WO2018199517A1 - 엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치 - Google Patents

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WO2018199517A1
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air
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air flow
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신규원
마상호
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주식회사 아모센스
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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 module and an LED lighting device including the same, and more particularly, to an LED module and an LED lighting device including the same that can prevent the increase in the internal pressure.
  • LEDs consume less power, emit light with high brightness, and can be used semi-permanently. Accordingly, the LED is used in various lighting devices.
  • the LED is applied to a street lamp installed along the roadside for street lighting, traffic safety, or aesthetics.
  • the LED is installed in a tunnel and is applied to a tunnel for securing a driver's view.
  • Such an LED lighting apparatus generally includes a housing made of a material such as metal, ceramic, plastic, and the like, an LED light source disposed on one side or inside of the housing, and a transparent cover coupled to the housing.
  • LEDs however, emit a lot of heat when emitting light. Accordingly, the air present inside the light transmissive cover is heated up by the heat generated from the LED. The heated air increases the momentum compared to the low temperature air, so the internal pressure increases when the air is heated in a closed space. This internal pressure acts as an external force that presses the weakly coupled portion of the mechanically coupled portion.
  • the LED lighting device is disposed in the gasket in order to increase the airtightness to the mechanically coupled portion.
  • a gasket is typically used a rubber material to increase the airtightness.
  • the gasket disposed in the joint portion undergoes repeated stress due to the increase and decrease of the internal pressure when the internal pressure is changed, and thus the restoring force decreases with time. For this reason, even if the internal pressure decreases, the gasket may not be restored to its original state and may not perform its proper function by maintaining the deformed state.
  • the present invention has been made in view of the above point, by allowing the space formed between the light source and the protective cover to communicate with the outside LED module that can improve the problem of increasing the internal pressure by increasing the temperature and the LED comprising the same
  • the purpose is to provide a lighting device.
  • another object of the present invention is to provide an LED module and an LED lighting device including the same that can improve the heat dissipation while reducing the overall weight by applying an insulating heat dissipation coating layer on the heat sink.
  • the present invention to solve the above problems is a light source unit including at least one LED mounted on one surface of the circuit board;
  • a heat sink comprising a base substrate for supporting the light source unit and dissipating heat generated from the light source unit, and an insulating heat dissipation coating layer applied to an outer surface of the base substrate;
  • a protective cover including a convex portion formed in an area corresponding to the LED and coupled to one surface of the heat sink to protect the light source from an external environment;
  • An air flow space formed between the light source unit and the protective cover to provide a space in which air can flow;
  • at least one air vent unit configured to perform a role of a passage through which air moves from the air flow space to the outside to maintain an internal pressure of the air flow space and a pressure of the outside air in an equilibrium state. do.
  • the protective cover may include at least one protrusion for maintaining a distance from the circuit board so as to form the air flow space when combined with the heat sink, the protrusion is one surface of the protective cover Can be protruded from.
  • the convex portion may have a receiving space for receiving the LED on the opposite surface facing the LED, the receiving space may be in communication with the air flow space. Through this, the air heated by the heat generated from the LED may be flowed along the air flow space and then discharged to the outside through the air vent.
  • the air vent part may include a movement path penetrating through the heat sink to communicate with the air flow space, and a vent member attached to one surface of the heat sink to cover an open upper portion of the movement path.
  • the air vent part may include a moving path formed through the protective cover so as to communicate with the air flow space, and a vent member attached to one surface of the protective cover to cover the moving path.
  • the air vent part may include a movement path penetrating through the cable fixture so as to communicate with the air flow space, and a vent member attached to one surface of the cable fixture to cover the movement passage.
  • the air vent part may include a vent member having breathability and moisture permeability.
  • the vent member may be a membrane, and more specifically, may be a membrane made of a nanofiber aggregate.
  • the insulating heat-dissipating coating layer is a coating layer forming component containing a main resin; And it may include an insulating heat dissipation filler contained in 25 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the main resin.
  • the insulating heat dissipation filler may include silicon carbide.
  • the light source unit may be a flat plate including a plate-shaped circuit board having a predetermined area and a plurality of LEDs mounted on one surface of the circuit board.
  • the above-described LED module can be applied to various LED lighting devices.
  • the pressure of the air flow space and the pressure with the outside can be maintained in equilibrium by communicating the air flow space formed between the light source unit and the protective cover with the outside through the air vent.
  • the present invention can maintain the airtightness and mechanical coupling force to ensure durability and reliability of the product.
  • the present invention can improve the heat dissipation performance while reducing the overall weight by applying an insulating heat dissipation coating layer on the heat sink. Through this, the present invention can prevent degradation of the light efficiency due to deterioration and extend the life of the product.
  • FIG. 1 is a view showing an LED module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a bottom perspective view of Figure 1
  • FIG. 3 is an exploded view of FIG. 1,
  • FIG. 6 is an exploded view showing the LED module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a cable fastener applied to FIG.
  • FIG. 9 is a view showing an LED module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded view of FIG. 9, and
  • FIG. 11 is a view partially cutting the protective cover of FIG. 9.
  • LED modules 100, 200, and 300 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, 6 and 9, the light source unit 110, heat sink 120, protective cover 130, air flow space (S) And air vents 150, 250, and 350.
  • the light source unit 110 may be a light emitting source for generating light when power is applied.
  • the light source unit 110 may include a circuit board 112 and at least one light source 111 mounted on the circuit board 112.
  • the light source unit 110 may have a plate shape having the predetermined area of the circuit board 112, and may be a flat plate having at least one light source 111 mounted on the circuit board 112.
  • the light source may be a known LED (111).
  • the light source unit 110 may be implemented as a surface light source in which a plurality of LEDs 111 are disposed in a predetermined pattern on one surface of the circuit board 112.
  • the circuit board 112 may be a printed circuit board having a circuit pattern formed on at least one surface thereof, and the printed circuit board may be a flexible circuit board or a rigid circuit board.
  • the circuit board 112 may be a metal PCB so that heat generated from the LED 111 may be smoothly transferred to the heat sink 120.
  • the light source unit 110 may receive external power through the connector 113 by electrically connecting the circuit board 112 to the connector 113.
  • the connector 113 may be electrically connected to an external power source via a cable (C)
  • the cable (C) has a cable insertion hole 125 is formed in the middle of the length penetrating the heat sink 120 By passing through it may be connected to the connector 113.
  • one surface of the circuit board 112 may be fixed to one surface of the heat sink 120 of the light source unit 110.
  • the circuit board 112 may be attached to one surface of the heat sink 120 through an adhesive layer, or may be detachably fixed to the heat sink 120 through a fastening member.
  • the heat sink 120 may support the light source unit 110 and receive heat generated from the light source unit 110 to release the heat to the outside.
  • the heat sink 120 may include a plate-shaped base base 121 having a predetermined area to support the light source unit 110, the base base 121 is made of a material having excellent heat dissipation Can be done.
  • the base substrate 121 may effectively release heat generated from the light source unit 110 while supporting the light source unit 110.
  • the base substrate 121 may be a metal material having excellent thermal conductivity such as aluminum and copper.
  • the LED module (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention is prevented from deteriorating the efficiency of light due to deterioration by the heat generated during the light emission of the LED 111 is transmitted to the heat sink 120 and then emitted to the outside Can extend the life of LED.
  • the heat sink 120 may include at least one heat dissipation fin 122 protruding from the base substrate 121 in one direction, and the heat dissipation fin 122 may have a plate shape to widen the contact area with the outside air. It can be formed as.
  • the heat dissipation fin 122 may have at least one protrusion 123 protruding from the surface of the heat dissipation fin 122 to further widen the contact area with the outside air.
  • the protrusion 123 may protrude to have a predetermined length in a direction parallel to the width direction of the heat dissipation fin 122, and may be formed in plural along the height direction of the heat dissipation fin 122.
  • the plurality of protrusions 123 may be formed in parallel with neighboring protrusions 123.
  • the shape of the protrusion 123 is not limited thereto, and any known method may be applied as long as it can widen the contact area with the outside air such as a grid pattern or an oblique pattern.
  • the base substrate 121 may be used other materials in addition to a metal material excellent in heat dissipation. That is, the base base 121 may be used without limitation as long as it is a plate-like member having heat dissipation. As a part thereof, the base substrate 121 may be made of a known heat-dissipating plastic material only, or may be a form in which a metal material and a heat-dissipating plastic are integrated through insert molding.
  • the base substrate 121 may be a heat-dissipating plastic made of a heat-dissipating member forming component including a graphite composite and a polymer resin.
  • the base substrate 121 may be a heat dissipation plastic consisting of a metal plate having a predetermined area and the heat dissipation member forming component may be integrated through insert injection molding.
  • the metal plate may be a form completely embedded in the heat dissipation plastic made of the heat dissipation member forming component, or may be a form in which one surface on which the light source unit 110 is fixed is exposed to the outside.
  • the graphite composite may be formed as a composite in which the nano-metal particles are bonded to the surface of the graphite plate, the nano-metal particles may be a conductive metal to exhibit an electromagnetic shielding effect, the graphite composite is the nano-metal It may also include a catecholamine layer surrounding the particles.
  • the graphite composite when the graphite composite includes a catecholamine layer surrounding the nano-metal particles, for example, a polydopamine layer, the graphite composite may be included in the heat dissipation member forming component to be 50 to 80% by weight relative to the total weight of the heat dissipating member forming component. Can be.
  • the LED module (100, 200, 300) may include an insulating heat dissipation coating layer 126 to prevent electrical shorts while implementing more excellent heat dissipation. That is, the insulating heat dissipation coating layer 126 may be formed to surround the outer surface of the base substrate 121.
  • the LED module (100, 200, 300) can implement more excellent heat dissipation through the insulating heat dissipation coating layer 126, the total number of heat dissipation fins 122 protruding from the base base 121 Even if it is reduced or even if the heat radiation fin 122 is formed in a narrow area, it is possible to ensure the heat dissipation level equivalent to the conventional level or more.
  • the LED module (100, 200, 300) can reduce the overall weight by the number of use of the heat dissipation fin 122 or the formation area of the heat dissipation fin 122 included in the heat sink 120 can be narrowed At the same time, it is possible to realize heat dissipation performance equivalent to that of the conventional art.
  • the LED module (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention is used for outdoor lighting, it is possible to secure the insulation through the insulating heat-dissipating coating layer 126, so that an electrical short may occur due to an external environment such as rain water in the rain. The possibility is greatly reduced. Through this, the LED module (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention can be operated stably, even if the base base 121 is made of a metal material having electrical conductivity can ensure electrical stability and reliability. .
  • the protective cover 130 may protect the light source unit 110 from an external environment by covering the light source unit 110 disposed on one surface of the heat sink 120.
  • Such a protective cover 130 may be detachably coupled to one surface of the heat sink 120.
  • the heat sink 120 and the protective cover 130 is at least one formed in a position corresponding to each other so that the fastening member 170 can pass as shown in Figures 3, 6 and 10 It may include fastening holes (124, 133). Accordingly, the protective cover 130 may be detachably coupled to the heat sink 120 via the fastening member 170.
  • the fastening member 170 may be fixed by a screw coupling method through a screw formed on the inner surface of the fastening holes (124, 133) or through a fixing member such as a separate nut member coupled to one side of the fastening member (170). It may also be fixed.
  • the protective cover 130 may be an airtight member 140 such as an O-ring may be disposed on the edge side in contact with the protective cover 130 to improve the airtightness.
  • the protective cover 130 may include a convex portion 131 which is convexly formed upward in a region corresponding to the LED 111, and the convex portion 131 faces the LED 111.
  • Receiving space 132 for accommodating the LED 111 may be formed on the opposite surface.
  • the LED 111 When the protective cover 130 is coupled to the heat sink 120, the LED 111 may have a protruding height in the accommodation space 132 even when the LED 111 protrudes from the circuit board 112 by a predetermined height. Can be accommodated by. Accordingly, the protective cover 130 may be in close contact with the edge of the heat sink 120.
  • the protective cover 130 may be formed in plural such that the convex portions 131 correspond to the plurality of LEDs 111.
  • the plurality of accommodating spaces 132 for accommodating each of the plurality of LEDs 111 are formed through the air flow space S formed between the protective cover 130 and the heat sink 120 facing each other. Can be communicated.
  • the protective cover 130 is at least one protrusion 134 for maintaining a distance from the circuit board 112 to form the air flow space (S) when combined with the heat sink 120. ) May be included.
  • the protrusion 134 may protrude from one surface of the protective cover 130, and more specifically, may protrude from one surface of the protective cover 130 facing the heat sink 120. Accordingly, an air flow space S through which the air moves through the protrusion 134 is formed between one surface of the protective cover 130 facing each other and the one surface of the heat sink 120, thereby providing a plurality of accommodation spaces 132. ) May be in communication with each other.
  • the protrusion 134 may be provided in a bar shape having a predetermined length as shown in FIG. 4, and the protrusion 134 is relatively larger than the entire width or the entire length of the protective cover 130. It may have a short length.
  • the protrusions 134 may be provided in plurality, and the plurality of protrusions 134 may be spaced apart from each other.
  • the shape of the protrusion 134 is not limited thereto, and the shape of the protrusion 134 may be provided in a dot shape, and any shape may be provided between the circuit board 112 and the protective cover 130 facing each other. Note that it can be applied.
  • the air vents 150, 250, and 350 may serve as passageways through which air existing in the air flow space S may move to the outside. Through this, the internal pressure of the air flow space (S) can maintain an equilibrium with the external pressure.
  • the air present in the accommodation space 132 may be raised by the heat generated when the LED 111 emits light, and the elevated air may flow along the air flow space (S). Accordingly, the air heated in each receiving space 132 by the heat generated in the LED 111 may be combined with each other by moving through the air flow space (S). After a predetermined time passes through the air convection, the air present in the plurality of accommodation spaces 132 and the air flow space S may be changed to a heated state.
  • the air heated in the accommodation space 132 and the air flow space (S) tends to lower the pressure by increasing the volume to maintain the equilibrium state.
  • the accommodation space 132 and the air flow space S communicated with each other are completely enclosed. If the ramen is heated to increase the volume of the air increases the internal pressure of the receiving space 132 and the air flow space (S). Accordingly, the internal pressure increased through the increase in the temperature of the air acts as an external force that pushes the weaker portions of the mutually coupled portions, thereby weakening the durability of the mutually coupled portions.
  • the airtight member 140 when the airtight member 140 made of a rubber material is disposed between the protective cover 130 and the heat sink 120 in order to increase the airtightness, the airtight member 140 has an increased strength because of the weakness of the material. Can be deformed by pressure. Accordingly, the hermetic member 140 may be repeatedly deformed depending on whether the light source unit 110 is operated. That is, the airtight member 140 may be deformed through the increased pressure during operation of the light source unit 110, and the airtight member 140 may be restored to its original state by decreasing the internal pressure when the light source unit 110 does not operate. Can be.
  • the airtight member 140 may not maintain the original airtightness when the restoring force is lost by the stress generated during the repeated deformation and restoration process.
  • the air present in the accommodation space 132 and the air flow space (S) may be discharged to the outside through the air vent (150, 250, 350).
  • the internal pressure of the accommodation space 132 and the air flow space (S) is flexible in accordance with the temperature change of the air Can be changed. Therefore, the internal pressure of the receiving space 132 and the air flow space (S) can always be in equilibrium with the outside air pressure.
  • the air vent unit 150, 250, 350 includes a movement path 151 is formed so as to communicate with the air flow space (S), and the vent member 152 covering the open end of the movement path (151) can do.
  • the vent member 152 may be a membrane having breathability and moisture permeability, and the membrane may be formed of nanofiber aggregates.
  • the LED module (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention is to allow the air to flow freely through the vent member 152, the internal pressure of the air flow space (S) and the pressure of the outside air It can be kept in equilibrium.
  • the LED module (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention can block the inflow of moisture from the outside to the air flow space (S) side through the vent member 152 to the penetration of moisture, such as moisture. Water vapor existing in the air flow space S may be discharged to the outside while preventing oxidation of the electronic component. Through this, condensation which may occur on the surface of the protective cover 130 may be prevented.
  • the vent member 152 is not limited thereto, and is commonly used to discharge the air inside. Any known material can be used.
  • the air vent 150, 250, 350 is shown as being provided with one, but is not limited to this, at least one air vent 150, 250, 350 may be installed to communicate with the air flow space (S). have.
  • the air vent unit 150, 250, 350 may be installed in a number that matches at least one-to-one with a plurality of spaces isolated from each other.
  • the installation position and the number of installation of the air vents (150, 250, 350) is known to be appropriately changed according to the design conditions.
  • the air vent 150 may be provided on the heat sink 120 side as shown in FIGS. 1 to 5.
  • the movement path 151 may be formed through the heat sink 120 to communicate with the air flow space (S), the vent member 152 is an open upper portion of the movement path 151 It may be attached to one surface of the heat sink 120 to cover.
  • the vent member 152 may have an area that is relatively larger than the area of the open end of the movement path 151, and at least a portion of the movement path 151 does not overlap the circuit board 112. It may be formed in a position that does not.
  • the air vent 250 may be provided in the cable fixing tool 160 coupled to the heat sink 120 side as shown in FIGS. 6 to 8.
  • the movement path 151 may be formed to penetrate along the height direction of the cable fixing tool 160 so as to communicate with the air flow space (S), the vent member 152 of the movement path 151 It may be attached to one surface of the cable fastener 160 to cover the open end.
  • the cable fixing tool 160 may have a through hole 162 formed therein along a height direction, and the cable C for electrically connecting an external power source to the connector 113 may be the through hole 162. Can be fitted to.
  • the cable fixing tool 160 may be inserted into the cable insertion hole 125 formed in the heat sink 120.
  • the cable fixing tool 160 may simultaneously serve as a sealing member for fixing the cable C and preventing external moisture from entering the light source unit 110.
  • the air vent 350 may be provided in the protective cover 130 as shown in FIGS. 9 to 11.
  • the movement path 151 may be formed through the protective cover 130 so as to communicate with the air flow space (S), the vent member 152 is an open end of the movement path 151 It may be attached to the inner surface of the protective cover 130 to cover.
  • the insulating heat dissipation coating layer 126 covering the surface of the heat sink 120 may include a coating layer forming component including an insulating resin and an insulating heat dissipation filler.
  • the insulating heat dissipation filler may be included in the 25 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the main resin.
  • the main resin is to form a coating layer, and may be used without limitation in the case of components known in the art.
  • the main resin improves the heat dissipation performance by improving the adhesion with the base substrate 121, heat resistance that is not embrittled by heat, insulation that is not embrittled by electrical stimulation, mechanical strength, and compatibility with an insulating heat dissipation filler.
  • An epoxy resin may be included to improve the dispersibility of the heat dissipation filler.
  • the epoxy resin may be a glycidyl ether type epoxy resin, a glycidyl amine type epoxy resin, a glycidyl ester type epoxy resin, a linear aliphatic epoxy resin, a rubber modified epoxy resin, and these It may be an epoxy resin containing one or more selected from the group consisting of derivatives of.
  • the main resin is described later with the insulating heat dissipation filler, in particular with silicon carbide. It may include compounds having very good compatibility.
  • the coating layer forming component may include a curing agent with the epoxy resin that can be used as the above-described main resin, the curing agent may be suitably used according to the type of epoxy resin that can be selected.
  • the curing agent may be a curing agent known in the art, and may preferably include any one or more components of an aliphatic polyamine curing agent, an aromatic polyamine curing agent, an acid anhydride curing agent, and a catalyst curing agent.
  • the coating layer forming component may be a curing agent may include a first hardener and a second hardener.
  • the first curing agent may include an aliphatic polyamine-based curing agent
  • the second curing agent may include one or more selected from the group consisting of aromatic polyamine-based, acid anhydride-based curing agent and catalyst-based curing agent.
  • the curing agent may be very advantageous in improving the compatibility with the insulating heat dissipation filler, which is to be described later, especially silicon carbide, it may be advantageous in all physical properties such as adhesion, durability, surface quality of the insulating heat dissipation coating layer.
  • the curing agent may prevent cracks in the insulating heat dissipation coating layer or the insulating heat dissipation coating layer from being peeled off from the adhered surface even when the surface to which the heat dissipation coating composition is applied is applied to a curved or stepped portion instead of a flat plane. Can be.
  • the curing agent may be a weight ratio of the first curing agent and the second curing agent of 1: 0.5 ⁇ 1.5, preferably may be a weight ratio of 1: 0.6 ⁇ 1.4.
  • the insulating heat dissipation coating layer can express more improved physical properties.
  • the weight ratio of the first hardener and the second hardener is less than 1: 0.5, the adhesion strength with the base substrate 121 may be weakened, and if the weight ratio of the first hardener and the second hardener exceeds 1: 1.4, the coating may be performed. The elasticity of the coating film may be degraded and durability may be degraded.
  • the coating layer forming component may include 25 to 100 parts by weight of the curing agent based on 100 parts by weight of the main resin, preferably the curing agent may include 40 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the main resin. .
  • the resin may be uncured or the durability of the insulating heat-dissipating coating layer formed may be lowered. If the portion is exceeded, cracks may occur in the insulating heat dissipation coating layer or the insulating heat dissipation coating layer may be broken.
  • the insulating heat dissipating filler may be used without limitation as long as it has both insulating and heat dissipating properties in its material.
  • the insulating heat dissipation filler is not limited in shape or size, and may be porous or non-porous, and may be appropriately selected according to the purpose.
  • the insulating heat dissipation filler may be silicon carbide, magnesium oxide, titanium dioxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, aluminum oxide, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide, manganese oxide, zirconia oxide, and boron oxide It may include one or more selected from the group consisting of.
  • the insulating heat dissipation filler is to facilitate the achievement of the desired physical properties such as excellent insulation and heat dissipation performance, easy formation of the insulating heat dissipation coating layer, uniform insulation and heat dissipation performance after the formation of the insulating heat dissipation coating layer, surface quality of the insulating heat dissipation coating layer.
  • the insulating heat dissipating filler may be a filler in which the surface is modified with functional groups such as silane group, amino group, amine group, hydroxy group and carboxyl group.
  • the functional group may be directly bonded to the surface of the filler, or may be indirectly bonded to the filler via a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms or a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon having 6 to 14 carbon atoms.
  • the insulating heat dissipation filler may be a core shell type filler having a known conductive heat dissipation filler such as carbon-based or metal as a core and an insulating component surrounding the core.
  • the insulating heat dissipation filler may have an average particle diameter of 10nm ⁇ 15 ⁇ m, preferably 30nm ⁇ 12 ⁇ m. If the average particle diameter of the insulating heat dissipation filler is less than 10 nm, the unit cost of the product may be increased, and the heat dissipation performance may be deteriorated by increasing the amount of the insulating heat dissipation filler buried on the surface after being implemented as the insulating heat dissipation coating layer. In addition, the insulating heat dissipation filler may have a lower surface uniformity when the average particle diameter exceeds 15 ⁇ m.
  • the insulating heat dissipation filler may have a ratio of D50 and D97 of 1: 4.5 or less, preferably 1: 1.2 to 3.5 so as to improve dispersibility. If the ratio of D50 to D97 exceeds 1: 4.5, the uniformity of the surface may be reduced, and the heat dissipation effect of the heat dissipation filler may not be good, and thus the heat dissipation effect may not be uniform. In such a case, since the insulating heat dissipation filler includes particles having a relatively large particle diameter, the thermal conductivity may be relatively high, but may not realize desired heat dissipation characteristics.
  • the D50 and D97 refers to the particle diameter of the insulating heat dissipation filler when the cumulative degree is 50% and 97% in the volume accumulation particle size distribution, respectively.
  • D50 and D97 are determined from the smallest particle size with respect to the volume accumulation value (100%) of all particles.
  • the cumulative value of volume% means the particle size of the particles corresponding to 50% and 97%, respectively.
  • the volume cumulative particle size distribution of the insulating heat dissipating filler can be measured using a laser diffraction scattering particle size distribution device.
  • the average particle diameter of the insulating heat dissipation filler may be changed according to the thickness of the coating film of the insulating heat dissipation coating layer.
  • the average particle diameter of the insulating heat dissipating filler may be 1 ⁇ 7 ⁇ m
  • the thickness of the insulating heat dissipating coating layer is formed to 35 ⁇ m of the insulating heat dissipating filler
  • the average particle diameter may be 8 ⁇ 12 ⁇ m.
  • the insulating heat dissipating filler uses an insulating heat dissipating filler that satisfies both the average particle diameter range of the heat dissipating filler and the ratio range of the D50 and D97 so as to further improve the dispersibility of the heat dissipating filler in the composition. .
  • the insulating heat dissipation coating composition may further include a physical property enhancing component.
  • a physical property enhancing component may not only improve insulation and heat dissipation when the insulating heat dissipation coating layer 126 is coated on the base substrate 121, but also improve durability by expressing excellent adhesiveness.
  • Such physical property enhancing component may be a silane compound, and any silane compound employed in the art may be used without limitation.
  • the above-mentioned insulating heat-dissipating coating composition may include a colorant to minimize the loss of color due to light, air, moisture or extreme temperature, and further include a matting agent to implement stability of the surface of the coating film. It may be, and may further include a flame retardant for improving the flame retardancy.
  • the insulating heat dissipation coating composition may include a dispersant and a solvent to improve the dispersibility of the insulating heat dissipation filler and to implement a uniform coating layer, and may further include a UV stabilizer to prevent yellowing due to UV. .
  • the insulating heat-dissipating coating composition may further include an antioxidant to prevent discoloration of the coating dry coating, brittleness due to oxidation, deterioration of physical properties such as adhesion strength.
  • the insulating heat-dissipating coating composition may be a leveling agent, a pH adjusting agent, an ion trapping agent, a viscosity adjusting agent, a thixotropic agent, an antioxidant, a heat stabilizer, a light stabilizer, a UV absorber, a colorant, a dehydrating agent, a flame retardant, an antistatic agent.
  • a leveling agent a pH adjusting agent
  • an ion trapping agent e.g., a viscosity adjusting agent
  • a thixotropic agent e.g., an antioxidant
  • a heat stabilizer e.g., a light stabilizer
  • a UV absorber e.g., UV absorber
  • colorant e.g., sodium bicarbonate
  • a dehydrating agent e.g., sodium bicarbonate
  • flame retardant e.g., sodium bicarbonate
  • an antistatic agent e.g., sodium bicarbonate, sodium
  • the insulating heat-dissipating coating composition contained 60 parts by weight of a curing agent based on 100 parts by weight of the compound of the main resin represented by the following formula (1).
  • the curing agent is a polyethylene polyamine of the first curing agent and 2,4,6-tris [N, N-dimethylamino] methyl] phenol of the second curing agent is composed of a weight ratio of 1: 1.
  • the insulating heat dissipation coating composition was used as the insulating heat dissipation filler, 47 parts by weight of silicon carbide having an average particle diameter of 5 ⁇ m and the ratio of D50 and D97 1: 1.6.
  • the insulating heat-dissipating coating composition is 3 parts by weight of the physical properties of the epoxy silane compound (Shanghai Tech Polymer Technology, Tech-7130), 44 parts by weight of the talc (Talc) as a colorant together with the main resin, the curing agent and the insulating heat dissipation filler , 44 parts by weight of titanium dioxide as a matting agent, 22 parts by weight of flame retardant trizin bis (orthophosphate), 2- (2'-hydroxy-3, 5'-di (1,1-dimethylbenzyl-phenyl) as a UV stabilizer 0.5 parts by weight of benzotriazole, 1 part by weight of 2-hydroxyphenylbenzothiazole as antioxidant, 5 parts by weight of dispersant (condensate of isobutylaldehyde and urea), 13 parts by weight of 1-butanol as solvent, n- 13 parts by weight of butyl acetate, 13 parts by weight of 2-methoxy-1-methyle
  • R 1 to R 4 are each a methyl group, and n is a rational number such that the weight average molecular weight of the compound represented by Formula 1 is 2000.
  • Example 2 Prepared in the same manner as in Example 1, by changing the average particle diameter, particle size distribution, the weight ratio of the curing agent and the like as shown in Table 1 and Table 2 to prepare an insulating heat-resistant coating composition.
  • Example 2 Prepared in the same manner as in Example 1, by changing the content of the insulating heat dissipation filler, as shown in Table 3 to prepare an insulating heat dissipation coating composition.
  • the heat-dissipating coating composition prepared in Examples and Comparative Examples was coated with a spray so that the final thickness is 25 ⁇ m on the surface of the substrate made of aluminum (Al 1050), the thickness 1.5mm, width 35mm, length 34mm. . Then, by heat-treating the substrate coated with a heat-dissipating coating composition on the surface for 10 minutes at a temperature of 150 °C to prepare a heat-dissipating unit formed with an insulating heat-resistant coating layer, the following physical properties were evaluated. Tables 1 to 3 are the result values for each evaluation item.
  • the temperature in the chamber and the temperature of the heat dissipation unit were adjusted to be 25 ⁇ 0.2 ° C.
  • the test specimens were prepared by attaching 20 mm ⁇ 20 mm LEDs, respectively, to the heat dissipation unit as a heat source, using a TIM (thermally conductive tape: 1 W / mk).
  • Heat was generated by applying an input power of 2.1 W (DC 3.9 V, 0.53 A) to the heat source of the prepared specimen, and after maintaining for 90 minutes, the thermal conductivity was evaluated by measuring the temperature of the heat dissipation unit.
  • the thermal conductivity was calculated according to the following Equation 1 on the basis of the temperature measured under the same conditions for the substrate having no heat-dissipating coating layer.
  • the temperature in the chamber and the temperature of the heat dissipation unit were adjusted to be 25 ⁇ 0.2 ° C. Then, the test specimens were prepared by attaching 20 mm ⁇ 20 mm LEDs, respectively, to the heat dissipation unit as a heat source, using a TIM (thermally conductive tape: 1 W / mk).
  • Heat was generated by applying an input power of 2.1 W (DC 3.9 V, 0.53 A) to the heat source of the prepared specimen, and after maintaining for 90 minutes, the thermal emissivity was evaluated by measuring the temperature at the top 5 cm of the center of the heat dissipation unit. Specifically, the thermal emissivity was calculated according to the following Equation 2 on the basis of the temperature measured under the same conditions for the substrate having no insulating heat-dissipating coating layer.
  • the heat dissipation unit Place the heat dissipation unit in the center of the acrylic chamber 32, 30 and 30 cm in height, width, length and height respectively, and adjust the temperature inside the chamber and the temperature of the heat dissipation unit to 25 ⁇ 0.2 °C and the humidity inside the chamber to 50%. It was. Then, the test specimens were prepared by attaching 20 mm ⁇ 20 mm LEDs, respectively, to the heat dissipation unit as a heat source, using a TIM (thermally conductive tape: 1 W / mk).
  • Heat is generated by applying 2.1W (DC 3.9V, 0.53A) input power to the heat source of the manufactured specimens, and after maintaining for 90 minutes, randomly on a circle with a radius of 15 mm around the center of the upper surface of the heat dissipation unit By measuring the temperature at 10 points of the calculated error of the exothermic temperature according to the following equation (3).
  • the smaller the error the more the heat dissipation performance can be regarded as uniform, and the heat dissipation filler dispersibility of the insulating heat dissipation coating layer can be interpreted as high.
  • the maximum value of the error of the exothermic temperature is shown in Tables 1 to 3 below.
  • the surface state of the heat dissipation unit was visually evaluated after 480 hours. As a result of evaluation, cracks in the insulating heat-dissipating coating layer and the presence or absence of peeling (lifting) were confirmed.
  • the cutting was cross-cut with a knife so as to be 1 mm apart with respect to the specimen for which durability was evaluated. After attaching the scotch tape to the cutting surface and pulling at an angle of 60 ° to check the state that the insulating heat-resistant coating layer is peeled off. Evaluation criteria were evaluated according to ISO 2409. (5B: 0%, 4B: 5% or less, 3B: 5-15%, 2B: 15-35%, 1B: 35-65%, 0B: 65% or more)
  • Examples 1, 5 and 6 in which the weight ratio of the first and second curing agents is within the preferred range of the present invention, Examples 2 and 5 do not satisfy this. Compared with Example 5, it can be seen that adhesion and durability are achieved at the same time.
  • thermal radiation efficiency, thermal conductivity, and surface quality are higher than those of Examples 8 and 11, which do not satisfy this. It can be seen that it is achieved at the same time.
  • Comparative Example 3 which does not include the insulating heat-radiating filler, can be confirmed that the thermal radiation is significantly lower than in Example 1.
  • the LED modules 100, 200, and 300 according to the embodiment of the present invention described above may be installed both indoors or outdoors where lighting is required.
  • the LED modules 100, 200, and 300 may be installed outdoors such as a parking lot or a tunnel, and may be used as street lights, security lamps, transmission lamps, and lights, and may also be used as indoor lamps installed in offices or residential spaces.

Landscapes

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Abstract

엘이디모듈이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 엘이디모듈은 회로기판의 일면에 실장되는 적어도 하나의 엘이디를 포함하는 광원부; 상기 광원부를 지지하고 상기 광원부에서 발생하는 열을 방출하는 베이스기재와, 상기 베이스기재의 외부면에 도포되는 절연성 방열코팅층을 포함하는 히트싱크; 상기 엘이디와 대응되는 영역에 형성되는 볼록부를 포함하고, 상기 광원부를 외부환경으로부터 보호하도록 상기 히트싱크의 일면에 결합되는 보호커버; 상기 광원부와 보호커버 사이에 형성되어 공기가 유동할 수 있는 공간을 제공하는 공기 유동공간; 및 공기가 상기 공기 유동공간으로부터 외부로 이동할 수 있는 통로역할을 수행하여 상기 공기 유동공간의 내부압력과 외기의 압력을 평형상태로 유지하기 위한 적어도 하나의 에어벤트부;를 포함한다.

Description

엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치
본 발명은 엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부압력의 증가를 방지할 수 있는 엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
엘이디는 전력소모가 적고 고휘도로 발광하며 반영구적인 사용이 가능하다. 이에 따라, 상기 엘이디는 다양한 조명장치에 사용되고 있다.
일례로, 상기 엘이디는 거리의 조명이나 교통의 안전, 또는 미관 등을 위하여 길가를 따라 설치해 놓은 가로등에 적용되고 있다. 또한, 상기 엘이디는 터널 내에 설치되어 운전자의 시야를 확보하기 위한 터널등에도 적용되고 있다.
이와 같은 엘이디 조명장치는 알루미늄과 같은 금속, 세라믹, 플라스틱 등과 같은 재질로 이루어진 하우징과, 상기 하우징의 일면 또는 내부에 배치되는 엘이디 광원 및 상기 하우징에 결합되는 투광성 커버를 포함하는 구조가 일반적이다.
그러나 엘이디는 발광시 많은 열을 발산한다. 이에 따라, 투광성 커버의 내부에 존재하는 공기는 엘이디에서 발생한 열에 의해 승온된다. 승온된 공기는 낮은 온도의 공기에 비하여 운동량이 증가하므로 공기가 밀폐된 공간에서 가열되는 경우 내부 압력이 증가한다. 이러한 내부압력은 기구적으로 결합되는 부분 중 결합력이 취약한 부분을 가압하는 외력으로 작용한다.
한편, 엘이디 조명장치는 기구적으로 결합되는 부분에 기밀성을 높이기 위하여 가스켓이 배치된다. 이와 같은 가스켓은 통상적으로 기밀성을 높일 수 있도록 고무재질이 사용된다.
결합 부분에 배치된 가스켓은 내부압력이 변경되는 경우 내부압력의 증가 및 감소에 의한 반복적인 스트레스를 받음으로써 시간이 지날수록 복원력이 떨어진다. 이로 인해, 상기 가스켓은 내부압력이 낮아지더라도 원상태로 복원되지 못하고 변형된 상태를 유지함으로써 제기능을 수행하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 광원부와 보호커버 사이에 형성된 공간이 외부와 연통되도록 함으로써 온도 증가에 의해 내부압력이 증가하는 문제를 개선할 수 있는 엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 히트싱크에 절연성 방열코팅층을 도포함으로써 전체적인 무게를 경감시키면서도 방열성을 향상시킬 수 있는 엘이디모듈 및 이를 포함하는 엘이디 조명장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 회로기판의 일면에 실장되는 적어도 하나의 엘이디를 포함하는 광원부; 상기 광원부를 지지하고 상기 광원부에서 발생하는 열을 방출하는 베이스기재와, 상기 베이스기재의 외부면에 도포되는 절연성 방열코팅층을 포함하는 히트싱크; 상기 엘이디와 대응되는 영역에 형성되는 볼록부를 포함하고, 상기 광원부를 외부환경으로부터 보호하도록 상기 히트싱크의 일면에 결합되는 보호커버; 상기 광원부와 보호커버 사이에 형성되어 공기가 유동할 수 있는 공간을 제공하는 공기 유동공간; 및 공기가 상기 공기 유동공간으로부터 외부로 이동할 수 있는 통로역할을 수행하여 상기 공기 유동공간의 내부압력과 외기의 압력을 평형상태로 유지하기 위한 적어도 하나의 에어벤트부;를 포함하는 엘이디모듈을 제공한다.
또한, 상기 보호커버는 상기 히트싱크와의 결합시 상기 공기 유동공간을 형성할 수 있도록 상기 회로기판과의 간격을 유지하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 돌출부는 상기 보호커버의 일면으로부터 돌출형성될 수 있다.
또한, 상기 볼록부는 상기 엘이디와 대면하는 대향면에 상기 엘이디를 수용하기 위한 수용공간이 형성될 수 있고, 상기 수용공간은 상기 공기 유동공간과 연통될 수 있다. 이를 통해, 상기 엘이디에서 발생한 열에 의해 가열된 공기는 상기 공기 유동공간을 따라 유동된 후 상기 에어벤트부를 통해 외부로 배출될 수 있다.
일례로, 상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 상기 히트싱크에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로의 개방된 상부를 덮도록 상기 히트싱크의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함할 수 있다.
다른 예로써, 상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 상기 보호커버에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로를 덮도록 상기 보호커버의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함할 수 있다.
또 다른 예로써, 상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 케이블고정구에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로를 덮도록 상기 케이블고정구의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 에어벤트부는 통기성 및 투습성을 갖는 벤트부재를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 벤트부재는 멤브레인일 수 있으며, 더욱 상세하게는 나노섬유 집적체로 이루어진 멤브레인일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열코팅층은 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분; 및 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 25~70 중량부로 포함되는 절연성 방열필러를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 절연성 방열필러는 탄화규소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원부는, 소정의 면적을 갖는 판상의 회로기판과 상기 회로기판의 일면에 실장되는 복수 개의 엘이디를 포함하는 평판형일 수 있다.
한편, 상술한 엘이디 모듈은 다양한 엘이디 조명장치에 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 에어벤트부를 통해 광원부와 보호커버 사이에 형성된 공기 유동공간을 외부와 연통시킴으로써 공기 유동공간의 압력과 외부와의 압력이 평형상태로 유지될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 기밀성 및 기구적인 결합력을 유지할 수 있음으로써 내구성 및 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 히트싱크에 절연성 방열코팅층을 도포함으로써 전체적인 무게를 경감하면서도 방열성능을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 열화에 의한 광효율이 저하되는 것을 방지하고 제품의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 저면사시도,
도 3은 도 1의 분리도,
도 4는 도 3을 저면에서 바라본 도면,
도 5는 도 1에서 보호커버 및 히트싱크를 일부 절개한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디모듈을 나타낸 분리도,
도 7은 도 6의 엘이디모듈이 결합된 상태에서 보호커버 및 히트싱크를 일부 절개한 도면,
도 8은 도 6에 적용되는 케이블고정구를 나타낸 사시도 및 일부가 절개된 상태를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엘이디모듈을 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 분리도, 그리고,
도 11은 도 9에서 보호커버를 일부 절개한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 도 1, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 광원부(110), 히트싱크(120), 보호커버(130), 공기 유동공간(S) 및 에어벤트부(150,250,350)를 포함한다.
상기 광원부(110)는 전원 인가시 빛을 발생시키는 발광원일 수 있다. 일례로, 상기 광원부(110)는 회로기판(112)과 상기 회로기판(112)에 실장되는 적어도 하나의 광원(111)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 광원부(110)는 상기 회로기판(112)이 소정의 면적을 갖는 판상일 수 있으며, 상기 회로기판(112)에 적어도 하나의 광원(111)이 실장된 평판형일 수 있다.
본 발명에서, 상기 광원은 공지의 엘이디(111)일 수 있다. 또한, 상기 광원부(110)는 복수 개의 엘이디(111)가 상기 회로기판(112)의 일면에 소정의 패턴으로 배치된 면광원으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 회로기판(112)은 적어도 일면에 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판일 수 있고, 상기 인쇄회로기판은 연성회로기판 또는 경성회로기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 회로기판(112)은 상기 엘이디(111)에서 발생한 열이 상기 히트싱크(120) 측으로 원활하게 전달될 수 있도록 메탈 PCB일 수 있다.
이와 같은 광원부(110)는 상기 회로기판(112)이 커넥터(113)와 전기적으로 연결됨으로써 상기 커넥터(113)를 통해 외부 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 상기 커넥터(113)는 케이블(C)을 매개로 외부전원과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 케이블(C)은 길이 중간이 상기 히트싱크(120)에 관통형성되는 케이블삽입공(125)을 통과함으로써 상기 커넥터(113)와 연결될 수 있다.
이때, 상기 광원부(110)는 상기 회로기판(112)의 일면이 상기 히트싱크(120)의 일면에 고정될 수 있다. 일례로, 상기 회로기판(112)은 접착층을 매개로 상기 히트싱크(120)의 일면에 부착될 수도 있고, 체결부재를 매개로 상기 히트싱크(120)에 착탈가능하게 고정될 수도 있다.
상기 히트싱크(120)는 상기 광원부(110)를 지지하고 상기 광원부(110)에서 발생한 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있다. 이를 위해, 상기 히트싱크(120)는 상기 광원부(110)를 지지할 수 있도록 소정의 면적을 갖는 판상의 베이스기재(121)를 포함할 수 있으며, 상기 베이스기재(121)는 방열성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 베이스기재(121)는 상기 광원부(110)를 지지하면서도 상기 광원부(110)에서 발생한 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 일례로, 상기 베이스기재(121)는 알루미늄, 구리와 같이 열전도율이 우수한 금속재질일 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 상기 엘이디(111)의 발광시 발생한 열이 히트싱크(120) 측으로 전달된 후 외부로 방출됨으로써 열화에 의한 광의 효율저하를 방지할 수 있으며 엘이디의 제품 수명을 연장할 수 있다.
이때, 상기 히트싱크(120)는 상기 베이스기재(121)로부터 일방향으로 돌출형성되는 적어도 하나의 방열핀(122)을 포함할 수 있으며, 상기 방열핀(122)은 외기와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 판상으로 형성될 수 있다.
더불어, 상기 방열핀(122)은 외기와의 접촉면적을 더욱 넓힐 수 있도록 표면에 적어도 하나의 돌기부(123)가 돌출형성될 수 있다. 일례로, 상기 돌기부(123)는 상기 방열핀(122)의 폭방향과 평행한 방향으로 소정의 길이를 갖도록 돌출형성될 수 있으며, 상기 방열핀(122)의 높이방향을 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우 상기 복수 개의 돌기부(123)는 서로 이웃하는 돌기부(123)와 평행하게 형성될 수 있다.
그러나 상기 돌기부(123)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 격자패턴이나 사선패턴 등과 같이 외기와의 접촉면적을 넓힐 수 있는 방식이라면 공지의 방식이 모두 적용될 수 있다.
한편, 상기 베이스기재(121)는 방열성이 우수한 금속재질 이외에 다른 재질이 사용될 수도 있다. 즉, 상기 베이스기재(121)는 방열성을 갖는 판상의 부재라면 제한없이 사용될 수 있다. 그 일환으로, 상기 베이스기재(121)는 공지의 방열플라스틱 재질로만 이루어질 수도 있으며, 인서트 몰딩을 통하여 금속재질과 방열 플라스틱이 일체화된 형태일 수도 있다.
구체적인 일례로써, 상기 베이스기재(121)는 그라파이트 복합체 및 고분자 수지를 포함하는 방열부재 형성성분으로 이루어진 방열플라스틱일 수 있다.
또한, 상기 베이스기재(121)는 소정의 면적을 갖는 금속판과 상기 방열부재 형성성분으로 이루어진 방열플라스틱이 인서트 사출성형을 통해 일체화된 것일 수도 있다. 이와 같은 경우, 상기 금속판은 상기 방열부재 형성성분으로 이루어진 방열플라스틱의 내부에 완전히 매립된 형태일 수도 있고, 상기 광원부(110)가 고정되는 일면이 외부로 노출된 형태일 수도 있다.
이때, 상기 그라파이트 복합체는 판상의 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 복합체로 형성될 수 있고, 상기 나노금속 입자는 전자파 차폐 효과를 나타낼 수 있도록 도전성 금속일 수 있으며, 상기 그라파이트 복합체는 상기 나노금속 입자를 감싸는 카테콜아민(Catecholamine)층을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 그라파이트 복합체가 나노금속 입자를 감싸는 카테콜아민층, 일례로 폴리도파민층을 포함하는 경우 상기 그라파이트 복합체는 방열부재 형성성분의 전체 중량에 대하여 50 ~ 80중량 %가 되도록 상기 방열부재 형성성분에 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 더욱 우수한 방열성을 구현하면서도 전기적인 쇼트를 방지할 수 있도록 절연성 방열코팅층(126)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 절연성 방열코팅층(126)은 상기 베이스기재(121)의 외부면을 감싸도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 상기 절연성 방열코팅층(126)을 통해 더욱 우수한 방열성을 구현할 수 있음으로써 상기 베이스기재(121)로부터 돌출되는 방열핀(122)의 전체개수를 줄이거나 방열핀(122)이 좁은 면적으로 형성되더라도 종래와 동등 수준 이상의 방열성을 확보할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 히트싱크(120)에 포함되는 방열핀(122)의 사용개수 또는 방열핀(122)의 형성면적이 좁아질 수 있음으로써 전체적인 무게를 경감시키면서도 종래와 동등 수준 이상의 방열성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)이 실외등으로 사용되더라도 상기 절연성 방열코팅층(126)을 통해 절연성을 확보할 수 있음으로써 우천시 빗물과 같은 외부환경에 의하여 전기적인 쇼트가 발생할 가능성을 현저히 줄일 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 안정적으로 작동될 수 있으며, 상기 베이스기재(121)가 전기전도성을 갖는 금속재질로 이루어진다 하더라도 전기적인 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
이와 같은 절연성 방열코팅층(126)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 보호커버(130)는 상기 히트싱크(120)의 일면에 배치되는 광원부(110)를 덮어줌으로써 상기 광원부(110)를 외부환경으로부터 보호할 수 있다.
이와 같은 보호커버(130)는 상기 히트싱크(120)의 일면에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 히트싱크(120) 및 보호커버(130)는 도 3, 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이 체결부재(170)가 통과할 수 있도록 서로 대응되는 위치에 관통형성되는 적어도 하나의 체결공(124,133)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 보호커버(130)는 상기 체결부재(170)를 매개로 상기 히트싱크(120)와 착탈가능하게 결합될 수 있다.
여기서, 상기 체결부재(170)는 체결공(124,133)의 내면에 형성된 나사부를 통하여 나사결합 방식으로 고정될 수도 있고 상기 체결부재(170)의 일측에 결합되는 별도의 너트부재 등과 같은 고정부재를 매개로 고정될 수도 있다.
또한, 상기 보호커버(130)는 상기 보호커버(130)와 접촉되는 테두리 측에 기밀성을 향상시킬 수 있도록 오링과 같은 기밀부재(140)가 배치될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 상기 보호커버(130)가 히트싱크(120)와 체결부재(170)를 매개로 서로 결합된 경우 상기 기밀부재(140)를 통하여 결합된 틈새로 수분이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 보호커버(130)는 상기 엘이디(111)와 대응되는 영역에 상부로 볼록하게 형성되는 볼록부(131)를 포함할 수 있으며, 상기 볼록부(131)는 상기 엘이디(111)와 대면하는 대향면 상에 상기 엘이디(111)를 수용하기 위한 수용공간(132)이 인입형성될 수 있다.
이를 통해, 상기 보호커버(130)가 히트싱크(120)와 체결되는 경우 상기 엘이디(111)가 회로기판(112)으로부터 일정높이 돌출되더라도 상기 엘이디(111)는 돌출높이가 수용공간(132)에 의해 수용될 수 있다. 이에 따라, 상기 보호커버(130)는 테두리 측이 상기 히트싱크(120)와 원활하게 밀착될 수 있다.
본 발명에서, 상기 광원부(110)가 복수 개의 엘이디(111)를 포함하는 경우 상기 보호커버(130)는 상기 볼록부(131)가 상기 복수 개의 엘이디(111)와 대응되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 복수 개의 엘이디(111)를 각각 수용하기 위한 복수 개의 수용공간(132)은 서로 대면하는 보호커버(130)와 히트싱크(120) 사이에 형성된 공기 유동공간(S)을 통하여 서로 연통될 수 있다.
이를 위해, 상기 보호커버(130)는 상기 히트싱크(120)와의 결합시 상기 공기 유동공간(S)을 형성할 수 있도록 상기 회로기판(112)과의 간격을 유지하기 위한 적어도 하나의 돌출부(134)를 포함할 수 있다. 이와 같은 돌출부(134)는 상기 보호커버(130)의 일면으로부터 돌출형성될 수 있으며, 더욱 자세하게는 상기 히트싱크(120)와 대면하는 보호커버(130)의 일면으로부터 돌출형성될 수 있다. 이에 따라, 서로 대면하는 보호커버(130)의 일면 및 히트싱크(120)의 일면 사이에는 상기 돌출부(134)를 통하여 공기가 이동할 수 있는 공기 유동공간(S)이 형성됨으로써 복수 개의 수용공간(132)이 서로 연통될 수 있다.
일례로, 상기 돌출부(134)는 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 길이를 갖는 바형상으로 구비될 수 있으며, 상기 돌출부(134)는 상기 보호커버(130)의 전체 폭 또는 전체길이보다 상대적으로 짧은 길이를 가질 수 있다.
더불어, 상기 돌출부(134)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 복수 개의 돌출부(134)는 서로 간격을 두고 이격배치될 수 있다. 그러나 상기 돌출부(134)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 도트형으로 구비될 수도 있으며, 서로 대면하는 회로기판(112)과 보호커버(130) 사이에 소정의 간격을 형성할 수 있는 형태라면 모두 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 에어벤트부(150,250,350)는 상기 공기 유동공간(S) 내에 존재하는 공기가 외부로 이동할 수 있는 통로역할을 수행할 수 있다. 이를 통해, 상기 공기 유동공간(S)의 내부압력은 외부의 압력과 평형상태를 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 수용공간(132)에 존재하는 공기는 상기 엘이디(111)의 발광시 발생하는 열에 의해 승온될 수 있으며, 승온된 공기는 상기 공기 유동공간(S)을 따라 유동될 수 있다. 이에 따라, 상기 엘이디(111)에서 발생한 열에 의해 각각의 수용공간(132)에서 승온된 공기는 상기 공기 유동공간(S)을 통해 이동함으로써 서로 합쳐질 수 있다. 이와 같은 공기의 대류를 통해 소정의 시간이 경과한 후 복수 개의 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)에 존재하는 공기는 모두 승온된 상태로 변경될 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S) 내에서 승온된 공기는 평형상태를 유지하기 위하여 부피를 증가시킴으로써 압력을 낮추려는 경향이 발생한다.
만약, 상술한 과정을 통해 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S) 내에 존재하는 공기의 온도가 상승하는 경우 서로 연통된 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)이 완전히 밀폐된 상태라면 승온된 공기의 부피가 증가함으로써 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)의 내부압력이 증가한다. 이에 따라, 공기의 온도 상승을 통해 증가한 내부압력은 상호 결합된 부분 중 약한 부분을 밀어내는 외력으로 작용함으로써 상호 결합된 부분의 내구성을 취약하게 할 수 있다.
특히, 기밀성을 높이기 위하여 상기 보호커버(130) 및 히트싱크(120) 사이에 고무재질로 이루어진 기밀부재(140)가 배치되는 경우, 상기 기밀부재(140)는 재질의 특성상 강도가 약하기 때문에 증가한 내부압력에 의해 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 기밀부재(140)는 상기 광원부(110)의 작동여부에 따라 반복적인 변형이 발생될 수 있다. 즉, 상기 기밀부재(140)는 광원부(110)의 작동시 증가한 압력을 통해 변형될 수 있고 상기 기밀부재(140)는 상기 광원부(110)가 작동하지 않는 경우 내부압력이 감소되어 원상태로 복원될 수 있다.
이로 인해, 상기 기밀부재(140)는 반복적인 변형 및 복원 과정에서 발생되는 스트레스에 의해 복원력이 상실되는 경우 최초의 기밀성을 유지하지 못할 수 있다.
본 발명에서는 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)에 존재하는 공기가 상기 에어벤트부(150,250,350)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이를 통해, 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)에 존재하는 공기의 온도가 변경되더라도 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)의 내부압력은 상기 공기의 온도 변화에 맞춰 유연하게 변경될 수 있다. 이로 인해, 상기 수용공간(132) 및 공기 유동공간(S)의 내부압력은 항상 외기 압력과 평형상태를 유지할 수 있다.
이를 위해, 상기 에어벤트부(150,250,350)는 상기 공기 유동공간(S)과 연통되도록 관통형성되는 이동로(151)와, 상기 이동로(151)의 개방된 단부를 덮는 벤트부재(152)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 벤트부재(152)는 통기성 및 투습성을 갖는 멤브레인일 수 있으며, 상기 멤브레인은 나노섬유 집적체로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 상기 벤트부재(152)를 통해 공기가 자유롭게 유,출입될 수 있음으로써 상기 공기 유동공간(S)의 내부압력과 외기의 압력을 평형상태로 유지할 수 있다. 더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 상기 벤트부재(152)를 통해 외부로부터 상기 공기 유동공간(S) 측으로 수분이 유입되는 것을 차단할 수 있음으로써 습기와 같은 수분의 침투에 의한 전자부품의 산화를 방지하면서도 상기 공기 유동공간(S)에 존재하는 수증기가 외부로 배출될 수 있다. 이를 통해, 상기 보호커버(130)의 표면에 발생할 수 있는 결로 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에서, 상기 벤트부재(152)의 일례로써 통기성 및 투습성을 갖는 나노섬유 집적체를 예시하였으나, 상기 벤트부재(152)를 이에 한정하는 것은 아니며 내부의 공기를 외부로 배출하기 위하여 통상적으로 사용되는 공지의 모든 재료가 사용될 수 있다.
한편, 도면에는 상기 에어벤트부(150,250,350)가 하나로 구비되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 에어벤트부(150,250,350)는 상기 공기 유동공간(S)과 연통되도록 적어도 한 개 이상 설치될 수 있다. 또한, 상기 공기 유동공간(S)이 서로 격리된 복수 개의 공간으로 형성되는 경우 상기 에어벤트부(150,250,350)는 서로 격리된 복수 개의 공간과 적어도 일대일로 매칭되는 개수로 설치될 수 있다. 더불어, 상기 에어벤트부(150,250,350)의 설치위치 및 설치개수는 설계조건에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
구체적인 일례로써, 상기 에어벤트부(150)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트싱크(120) 측에 구비될 수 있다.
즉, 상기 이동로(151)는 상기 공기 유동공간(S)과 연통되도록 상기 히트싱크(120)에 관통형성될 수 있으며, 상기 벤트부재(152)는 상기 이동로(151)의 개방된 상부를 덮도록 히트싱크(120)의 일면에 부착될 수 있다.
이때, 상기 벤트부재(152)는 상기 이동로(151)의 개방된 단부의 면적보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있으며, 상기 이동로(151)는 적어도 일부가 상기 회로기판(112)과 중첩되지 않는 위치에 형성될 수 있다.
다른 예로써, 상기 에어벤트부(250)는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 히트싱크(120) 측에 결합되는 케이블고정구(160)에 구비될 수 있다.
즉, 상기 이동로(151)는 상기 공기 유동공간(S)과 연통되도록 상기 케이블고정구(160)의 높이방향을 따라 관통형성될 수 있으며, 상기 벤트부재(152)는 상기 이동로(151)의 개방된 단부를 덮도록 상기 케이블고정구(160)의 일면에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 케이블고정구(160)는 높이방향을 따라 통과공(162)이 관통형성될 수 있으며, 외부전원을 상기 커넥터(113)와 전기적으로 연결하기 위한 케이블(C)은 상기 통과공(162)에 끼워질 수 있다. 또한, 상기 케이블고정구(160)는 상기 히트싱크(120)에 형성되는 케이블삽입공(125)에 삽입될 수 있다. 이와 같은 케이블고정구(160)는 상기 케이블(C)을 고정하는 역할과 함께 외부의 수분이 상기 광원부(110) 측으로 유입되는 것을 방지하는 밀폐부재의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
이와 같은 경우, 전술한 실시예와 비교할 때 히트싱크(120) 자체를 변경하거나 이동로(151)를 형성하기 위한 별도의 가공이 불필요하므로 제품의 신뢰성 및 생산성을 높일 수 있다.
또 다른 예로써, 상기 에어벤트부(350)는 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 상기 보호커버(130)에 구비될 수 있다.
즉, 상기 이동로(151)는 상기 공기 유동공간(S)과 연통되도록 상기 보호커버(130)에 관통형성될 수 있으며, 상기 벤트부재(152)는 상기 이동로(151)의 개방된 단부를 덮도록 상기 보호커버(130)의 내면에 부착될 수 있다.
한편, 상기 히트싱크(120)의 표면을 덮는 절연성 방열코팅층(126)은 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분 및 절연성 방열필러를 포함할 수 있다. 이때, 상기 절연성 방열필러는 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 25~70 중량부로 포함될 수 있다.
여기서, 상기 주제수지는 코팅층을 형성하기 위한 것으로, 당업계에 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
다만, 상기 주제수지는 상기 베이스기재(121)와의 접착성, 열에 의해 취화 되지 않는 내열성, 전기적 자극에 의해 취화되지 않는 절연성, 기계적 강도, 절연성 방열필러와의 상용성 개선에 따른 방열성능을 향상시키고 방열필러의 분산성을 향상시킬 수 있도록 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로써, 상기 에폭시 수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형(linear Aliphatic) 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 에폭시 수지일 수 있다.
더불어, 방열특성, 절연성 방열코팅층의 내구성 향상 측면, 절연성 방열코팅층의 표면품질 향상의 측면 및 방열필러의 분산성 향상을 고려할 때, 상기 주제수지는 후술하는 절연성 방열필러, 특히 그 중에서도 탄화규소와의 상용성이 매우 좋은 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅층 형성성분은 상술한 주제수지로 사용될 수 있는 에폭시 수지와 함께 경화제를 포함할 수 있으며, 상기 경화제는 선택될 수 있는 에폭시 수지의 종류에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 일례로, 상기 경화제는 당업계에 공지된 경화제일 수 있고, 바람직하게는 지방족 폴리아민계 경화제, 방향족 폴리아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 촉매계 경화제 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
한편, 상기 코팅층 형성성분은 경화제가 제1경화제 및 제2경화제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1경화제는 지방족 폴리아민계 경화제를 포함할 수 있고, 상기 제2경화제는 방향족 폴리아민계, 산무수물계 경화제 및 촉매계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이를 통해, 상기 경화제는 후술하는 절연성 방열필러, 그 중에서도 탄화규소와의 상용성 향상에 매우 유리할 수 있고, 절연성 방열코팅층의 접착성, 내구성, 표면품질 등 모든 물성에서 유리할 수 있다. 더불어, 상기 경화제는 방열 코팅조성물이 적용되는 피착면이 평활한 평면이 아닌 굴곡지거나 단차진 부분에 적용되더라도 상기 절연성 방열코팅층에 크랙이 발생하거나 상기 절연성 방열코팅층이 상기 피착면으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 경화제는 제1경화제 및 제2경화제가 1:0.5 ~ 1.5의 중량비일 수 있고, 바람직하게는 1:0.6 ~ 1.4의 중량비일 수 있다. 이를 통해, 상기 절연성 방열코팅층은 더욱 향상된 물성을 발현할 수 있다.
만약, 상기 제1경화제 및 제2경화제의 중량비가 1:0.5 미만이면 베이스기재(121)와의 부착강도가 약해질 수 있고, 상기 제1경화제 및 제2경화제의 중량비가 1:1.4를 초과하면 코팅 도막의 탄성이 저하될 수 있으며 내구성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 코팅층 형성성분은 상기 경화제가 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 25 ~ 100 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 상기 경화제가 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 40 ~ 80 중량부로 포함할 수 있다.
만약, 상기 경화제가 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 25 중량부 미만으로 구비되는 경우 수지가 미경화되거나 형성된 절연성 방열코팅층의 내구성이 저하될 수 있으며, 경화제가 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 100 중량부를 초과할 경우 형성된 절연성 방열코팅층에 크랙이 발생하거나 절연성 방열코팅층이 깨질 수 있다.
한편, 상기 절연성 방열필러는 그 재질에 있어서 절연성 및 방열성을 동시에 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 절연성 방열필러는 형상이나 크기에 제한이 없으며, 다공질이거나 비다공질일 수도 있으며, 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
일례로써, 상기 절연성 방열필러는 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 산화망간, 산화지르코니아 및 산화붕소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연성 방열필러는 우수한 절연 및 방열성능, 절연성 방열코팅층의 형성 용이성, 절연성 방열코팅층 형성 후 균일한 절연 및 방열성능, 절연성 방열코팅층의 표면품질 등 목적하는 물성의 달성을 용이하게 할 수 있도록 탄화규소일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열필러는 표면을 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질시킨 필러일 수 있다. 이때, 상기 관능기는 필러의 표면에 직접 결합될 수도 있고, 탄소수 1 ~ 20개의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소나 탄소수 6 ~ 14개의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소를 매개로 필러에 간접적으로 결합될 수도 있다.
더불어, 상기 절연성 방열필러는 카본계, 금속 등의 공지된 전도성 방열필러를 코어로 하고, 절연성 성분이 상기 코어를 둘러싸는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.
한편, 상기 절연성 방열필러는 평균입경이 10㎚ ~ 15㎛, 바람직하게는 30㎚ ~ 12㎛일 수 있다. 만약, 절연성 방열필러의 평균입경이 10㎚ 미만이면 제품의 단가가 상승할 수 있고, 절연성 방열코팅층으로 구현된 후 표면에 묻어나오는 절연성 방열필러의 양이 증가함으로써 방열성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 절연성 방열필러는 평균입경이 15㎛를 초과하면 표면의 균일성이 저하될 수 있다.
한편, 절연성 방열필러는 분산성을 향상시킬 수 있도록 D50과 D97의 비율이 1:4.5이하, 바람직하게는 1:1.2 ~ 3.5일 수 있다. 만약, D50과 D97의 비율이 1:4.5를 초과하면 표면의 균일성이 저하될 수 있고, 방열필러의 분산성이 좋지 않아 방열효과가 균일하게 나타나지 않을 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 절연성 방열필러는 입경이 상대적으로 큰 입자를 포함하기 때문에 열전도도는 상대적으로 높을 수 있으나 목적하는 방열특성을 구현하지 못할 수 있다.
여기서, 상기 D50 및 D97은 체적누적입도 분포에서 각각 누적도 50% 및 97%일 때의 절연성 방열필러의 입경을 의미한다. 구체적으로 가로축과 세로축에 입경이 제일 작은 것으로부터의 체적 누적 빈도를 취한 그래프(체적 기준의 입경 분포)에 있어서, 상기 D50 및 D97는 전체 입자의 체적 누적값(100%)에 대하여 제일 작은 입경으로부터 체적%의 누적값이 각각 50% 및 97%에 해당하는 입자의 입경을 의미한다. 상기 절연성 방열필러의 체적누적입도분포는 레이저 회절 산란 입도 분포 장치를 사용하여 측정할 수 있다.
한편, 상기 절연성 방열필러의 평균입경은 절연성 방열코팅층의 도막 두께에 따라 입경이 변경될 수 있다. 일례로, 상기 절연성 방열코팅층의 두께를 25㎛로 형성하는 경우 상기 절연성 방열필러의 평균입경은 1 ~ 7㎛일 수 있고, 상기 절연성 방열코팅층의 두께를 35㎛로 형성하는 경우 상기 절연성 방열필러의 평균입경은 8 ~ 12㎛일 수 있다. 다만, 상기 절연성 방열필러는 조성물 내에서 방열필러의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있도록 상술한 방열필러의 평균입경 범위 및 상기 D50과 D97의 비율범위를 모두 만족하는 절연성 방열필러를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연성 방열 코팅조성물은 물성증진성분을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 물성증진성분은 상기 절연성 방열코팅층(126)이 베이스기재(121)에 코팅되는 경우 절연성 및 방열성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 뛰어난 접착성을 발현함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 물성증진성분은 실란계 화합물일 수 있으며, 당업계에서 채용하는 실란계 화합물이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
한편, 상술한 절연성 방열 코팅조성물은 빛, 공기, 수분 또는 극한의 온도에 의한 색의 손실 감소를 최소화할 수 있도록 착색제를 포함할 수 있고, 도막 표면의 안정성을 구현할 수 있도록 소광제를 더 포함할 수 있으며, 난연성을 향상시키기 위한 난연제를 더 포함할 수 있다.
더하여, 상기 절연성 방열 코팅조성물은 절연성 방열필러의 분산성을 향상시키고 균일한 코팅층을 구현할 수 있도록 분산제 및 용매를 포함할 수 있으며, UV에 의한 황변을 방지할 수 있도록 UV 안정제를 더 포함할 수 있다.
더불어, 상기 절연성 방열 코팅조성물은 코팅 건조 도막의 변색 방지, 산화에 의한 취성, 부착 강도 등의 물성 저하를 방지할 수 있도록 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열 코팅조성물은 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제, 등의 각종 첨가제의 1종류 또는 2종류 이상이 첨가될 수도 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
절연성 방열코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 주제수지의 화합물 100 중량부에 대하여 경화제가 60중량부로 포함되었다. 이때, 상기 경화제는 제1경화제인 폴리에틸렌폴리아민과 제2경화제인 2,4,6-트리스[N,N-디메틸아미노]메틸]페놀이 1:1의 중량비로 구성된다. 또한, 절연성 방열코팅 조성물은 절연성 방열필러로서 평균입경이 5㎛이고 D50과 D97의 비율이 1:1.6인 탄화규소 47 중량부를 사용하였다. 또한, 절연성 방열코팅 조성물은 상기 주제수지, 경화제 및 절연성 방열필러와 함께 에폭시계 실란화합물인 물성증진성분(Shanghai Tech Polymer Technology, Tech-7130) 3 중량부, 착색제로 탈크(Talc)를 44 중량부, 소광제로 이산화 티타늄을 44 중량부, 난연제 트리징크 비스(오르토포스페이트) 22 중량부, UV 안정제로 2-(2'-하이드록시-3, 5'-디(1, 1-디메틸벤질-페닐)-벤조트리아졸 0.5 중량부, 산화방지제로 2-하이드록시페닐벤조티아졸 1 중량부, 분산제(이소부틸알데하이드와 우레아의 축합물) 5 중량부, 용매로 1-뷰탄올 13 중량부, n-부틸 아세테이트 13 중량부, 2-메톡시-1-메틸에틸 아세테이트 13 중량부, 메틸에틸케톤 9 중량부, 에틸 아세테이트 37 중량부, 톨루엔 9 중량부, 4-메틸-2-펜탄온 43 중량부, 자일렌 103 중량부를 혼합한 후 교반하여 혼합물을 형성하였다. 이후, 혼합물 내에 포함된 기포를 제거하였고, 최종 점도를 25℃ 기준 100 ~ 130 cps로 제조하여 하기 표 1과 같은 절연성 방열코팅 조성물을 제조하였고, 이후 5℃에서 저장하였다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018004232-appb-I000001
상기 R1 ~ R4는 각각 메틸기이고, 상기 n은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량평균분자량이 2000이도록 하는 유리수이다.
<실시예 2 ~ 13>
실시예 1과 동일하게 제조하되, 하기 표 1 및 표 2와 같이 절연성 방열필러의 평균입경, 입도분포, 경화제의 중량비 등을 변경하여 절연성 방열 코팅조성물을 제조하였다.
<비교예 1 ~ 3>
실시예 1과 동일하게 제조하되, 하기 표 3과 같이 절연성 방열필러의 함량 등을 변경하여 절연성 방열 코팅조성물을 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 및 비교예에서 제조된 방열 코팅조성물을 알루미늄 재질(Al 1050)로 이루어지고 두께 1.5㎜, 가로 35㎜, 세로 34㎜인 크기의 기재 표면에 최종 두께가 25㎛가 되도록 스프레이를 통해 코팅하였다. 그런 다음, 표면에 방열 코팅조성물이 코팅된 기재를 150℃의 온도에서 10분간 열처리함으로써 절연성 방열코팅층이 형성된 방열유닛을 제조한 후, 하기의 물성을 평가하였다. 하기 표 1 내지 표 3은 각 평가항목에 대한 결과값이다.
1. 열전도성 평가
가로, 세로, 높이 각각 32㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛에 열원으로 가로, 세로 각각 20㎜×20㎜의 LED를 TIM(열전도성 테이프 : 1W/mk)을 사용하여 붙여서 시험시편을 제조하였다. 제조된 시편의 열원에 2.1W(DC 3.9V, 0.53A)의 입력전력을 인가하여 열을 발생시키고, 90분 유지한 후 방열유닛의 온도를 측정하여 열전도율을 평가하였다. 구체적으로 열전도율은 방열코팅층이 구비되지 않은 기재에 대해 동일 조건에서 측정한 온도를 기준으로 하여 하기 수학식 1에 따라서 계산하였다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018004232-appb-I000002
2. 열방사성 평가
가로, 세로, 높이 각각 32㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛에 열원으로 가로, 세로 각각 20㎜×20㎜의 LED를 TIM(열전도성 테이프 : 1W/mk)을 사용하여 붙여서 시험시편을 제조하였다. 제조된 시편의 열원에 2.1W(DC 3.9V, 0.53A)의 입력전력을 인가하여 열을 발생시키고, 90분 유지한 후 방열유닛 정중앙의 상부 5cm 지점의 온도를 측정하여 열방사율을 평가하였다. 구체적으로 열방사율은 절연성 방열코팅층이 구비되지 않은 기재에 대해 동일 조건에서 측정한 온도를 기준으로 하여 하기 수학식 2에 따라서 계산하였다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018004232-appb-I000003
3. 방열성능의 균일성 평가
가로, 세로, 높이 각각 32㎝×30㎝×30㎝인 아크릴 챔버 중앙에 방열유닛을 위치시킨 후 챔버 내부의 온도와 방열유닛의 온도를 25±0.2℃, 챔버 내부의 습도를 50%가 되도록 조절하였다. 이후 방열유닛에 열원으로 가로, 세로 각각 20㎜×20㎜의 LED를 TIM(열전도성 테이프 : 1W/mk)을 사용하여 붙여서 시험시편을 제조하였다. 제조된 시편의 열원에 2.1W(DC 3.9V, 0.53A)의 입력전력을 인가하여 열을 발생시키고, 90분 유지한 후, 방열유닛 상부면 정중앙을 중심점으로 하는 반경 15㎜의 원 위의 임의의 10개 점에서의 온도를 측정하여 하기 수학식 3에 따라 발열온도의 오차를 계산하였다. 오차가 작을수록 방열성능이 균일하다고 볼 수 있고, 절연성 방열코팅층의 방열필러 분산성이 높다고 해석할 수 있다. 발열온도의 오차 중 최대 값을 하기 표 1 내지 3에 나타내었다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2018004232-appb-I000004
4. 내구성 평가
온도가 60℃, 상대습도가 90%인 챔버 내에 방열유닛을 배치한 후 480시간 경과 후 방열유닛의 표면상태를 육안으로 평가하였다. 평가결과 절연성 방열코팅층의 크랙, 박리(들뜸) 유무를 확인하여 이상이 없는 경우를 ○, 이상이 발생한 경우를 ×로 나타내었다.
5. 접착성 평가
내구성을 평가한 시편에 대하여 1㎜ 간격이 되도록 나이프로 크로스 커팅을 했다. 이후 커팅면에 스카치테이프를 부착하고 60° 각도로 잡아당겨 절연성 방열코팅층이 박리되는 상태를 확인한다. 평가기준은 ISO 2409에 의거하여 평가했다. (5B: 0%, 4B: 5%이하, 3B: 5~15%, 2B: 15~35%, 1B: 35~65%, 0B: 65%이상)
6. 표면품질평가
방열유닛의 표면품질을 확인하기 위하여, 손으로 표면을 만져보아 울퉁불퉁하거나 거친 느낌이 있는지 확인하였다. 매끄러운 느낌이 있는 경우 5, 거친 느낌이 있는 부분의 면적이 방열유닛 외부면 전체 면적 중 2% 이하일 경우 4, 2% 초과 5% 이하의 면적일 경우 3, 5% 초과 10% 이하의 면적일 경우 2, 10% 초과 20% 이하의 면적일 경우 1, 20%초과의 면적일 경우 0으로 나타내었다.
Figure PCTKR2018004232-appb-T000001
Figure PCTKR2018004232-appb-T000002
Figure PCTKR2018004232-appb-T000003
위의 표 1 내지 표 3에서 확인할 수 있듯이, 제1경화제 및 제2경화제의 중량비가 본 발명의 바람직한 범위 내에 있는 실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6에서는 이를 만족하지 못하는 실시예 2 및 실시예 5에 비하여 접착성 및 내구성이 동시에 달성되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 절연성 방열필러의 평균입경이 본 발명의 바람직한 범위 내에 있는 실시예 1, 실시예 9 및 실시예 10에서는 이를 만족하지 못하는 실시예 8 및 실시예 11에 비하여 열방사효율, 열전도율 및 표면품질이 동시에 달성되는 것을 확인할 수 있다.
또한, D50 및 D97의 비가 본 발명의 바람직한 범위 내에 있는 실시예 1 및 실시예 12에서는 이를 만족하지 못하는 실시예 13에 비하여 분산성, 표면품질, 열방사효율 및 접착성이 동시에 달성되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 절연성 방열필러의 함량이 본 발명의 바람직한 범위 내에 있는 실시예 1 내지 실시예 3에서는 이를 만족하지 못하는 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 방열성능, 표면품질이 동시에 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 절연성 방열필러를 포함하지 않는 비교예 3은, 실시예 1에 비하여 현저하게 열방사성이 낮은 것을 확인할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디모듈(100,200,300)은 조명이 필요한 실내나 실외에 모두 설치될 수 있다. 일례로, 엘이디모듈(100,200,300)은 주차장이나 터널 등과 같은 실외에 설치되어 가로등, 보안등, 투과등, 조명등으로 사용될 수 있으며, 사무실이나 주거공간에 설치되는 실내등으로도 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 회로기판의 일면에 실장되는 적어도 하나의 엘이디를 포함하는 광원부;
    상기 광원부를 지지하고 상기 광원부에서 발생하는 열을 방출하는 베이스기재와, 상기 베이스기재의 외부면에 도포되는 절연성 방열코팅층을 포함하는 히트싱크;
    상기 엘이디와 대응되는 영역에 형성되는 볼록부를 포함하고, 상기 광원부를 외부환경으로부터 보호하도록 상기 히트싱크의 일면에 결합되는 보호커버;
    상기 광원부와 보호커버 사이에 형성된 공기 유동공간; 및
    상기 공기 유동공간과 외부와의 통로를 제공하되, 이물질 및 수분의 이동은 차단하고 공기는 통과시켜 상기 공기 유동공간의 내부압력과 외기의 압력을 평형상태로 유지하기 위한 적어도 하나의 에어벤트부;를 포함하는 엘이디모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호커버는 상기 히트싱크와의 결합시 상기 공기 유동공간을 형성하도록 상기 회로기판과의 간격을 유지하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 보호커버의 일면으로부터 형성되는 엘이디모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 엘이디와 대면하는 대향면에 상기 엘이디를 수용하도록 형성된 수용공간을 포함하고,
    상기 수용공간은 상기 엘이디에서 발생한 열에 의해 가열된 공기가 상기 공기 유동공간을 따라 유동된 후 상기 에어벤트부를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 공기 유동공간과 연통되는 엘이디 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 상기 히트싱크에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로의 개방된 상부를 덮도록 상기 히트싱크의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함하는 엘이디모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 에어벤트부는 적어도 일부가 상기 회로기판과 중첩되면서 상기 공기 유동공간과 연통되는 위치에 배치되는 엘이디모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 상기 보호커버에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로를 덮도록 상기 보호커버의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함하는 엘이디모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는 케이블이 연결된 커넥터를 매개로 외부전원과 전기적으로 연결되고,
    상기 케이블은 길이 중간이 상기 히트싱크에 착탈가능하게 결합되는 케이블고정구에 연결되며,
    상기 에어벤트부는 상기 공기 유동공간과 연통되도록 상기 케이블고정구에 관통형성되는 이동로와, 상기 이동로를 덮도록 상기 케이블고정구의 일면에 부착되는 벤트부재를 포함하는 엘이디모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 에어벤트부는 통기성 및 투습성을 갖는 나노섬유 집적체로 이루어진 벤트부재를 포함하는 엘이디모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 베이스기재로부터 일방향으로 형성되는 판상의 방열핀을 포함하고,
    상기 방열핀은 외부면에 외기와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 적어도 하나의 돌기부가 형성되는 엘이디모듈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 절연성 방열코팅층은 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분; 및
    상기 주제수지 100 중량부에 대하여 25~70 중량부로 포함되는 절연성 방열필러;를 포함하는 엘이디모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 절연성 방열필러는 탄화규소를 포함하는 엘이디모듈.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 절연성 방열필러는 평균입경이 10nm ~ 15㎛이고, D50과 D97의 비율이 1:4.5이하인 엘이디모듈.
    (여기서, D50 및 D97은 체적누적입도 분포에서 각각 누적도 50% 및 97%일 때의 절연성 방열필러의 입경을 의미함.)
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는, 소정의 면적을 갖는 판상의 회로기판과 상기 회로기판의 일면에 실장되는 복수 개의 엘이디를 포함하는 평판형인 엘이디모듈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스기재는 금속재질인 엘이디모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 엘이디 모듈을 포함하는 엘이디 조명장치.
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