KR20170017332A

KR20170017332A - 방열유닛 및 이를 이용한 조명등

Info

Publication number: KR20170017332A
Application number: KR1020150111088A
Authority: KR
Inventors: 정범현
Original assignee: 정범현
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-15

Abstract

본 발명은 고효율의 열 전도도를 유지하면서 경량화시킬 수 있는 방열유닛 및 이를 이용한 조명등에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명등은 LED 소자가 실장되어 전원의 인가에 의해 빛을 발산하는 발광유닛과; 합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되어 상기 발광유닛에 연결되는 방열유닛을 포함한다.

Description

방열유닛 및 이를 이용한 조명등{Heat sink unit and Lighting device using thereof}

본 발명은 방열유닛 및 이를 이용한 조명등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고효율의 열 전도도를 유지하면서 경량화시킬 수 있는 방열유닛 및 이를 이용한 조명등에 관한 것이다.

종래에 조명등으로 사용하던 형광등, 백열등, 할로겐등, 메탈 네온등 등을 대체하여 최근에는 소비전력이 낮은 LED를 이용한 조명등의 개발이 제안되고 있다.

LED 조명등의 경우, 길어진 수명과 함께 강렬한 발광이 가능하고, 전력소모가 매우 적어 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있으나, LED에서 발생되는 고열을 방출시키지 못하는 경우 LED의 수명을 단축시키는 동시에 LED의 휘도, 조도가 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, LED를 광원으로 사용하기 위해서는 LED의 발광시 발생되는 고열을 효과적으로 방출시키는 기술을 해결해야 하는 새로운 문제가 발생되었다.

일반적으로 LED 조명등에서 고열을 방출시키기 위한 방열유닛은 구리, 알루미늄 또는 그 합금을 사용하여 제작되는 히트싱크가 사용되었다. 하지만, 이러한 스틸재질의 히트싱크는 열전도 계수는 좋으나 가격이 비싸 제품의 가격이 많이 상승되는 단점과 비중이 높고 무거운 단점이 있었다. 그리고, 종래의 스틸재질 히트싱크는 대부분 다이캐스팅이라는 제조방식을 사용하여 제작하게 되는데 세밀한 형상 제작이 불가능하여 제품의 형상이 투박해지는 단점도 있었다.

본 발명은 LED에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하면서도 고강도 및 경량화를 유지할 수 있는 방열유닛 및 이를 이용한 조명등을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 방열유닛은 LED에서 발생되는 열을 방출시키는 방열유닛으로서, 합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되는 방열구조체를 포함한다.

상기 합성수지는 엔지니어링 플라스틱인 것을 특징으로 한다.

상기 열전도성 물질은 금속 분말, 탄소 섬유 및 탄소 나노튜브 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 금속 분말은 니켈, 주석, 구리, 아연, 백금, 금 및 은 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명등은 LED 소자가 실장되어 전원의 인가에 의해 빛을 발산하는 발광유닛과; 합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되어 상기 발광유닛에 연결되는 방열유닛을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 종래의 알루미늄 계열의 방열유닛에 비하여 무게를 경량화시킬 수 있으면서도 열전도도를 우수하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명등을 보여주는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 조명등은 LED를 이용한 조명등으로서, 크게 빛을 발산하는 발광유닛(100)과, 상기 발광유닛(100)에서 발생된 열을 방출시키는 방열유닛(200)을 포함한다.

발광유닛(100)은 LED에 전원을 인가하여 빛을 발산시키는 유닛으로서, 발광다이오드와 상기 발광다이오드가 실장되는 기판으로 이루어진다.

발광다이오드(light emitting diode；LED)는 소비전력이 낮으면서 고휘도를 발현시키는 광원으로서, LED는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한 소자가 사용된다. LED는 소비 전력이 적고 수명이 길며 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다. 또한, 협소한 공간에 설치 가능하고, 진동에 강한 특성을 갖는다. 이러한 LED는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있어 에너지 효율면에서도 효과적이다. 본 실시예에 기재된 발광 다이오드는 단품일 수 있고, 발광 다이오드 단품을 다양한 방법으로 패키지 시킨 패키지 제품일 수 있다.

기판은 상기 LED가 실장되는 수단으로서, 특히 기판은 LED에서 발생되는 열의 발산 및 전도가 용이하게 이루어지도록 메탈(metal)을 포함하는 메탈 인쇄회로기판(printed circuit board;PCB)를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 전체가 메탈로 이루어지거나 메탈 코어 및 메탈 슬러그가 구비 또는 혼합되는 기판일 수 있다. 그래서, 기판의 일면으로 상기 LED이 실장되고, 기판의 타면은 상기 방열유닛(200)에 접촉된다. 하지만, 상기 기판은 메탈 PCB에 한정되지 않고, 상기 LED가 실장되는 기판이라면 어떠한 기판이라도 사용될 수 있다. 예를 들어 FR4, 세라믹 PCB 등이 사용될 수 있다.

상기 발광유닛(100)은 전술된 실시예에 한정되지 않고, LED를 사용하여 빛을 발산시키는 다양한 형태, 형상 및 재료가 사용되어 다양하게 변형되어 적용될 수 있을 것이다.

상기 방열유닛(200)은 합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되어 상기 발광유닛(100)에 연결됨에 따라 상기 발광유닛(100)에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 유닛이다. 그래서 상기 방열유닛(200)은 우수한 열전도도와 경량화를 달성할 수 있다.

상기 방열유닛(200)은 합성수지에 열전도성 물질을 혼합된 방열구조체로 이루어진다. 이때 상기 방열구조체에는 열전도성을 향상시키기 위하여 열전도성이 우수한 물질이 그 표면에 코팅될 수 있을 것이다.

상기 방열구조체를 형성하는 합성수지는 엔지니어링 플라스틱인 것이 바람직하다.

엔지니어링 플라스틱은 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)은 공업재료 또는 구조재료로 사용되는 강도 높은 플라스틱으로서, 강철보다도 강하고 알루미늄보다도 전성(展性)이 풍부하며, 금 및 은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지이다. 엔지니어링 플라스틱의 종류는 다양하며 성능과 특징은 그 화학구조에 따라 다른데, 주로 폴리아마이드, 폴리아세틸, 폴리카보네이트, PBT(폴리에스터수지), 변성 PPO(폴리페닐렌옥사이드)의 5종류로 분리된다. 본 실시예에 사용되는 엔지니어링 플라스틱은 mPPO(modified polyphenylen oxide), PPS(PolyPhenylen Sulfied), PPA(Polyarylamide), PA6T(Polyamid6T), PA9T(Polyamid9T), LCP(Liquid Crystal Polyester), PEI(Polyetherimide), PSU(PolySulfone), PEEK(PolyetheretherKetone) 등이 있다.

그리고 상기 합성수지에 혼합되는 열전도성 물질은 금속 분말, 탄소 섬유(Carbon Fiber) 및 탄소 나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

이때 금속 분말은 니켈(Ni), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등이 하나 또는 둘 이상이 선택적으로 사용될 수 있다.

또한, 탄소 섬유는 띠형의 탄소 섬유를 직조한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그래서 탄소 섬유 상호간에 열전도성을 확보할 수 있다. 이때 탄소 섬유는 높은 열전도율과 고내식성을 갖는 장점이 있기 때문에 방열유닛(200)의 열전도성과 내식성을 확보할 수 있다.

그리고 탄소 나노튜브는 탄소 섬유와 같이 높은 열전도도를 갖는 성분으로서, 1800 ~ 6000 W/mK의 열전도도를 갖는다고 알려져있다. 그래서 탄소 나노튜브가 합성수지 내부에서 분산됨에 따라 방열유닛(200)의 우수한 열전도성을 확보할 수 있다. 이때 탄소 나노튜브는 탄소 섬유와 마찬가지로 고내식도 우수하기 때문에 방열유닛(200)의 내식성도 확보할 수 있다.

한편, 방열유닛(200)을 구성하는 방열구조체에는 그 표면에 열전도성이 우수한 물질을 코팅하여 열전도층을 형성할 수 있다.

상기 열전도층은 방열구조체에 코팅되어 열을 보조적으로 전도시키는 수단으로서, 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.

그래서, 열전도층을 단층으로 형성하는 경우에는 열전도성이 우수한 물질을 코팅하고, 복수의 층으로 형성하는 경우에는 전기 전도성이 우수한 물질을 먼저 코팅하고 그 표면에 다시 열전도성이 우수한 물질을 코팅하여 형성한다. 이렇게 전기 전도성이 우수한 물질을 먼저 코팅하는 이유는 열전도성이 우수한 물질을 합성수지 표면에 효과적으로 코팅할 수 있기 때문이다.

예를 들어 열전도성이 우수한 물질은 니켈(Ni), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등을 사용할 수 있고, 전기 전도성이 우수한 물질은 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn)의 합금 등을 사용할 수 있다.

한편, 상기 방열유닛(200)은 합성수지를 사용하여 다양한 형상으로 제작할 수 있기 때문에 상기 발광유닛(100)을 패키징하는 케이스와 일체로 제작할 수 있다.

그리고 상기 방열유닛(200)에는 LED에서 발생되는 빛을 투광할 수 있는 투광창이 LED의 전면영역에 결합되어 사용될 수 있다.

본 실시에에서는 광원으로 발광 다이오드(LED)를 사용하였지만, 이에 한정되지 않고 전원의 인가에 의해 빛을 발생시키면서 열의 방출을 필요로 하는 다양한 광원이 적용될 수 있다. 또한, 방열유닛(200)의 형상은 광원의 형상, 개수 및 종류에 따라 다양하게 변경되어 구현될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

100: 발광유닛 200: 방열유닛

Claims

LED에서 발생되는 열을 방출시키는 방열유닛으로서,
합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되는 방열구조체를 포함하는 방열유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 합성수지는 엔지니어링 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방열유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도성 물질은 금속 분말, 탄소 섬유 및 탄소 나노튜브 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열유닛.
청구항 3에 있어서,
상기 금속 분말은 니켈(Ni), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열유닛.
LED가 실장되어 전원의 인가에 의해 빛을 발산하는 발광유닛과;
합성수지에 열전도성 물질을 혼합하여 소정의 형상으로 제작되어 상기 발광유닛에 연결되는 방열유닛을 포함하는 조명등.