로 전달받아 방출하는 제1 히트싱크; 및 상기 제1 히트싱크를 둘레방향으로 감싸는 형상으로 이루어지며, 상기 발광다이오드 유닛의 발광다이오드로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출할 뿐만 아니라 상기 제1 히트싱크의 외면으로부터 발산되는 열을 전달받아 외부로 방출 가능한 적어도 하나의 제2 히트싱크를 포함할 수 있다.

상기 발광다이오드 유닛은, 발광다이오드가 실장되는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판을 일면에 고정하는 유닛 지지대를 포함하며, 상기 제1 히트싱크 및 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크는 각각, 그 일단이 상기 유닛 지지대의 타면에 분리 가능하도록 결합될 수 있다.

상기 유닛 지지대의 타면에는 나사산이 형성된 제1 결합돌기가 마련되며, 상기 제1 히트싱크에는 상기 제1 결합돌기에 나사 결합 가능하도록 나사 결합부가 마련될 수 있다.

상기 유닛 지지대의 타면에는 나사산이 형성된 제2 결합돌기가 마련되며, 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크는 상기 제2 결합돌기에 나사 결합될 수 있다.

상기 제1 히트싱크는 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크에 비해 상대적으로 상기 발광다이오드에 근접한 위치의 상기 유닛 지지대에 접촉할 수 있다.

상기 제1 히트싱크와 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크가 각각 상기 유닛 지지대에 결합된 상태에서, 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크의 타단은 상기 제1 히트싱크의 타단에 비해 상기 유닛 지지대로부터 더 이격된 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 발광다이오드가 실장되는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판을 일면에 고정하는 유닛 지지대를 포함하는 발광다이오드 유닛에 있어서, 상기 유닛 지지대는 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 하부 타면으로 제 1히트싱크가 분리 가능하도록 결합될 수 있고, 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 하부 타면과 이격되어 제 2히트싱크가 분리가능하도록 결합될 수 있는 결합부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 유닛이며, 상기 유닛 지지대는 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 상부면으로 커버가 분리가능하게 결합될 수 있는 결합부분을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 발광다이오드로부터 발생한 열을 제1 히트싱크 및 적어도 하나의 제2 히트싱크를 통해 동시에 외부로 방출할 수 있으므로 열교환 면적의 증가로 인한 열교환 효율을 더욱 증가시켜 방열 효과를 상승시킬 수 있게 된다.

또한, 제1 히트싱크 및 제2 히트싱크가 유닛 지지대에 분리 가능하도록 결합됨으로써 필요시 용이하게 분리한 후 재결합할 수 있게 된다.

또한, 제2 히트싱크가 제1 히트싱크의 외면 둘레방향을 감싸는 구조로 마련됨으로써, 유닛 지지대 상에 제1 및 제2 히트싱크가 차지하는 면적을 최대한 감소시켜 보다 컴팩트한 구조의 조명장치를 구현할 수 있게 된다.

또한, 유닛 지지대에 결합되는 커버 및 히트싱크의 분리 및 결합이 매우 간편하여, 조립 및 추후 AS가 매우 편리하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 도 1의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치에서 열이 발산하는 상태를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치는, 광원의 발광시 이로부터 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있는 구조를 채용하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 단면도이고, 도 4는 도 1의 저면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치에서 열이 발산하는 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 발광다이오드 유닛(100), 발광다이오드 유닛(100)으로부터 발산되는 빛을 확산시키는 반사갓(200), 발광다이오드 유닛(100)으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 이중 구조의 복수의 히트싱크(300,400)를 포함한다.

먼저, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 발광다이오드 유닛(100)은 발광다이오드(110)가 실장되는 인쇄회로기판(120), 인쇄회로기판(120)을 일면에 고정하는 유닛 지지대(130)를 포함한다. 여기서, 유닛 지지대(130)는 발광다이오드(110)의 발광시 발생하는 열을 효과적으로 후술하는 제1 히트싱크(300) 및 제2 히트싱크(400)로 전달시키도록 일정 이상의 열전도성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며 일 예로 금속성 재질로 이루어질 수 있다.

이러한 유닛 지지대(130)의 타면에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 나사산이 형성된 제1 결합돌기(131)와 제2 결합돌기(132)가 마련되어 있다. 여기서, 제1 결합돌기(131)는 링 형상으로 이루어지고 그 내주면에 나사산이 형성되어 있다. 또한, 제2 결합돌기(132)는 마찬가지로 링 형상으로 이루어지고 그 외주면에 나사산이 형성되어 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제1 결합돌기(131)의 외주면 및 제2 결합돌기(132)의 내주면에 나사산이 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서, 제2 결합돌기(132)는 제1 결합돌기(131)의 측방향으로 이격된 위치에 마련되며, 부연하자면, 제1 결합돌기(131)와 제2 결합돌기(132)는 각각 동심원 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 반사갓(200)은 커버(210) 내측에 마련되어 발광다이오드 유닛(100), 구체적으로 발광다이오드(110)로부터 발산되는 빛을 확산시키는 것으로서, 빛의 확산 면적 및 효율을 증대시키도록 다단으로 절곡된 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 반사갓(200)과 커버(210)는 결합구(220)에 의해 유닛 지지대(130)에 견고히 결합된다.

다음, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 히트싱크(300,400)는, 발광다이오드 유닛(100)으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하도록 이중 구조로 이루어진다.

구체적으로, 복수의 히트싱크(300,400)는, 발광다이오드 유닛(100)의 발광다이오드(110)로부터 발생하는 열을 직접적으로 전달받아 방출하는 제1 히트싱크(300), 제1 히트싱크(300)를 둘레방향으로 감싸는 형상으로 이루어지는 적어도 하나의 제2 히트싱크(400)를 포함한다.

본 발명에서, 제1 히트싱크(300) 및 적어도 하나의 제2 히트싱크(400)는, 그 일단이 유닛 지지대(130)의 타면에 접촉하도록 유닛 지지대(130)에 분리 가능하도록 결합 가능하다. 따라서, 작업 현장에서 유닛 지지대(130), 제1 히트싱크(300) 및 적어도 하나의 제2 히트싱크(400) 간의 조립작업이 이루어지는 동안, 일부 구성의 손상 및 파손이 발생하거나 이상이 발생한 경우 작업자가 조립 해체 및 재조립 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다. 한편, 본 발명에서의 또 하나의 중요포인트는 상기 유닛 지지대(130)로서, 상기 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 하부 타면으로 히트싱크가 결합될 뿐만 아니라, 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 상부로 커버(210)가 분리가능하게 결합될 수 있는 결합부분을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 갖는 경우, 전체적으로 조립과 분리가 편리해져서, 전체를 뜯어 내어 수리해야 하는 번거로움 없이 설치된 상태에서 AS가 가능하게 된다.

유닛 지지대(130)와 제1 히트싱크(300)의 결합 관계를 설명하면, 제1 히트싱크(300)는 중공 형상으로 이루어져서 유닛 지지대(130)의 제1 결합돌기(131)에 나사 결합된다. 여기서, 제1 히트싱크(300)는 제1 결합돌기(131)의 내측으로 삽입되면서 나사 결합되도록 일측에 나사 결합부(310)가 마련되며, 제1 결합돌기(131)와 나사 결합이 완료되면 나사 결합부(310)는 유닛 지지대(130)의 타면에 직접적으로 접촉하는 상태가 된다. 여기서, 나사 결합부(310)가 접촉하는 유닛 지지대(130)의 타면과 대응하는 일면에는 발광다이오드(110)가 배치되어 있으며, 이에 따라 발광다이오드(110)의 구동시 발생하는 열은 우선 나사 결합부(310) 측으로 전도된 후 제1 히트싱크(300)를 통해 외부로 방출된다. 이러한 열 전도 관계를 살펴볼 때, 제1 히트싱크(300)는 발광다이오드(110)로부터 발생하는 열을 제2 히트싱크(400)에 비해 직접적으로 전달받는 것을 알 수 있겠다.

다음, 제2 히트싱크(400)는 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 발광다이오드 유닛(100)의 발광다이오드(110)로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출할 뿐만 아니라 제1 히트싱크(300)의 외면으로부터 발산되는 열을 전달받아 외부로 방출하게 된다. 본 발명의 관련 도면에서는 제2 히트싱크(400)가 하나로 나타나 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 둘레 방향을 따라 감싸면서 서로 이격되는 히트싱크가 2개 이상으로 마련될 수 있다. 본 발명에서는 제2 히트싱크(400)가 제1 히트싱크(300)의 외면 둘레방향을 감싸는 구조로 마련됨으로써, 설치 면적을 최대한 감소시켜 보다 컴팩트한 구조의 조명장치를 구현 가능하게 된다.

유닛 지지대(130)와 제2 히트싱크(400)의 결합 관계를 설명하면, 제2 히트싱크(400)는 마찬가지로 중공 형상으로 이루어져서 유닛 지지대(130)의 제2 결합돌기(132)에 나사 결합된다. 여기서, 제2 히트싱크(400)는 제2 결합돌기(132)의 외측으로 삽입되면서 나사 결합되도록 중공의 내면 일측에 나사산이 마련되어 있으며, 제2 히트싱크(400)는 제2 결합돌기(132)를 통해 유닛 지지대(130)와 연결된 상태를 가질 수 있다. 이에 따라 발광다이오드(110)의 구동시 발생하는 열은 제2 결합돌기(132)를 통해 제2 히트싱크(400) 측으로 전도된 후 제2 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.

전술한 열 방출에 대해 다시 설명하면, 발광다이오드(110)로부터 발생한 열은 제1 결합돌기(131) -> 나사 결합부(310) -> 제1 히트싱크(300)를 통해 외부로 방출될 수 있고, 또한 제2 결합돌기(132) -> 제2 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 한편, 제1 히트싱크(300)는 제2 히트싱크(400)에 비해 상대적으로 발광다이오드(110)에 근접한 위치의 유닛 지지대(130)에 접촉하므로 발광다이오드(110)로부터 발생한 열은 일차적으로 제1 히트싱크(300) 측으로 보다 많이 전달될 수 있다. 특히, COB타입의 LED에서는 DOT타입보다 굉장한 열이 집중적으로 발생하게 되는데, 발광다이오드의 아랫부분에 접촉하여 제1 히트싱크가 결합되므로 집중적으로 제1 히트싱크에 열이 전달되고, 제1 히트싱크에 집중된 열을 효과적으로 방열시켜야 하는 것이다. 물론, 제2 히트싱크는 발광다이오드 바로 아랫부분보다는 이격되어 유닛지지대에 연결되어 결합되므로, 제1 히트싱크보다는 전달받는 열이 적지만, 제1 히트싱크로부터의 열을 전달받아 추가적으로 방열하므로 제1 히트싱크가 감당할 수 있는 열의 용량을 크게 늘릴 수 있는 장점이 있다. COB타입의 조명장치에서는 본 발명의 유닛 지지대의 구조가 특히 효과적이다.

본 발명의 실시예에서, 제1 히트싱크(300) 및 제2 히트싱크(400)에는 각각 복수의 열발산돌기(320)가 마련되어 있으며, 이러한 열발산돌기(320)를 통해 외기와 접촉하는 열발산 면적을 더욱 증대시켜 외기와의 열 교환 효율을 더욱 증대시킴으로써 결국에는 방열 효과를 증가시킬 수 있다. 이러한 방열 효과의 증가를 통해 발광다이오드(110)의 수명이 감소하는 것을 최대한 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 히트싱크(300)와 제2 히트싱크(400)가 각각 유닛 지지대(130)에 결합된 상태에서, 제2 히트싱크(400)의 타단은 제1 히트싱크(300)의 타단에 비해 유닛 지지대(130)로부터 더 이격된 위치에 형성된다.

이와 같이, 제2 히트싱크(400)의 타단 위치(L2)가 제1 히트싱크(300)의 타단 위치(L1)에 비해 유닛 지지대(130)로부터 더 이격된 위치게 형성되면, 제2 히트싱크(400)의 내측 중공부 내에 배치된 제1 히트싱크(300)의 외부 노출을 한층 차단할 수 있게 된다.

따라서, 제1 히트싱크(300)의 타단 근방 영역에서 발산되는 열은 바로 외기로 방출되는 것이 아니라 그 중 일부는 제2 히트싱크(400) 측으로 전달될 수 있으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 이 경우 제1 히트싱크(300)의 타단 방출 열 -> 제2 히트싱크(400)의 중공 내면 -> 제2 히트싱크(400)의 열발산돌기를 통해 순차적으로 외부로 방출될 수 있게 된다. 이와 같이 제1 히트싱크(300)의 타단 단부 근방에서 방출되는 열이 바로 외기로 전달되는 것이 아니라 제2 히트싱크(400)의 일부 영역을 거쳐 외부 배출됨으로써 열 교환 과정의 증가로 인한 열 교환 효율의 증대를 가져올 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 제1 히트싱크(300)와 제2 히트싱크(400) 사이에서도 일정 이상의 열교환이 발생하게 된다.

본 발명은 발광다이오드(110)로부터 발생한 열을 제1 히트싱크(300) 및 적어도 하나의 제2 히트싱크(400)를 통해 외부로 동시에 방출할 수 있으므로 열교환 면적의 증가로 인한 열교환 효율을 더욱 증가시켜 방열 효과를 상승시킬 수 있게 된다.

또한, 제1 히트싱크(300) 및 제2 히트싱크(400)가 유닛 지지대(130)에 분리 가능하도록 결합됨으로써 필요시 용이하게 분리한 후 재결합할 수 있게 된다.

또한, 제2 히트싱크(400)가 제1 히트싱크(300)의 외면 둘레방향을 감싸는 구조로 마련됨으로써, 유닛 지지대(130) 상에 제1 및 제2 히트싱크(300,400)가 차지하는 면적을 최대한 감소시켜 보다 컴팩트한 구조의 조명장치를 구현할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 발광다이오드 유닛 130: 유닛 지지대
131: 제1 결합돌기 132: 제2 결합돌기
300: 제1 히트싱크 310: 나사 결합부
400: 제2 히트싱크

Claims (9)

1. 발광다이오드 유닛; 및
   상기 발광다이오드 유닛으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 이중 구조의 복수의 히트싱크를 포함하는 발광다이오드 조명장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 히트싱크는,
   상기 발광다이오드 유닛의 발광다이오드로부터 발생하는 열을 직접적으로 전달받아 방출하는 제1 히트싱크; 및
   상기 제1 히트싱크를 둘레방향으로 감싸는 형상으로 이루어지며, 상기 발광다이오드 유닛의 발광다이오드로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출할 뿐만 아니라 상기 제1 히트싱크의 외면으로부터 발산되는 열을 전달받아 외부로 방출 가능한 적어도 하나의 제2 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 발광다이오드 유닛은, 발광다이오드가 실장되는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판을 일면에 고정하는 유닛 지지대를 포함하며,
   상기 제1 히트싱크 및 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크는 각각, 그 일단이 상기 유닛 지지대의 타면에 분리 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 유닛 지지대의 타면에는 나사산이 형성된 제1 결합돌기가 마련되며, 상기 제1 히트싱크에는 상기 제1 결합돌기에 나사 결합 가능하도록 나사 결합부가 마련되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 유닛 지지대의 타면에는 나사산이 형성된 제2 결합돌기가 마련되며, 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크는 상기 제2 결합돌기에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 히트싱크는 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크에 비해 상대적으로 상기 발광다이오드에 근접한 위치의 상기 유닛 지지대에 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제1 히트싱크와 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크가 각각 상기 유닛 지지대에 결합된 상태에서, 상기 적어도 하나의 제2 히트싱크의 타단은 상기 제1 히트싱크의 타단에 비해 상기 유닛 지지대로부터 더 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
8. 발광다이오드가 실장되는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판을 일면에 고정하는 유닛 지지대를 포함하는 발광다이오드 유닛에 있어서,
   상기 유닛 지지대는 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 하부 타면으로 제 1히트싱크가 분리 가능하도록 결합될 수 있고, 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 하부 타면과 이격되어 제 2히트싱크가 분리가능하도록 결합될 수 있는 결합부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 유닛.
9. 제8항에 있어서,
   상기 유닛 지지대는 상기 인쇄회로기판이 실장되는 면의 상부면으로 커버가 분리가능하게 결합될 수 있는 결합부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 유닛.

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