KR20170000537A - Led 전등 - Google Patents

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KR20170000537A
KR20170000537A KR1020150089529A KR20150089529A KR20170000537A KR 20170000537 A KR20170000537 A KR 20170000537A KR 1020150089529 A KR1020150089529 A KR 1020150089529A KR 20150089529 A KR20150089529 A KR 20150089529A KR 20170000537 A KR20170000537 A KR 20170000537A
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heat sink
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정찬영
김태양
김지한
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주식회사 아데소
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Abstract

본 발명은 LED 전등에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 생산성이 향상되고, 방열 특성이 우수한 LED 전등에 관한 것이다.

Description

LED 전등{LED lamp}
본 발명은 LED 전등에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 생산성이 향상되고, 방열 특성이 우수한 LED 전등에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED) 전등은 에너지효율이 높고 수명이 긴 장점으로 형광등, 백열등과 같은 종래의 광원을 사용하는 조명기구를 빠르게 대체하고 있다.
이와 같은 LED 전등에서 사용되는 LED는 종래의 조명광원에 비해 발열량이 적고, 적은 소비전력과 긴 수명, 내충격성 등의 장점을 갖고 있으며, 제조과정에서 형광등과 같이 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.
그러나, 고회도 고출력의 조명용 광원을 얻기 위하여 LED에 구동전류를 증가시키게 되면, LED의 전력손실이 증가되어 대부분의 전기 에너지가 열로 변환되고 LED의 접합부분이 고온상태로 될 수 있다.
이와 같이, LED는 흐르는 전류가 일정하더라도 접합부분의 온도가 높아지면 광출력과 광효율이 저하될 뿐만 아니라 동작 수명도 줄어드는 특성이 있음에 따라, 조명성능과 동작수명을 향상시키기 위해서는 LED의 접합부분에서 발생 되는 열을 최대한 빠르게 외부로 방출해 주어야 한다.
이를 해결하기 위해, LED 전등은 열전도도가 우수한 방열판이 부착되어 LED 전등에서 발생되는 열이 공기 중으로 배출되도록 설계되는 것이 일반적이다.
이러한 방열판은 LED 전등에서 실질적으로 열을 발생시키는 복수의 LED를 포함하는 LED 회로기판과 접촉함으로써 LED 회로기판에서 발생된 열을 전도받아 외부로 방출시키는 역할을 수행한다.
그러나, 방열판 및 LED 회로기판 간의 상호 접촉면은 미세한 표면거칠기를 갖고 있으므로, 표면거칠기에 의해 상호 접촉되는 면이 전체면에 걸쳐 완벽하게 접촉될 수 없으므로 접촉저항이 발생하여 상기 LED 회로기판으로부터 상기 방열판으로의 열전도 특성이 저하될 수 있다는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 방열판과 LED 회로기판이 밀착되는 접촉면 사이에는 방열 그리스와 같은 액상의 열전도체가 도포될 수 있으며, 이로 인해, 방열판과 LED 회로기판 간의 상호 접촉면의 표면거칠기가 보완되어 접촉저항이 완화되는 효과를 도모할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 열전도체는 작업자에 의해 도포되어 사용되므로, 작업자의 숙련도에 따라 그 품질이 좌우되며, 완성된 방열판 또는 LED 회로기판상에 도포 및 건조작업을 거쳐야 하므로 공정상 번거로움을 유발할 수 있다.
즉, 종래의 열전도체는 작업의 재현성이 떨어지므로 도포 면적의 전체면에 걸쳐 균일한 두께를 구현하기 어렵다는 문제점이 있으며, LED 전등에 적용 시, 일일이 도포되어야 하므로 LED 전등의 생산성을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 방열 그리스와 같은 종래의 열전도체는 기본적으로 불충분한 열전도 특성을 갖고 있어, LED 전등에 적용되었을 시, LED 전등의 충분한 방열 특성을 구현하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 생산성이 향상되고, 방열 특성이 우수한 LED 전등이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 생산공정이 단순하고 제조시간이 단축됨으로서 생산성이 향상될 수 있는 LED 전등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 회로기판과 방열판 사이의 접촉저항을 최소화함으로써 현저히 우수한 방열 특성을 구현할 수 있는 LED 전등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
전원을 공급받아 빛을 발광하는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 회로기판, 상기 LED 회로기판의 발광면 반대측에 설치되어 상기 LED 회로기판에서 발생된 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열판,을 포함하고, 상기 LED 회로기판 및 상기 방열판 사이에는 상기 LED 회로기판에서 발생된 열을 상기 방열판으로 전달하는 방열 필름이 구비되는 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
또한, 상기 방열 필름은, 베이스 수지와, 열전도성 첨가제를 포함하는 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지는 연화온도(Softening temperature, Ts) 또는 유리전이온도(Glass transition Temperature, Tg)가 -20° 이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지는, 열가소성폴리우레탄(Thermoplastic poly urethane), 에틸렌초산비닐 공중합체(Ethylene-vinyl acetate copolymer), 실리콘수지(Silicone resin) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
이 경우, 상기 방열 필름은 굴곡강도가 5MPa 이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
또한, 상기 방열 필름은 열전도도가 0.5 내지 3 W/mK인 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
그리고, 상기 열전도성 첨가제는, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀나노플레이트(Graphene Nano-Plate) 및 팽창흑연(Expanded Graphite)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
여기서, 상기 열전도성 첨가제는, 팽창흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
이 경우, 상기 열전도성 첨가제는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 팽창흑연 5 내지 40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
또한, 상기 팽창흑연은 수평 길이가 100㎛이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
그리고, 상기 LED 회로기판을 사이에 두고 상기 방열판에 장착되어 상기 LED 회로기판을 보호하는 보호커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등을 제공한다.
본 발명에 따른 LED 전등은 LED 회로기판과 접촉하는 방열판의 접촉면에 종래 방열 구리스 등을 도포할 필요가 없어 생산공정이 단순하고 제조시간이 단축될 수 있어 결과적으로 생산성이 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 LED 회로기판은 LED 회로기판과 방열판 사이에 새로운 방열 필름을 구비함으로써 균일하고 우수한 열전달 특성을 구현하여 방열 특성이 현저히 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 전등의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 전등의 절개사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 전등에 장착된 LED 회로기판을 도시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 전등의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 전등의 절개 사시도이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 전등(1000)은 전원을 공급받아 빛을 발광하는 적어도 하나의 LED 소자(305)를 포함하는 LED 회로기판(300), 상기 LED 회로기판(300)의 발광면 반대측에 설치되어 상기 LED 회로기판(300)에서 발생된 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열판(100)을 포함할 수 있으며, 상기 LED 회로기판(300) 및 상기 방열판(100) 사이에는 상기 LED 회로기판(300)에서 발생된 열을 상기 방열판(100)으로 전달하는 방열 필름(200)이 구비될 수 있다.
여기서 상기 LED 전등(1000)은, 상기 LED 회로기판(300)을 사이에 두고 상기 방열판(100)에 장착되어 상기 LED 회로기판(300)을 보호하는 보호커버(400)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방열판(100)은 상기 LED 회로기판(300)의 발광면의 반대측, 즉, 상기 LED 회로기판(300)에서 적어도 하나의 상기 LED 소자(305)가 구비된 면의 반대측과 접촉하도록 구비되어 상기 LED 회로기판(300)에서 적어도 하나의 상기 LED 소자(305)의 발광으로 인해 발열하는 상기 LED 회로기판(300)의 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있다.
구체적으로, 상기 방열판(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 LED 회로기판(300)과 접촉하여 상기 LED 회로기판(300)으로부터 열을 전도받는 하부면(112), 상기 하부면(112) 중앙에 형성된 관통홀(114)로부터 상기 LED 회로기판(300)에서 발생된 열을 내측면을 통해 상부로 대류이동시키는 배기관 부재(120), 및 상기 배기관 부재(120) 및 상기 하부면(112)의 반대면에 상기 LED 회로기판(300)으로부터 전달받은 열을 외부로 효과적으로 방출하기 위해 표면적을 증가시키는 적어도 하나의 방열핀(130)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 LED 회로기판(300)에서 발생된 열은 상기 LED 회로기판(300)과 접촉하는 상기 하부면(112)으로 전달되어 상기 하부면(112)의 반대면의 상기 방열핀(130)을 통해 외부로 방출될 수 있으며, 상기 관통홀(114)을 통해 상기 배기관 부재(120)의 내측 공간으로 대류이동하여 상기 배기관 부재(120)의 내측면으로부터 외측면으로 전도된 후 상기 배기관 부재(120)에 형성된 상기 방열핀(130)을 통해 외부로 방출될 수 도 있다.
상기 방열 필름(200)은, 인가된 전원에 의해 발광하는 복수의 LED 소자(305)를 포함하는 LED 회로기판(300) 및 상기 LED 회로기판(300)과 연결되어 복수의 상기 LED 소자(305)의 발광으로 인해 발열하는 상기 LED 회로기판(300)의 열을 외부로 방출하는 방열판(100) 사이에 구비되어, 상기 LED 회로기판(300)에서 발생되는 열을 상기 방열판(100)으로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 방열 필름(200)은, 베이스 수지와 열전도성 첨가제를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있다.
상기 베이스 수지는 연화온도(Softening temperature, Ts) 또는 유리전이온도(Glass transition temperature, Tg)가 -20° 이하일 수 있다. 상기 베이스 수지가 상기 연화온도 또는 유리전이온도를 보유함으로써, 상기 방열 필름용 조성물로부터 형성되는 방열 필름은 상온에서는 방열 필름으로서 요구되는 강도, 굴곡성, 예를 들어 5 MPa 이하의 굴곡강도 등의 기계적 특성을 나타내는 한편, LED 전등 등의 전기/전자기기의 사용온도에서는 적절한 연화성, 유연성 등을 나타내어 상기 전기/전자기기에서 발열원과 방열부재 각각의 접촉면에 긴밀하게 접착됨으로써 상기 발열원과 상기 방열부재 사이의 접촉저항을 최소화하여, 결과적으로 상기 전기/전자기기에서의 방열을 극대화할 수 있다.
상기 베이스 수지는 상기 물성을 만족한다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 열가소성폴리우레탄(thermoplastic polyurethane), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 실리콘 수지(Silicone resin), 폴리우레탄(Polyurethane) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방열 필름용 조성물에는 열전도성 첨가제가 균일하게 분산되어 있어 상기 조성물로부터 형성되는 방열 필름은 열전도도가 약 0.5 내지 3 W/mK일 수 있다. 상기 방열 필름의 열전도도가 0.5 W/mK 미만일 경우, 상기 전기/전자기기에서의 방열 효과가 불충분할 수 있는 반면, 상기 열전도도가 3 W/mK 초과일 경우 상기 열전도성 첨가제가 과량 첨가되어야 하므로 상기 베이스 수지에 대한 상기 열전도성 첨가제의 분산이 어렵고 이들이 서로 응집하여 상기 방열 필름의 압출성 등의 성형성, 표면특성 등이 저하될 수 있다.
상기 열전도성 첨가제는 상기 방열 필름의 열전도도를 구현할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀나노플레이트(Graphene Nano-Plate), 팽창흑연(Expanded Graphite) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 팽창흑연을 포함할 수 있다.
상기 열전도성 첨가제로서 팽창흑연은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 팽창흑연의 함량이 5 중량% 미만인 경우 상기 방열 필름은 충분한 방열 특성을 구현할 수 없으며, 상기 함량이 40 주량% 초과인 경우 상기 방열 필름의 압출성 등의 성형성, 표면특성 등이 크게 저하될 뿐만 아니라, 상기 조성물의 점도가 증가하여 내용제성, 도막밀착성 등이 저하됨과 동시에 안정성까지 저하되어 상기 방열 필름의 물성이 크게 저하될 수 있다.
또한, 상기 열전도성 첨가제로서 상기 팽창흑연은 수평 길이가 100㎛ 이하일 수 있는데, 상기 팽창흑연의 수평 길이가 상기 수치 기준을 초과할 경우, 상기 조성물을 구성하는 상기 팽창흑연이 서로 응집함으로써, 상기 베이스 수지에 대한 상기 팽창흑연의 분산성이 저하되어 상기 방열 필름의 열전도도가 저하되고 불균일 할 수 있다.
[실시예]
본 발명에 따른 LED 전등(230V/24W) 을 실시예로 하고, 방열판에서 LED 회로기판과 접촉하는 면에 종래의 방열구리스를 도포한 LED 전등(230V/24W)을 비교예로 하여, 실시예 및 비교예 각각의 LED 전등에 전원을 인가하고 2시간 후 LED 회로기판에서 도 3에 도시된 1 내지 28 각각의 지점에서의 온도를 측정함으로써, 방열 특성을 평가했다. 상기 온도는 K-type의 열전대(Thermo couple)를 이용하여 측정했고, 온도 측정 결과는 아래 표 1에 나타난 바와 같다.
실시예
비교예
온도차

1
+64.3℃
+79.5℃
-15.2℃

2
+64.8℃
+77.1℃
-12.3℃

3
+64.8℃
+77.7℃
-12.9℃

4
+64.8℃
+77.9℃
-13.1℃

5
+66.5℃
+77.9℃
-11.4℃

6
+70.6℃
+79.6℃
-9.0℃

7
+72.4℃
+79.7℃
-7.3℃

8
+71.3℃
+82.9℃
-11.6℃

9
+70.6℃
+83.5℃
-12.9℃

10
+70.9℃
+79.7℃
-8.8℃

11
+68.8℃
+75.0℃
-6.2℃

12
+68.5℃
+74.6℃
-6.1℃

13
+68.1℃
+74.4℃
-6.3℃

14
+63.9℃
+75.2℃
-11.3℃

15
+66.9℃
+73.2℃
-6.3℃

16
+67.4℃
+74.9℃
-7.5℃

17
+66.7℃
+74.1℃
-7.4℃

18
+66.8℃
+74.0℃
-7.2℃

19
+65.4℃
+72.9℃
-7.5℃

20
+65.1℃
+75.5℃
-10.4℃

21
+65.6℃
+74.8℃
-9.2℃

22
+65.7℃
+72.5℃
-6.8℃

23
+65.3℃
+71.1℃
-5.8℃

24
+65.4℃
+70.8℃
-5.4℃

25
+65.0℃
+70.7℃
-5.7℃

26
+66.6℃
+76.2℃
-6.6℃

27
+67.1℃
+76.6℃
-9.5℃

28
+66.9℃
+73.9℃
-7.0℃

평균
+67.0℃
+75.9℃
-12.9℃
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 LED 전등은 비교예의 LED 전등에 비해 LED 회로기판의 전체적인 영역에 걸쳐 온도가 현저히 낮으며, 또한, 상기 LED 회로기판 상의 온도 분포가 균일하게 유지되는 것으로 확인되었다.
즉, 본 발명의 따른 LED 전등에 사용된 방열 필름은 자체적인 열전도도가 높을 뿐만 아니라 상기 LED 회로기판과 상기 방열판의 접촉면에서의 접촉저항을 현저히 낮춤으로써 상기 LED 회로기판에서 발생된 열을 상기 방열판으로 신속히 전달하여 상기 LED 전등의 방열 특성을 극대화한 반면, 비교예의 LED 전등에서 사용된 방열 구리스는 자체적인 열전도도도 불충분할 뿐만 아니라 상기 LED 회로기판과 상기 방열판 사이의 접촉저항을 낮추는 것도 한계가 있는 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 방열판 200 : 방열 필름
300 : LED 회로기판

Claims (11)

  1. 전원을 공급받아 빛을 발광하는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 회로기판,
    상기 LED 회로기판의 발광면 반대측에 설치되어 상기 LED 회로기판에서 발생된 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열판을 포함하고,
    상기 LED 회로기판 및 상기 방열판 사이에는 상기 LED 회로기판에서 발생된 열을 상기 방열판으로 전달하는 방열 필름이 구비되는 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 필름은, 베이스 수지와, 열전도성 첨가제를 포함하는 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 연화온도(Softening temperature, Ts) 또는 유리전이온도(Glass transition Temperature, Tg)가 -20° 이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 수지는, 열가소성폴리우레탄(Thermoplastic poly urethane), 에틸렌초산비닐 공중합체(Ethylene-vinyl acetate copolymer), 실리콘수지(Silicone resin) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 필름은 굴곡강도가 5MPa 이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 방열 필름은 열전도도가 0.5 내지 3 W/mK인 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전도성 첨가제는, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀나노플레이트(Graphene Nano-Plate) 및 팽창흑연(Expanded Graphite)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 첨가제는, 팽창흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열전도성 첨가제는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 팽창흑연 5 내지 40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 팽창흑연은 수평 길이가 100㎛이하인 것을 특징으로 하는, LED 전등.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED 회로기판을 사이에 두고 상기 방열판에 장착되어 상기 LED 회로기판을 보호하는 보호커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 전등.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210060132A (ko) * 2019-11-18 2021-05-26 한국생산기술연구원 광소결된 금속-나노탄소 복합재 방열층을 포함하는 조명 장치

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KR20210060132A (ko) * 2019-11-18 2021-05-26 한국생산기술연구원 광소결된 금속-나노탄소 복합재 방열층을 포함하는 조명 장치

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