WO2011078505A2 - 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈 - Google Patents

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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED (LED) lighting device, and in particular, by securing the flow path for discharging to the outside by passing the heat generated from the heat generating unit with the outside air (external), to improve the operating performance of the device equipped with the heating unit
  • the present invention relates to an LED lighting device having a heat dissipation structure.
  • a light emitting diode lamp (hereinafter referred to as an LED lighting device) has an advantage in that it is economically superior in efficiency compared to incandescent lamps and fluorescent lamps that are currently used because of light efficiency per unit power.
  • LED is not only obtain a desired amount of light at low voltage, but also has the advantage of long life due to less carbon generation, environmentally friendly, less heat generation. For this reason, it is a trend that is widely used as an illumination device that can replace incandescent, fluorescent lamps.
  • the LED lighting device has a problem in that, when using the LED for a predetermined time, a plurality of LEDs generate heat so that the amount of light cannot be obtained as desired, and if the LED is continuously used, the heat generation gradually increases and the life of the LED is rapidly shortened. .
  • the conventional LED (LED) lighting device is a heat radiation by attaching a heat sink (Heat sink) made of a metal on the back of the LED module (substrate, etc.) is installed LED.
  • a heat sink Heat sink
  • the conventional heat dissipation member has a plurality of heat dissipation fins for dissipating heat, and a plurality of holes (also called discharge holes, atmospheric circulation holes) through which heat passes along with air.
  • Such a conventional LED lighting device radiates heat generated from the heat generating part to the outside by using a method of dissipating heat by contact with the atmosphere or using natural buoyancy according to the temperature difference. .
  • the LED module used in the conventional LED lighting device has no connection path between the LEDs that generate heat and the heat radiating member that emits heat.
  • the heat generated from the LEDs are discharged to the outside only through the contact method between the substrate and the heat radiating member, the heat generated from the heat generating unit is stagnant and cannot be quickly discharged to the outside.
  • the heat generated from the heat generating portion is not quickly discharged to the outside, so that the heating portion cannot be prevented from being continuously heated.
  • the lifespan of the LEDs and the parts disposed nearby are reduced or the function is deteriorated.
  • the present invention is to solve the conventional problems as described above, by securing a flow path for passing the heat generated in the heat generating unit with the outside air to discharge to the outside, the heat generated from the LEDs does not stagnate outside It is an object of the present invention to provide an LED module that can be quickly released to the.
  • An LED module having a cooling channel of the present invention for achieving the above object is a light source unit is arranged a plurality of LEDs that emit light by the power supply, and formed in the light source unit, the outside air (external) And one or a plurality of cooling parts forming a flow path for discharging in the opposite direction together with iii).
  • the cooling unit may include a first cooling hole and a second cooling hole
  • the light source unit may include an LED substrate having the LEDs arranged below and a first cooling hole penetrating through the center of the LED substrate.
  • a condensing lens unit may be coupled to a lower portion and diffuse light of the LED through a lens, and a condensing lens unit may be formed to penetrate the second cooling hole so as to be connected to the first cooling hole.
  • the cooling unit may further include a third cooling hole, and a lower portion of the condenser lens unit may include a mounting hole through which the lens passes, and the third cooling hole may be penetrated to be connected to the second cooling hole. It is preferable that the lens cover is further provided.
  • the upper surface of the lens cover, while covering the third cooling hole extends to the upper to form a single flow path, a plurality of cover fastening protrusions are formed to protrude to the side along the upper end, the locking stones
  • the group is positioned on the upper end of the first cooling hole through the second cooling hole.
  • the cooling unit may be formed of any one of a circle, an ellipse, a polygonal shape. And it is preferable that the size of the LED substrate, 20 to 80% of the size is formed.
  • a plurality of auxiliary cooling groove is further formed along the inner circumference.
  • the auxiliary cooling grooves it is preferable to be selectively arranged along the direction in which the LEDs are installed. And the length and width of the auxiliary cooling groove is preferably set according to the heat generation amount of the LEDs.
  • the upper portion of the light source unit, the heat radiation member for discharging the heat transmitted from the light source to the outside may be further provided.
  • the heat dissipation member, the upper cooling hole to form a flow path with the cooling unit is formed through, and the upper surface of the lens cover, while extending the upper portion surrounding the third cooling hole to form a single flow path
  • the cover fastening hole may further include a plurality of locking protrusions protruding to the side along the upper end, and the locking protrusion may be positioned on the upper end of the upper cooling hole through the second cooling hole and the first cooling hole.
  • first through holes are further formed in the LED substrate, and a second through hole connected to the first through hole is further formed in the heat dissipation member, wherein the second through hole and the A hollow heat transfer member in close contact with the rear surface of the LED through a first through hole, and a blocking member interposed between the heat transfer member and the LED to prevent electrical connection.
  • the present invention can form a flow path in the LED module to improve the cooling performance, it is possible to quickly discharge the heat generated in the heat generating unit with the outside air to the outside. Therefore, there is an advantage that can prevent the degradation of the function or the life of the LEDs and peripheral components installed on the substrate.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an LED module having a cooling passage according to the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing a heat dissipation member and a power module together to show a state in which the LED module having a cooling passage in accordance with the present invention is installed.
  • Figure 3 is a plan view showing a heat dissipation member and a power module together to show a state in which the LED module having a cooling passage in accordance with the present invention is installed.
  • Figure 4 is a front sectional view taken along line A-A showing a heat dissipation member and a power module together to show a state in which the LED module having a cooling passage according to the present invention is installed.
  • Figure 5 is a bottom perspective view showing the LED substrate to exemplarily show that the auxiliary cooling groove is further formed in the cooling unit of the LED module having a cooling channel according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view of the heat dissipation member showing a state in which the heat dissipation fins are knitted to show a state in which the heat transfer member is further added to the LED module having a cooling channel according to the present invention.
  • FIG. 7 is a front sectional view showing a state in which a condenser lens unit and a lens cover of an LED module having a cooling channel according to the present invention are integrally formed;
  • Figure 8a schematically shows a temperature distribution according to the diameter of the cooling hole in the heat discharging process of the integrated heat dissipation member according to the present invention.
  • Figure 8b schematically shows the flow rate distribution according to the diameter of the cooling hole in the heat discharging process of the integrated heat dissipation member according to the present invention.
  • Figure 9 is for showing the heat dissipation process of the LED module having a cooling channel according to the present invention, and shows a comparison with the temperature distribution when there is a cooling hole as in the present invention, when there is no cooling hole as in the prior art drawing.
  • LED module 110 LED substrate
  • auxiliary cooling groove 113 first through hole
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the LED module having a cooling channel according to the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing a heat dissipation member and a power module together to show a state in which the LED module having a cooling channel according to the present invention is installed
  • 3 is a plan view showing the heat dissipation member and the power module together to show a state in which the LED module having a cooling channel according to the present invention
  • Figure 4 is a state in which the LED module having a cooling channel according to the present invention is installed AA cross-sectional front view showing the heat dissipation member and the power module together to show
  • Figure 5 is an LED substrate to illustrate that the auxiliary cooling groove is further formed in the cooling unit of the LED module having a cooling channel according to the present invention
  • Figure 6 is a perspective view of a heat dissipation member showing a state in which the heat dissipation fin is knitted to show a state in which the heat transfer member is further added to the LED module having a cooling channel according to the present invention
  • Figure 7 is a cooling channel according to the present invention
  • 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a temperature distribution according to a diameter of a cooling hole in a heat discharging process of the integrated heat dissipation member according to the present invention.
  • 8B is a view schematically illustrating a flow rate distribution according to a diameter of a cooling hole in a heat discharging process of the integrated heat dissipation member according to the present invention
  • FIG. 9 illustrates a heat discharging process of the LED module having a cooling passage according to the present invention.
  • the present invention compares the temperature distribution when there is a cooling hole as in the present invention and when there is no cooling hole as in the prior art.
  • the LED module 100 having a cooling passage of the present invention
  • the light source unit is arranged a plurality of LEDs 111 that emit light by the power supply, and formed in the light source unit, the LED One or more cooling units forming a flow path for discharging heat generated in the 111 in the opposite direction together with the outside air.
  • the cooling unit includes a first cooling hole 112, a second cooling hole 122, and a third cooling hole 131.
  • the LED unit 110 has a plurality of LEDs 111 arranged at a lower portion thereof, and an LED substrate 110 having a first cooling hole 112 vertically penetrated at the center thereof, and coupled to a lower portion of the LED substrate 110.
  • the light condensing lens unit 120 diffuses the light generated by the lens 111 through the lens 121 and the second cooling hole 122 is vertically penetrated to be connected to the first cooling hole 112.
  • the plurality of LEDs 111 installed under the LED substrate 110 may be arranged at equal intervals along the circumference of the first cooling hole 112 formed at the center thereof.
  • a lower portion of the condenser lens unit 120 may further include a lens cover 130.
  • the lens cover 130 may include a mounting hole 133 vertically to allow the lens 121 to be seated and passed therethrough.
  • the third cooling hole 131 is vertically penetrated so as to be connected to the second cooling hole 122 of the condensing lens unit 120. That is, the first, second, and third cooling holes 112, 122, and 131 form one vertical flow path so that heat and outside air generated in the heat generating unit may flow from the bottom to the top.
  • the mounting hole 133 may be formed to the same diameter or larger than the outer circumference of the lens 121 so that the lens 121 can pass.
  • the upper surface of the lens cover 130 may be provided with a cover fastener 132 extending to the upper portion surrounding the third cooling hole (131).
  • a cover fastener 132 On the upper end of the cover fastener 132 a plurality of locking projections (132a) is formed to protrude to the side along the outer periphery.
  • the locking protrusion 132a is positioned at an upper end of the first cooling hole 112 through the second cooling hole 122.
  • the LED substrate 110, the condenser lens unit 120, and the lens cover 130 may be integrally fixed.
  • the plurality of fastening members B may be used to penetrate the lens cover 130, the condenser lens unit 120, and the LED substrate 110. That is, when the cover fastener 132 is applied to the lens cover 130, the inner hollow portion of the cover fastener 132 becomes the third cooling hole 131 and the hollow of the third cooling hole 131. It forms a single vertical flow path for inflow and heat exhaust of the additional outdoor air.
  • the outer diameter of the cover fastener 132 it is preferable to have the same shape as the diameter of the first, second, third cooling holes 112, 122, 131.
  • the condenser lens unit 120 may be coupled to the lower portion of the LED substrate 110 by a cover fastener 132 which will be described later to simultaneously perform the functions of the lens and the cover.
  • the cover fastener 132 described above may be formed on the condenser lens part 120 to surround the second lower cooling hole 122.
  • One channel formed by the aforementioned first, second, and third cooling holes 112, 122, and 131 may be formed in a circular shape, but may be formed in any one of an ellipse and a polygonal shape, not shown.
  • the inner diameters of the first, second, and third cooling holes 112, 122, and 131 may be formed at a ratio of 6.5% to 80% relative to the outer diameter of the LED substrate 110 and the condenser lens unit 120. .
  • the inner diameters of the first, second, and third cooling holes 112, 122, and 131 are 6.5% and 22% compared to the outer diameters of the LED substrate 110 and the condenser lens unit 120. , 37%, 52%, and 80%, respectively, and then formed, and the state of the heat generated from the outside and the heat generating portion introduced through each is shown in the state discharged to the top.
  • the parts shown in red represent the point with the highest temperature, the point with the fastest velocity (velocity), and the parts shown in blue represent the point with the lowest temperature and the point with the slowest flow rate. .
  • the first, second and third cooling holes 112, 122, and 131 may further include a plurality of auxiliary cooling grooves 112a along the inner circumference.
  • the auxiliary cooling grooves 112a may be selectively arranged along the direction in which the LEDs 111 are installed, and the length and width of the auxiliary cooling grooves 112a may be set according to the amount of heat generated by the LEDs 111. Therefore, since the auxiliary cooling groove (112a) has a direction to the site where the LED 211 is installed, there is an effect to intensively cool the site with a large amount of heat generated.
  • the LED module 100 includes a heat dissipation member 200 for dissipating heat generated in the heat generating unit to the outside, a power module for supplying power to the LED module 100, and an organic component. Can be combined.
  • the heat dissipation member 200 is integrally bent upward along the edges of the heat dissipation plate 210 and the heat dissipation plate 210 in which the upper cooling hole 211 is vertically penetrated,
  • a plurality of heat radiation fins 220 having a predetermined length to the top may be provided.
  • the plurality of heat dissipation fins 220 may be arranged to be spaced apart from each other, or may be arranged in contact with each other.
  • the upper end of the heat radiation fin 220, the insertion hole 221 is vertically penetrated so that the power module 300 can be coupled.
  • the upper end of the heat dissipation fin 220 may be bent toward the center of the heat dissipation plate 210 to form a horizontal surface, and the insertion hole 221 may be vertically penetrated on the horizontal surface.
  • At least one first through hole 113 is formed through the LED substrate 110 as shown in FIG. 6, and the second through hole connected to the first through hole 113 is connected to the heat sink 210.
  • the hole 212 may be formed through.
  • a member 140 and a blocking member (not shown) interposed between the heat transfer member 140 and the LED 111 may block the electrical connection.
  • the heat transfer member 240 may be positioned at an upper end of the first through hole 113 by forming an upper end thereof outward.
  • the heat transfer member 140 may be made of copper or the like so that heat can be transferred well, but various types of conductive metals may be selected and used.
  • the blocking member (not shown) may be manufactured in a tape shape using a synthetic resin material or the like that does not pass through to prevent electrical connection.
  • the heat transfer member 140 may directly transfer heat generated from the LEDs 111 to the heat sink 210 without being electrically connected to the LEDs 111. This can further improve heat dissipation performance.
  • the power supply module 300 includes a terminal through hole 311 formed at an upper portion thereof, an upper holder 310 coupled to an upper end of the heat dissipation fins 220, and a lower portion of the upper holder 310 coupled to the upper holder 310.
  • the connection terminal 321 is coupled to the power substrate 320 inserted to the upper portion through the terminal through hole 311 and the lower portion of the upper holder 310, the power substrate 320 is supported so as not to fall out.
  • the lower holder 330 is provided.
  • a plurality of locking projections 312 is formed to protrude to the side.
  • an inclined surface (not shown) may be formed on a lower surface of the locking protrusion 312 upwardly from one side connected to the upper holder 310.
  • a plurality of locking holes 331 are formed to penetrate horizontally so that the locking projection 312 can be inserted into the male and female.
  • a plurality of insertion protrusions 313 protruding from the upper portion adjacent to the locking protrusion 312 to the side of the upper holder 310 and extending downward are further formed.
  • the upper end of the locking hole 331 of the lower holder 330 slides along the inclined surface formed on the lower surface of the locking protrusion 312, and then spreads outwards, and then is returned by the elastic restoring force at the end of the inclined surface.
  • the upper holder 310 and the lower holder 330 can be firmly coupled.
  • the insertion protrusion 313 of the upper holder 310 is inserted into the insertion hole 221 formed on the upper end of the heat dissipation fins 220 to be coupled. do.
  • At least one cable passing hole 332 may be formed under the lower holder 330 to allow a cable (not shown) to pass therethrough. That is, a cable (not shown) extending from the power substrate 320 is electrically connected to the LED substrate 110 through the cable through hole 332.
  • a lower surface of the lower holder 330 may be provided with a guide surface 333 that narrows toward the lower side to guide the flow of air. That is, since the guide surface 333 is narrowly formed at the lower end, the guide surface 333 guides the air transferred from the lower portion to be quickly moved upward without stagnation.
  • 9 is for showing the heat discharge process of the LED module 100 having a cooling passage according to the present invention.
  • the LED module 100 by forming a flow path to improve the cooling performance, it is possible to quickly discharge the heat generated in the heat generating unit with the outside air to the outside. As a result, the functions of the LEDs 111 and the peripheral parts installed on the LED substrate 110 may be prevented from being lowered or reduced in life, and further, the operation performance of the device may be improved.

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Abstract

본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈은, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되는 광원부 및, 상기 광원부에 형성되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열을 외기(外氣)와 함께 반대 방향으로 배출하기 위한 유로를 형성하는 하나 또는 다수의 냉각부를 포함한다.

Description

냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈
본 발명은 엘이디(LED) 조명장치에 관한 것으로, 특히 발열부에서 발생하는 열을 외기(外氣)와 함께 통과시켜 외부로 배출하기 위한 유로를 확보함으로써, 발열부가 구비된 장치의 동작성능을 향상시킬 수 있는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 다이오드형광등(light emitting diode lamp: 이하 엘이디(LED) 조명장치라 함)는, 현재 사용되고 있는 백열등, 형광등들에 비해 단위 전력대비 빛의 효율성이 월등히 높아 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
즉, 엘이디(LED)는 저전압으로도 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 탄소 발생 량이 적어 환경 친화적이며, 열 발생 량이 적어 수명이 긴 장점이 있다. 이와 같은 이유로, 백열등, 형광등들을 대체할 수 있는 조명장치로 널리 사용되고 있는 추세이다.
그러나 엘이디 조명장치는, 일정시간 사용하다 보면 다수로 설치된 엘이디가 발열하여 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 없게 되고, 지속적으로 사용하다 보면 발열량이 점차 적으로 증대되어 엘이디의 수명이 급격히 단축되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 엘이디(LED) 조명장치는 엘이디가 설치된 엘이디 모듈(기판 등)의 배면에 금속으로 이루어진 방열부재(Heat sink)를 부착하여 방열을 이루고 있었다.
이러한 종래의 방열부재는, 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀과, 공기와 함께 열이 통과하는 다수의 홀(배출 홀, 대기순환 홀이라고도 함) 등이 형성되어 있다.
이와 같은 종래의 엘이디(LED) 조명장치는, 대기와의 접촉에 의해 방열을 이루거나, 온도차에 따른 부력을 이용해 자연대류를 일으키는 방식을 사용함으로써, 발열부에서 발생하는 열을 외부로 방출시키고 있었다.
그러나 종래의 엘이디(LED) 조명장치에 사용되는 엘이디 모듈은, 열이 발생하는 엘이디들과 열을 방출하는 방열부재 간의 연결통로가 없었다.
즉, 엘이디들에서 발생하는 열은 기판과 방열부재 간의 접촉 방식을 통해서만 외부로 배출되는 구조이므로, 발열부에서 발생하는 열이 정체되어 외부로 신속히 배출될 수 없었다.
따라서, 발열부에서 발생하는 열이 외부로 신속히 배출되지 않아 발열부가 지속적으로 가온되는 것을 방지할 수 없게 되고, 이로 인해, 엘이디들과 인근에 배치된 부품들의 수명이 단축되거나 기능이 저하되며, 나아가 장치의 동작성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발열부에서 발생하는 열을 외기와 함께 통과시켜 외부로 배출시키기 위한 유로를 확보함으로써, 엘이디들로부터 발생되는 열기가 정체하지 않고 외부로 신속히 방출될 수 있도록 하는 엘이디 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈은, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되는 광원부 및, 상기 광원부에 형성되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열을 외기(外氣)와 함께 반대 방향으로 배출하기 위해, 유로를 형성하는 하나 또는 다수의 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉각부는, 제1냉각홀과 제2냉각홀을 포함하며, 상기 광원부는, 하부에 상기 엘이디들이 배열되고, 중앙에 상기 제1냉각홀이 관통형성되는 엘이디 기판 및, 상기 엘이디 기판의 하부에 결합되고, 상기 엘이디의 빛을 렌즈를 통해 확산시키며, 상기 제1냉각홀과 연결되도록 상기 제2냉각홀이 관통형성되는 집광렌즈부가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 냉각부는, 제3냉각홀을 더 포함하며, 상기 집광렌즈부의 하부에는, 상기 렌즈가 통과하는 안착홀이 관통형성되고, 상기 제2냉각홀과 연결되도록 상기 제3냉각홀이 관통형성되는 렌즈커버가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어 하나의 유로를 형성하며, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출형성되는 커버체결구가 더 구비되며, 상기 걸림돌기는, 상기 제2냉각홀을 통해 상기 제1냉각홀의 상단에 걸림 위치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 냉각부는, 원, 타원, 다각 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 그리고 상기 엘이디 기판의 크기에 대비하여, 20~80%의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 냉각부는, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈이 더 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 보조냉각홈들은, 상기 엘이디들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 보조냉각홈의 길이 및 폭은, 상기 엘이디들의 발열 량에 따라 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광원부의 상부에는, 상기 광원부에서 전달되는 열을 외부로 배출시키기 위한 방열부재가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 방열부재는, 상기 냉각부와 하나의 유로를 형성하는 상부냉각홀이 관통형성되며, 상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어 하나의 유로를 형성하며, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출형성되는 커버체결구가 더 구비되며, 상기 걸림돌기는, 상기 제2냉각홀과 상기 제1냉각홀을 통해 상기 상부냉각홀의 상단에 걸림 위치될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 엘이디 기판에는, 하나 또는 다수의 제1관통홀이 더 형성되고, 상기 방열부재에는, 상기 제1관통홀과 연결되는 제2관통홀이 더 형성되며, 상기 제2관통홀과 상기 제1관통홀을 통해 상기 엘이디의 배면에 밀착되는 중공 형상의 열전달부재 및, 상기 열전달부재와 상기 엘이디의 사이에 개재되어 전기적인 접속을 방지하는 차단부재가 더 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 엘이디 모듈에 유로를 형성하여 냉각성능을 향상시킴으로써, 발열부에서 발생하는 열을 외기와 함께 외부로 신속히 배출시킬 수 있다. 이로 인해, 기판에 설치되는 엘이디들과 주변 부품들의 기능이 저하되거나 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 분리사시도.
도 2는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 분리사시도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 A-A선 정단면도.
도 5는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 냉각부에 보조냉각홈이 더 형성된 것을 예시적으로 보여주기 위해, 엘이디 기판을 도시한 저면사시도.
도 6은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈에 열전달부재가 더 부가된 상태를 보여주기 위해, 방열핀이 편쳐진 상태를 도시한 방열부재의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 집광렌즈부와 렌즈커버가 일체로 형성된 상태를 도시한 정단면도.
도 8a는 본 발명에 따른 일체형 방열부재의 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 온도분포를 개략적으로 도시한 도면.
도 8b는 본 발명에 따른 일체형 방열부재의 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 유속분포를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 열 배출과정을 보여주기 위한 것이며, 본 발명과 같이 냉각홀이 있는 경우와, 종래와 같이 냉각홀이 없는 경우의 온도분포를 비교하여 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 엘이디(LED) 모듈 110: 엘이디(LED) 기판
111: 엘이디(LED) 112: 제1냉각홀
112a: 보조냉각홈 113: 제1관통홀
120: 집광렌즈부 121: 렌즈
122: 제2냉각홀 130: 렌즈커버
131: 제3냉각홀 132: 커버체결구
132a: 제1걸림돌기 133: 안착홀
140: 열전달부재
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 분리사시도, 도 2는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 분리사시도, 도 3은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 평면도, 도 4는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈이 설치되는 상태를 보여주기 위해 방열부재와 전원 모듈을 함께 도시한 A-A선 정단면도, 도 5는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 냉각부에 보조냉각홈이 더 형성된 것을 예시적으로 보여주기 위해, 엘이디 기판을 도시한 저면사시도.
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈에 열전달부재가 더 부가된 상태를 보여주기 위해, 방열핀이 편쳐진 상태를 도시한 방열부재의 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 집광렌즈부와 렌즈커버가 일체로 형성된 상태를 도시한 정단면도, 도 8a는 본 발명에 따른 일체형 방열부재의 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 온도분포를 개략적으로 도시한 도면, 도 8b는 본 발명에 따른 일체형 방열부재의 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 유속분포를 개략적으로 도시한 도면, 도 9는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈의 열 배출과정을 보여주기 위한 것이며, 본 발명과 같이 냉각홀이 있는 경우와, 종래와 같이 냉각홀이 없는 경우의 온도분포를 비교하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈(100)은, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디(111)가 배열되는 광원부 및, 상기 광원부에 형성되며, 상기 엘이디(111)들에서 발생하는 열을 외기(外氣)와 함께 반대 방향으로 배출하기 위해 유로를 형성하는 하나 또는 다수의 냉각부를 포함한다. 여기서, 냉각부는 제1냉각홀(112), 제2냉각홀(122) 및 제3냉각홀(131)을 포함한다.
상기 광원부는, 하부에 다수의 엘이디(111)가 배열되며, 중앙에 제1냉각홀(112)이 수직으로 관통형성되는 엘이디 기판(110) 및, 상기 엘이디 기판(110)의 하부에 결합되어 엘이디(111)에서 발생하는 빛을 렌즈(121)를 통해 확산시키며, 제1냉각홀(112)과 연결되도록 제2냉각홀(122)이 수직으로 관통형성되는 집광렌즈부(120)가 구비된다.
여기서, 엘이디 기판(110)의 하부에 설치된 다수의 엘이디(111)들은, 중앙에 형성된 제1냉각홀(112)을 중심으로 원주를 따라 등 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
그리고 집광렌즈부(120)의 하부에는, 렌즈커버(130)가 더 구비될 수 있는데, 상기 렌즈커버(130)는, 렌즈(121)가 안착 및 통과될 수 있도록 안착홀(133)이 수직으로 관통형성되고, 집광렌즈부(120)의 제2냉각홀(122)과 연결(연통)되도록 제3냉각홀(131)이 수직으로 관통형성된다. 즉, 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)은 발열부에서 발생하는 열과 외기가 하부로부터 유입되어 상부로 유출될 수 있도록 하나의 수직 유로를 형성한다.
여기서, 상기 안착홀(133)은, 렌즈(121)가 통과할 수 있도록 렌즈(121)의 외주와 동일한 직경 또는 그보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
그리고 렌즈커버(130)의 상면에는, 제3냉각홀(131)을 감싸면서 상부로 연장되는 커버체결구(132)가 구비될 수 있다. 상기 커버체결구(132)의 상단에는 외주를 따라 다수의 걸림돌기(132a)가 측부로 돌출 형성된다.
상기 걸림돌기(132a)는, 제2냉각홀(122)을 통해 제1냉각홀(112)의 상단에 걸림 위치된다. 이로써, 엘이디 기판(110), 집광렌즈부(120) 및 렌즈커버(130)가 일체로 고정될 수 있다.
또한, 다수의 체결부재(B)를 이용해 렌즈커버(130), 집광렌즈부(120) 및 엘이디 기판(110)을 관통결합할 수도 있다. 즉, 렌즈커버(130)에 커버체결구(132)를 적용할 경우에는, 커버체결구(132)의 내부 중공부가 제3냉각홀(131)이 되며, 상기 제3냉각홀(131)의 중공부가 외기의 유입과 열 배출을 위한 하나의 수직 유로를 형성하게 된다.
이를 위해, 상기 커버체결구(132)의 외경은, 전술한 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)의 직경과 동일한 형상을 가지는 것이 좋다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이 집광렌즈부(120) 자체가 후술 될 커버체결구(132)에 의해 엘이디 기판(110)의 하부에 결합되어 렌즈와 커버의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 이 경우, 설명된 커버체결구(132)가 제2하부냉각홀(122)을 감싸도록 집광렌즈부(120)의 상부에 형성될 수도 있다.
전술된 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)이 형성하는 하나의 유로는, 원 형상인 것이 바람직하지만, 미도시한 타원, 다각 형상 중 어느 하나로도 형성될 수 있다.
그리고 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)의 내경은, 엘이디 기판(110)과 집광렌즈부(120)의 외경에 대비하여 6.5%~80%의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 8a와 도 8b에서는 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)의 내경을 엘이디 기판(110)과 집광렌즈부(120)의 외경에 대비하여 6.5%, 22%, 37%, 52% 및 80%의 비율로 각각 형성시킨 후, 각각을 통해 유입되는 외기와 발열부에서 발생하는 열이 상부로 배출되는 상태를 도시하였다.
여기서, 붉은색으로 표시된 부분은 온도(Temperature)가 가장 높은 지점과, 유속(속도: Velocity)이 가장 빠른 지점을 나타내고, 파란색으로 표시된 부분은 온도가 가장 낮은 지점과, 유속이 가장 느린 지점을 나타낸다.
즉, 도 8a를 보면, 공기와 열이 배출되는 과정에서의 중앙에 형성된 냉각홀을 통해 외기가 유입되어, 상부로 갈수록 온도(Temperature)가 급격히 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8b를 보면, 상부로 갈수록 유속(Velocity)이 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5에서와 같이 제1, 2, 3냉각홀(112, 122, 131)은, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈(112a)이 더 형성될 수 있다.
상기 보조냉각홈(112a)들은 엘이디(111)들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열될 수 있으며, 보조냉각홈(112a)의 길이 및 폭은, 엘이디(111)의 발열 량에 따라 설정될 수 있다. 따라서, 상기 보조냉각홈(112a)은 엘이디(211)가 설치된 부위로 방향성을 갖기 때문에, 발열 량이 많은 부위를 집중적으로 냉각시키는 효과가 있다.
이와 같이 설명된, 본 발명에 따른 엘이디 모듈(100)은, 발열부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열부재(200)와, 엘이디 모듈(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 모듈과 유기적으로 결합될 수 있다.
물론, 설명되는 구성들은 엘이디 모듈(100)의 바람직한 설치상태를 예시적으로 설명한 것일 뿐, 그에 한정하지 않고 다양하게 실시할 수 있음을 밝혀두는 바이다.
도 2 내지 4에 도시한 바와 같이, 방열부재(200)는, 상부냉각홀(211)이 수직으로 관통형성되는 방열판(210) 및, 상기 방열판(210)의 가장자리를 따라 일체로 상향 절곡되어, 상부로 일정길이를 갖는 다수의 방열핀(220)이 구비될 수 있다. 여기서, 다수의 방열핀(220)들은 서로 간격을 갖는 상태로 배열되거나, 서로 접하는 상태로 배열될 수 있다.
상기 방열핀(220)의 상단에는, 전원 모듈(300)이 결합될 수 있도록 삽입홀(221)이 수직으로 관통형성된다. 바람직하게는 방열핀(220)의 상단을 방열판(210)의 중심을 향하도록 절곡하여 수평한 면을 형성하고, 상기 수평한 면 상에 삽입홀(221)을 수직으로 관통형성시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 엘이디 기판(110)에는, 도 6에서와 같이 적어도 하나 이상의 제1관통홀(113)이 관통형성되고, 방열판(210)에는, 상기 제1관통홀(113)과 연결되는 제2관통홀(212)이 관통형성될 수 있다.
그리고, 상기 엘이디(111)의 열을 상기 방열판(210)으로 전달하기 위해, 상기 제2관통홀(212)과 상기 제1관통홀(113)을 통해 상기 엘이디(111)의 배면에 밀착되는 열전달부재(140) 및, 상기 열전달부재(140)와 상기 엘이디(111) 사이에 개재되어 전기적인 접속을 차단하는 차단부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 열전달부재(240)는 상단이 외측으로 연장 형성시켜 제1관통홀(113)의 상단에 걸림 위치시킬 수 있다.
그리고 상기 열전달부재(140)는, 열이 잘 전달될 수 있도록 구리 등으로 제작하는 것이 좋으나, 여러 종류의 전도성 금속제를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 차단부재(미도시)는 전기적인 접속을 방지하기 위해 전기가 통하지 않는 합성수지재 등을 이용해 테이프 형상으로 제작할 수 있다.
즉, 상기 열전달부재(140)는 엘이디(111)들과 전기적으로 접속되지 않으면서도 엘이디(111)들로부터 발생되는 열을 방열판(210)에 바로 전달할 수 있다. 이로 인해 열 배출성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
전원 모듈(300)은, 상부에 단자통과홀(311)이 형성되며, 방열핀(220)들의 상단에 결합되는 상부홀더(310)와, 상기 상부홀더(310)의 하부에 결합되며, 상단에 설치된 접속단자(321)가 단자통과홀(311)을 통해 상부로 노출되게 삽입되는 전원기판(320) 및, 상기 상부홀더(310)의 하부에 결합되며, 전원기판(320)이 외부로 빠지지 않도록 지지하는 하부홀더(330)가 구비된다.
여기서, 상기 상부홀더(310)의 측면에는, 다수의 걸림돌기(312)가 측부로 돌출 형성된다. 그리고 상기 걸림돌기(312)의 하부 면에는 상부홀더(310)에 연결된 일측으로부터 외 측으로 상향 되는 경사면(부호 미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 상부홀더(310)와 결합되는 하부홀더(330)의 상단에는, 걸림돌기(312)가 암수로 대응삽입될 수 있도록 다수의 걸림홀(331)이 수평으로 관통형성된다. 또한, 상부홀더(310)의 측면에는, 걸림돌기(312)와 인접하는 상부에서 측부로 돌출 형성되고, 다시 하향되게 연장되는 다수의 삽입돌기(313)가 더 형성된다.
즉, 하부홀더(330)의 걸림홀(331) 상단이 걸림돌기(312)의 하부 면에 형성된 경사면을 따라 슬라이드 되면서 외 측으로 벌어진 후, 경사면이 끝나는 지점에서 탄성 복원력에 의해 복귀되면서 걸림돌기(312)가 암수로 대응되게 결합 된다. 이로써, 상부홀더(310)와 하부홀더(330)가 견고히 결합될 수 있다.
또한, 전원 모듈(300)을 방열부재(200)의 상부에 고정할 경우에는, 상부홀더(310)의 삽입돌기(313)를 방열핀(220)들의 상단에 형성된 삽입홀(221)에 삽입하여 결합한다.
한편, 하부홀더(330)의 하부에는, 케이블(미도시)이 통과될 수 있도록 적어도 하나 이상의 케이블통과홀(332)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 전원기판(320)으로부터 연장된 케이블(미도시)이 상기 케이블통과홀(332)을 통해 엘이디 기판(110)에 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 하부홀더(330)의 하부에는, 공기의 흐름을 안내하기 위하여, 하부로 갈수록 좁아지지는 안내면(333)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 안내면(333)은 하단이 좁게 형성되기 때문에, 하부로부터 전달되는 공기가 정체되지 않고 신속히 상향 이동될 수 있도록 안내한다.
도 9는 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈(100)의 열 배출과정을 보여주기 위한 것이다.
즉, 본 발명과 같이 냉각홀이 있는 경우에는, 유로를 통해 찬 외기가 유입되어 엘이디 모듈(100)의 내부 온도가 급격히 낮아지는 것을 알 수 있다. 반면, 냉각홀이 없는 경우에는, 엘이디 모듈(100)의 내부 온도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 엘이디 모듈(100)은, 유로를 형성하여 냉각성능을 향상시킴으로써, 발열부에서 발생하는 열을 외기와 함께 외부로 신속히 배출시킬 수 있다. 이로 인해, 엘이디 기판(110)에 설치되는 엘이디(111)들과 주변 부품들의 기능이 저하되거나 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가 장치의 동작성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈(100)에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되는 광원부; 및
    상기 광원부에 형성되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열을 외기(外氣)와 함께 반대 방향으로 배출하기 위해 유로를 형성하는 하나 또는 다수의 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는, 제1냉각홀과 제2냉각홀을 포함하며,
    상기 광원부는, 하부에 상기 엘이디들이 배열되며, 중앙에 상기 제1냉각홀이 관통형성되는 엘이디 기판; 및
    상기 엘이디 기판의 하부에 결합되고, 상기 엘이디의 빛을 렌즈를 통해 확산시키며, 상기 제1냉각홀과 연결되도록 상기 제2냉각홀이 관통형성되는 집광렌즈부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각부는, 제3냉각홀을 더 포함하며,
    상기 집광렌즈부의 하부에는, 상기 렌즈가 통과하는 안착홀이 관통형성되고, 상기 제2냉각홀과 연결되도록 상기 제3냉각홀이 관통형성되는 렌즈커버가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어 하나의 유로를 형성하며, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출형성되는 커버체결구가 더 구비되며,
    상기 걸림돌기는, 상기 제2냉각홀을 통해 상기 제1냉각홀의 상단에 걸림 위치되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부는, 원, 타원, 다각 형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부의 내경은, 상기 엘이디 기판과 상기 집광렌즈부의 외경에 대비하여 6.5~80%의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부는, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조냉각홈들은, 상기 엘이디들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조냉각홈의 길이 및 폭은, 상기 엘이디들의 발열 량에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 광원부의 상부에는, 상기 광원부에서 전달되는 열을 외부로 배출하기 위한 방열부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방열부재는, 상기 냉각부와 하나의 유로를 형성하는 상부냉각홀이 관통형성되며,
    상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어 하나의 유로를 형성하며, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출형성되는 커버체결구가 더 구비되고,
    상기 걸림돌기는, 상기 제2냉각홀과 상기 제1냉각홀을 통해 상기 상부냉각홀의 상단에 걸림 위치되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 엘이디 기판에는, 하나 또는 다수의 제1관통홀이 더 형성되고,
    상기 방열부재에는, 상기 제1관통홀과 연결되는 제2관통홀이 더 형성되며,
    상기 제2관통홀과 상기 제1관통홀을 통해 상기 엘이디의 배면에 밀착되는 중공 형상의 열전달부재; 및
    상기 열전달부재와 상기 엘이디의 사이에 개재되어 전기적인 접속을 방지하는 차단부재;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각 유로를 갖는 엘이디 모듈.
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