KR20210039072A - 고효율 방열기능이 구비된 led 조명장치 및 그 구성방법 - Google Patents

고효율 방열기능이 구비된 led 조명장치 및 그 구성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 및 그 구성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED PCB 모듈에 탑재된 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해서, 상기 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응하는 위치에 캐비티(cavity)를 형성하고, 상기 형성한 캐비티 각각에 열전도 계수가 높은 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여 상기 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형함으로써, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화할 수 있는 LED 조명장치 및 그 구성방법에 관한 것이다.

Description

고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 및 그 구성방법{APPARATUS FOR LED LIGHTING WITH HIGH EFFICIENCY HEAT DISSIPATION FUNCTION AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 및 그 구성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED PCB 모듈에 탑재된 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해서, 상기 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응하는 위치에 캐비티(cavity)를 형성하고, 상기 형성한 캐비티 각각에 열전도 계수가 높은 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여 상기 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형함으로써, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화할 수 있는 LED 조명장치 및 그 구성방법에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 저전력, 고효율, 고휘도 및 장수명 등의 장점을 갖고 있어 전자부품에 패키지 형태로 많이 채택되고 있으며, 상기 LED나 패키지에서 발생한 열은 히트싱크(즉 heatsink, 방열판)를 통해 공기 중으로 방열된다.
특히 상기 LED는 지금까지 대부분 표시용으로 사용되어 고방열이 요구되지는 않았지만, 최근 들어 조명분야의 응용이 활발해지면서 조명용도로 사용되는 고출력 LED를 실장한 제품에 대한 방열대책이 부각되고 있다.
이처럼 조명용도로 사용되는 고출력 LED의 경우 발광효율이 20% 내지 30%로 낮고 또한 칩 사이즈가 작기 때문에 전체적인 소비전력이 낮음에도 불구하고 단위 면적당 발열량은 매우 크다.
그러므로 열로 인한 LED 광 효율 및 수명이 저하되는 것을 방지하는 것이 기술적 과제로 떠오르고 있으며, 고출력 LED용 회로기판의 고방열성이 점점 중요하게 되었다.
따라서 본 발명에서는 LED PCB 모듈에 실장된 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하기 위하여 상기 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형함으로써, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화하고, 이를 통해 LED 조명의 광성능을 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
또한 본 발명은 LED 조명장치에서 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 토대로 상기 LED 조명장치 전체의 밝기를 조절하거나, 또는 각 LED PCB 모듈별로 밝기를 조절함으로써, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지하고, 각 LED PCB 모듈이 균일하게 에이징될 수 있도록 유도하는 방안을 제시하고자 한다.
다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.
먼저 한국등록특허 제1937109호(2019.01.11.)는 고방열구조를 구비한 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 적어도 하나의 엘이디가 배치되는 엘이디모듈에 구비되어 엘이디모듈에서 발생되는 열을 원활하게 방열하기 위하여, 방열장치를 구성하는 중앙의 방열봉인 지지봉을 알루미늄 재질로 하고, 여기에 구리 재질의 확장봉을 결합시킴으로써 간단한 구조로 소형화하면서 열전달 속도를 증가시켜 신속하고 효율적인 방열을 수행할 수 있는 고방열구조를 구비한 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
즉, 상기 선행기술은 엘이디와 방열장치를 열전도성분말과 열전달시트를 이용하여 직접 연결함으로써 열전도 방해요소를 제거하여 신속하고 원활하게 방열을 수행할 수 있는 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 대해 기재하고 있다.
또한 한국등록특허 제1558889호(2015.10.13.)는 고효율 열전달매체를 이용한 LED 조명등 방열시스템에 관한 것으로, LED 조명등의 PCB 어셈블리 상부 동박면에 실장되는 각 LED 칩의 방열점이 접촉되는 PCB 어셈블리 상부 동박면의 LED 칩 방열점 접합 동박면과 PCB 어셈블리 하부 동박면 간에 비아홀이 형성되고, 상기 비아홀에는 동 도금으로 형성되는 동막이 형성되며, 상기 동막 내부 공간에는 주석 칩 외표면에 은막 코팅된 열전달매체를 포함하여, 은막 코딩된 주석으로 이루어진 열전달매체를 LED 칩 발열점과 방열체 간에 결합시킴으로써 LED 칩에서 발생하는 고열을 신속하게 방열되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
즉, 상기 선행기술은 LED 조명등에 실장되는 LED 칩의 방열점을 통해 방사되는 고열을 LED 조명등의 방열체로 효과적으로 전도함으로써 LED 조명등의 방열효과를 극대화 하는 시스템을 기재하고 있다.
이상에서 선행기술들을 검토한 결과, 상기 선행기술들은 엘이디와 방열장치를 직접 연결하여 신속하게 방열하는 구성, LED 칩의 방열점을 통해 방사되는 고열을 LED 조명등의 방열체로 효과적으로 전도하는 구성 등을 제시하고 있다.
하지만, 본 발명은 상기 선행기술에서와 같이 단순히 LED PCB의 작은 구멍 방열홀로 구리를 주입한 후 LED PCB의 배면에 방열시트를 부착하여 열 방출을 수행하거나, 또는 비아홀 내부의 주석 칩 외표면에 은막 코딩된 열전달매체로 열을 전도하여 방출하는 방식이 아닌, LED PCB 모듈에 실장된 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하기 위하여 상기 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형하여, 상기 LED PCB 모듈에 실장된 각 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 신속하게 외부로 배출되도록 하는 기술적 특징을 제시하는 것으로서, 이와 관련된 구성에 대해서는 상기 선행기술에 아무런 기재나 그 어떠한 암시도 없기 때문에 상기 선행기술과 본 발명은 기술적 차이점이 분명한 것이다.
특히 적어도 하나 이상의 LED가 탑재된 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응 위치에 캐비티를 형성하고, 상기 형성한 캐비티에 열전도 계수가 높은 구리나 황동 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여, 상기 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형한 구성은 상기 선행기술에서 전혀 제시되지 않은 본 발명만의 특징적인 기술적 구성이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, LED PCB 모듈에 실장된 각 LED에서 발생하는 열을 방출하기 위하여 상기 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형함으로써, 상기 LED PCB 모듈의 각 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화할 수 있는 LED 조명장치 및 그 구성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 적어도 하나 이상의 LED가 탑재된 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응 위치에 캐비티를 형성하고, 상기 형성한 캐비티에 열전도 계수가 높은 구리나 황동 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여, 상기 각 LED에서 발생한 열이 상기 삽입부재를 통해 상기 히트싱크 모듈로 전달되어 신속하게 외부로 배출되도록 하는 LED 조명장치 및 그 구성방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 복수 개의 LED PCB 모듈을 상호간에 직병렬로 결합하여 사용할 때, 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 토대로 전체 LED PCB 모듈의 평균 온도가 기 설정된 임계값을 초과하면 전체의 밝기를 조절하거나, 또는 상기 측정한 온도가 기 설정된 임계값을 초과하는 각 LED PCB 모듈별로 밝기를 조절할 수 있는 LED 조명장치 및 그 구성방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도의 순간적인 온도 변화량이 기 설정된 임계 범위를 초과하면, 상기 측정한 온도의 순간적인 온도 변화량이 상기 임계 범위를 초과하는 각 LED PCB 모듈의 밝기를 조절하거나, 또는 전체의 밝기를 조절할 수 있는 LED 조명장치 및 그 구성방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치는, 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED PCB 모듈; 및 상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크 모듈;을 포함하며, 상기 히트싱크 모듈은, 상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되는 플레이트; 상기 플레이트의 하부에 적어도 하나 이상 돌출하여 형성되는 방열핀; 상기 플레이트의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED의 대응하는 위치에 형성되는 캐비티; 및 상기 캐비티의 내부에 삽입되고, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달하는 삽입부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 삽입부재는, 구리나 황동을 포함한 열전도 계수가 높은 재질로 형성되며, 열 전달 면적을 높이기 위해서 하부 중앙이 오목한 캡형으로 형성되며, 상면이 상기 플레이트의 상면보다 높게 돌출되도록 상기 캐비티에 삽입함으로써, 상기 LED PCB 모듈과 상기 히트싱크 모듈을 결합할 때 상호간의 밀착도를 높여, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달할 때 열 전달 효율이 증가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트싱크 모듈은, 상기 삽입부재간을 연결하여 열 전달을 확산시키는 런너; 및 상기 런너가 삽입되도록, 상기 플레이트의 표면상의 상기 런너의 대응하는 위치에 형성되는 런너 삽입홈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 LED 조명장치는, 상기 LED PCB 모듈과 상기 히트싱크 모듈 사이에 구비되고, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 흡수 및 분산하여 상기 히트싱크 모듈로 전달하는 방열시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 LED PCB 모듈은, 상기 적어도 하나 이상의 LED의 하부에 각각 형성되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈에 직접 전달하도록 하는 쓰루 비아홀;을 더 포함하며, 상기 쓰루 비아홀은, 상기 LED PCB 모듈을 관통하는 구멍에 형성되고, 내부에 특수 잉크가 채워진 제1 동박부; 상기 제1 동박부의 상부에 형성되고, 상기 LED의 하부와 접촉되는 제2 동박부; 및 상기 제1 동박부의 하부에 형성되고, 상기 삽입부재의 상부와 접촉되는 제3 동박부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 LED PCB 모듈은, 상기 적어도 하나 이상의 LED의 하부에 각각 형성되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈에 직접 전달하도록 하는 비아홀;을 더 포함하며, 상기 비아홀은, 상기 LED PCB 모듈을 관통하는 구멍에 형성되는 동박부; 및 상기 동박부에 솔더 볼이 발생하지 않도록 채워진 특수 잉크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 LED 조명장치는, 복수 개의 LED PCB 모듈을 직병렬로 결합하여 사용할 때, 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈별 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 참조하여 상기 각 LED PCB 모듈별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절함으로써, 상기 각 LED PCB 모듈에서의 열 발생에 대한 균형을 유지할 수 있도록 하는 조명 제어 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 조명 제어 모듈은, 상기 측정한 각 LED PCB 모듈의 평균 온도와 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈의 평균 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하거나, 또는 상기 측정한 상기 각 LED PCB 모듈별 온도와 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈별 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 측정한 온도가 상기 임계값을 초과하는 특정 LED PCB 모듈의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 조명 제어 모듈은, 상기 측정한 상기 각 LED PCB 모듈별 순간적인 온도 변화량과 기 설정된 임계 범위를 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈별 순간적인 온도 변화량이 기 설정된 임계 범위를 초과하면, 상기 측정한 순간적인 온도 변화량이 상기 임계 범위를 초과하는 특정 LED PCB 모듈의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하거나, 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 구성방법은, 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 구성방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED PCB 모듈을 구성하는 단계; 및 상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크 모듈을 구성하는 단계;를 포함하며, 상기 히트싱크 모듈을 구성하는 단계는, 상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되는 플레이트를 상부에 형성하는 단계; 상기 플레이트의 하부에 적어도 하나 이상의 방열핀을 돌출하여 형성하는 단계; 상기 플레이트의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED의 대응하는 위치에 캐비티를 형성하는 단계; 및 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달하도록, 상기 캐비티의 내부에 삽입되는 삽입부재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 및 그 구성방법에 따르면, 적어도 하나 이상의 LED가 탑재된 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응 위치에 캐비티를 형성하고, 상기 형성한 캐비티에 열전도 계수가 높은 구리나 황동 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여, 상기 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형함으로써, 상기 LED PCB 모듈에 실장된 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화하고, 이를 통해 LED 조명의 광성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 복수의 LED PCB 모듈을 상호간에 직병렬로 결합하여 사용할 때, 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 토대로 전체의 밝기를 조절하거나, 또는 각 LED PCB 모듈별로 밝기를 조절함으로써, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지할 수 있으며, 각 LED PCB 모듈이 균일하게 에이징되도록 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 일부 단면도 및 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 일부 단면도 및 확대도이다.
도 6은 본 발명에 적용된 LED PCB 모듈에 형성된 쓰루 비아홀과 비아홀의 구조를 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용된 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 사용 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용된 조명 제어 모듈의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용된 조명 제어 모듈에서 온도 변화에 따른 디밍 조절을 수행하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 구성방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 모듈 구성방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 및 그 구성방법에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치는 LED PCB 모듈(100), 히트싱크 모듈(200), 방열시트(300), 방수부재(400), 전원공급용 와이어(500), 커버 모듈(600), 조명 제어 모듈(700) 등을 포함하여 구성된다.
상기 LED PCB 모듈(100)은 적어도 하나 이상의 LED가 실장되어 있으며, 상기 전원공급용 와이어(500)를 통해 전원장치(미도시)로부터 공급되는 전원에 의해 빛을 출력한다.
또한 상기 LED PCB 모듈(100)의 전면에는 상기 커버 모듈(600)이 설치되며, 배면에는 상기 히트싱크 모듈(200)이 설치된다.
상기 히트싱크 모듈(200)은 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 설치되어, 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 외부로 배출한다.
이때 상기 히트싱크 모듈(200)은 본 발명의 특징적인 구성 중 하나로서, 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 적어도 하나 이상의 LED의 대응하는 위치에 캐비티가 형성되어 있으며, 상기 캐비티 각각에 열전도 계수가 높은 재질의 삽입부재를 삽입하여 새로운 구조로 성형함으로써, 각 LED에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있도록 한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 2 내지 도 5에서 설명하기로 한다.
상기 방열시트(thermal pad)(300)는 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 사이에 구비되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 흡수 및 분산하여 상기 히트싱크 모듈(200)로 전달한다.
이때 상기 방열시트(300)는 메탈 PCB 또는 FR(Flame Retardant)-4 PCB의 상기 LED PCB 모듈(100)의 재질에 따라 전자파 차단 및 열전도가 높은 그라파이트(graphite), 구리(Cu) 등의 재질로 형성하여 구성하거나, 서멀 그리스(thermal grease) 등으로 대체하여 사용할 수도 있다.
즉 상기 방열시트(300)는 상기 LED PCB 모듈(100)을 어떠한 제품을 사용하느냐에 따라 사용하지 않을 수 있는 것이다. 예를 들어 상기 LED PCB 모듈(100)을 메탈 PCB가 아닌 FR-4 PCB를 사용하는 경우, 상기 FR-4 PCB에 쓰루 비아홀(through via hole) 또는 비아홀을 형성할 수 있고, 상기 쓰루 비아홀 또는 비아홀을 통해 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 각 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈(200)로 직접 전달하여 방열할 수 있으므로, 상기 방열시트(300)를 사용하지 않고도 방열효율을 높일 수 있기 때문이다.(도 6 참조)
상기 방수부재(400)는 실리콘 등의 재질로 형성되어, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 결합 부분 외곽에 설치되며, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 내부로 습기나 이물질이 들어가는 것을 방지한다.
상기 전원공급용 와이어(500)는 전원장치에서 공급되는 전원을 상기 LED PCB 모듈(100)로 공급한다.
상기 커버 모듈(600)은 투명 재질로 형성되어 상기 LED PCB 모듈(100)의 전면에 설치되며, 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 LED 및 금속 배선이 외부로 노출되지 않도록 보호한다.
이때 상기 커버 모듈(600)은 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장되어 있는 각 LED 위치마다 볼록한 형태로 형성함으로써, 각 LED에서 방출되는 빛이 넓게 확산될 수 있도록 한다.
한편 본 발명의 LED 조명장치는 실제 제품으로 구성하여 사용할 때, 상기 히트싱크 모듈(200)이 배면에 결합된 상기 LED PCB 모듈(100)을 하나만 사용하여 구성할 수 있지만, 이에 한정되지 않고 복수 개를 직병렬로 연결하여 사용할 수 있다.(도 7 참조)
이처럼 복수 개의 LED PCB 모듈(100)을 직병렬로 결합하여 사용할 경우, 상기 각 LED PCB 모듈(100)에서의 열 발생에 대한 균형을 유지할 수 있도록 함으로써, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지하고, 각 LED PCB 모듈(100)이 균일하게 에이징될 수 있도록 유도하는 기능이 필요하다.
상기 조명 제어 모듈(700)은 이를 위해 적용된 본 발명의 특징적인 구성 중 하나로서, 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈(100)별 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 참조하여 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 일부 단면도 및 확대도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 LED PCB 모듈(100)은 적어도 하나 이상의 LED(110)와 전원 접속부(120)로 구성되며, 전면에는 상기 커버 모듈(600)이 나사결합을 통해 결합된다.
상기 LED(110)는 상기 LED PCB 모듈(100)의 전면에 적어도 하나 이상의 열로 복수 개가 구비되어 패턴으로 연결되어 있으며, 상기 전원 접속부(120)를 통해 전원장치로부터 제공되는 전원을 공급받아 빛을 출력한다. 이때 상기 LED(110)는 다양한 배열 및 형태로 배치할 수 있다.
상기 전원 접속부(120)는 상기 LED PCB 모듈(100)의 전면에 구비되어 상기 전원공급용 와이어(500)가 결합되며, 상기 전원공급용 와이어(500)를 통해 전원장치와 전기적으로 접속된다.
상기 히트싱크 모듈(200)은 플레이트(210), 캐비티(220), 삽입부재(230), 방열핀(240) 등을 포함하여 구성되며, 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 설치되어 상기 각 LED(110)에서 발생하는 열을 전달받아 외부로 배출한다.
즉 상기 히트싱크 모듈(200)은 각 LED(110)가 실장된 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면과 결합되는 플레이트(210)의 표면에 캐비티(220)를 만들고, 상기 캐비티(220)에 열전도 계수가 높은 재질의 삽입부재(230)를 삽입함으로써, 상기 각 LED(110)에서 발생한 열이 상기 삽입부재(230)를 통해 광범위하고 신속하게 상기 방열핀(240)으로 전달되어, 외부로 배출되도록 하는 것이다.
상기 플레이트(210)는 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 밀착되어 결합되는 부분이다.
상기 캐비티(220)는 상기 플레이트(210)의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)의 대응하는 위치에 원형으로 형성되며, 내부 공간에 상기 삽입부재(230)가 삽입된다.
상기 삽입부재(230)는 상기 플레이트(210)의 표면에 형성된 상기 캐비티(220)의 내부에 삽입되고, 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열을 상기 방열핀(240)으로 전달한다.
이때 상기 삽입부재(230)는 구리(Cu)나 황동을 포함한 열전도 계수가 높은 재질로 절삭가공, 주조 등의 방식으로 형성되며, 열 전달 면적을 높이기 위해서 하부 중앙이 오목한 캡형으로 형성할 수 있다. 예를 들어 상기 삽입부재(230)를 마치 병 뚜껑(bottle cap) 형상으로 형성함으로써, 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열이 상기 방열핀(240)으로 광범위하고 신속하게 전달될 수 있도록 하는 것이다.
또한 상기 삽입부재(230)는 상기 캐비티(220)의 내부 공간에 삽입할 때, 상면이 상기 플레이트(210)의 상면보다 높게 돌출되도록 상기 캐비티(220)에 삽입하도록 한다. 즉 상기 삽입부재(230)를 상기 플레이트(210) 보다 0.1 내지 0.2mm 높게 돌출되도록 함으로써, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)을 결합할 때 상호간의 밀착도를 높이고, 이에 따라 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열을 상기 방열핀(240)으로 전달할 때 열 전달 효율이 증가되도록 하는 것이다.
상기 방열핀(240)은 상기 플레이트(210)의 하부에 적어도 하나 이상 돌출하여 형성되어, 상기 삽입부재(230)를 통해 전달된 열을 외부로 배출한다.
한편 상기 히트싱크 모듈(200)은 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 재질로 구성하는데, 예를 들어 1알루미늄(Al)-4아연(Zn)-2구리(Cu)-1마그네슘(Mg) 또는 1알루미늄(Al)-1.2구리(Cu)-0.5철(Fe)-0.5마그네슘(Mg) 비율로 적용할 수 있다.
또한 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200) 사이에는 열의 흡수 및 확산을 위한 상기 방열시트(300)가 구비될 수 있으며, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 결합 부분 외곽에는 상기 방수부재(400)가 결합되어 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 내측으로 습기나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 일부 단면도 및 확대도이다.
상기 도 2 및 도 3에서는 상기 히트싱크 모듈(200)을 새로운 구조로 형성할 때, 상기 삽입부재(230)를 독립적으로 형성하여 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)의 대응하는 위치에 형성된 상기 캐비티(220)의 내부 공간에 각각 삽입하는 것을 예로 하여 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고 독립적으로 형성한 상기 삽입부재(230)를 상호간에 연결시킴으로써, 조립 설치가 매우 간단하고, 열 전달을 확산시켜 열방출 효과를 더욱 높일 수 있는 구조로 성형할 수 있다.
즉 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크 모듈(200)의 상기 삽입부재(230) 상호간을 연결하여 열 전달을 확산시키는 런너(runner)(231)를 추가로 구성하여 일체형으로 형성하고, 상기 런너(231)가 삽입될 수 있도록 상기 플레이트(210)의 표면상의 상기 런너(231)의 대응하는 위치에 런너 삽입홈(221)을 추가로 구성한 것이다.
이와 같이 상기 캐비티(220) 사이에 런너 삽입홈(221)을 형성하고, 상기 런너 삽입홈(221)에 상기 삽입부재(230) 사이를 연결한 런너(231)를 삽입시키면, 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열이 어느 하나의 삽입부재(230)에 집중되지 않고 상기 런너(231)를 통해 골고루 분산될 수 있기 때문에, 열방출 효과를 보다 극대화할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 적용된 LED PCB 모듈에 형성된 쓰루 비아홀과 비아홀의 구조를 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LED 조명장치는 상기 LED PCB 모듈(100)을 FR-4 PCB로 사용하는 경우, 쓰루 비아홀(through via hole)(130) 또는 비아홀(130a)을 형성하여 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 각 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈(200)로 직접 전달할 수 있으므로, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200) 사이에 구비되는 상기 방열시트(300)의 사용을 배제할 수 있다. 이때 상기 쓰루 비아홀(130) 또는 비아홀(130a)은 부품을 삽입하지 않고 다른 층간을 접속하기 위하여 사용되는 도금 관통 구멍을 의미한다.
상기 쓰루 비아홀(130)은 도 6의 (a)에 나타낸 것과 같이, 특수 잉크(132)가 채워진 제1 동박부(131), 제2 동박부(133), 제3 동박부(134) 등을 포함하여 구성되며, 상기 각 LED(110)의 하부에 1개 내지 3개가 형성되어, 상기 각 LED(110)에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈(200)에 직접 전달한다. 즉 상기 각 LED(110)의 위치에 구멍을 형성하여 상기 각 LED(110)에서 발생하는 열이 상기 히트싱크 모듈(200)로 빠져나갈 수 있도록 하는 것이다.
또한 상기 쓰루 비아홀(130)의 직경은 1mm 이하로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 각 LED(110)의 하부에 1개 내지 3개가 형성된 것을 예로 하여 설명하지만 개수를 다르게 형성하는 것이 가능하다.
상기 제1 동박부(131)는 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 각 LED(110)의 하부를 관통하는 구멍에 형성되고, 내부에 특수 잉크(hole plugging ink)가 채워져 있다.
상기 제2 동박부(133)는 상기 제1 동박부(131)의 상부에 형성되고, 상기 LED(110)의 하부와 직접 접촉된다.
상기 제3 동박부(134)는 상기 제1 동박부(131)의 하부에 형성되고, 상기 삽입부재(230)의 상부와 직접 접촉된다.
한편 도 6의 (b)에 나타낸 것과 같이, 본 발명에서는 상기 쓰루 비아홀(130)을 형성하는 방식 이외에, 상기 LED PCB 모듈(100)의 각 LED 위치에 열이 빠져나갈 수 있는 비아홀(130a)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 LED PCB 모듈(100)을 관통하는 구멍에 동박부(135)를 형성하고, 솔더 볼(solder ball)이 발생하지 않도록 상기 동박부(135)를 특수 잉크(136)로 메꾸어, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 삽입부재(230)가 직접 접촉이 잘 이루어져 들뜨지 않게 구성할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 비아홀(130a)을 형성하는 것을 아나우메 공법이라 한다.
도 7은 본 발명에 적용된 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 사용 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LED 조명장치는 복수 개의 상기 LED PCB 모듈(100)을 직병렬로 결합하여 사용할 수 있으며, 상기 조명 제어 모듈(700)을 통해 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절함으로써, 상기 각 LED PCB 모듈(100)에서의 열 발생에 대한 균형을 유지할 수 있다.
즉 상기 조명 제어 모듈(700)은 상기 각 LED PCB 모듈(100)에 구비된 온도센서(710)에서 측정한 온도를 수집하고, 상기 수집한 온도를 토대로 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절한다.
이에 따라 상기 각 LED PCB 모듈(100)에서의 열 발생에 대한 균형을 유지하여, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지하고, 각 LED PCB 모듈(100)이 균일하게 에이징될 수 있도록 유도할 수 있다.
도 8은 본 발명에 적용된 조명 제어 모듈의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 조명 제어 모듈(700)은 온도센서(710), 수집부(720), 조명 제어부(730), 메모리(740) 등을 포함하여 구성된다.
또한 상기 조명 제어 모듈(700)은 도면에 도시하지는 않았지만, 각 구성 부분에 동작전원을 공급하는 전원부, 각종 기능에 대한 데이터 입력을 위한 입력부, 각종 동작프로그램의 업데이트를 관리하는 업데이트 관리부 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 온도센서(710)는 상기 각 LED PCB 모듈(100)의 일측에 설치되며, 기 설정된 주기마다 상기 조명 제어부(730)의 요청에 따라 상기 LED PCB 모듈(100)의 현재 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도 정보를 상기 수집부(720)로 유선 또는 무선으로 전달한다.
상기 수집부(720)는 상기 각 LED PCB 모듈(100)에 설치된 상기 온도센서(710)로부터 온도 정보를 수집하여 상기 조명 제어부(730)로 전달한다.
상기 조명 제어부(730)는 상기 수집부(720)에서 수집한 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 온도 정보를 토대로 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절한다. 즉 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 각 LED(110)에서 방출되는 빛을 적어도 하나 이상의 단계로 나누어 디밍하여 조절하는 것이다.
예를 들어 상기 조명 제어부(730)는 상기 수집부(720)를 통해 전달받은 상기 온도센서(710)에서 측정한 각 LED PCB 모듈(100)의 평균 온도와 상기 메모리(740)에 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈(100)의 평균 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 복수 개의 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절할 수 있다.
또한 상기 조명 제어부(730)는 상기 각 LED PCB 모듈(100)의 전체 평균 온도가 아닌 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 온도와 상기 메모리(740)에 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 측정한 온도가 상기 임계값을 초과하는 특정 LED PCB 모듈(100)의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절할 수 있다.
한편, 상기 조명 제어부(730)는 상기 수집부(720)를 통해 전달받은 상기 온도센서(710)에서 측정한 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 순간적인 온도 변화량과 기 설정된 임계 범위를 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈(100)별 순간적인 온도 변화량이 기 설정된 임계 범위를 초과하면, 해당 LED PCB 모듈(100)의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하거나, 또는 상기 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절할 수 있다.
즉 상기 조명 제어부(730)는 미분을 이용하여, 이전 단위시간에 측정한 온도와 현재 단위시간에 측정한 온도의 변화 추이를 확인하고, 상기 확인한 온도의 변화 추이에 따라 상기 각 LED PCB 모듈(100)의 급격한 열 변화나 고장 발생을 예측하고, 이를 토대로 순간적인 온도 변화량이 임계 범위를 초과하는 특정 LED PCB 모듈(100)의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행하거나 상기 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행함으로써, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지하고, 각 LED PCB 모듈(100)이 균일하게 에이징될 수 있도록 유도하는 것이다.
상기 메모리(740)는 상기 조명 제어 모듈(700)에서 사용하는 각종 동작프로그램이 저장되어 있으며, 상기 온도센서(710)에서의 측정 주기 및 디밍 조절을 위한 정보(즉 상기 온도센서(710)에서 측정한 온도와 일대일로 비교하여 디밍 조절을 수행하기 위한 임계값, 순간적인 온도 변화량과 비교하여 디밍 조절을 수행하기 위한 임계 범위 등)를 저장하고 있다.
도 9는 본 발명에 적용된 조명 제어 모듈에서 온도 변화에 따른 디밍 조절을 수행하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 조명 제어 모듈(700)은 상기 온도센서(710)에서 측정한 각 LED PCB 모듈(100)의 평균 온도 또는 개별 온도를 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈(100)의 평균 온도 또는 개별 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 임계값을 초과하는 특정 LED PCB 모듈(100) 또는 상기 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행할 수 있다(①).
또한 상기 조명 제어 모듈(700)은 상기 온도센서(710)에서 측정한 각 LED PCB 모듈(100)의 순간적인 온도 변화량과 기 설정된 임계 범위를 비교하고, 순간적인 온도 변화량이 상기 임계 범위를 초과하는 경우, 해당 LED PCB 모듈(100)의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행하거나, 또는 상기 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행할 수 있다(②). 즉 상기 조명 제어 모듈(700)은 미분을 이용하여, 순간적인 온도 변화량에 따라 각 LED PCB 모듈(100)의 급격한 열 변화나 고장 발생을 예측하여 디밍 제어를 수행하는 것이다.
예를 들어, 상기 조명 제어 모듈(700)은 상기 온도센서(710)를 통해 상기 LED PCB 모듈(100)의 온도(T)를 측정하고, 이를 토대로 시간 t에 대한 온도 함수 F(t)를 생성한다.
그리고 상기 생성한 온도 함수 F(t)를 미분하여 온도변화 증감추세를 알 수 있는 미분값 F'(t)를 연산한다.
이후 연산된 미분값 F'(t)를 통하여 각 LED PCB 모듈(100)의 온도변화가 급격하게 변화하는지 정체되었는지를 판단한다.
판단결과 F'(t1)처럼 순간적인 온도 변화량이 기 설정된 임계 범위를 초과하면 해당 LED PCB 모듈(100) 또는 상기 LED PCB 모듈(100) 전체의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행하고, F'(t2)처럼 순간적인 온도 변화량이 상기 임계 범위 이내이면 현재 동작중인 조명 상태를 그대로 유지시킨다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 구성방법의 일 실시예를 도 10과 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 구성방법을 상세하게 나타낸 순서도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크 모듈 구성방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용된 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치를 구성하기 위해서는, 먼저 적어도 하나 이상의 LED(110)가 실장된 LED PCB 모듈(100)을 구성하는 단계를 수행한다(S100).
예를 들어 상기 LED PCB 모듈(100) 상면에 적어도 하나 이상의 열로 복수 개가 구비되어 패턴으로 연결된 LED(110)와 상기 전원공급용 와이어(500)가 결합되는 전원 접속부(120)를 형성한다.
상기 S100 단계를 통해 LED PCB 모듈(100)을 구성한 이후에는, 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 결합되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크 모듈(200)을 구성하는 단계를 수행한다(S200).
상기 S200 단계를 도 11을 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 결합되는 플레이트(210)를 상부에 형성하는 단계를 수행하고(S210), 상기 플레이트(210)의 하부에 적어도 하나 이상의 방열핀(240)을 돌출하여 형성하는 단계를 수행한다(S220).
또한 상기 플레이트(210)의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)의 대응하는 위치에 캐비티(220)를 형성하는 단계를 수행하고(S230), 상기 적어도 하나 이상의 LED(110)에서 발생하는 열을 상기 방열핀(240)으로 전달하도록, 상기 캐비티(220)의 내부에 삽입되는 삽입부재(230)를 형성하는 단계를 수행하여(S240), 상기 히트싱크 모듈(200)을 구성하는 단계를 마무리한다.
이때 상기 삽입부재(230)는 열 전달 면적을 높이기 위해서 하부 중앙이 오목한 캡형으로 형성할 수 있다.
또한 상기 삽입부재(230)는 상호간에 연결되어 열 전달을 확산하기 위한 런너(231)를 추가로 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 런너(231)가 삽입될 수 있도록 상기 플레이트(210)의 표면상의 상기 런너(231)의 대응하는 위치에 런너 삽입홈(221)을 추가로 구성할 수 있다.
한편 상기 S200 단계를 통해 구성한 상기 히트싱크 모듈(200)을 상기 S100 단계를 통해 구성한 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 결합하는 단계를 수행하고(S300), 복수 개의 상기 LED PCB 모듈(100)을 직병렬로 결합하여 LED 조명장치를 구성한다(S400).
또한 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 S100 단계를 통해 구성한 상기 LED PCB 모듈(100)의 전면에는 상기 LED PCB 모듈(100)에 실장된 LED 및 금속 배선이 외부로 노출되지 않도록 보호커버 모듈(600)을 설치할 수 있다.
또한 상기 S300 단계를 통해 상기 히트싱크 모듈(200)을 상기 LED PCB 모듈(100)의 배면에 결합할 때, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 사이에 상기 각 LED(110)에서 발생하는 열을 흡수 및 분산하여 상기 히트싱크 모듈(200)로 전달하는 방열시트(300)를 구비할 수 있으며, 상기 LED PCB 모듈(100)과 상기 히트싱크 모듈(200)의 결합 부분 외곽에 내부로 습기나 이물질이 들어가는 것을 방지하는 방수부재(400)를 설치할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 적어도 하나 이상의 LED가 탑재된 LED PCB 모듈의 배면에 구비되는 히트싱크 모듈상의 각 LED의 대응 위치에 캐비티를 형성하고, 상기 형성한 캐비티에 열전도 계수가 높은 구리나 황동 재질로 제작한 삽입부재를 삽입하여, 상기 히트싱크 모듈의 구조를 새롭게 성형하기 때문에, 상기 LED PCB 모듈의 각 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈을 통해 방열할 때 열방출 효과를 극대화하고, 이를 통해 LED 조명의 광성능을 개선할 수 있다.
또한 본 발명은 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 토대로 전체의 밝기를 조절하거나, 또는 각 LED PCB 모듈별로 밝기를 조절하기 때문에, 열 발생으로 인한 열화나 고장 발생을 방지하는 것은 물론, 각 LED PCB 모듈이 균일하게 에이징되도록 유도할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100 : LED PCB 모듈 110 : LED
120 : 전원 접속부 130 : 쓰루 비아홀
130a : 비아홀 131 : 제1 동박부
132, 136 : 특수 잉크 133 : 제2 동박부
134 : 제3 동박부 135 : 동박부
200 : 히트싱크 모듈 210 : 플레이트
220 : 캐비티 221 : 런너 삽입홈
230 : 삽입부재 231 : 런너
240 : 방열핀 300 : 방열시트
400 : 방수부재 500 : 전원공급용 와이어
600 : 커버 모듈 700 : 조명 제어 모듈
710 : 온도센서 720 : 수집부
730 : 조명 제어부 740 : 메모리

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED PCB 모듈; 및
    상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크 모듈;을 포함하며,
    상기 히트싱크 모듈은,
    상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되는 플레이트;
    상기 플레이트의 하부에 적어도 하나 이상 돌출하여 형성되는 방열핀;
    상기 플레이트의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED의 대응하는 위치에 형성되는 캐비티; 및
    상기 캐비티의 내부에 삽입되고, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달하는 삽입부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부재는,
    구리나 황동을 포함한 열전도 계수가 높은 재질로 형성되며,
    열 전달 면적을 높이기 위해서 하부 중앙이 오목한 캡형으로 형성되며,
    상면이 상기 플레이트의 상면보다 높게 돌출되도록 상기 캐비티에 삽입함으로써, 상기 LED PCB 모듈과 상기 히트싱크 모듈을 결합할 때 상호간의 밀착도를 높여, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달할 때 열 전달 효율이 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트싱크 모듈은,
    상기 삽입부재간을 연결하여 열 전달을 확산시키는 런너; 및
    상기 런너가 삽입되도록, 상기 플레이트의 표면상의 상기 런너의 대응하는 위치에 형성되는 런너 삽입홈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 조명장치는,
    상기 LED PCB 모듈과 상기 히트싱크 모듈 사이에 구비되고, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 흡수 및 분산하여 상기 히트싱크 모듈로 전달하는 방열시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED PCB 모듈은,
    상기 적어도 하나 이상의 LED의 하부에 각각 형성되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈에 직접 전달하도록 하는 쓰루 비아홀;을 더 포함하며,
    상기 쓰루 비아홀은,
    상기 LED PCB 모듈을 관통하는 구멍에 형성되고, 내부에 특수 잉크가 채워진 제1 동박부;
    상기 제1 동박부의 상부에 형성되고, 상기 LED의 하부와 접촉되는 제2 동박부; 및
    상기 제1 동박부의 하부에 형성되고, 상기 삽입부재의 상부와 접촉되는 제3 동박부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED PCB 모듈은,
    상기 적어도 하나 이상의 LED의 하부에 각각 형성되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크 모듈에 직접 전달하도록 하는 비아홀;을 더 포함하며,
    상기 비아홀은,
    상기 LED PCB 모듈을 관통하는 구멍에 형성되는 동박부; 및
    상기 동박부에 솔더 볼이 발생하지 않도록 채워진 특수 잉크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 조명장치는,
    복수 개의 LED PCB 모듈을 직병렬로 결합하여 사용할 때, 온도센서를 통해 각 LED PCB 모듈별 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도를 참조하여 상기 각 LED PCB 모듈별 밝기 또는 상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절함으로써, 상기 각 LED PCB 모듈에서의 열 발생에 대한 균형을 유지할 수 있도록 하는 조명 제어 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 측정한 각 LED PCB 모듈의 평균 온도와 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈의 평균 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하거나, 또는
    상기 측정한 상기 각 LED PCB 모듈별 온도와 기 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈별 온도가 상기 임계값을 초과하면, 상기 측정한 온도가 상기 임계값을 초과하는 특정 LED PCB 모듈의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 측정한 상기 각 LED PCB 모듈별 순간적인 온도 변화량과 기 설정된 임계 범위를 비교하고, 상기 비교한 결과 상기 각 LED PCB 모듈별 순간적인 온도 변화량이 기 설정된 임계 범위를 초과하면, 상기 측정한 순간적인 온도 변화량이 상기 임계 범위를 초과하는 특정 LED PCB 모듈의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하거나, 또는
    상기 복수 개의 LED PCB 모듈 전체의 밝기를 적어도 하나 이상의 단계로 디밍하여 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치.
  10. 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치의 구성방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED PCB 모듈을 구성하는 단계; 및
    상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되어, 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크 모듈을 구성하는 단계;를 포함하며,
    상기 히트싱크 모듈을 구성하는 단계는,
    상기 LED PCB 모듈의 배면에 결합되는 플레이트를 상부에 형성하는 단계;
    상기 플레이트의 하부에 적어도 하나 이상의 방열핀을 돌출하여 형성하는 단계;
    상기 플레이트의 표면상의 상기 적어도 하나 이상의 LED의 대응하는 위치에 캐비티를 형성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나 이상의 LED에서 발생하는 열을 상기 방열핀으로 전달하도록, 상기 캐비티의 내부에 삽입되는 삽입부재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 방열기능이 구비된 LED 조명장치 구성방법.
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