KR101257283B1

KR101257283B1 - Ｌｅｄ 조명등의 방열체

Info

Publication number: KR101257283B1
Application number: KR1020110125982A
Authority: KR
Inventors: 김현직
Original assignee: (주)에코비; 김현직; 유한회사 대동
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-04-23
Anticipated expiration: 2031-11-29

Abstract

본 발명은, 점등시에 LED 조명등에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방열할 수 있는 히트싱크 및 케이스를 구비한 LED 조명등의 방열체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체는, LED 모듈의 상면에 설치되며, 제1 방열핀 및 제2 방열핀이 형성된 히트싱크; 상기 히트싱크의 상부에 위치하여, 상기 히트싱크를 수용하는 상부 케이스; 상기 상부 케이스와 결합되어, 상기 히트싱크가 수용되는 내부 공간을 형성해 주는 하부 케이스; 를 포함하며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 패킹을 삽입하여 나사 결합되는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, LED 모듈은, 상기 히트싱크의 하면에 열전도성 패드로 부착되는 PCB기판 및 상기 PCB기판에 배열되는 LED 소자를 포함하며, 상기 제2 방열핀은 히트싱크의 중앙부에 종(縱)방향으로 일정한 간격으로 배열되고, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀의 양측에 일정한 간격으로 배열되며, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀 보다 높이가 높게 형성된다. 또한, 상기 상부 케이스의 상면은 평판 형상으로, 중앙부에는 종방향으로 요부가 형성되며, 요부의 양측 상면에는 일정한 간격으로 통공이 형성되고, 상기 제2 방열핀의 상면과 상기 상부 케이스의 요부 하면 사이에는 열전도성 패드가 삽입되어 접착된다.

Description

ＬＥＤ 조명등의 방열체{RADIATOR OF LED LIGHT}

본 발명은 LED 조명등의 방열체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점등시에 LED 조명등에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방열할 수 있는 히트싱크 및 케이스를 구비한 LED 조명등의 방열체에 관한 것이다.

일반적으로 조명등은 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 야간에 실내나 실외에서 물체를 식별할 수 있도록 광을 제공하거나 물체를 조사하기 위해 사용되는데, 최근에는 실내 장식이나 다양한 색 연출을 위하여 조명을 이용하고 있으며, 지금까지 조명등으로 백열등, 형광등, 할로겐등, 수은등, 나트륨등, 메탈할라이드등을 사용해 왔다.

그러나, 백열등은 가격은 저렴하나 수명이 짧고, 발광효율이 떨어지며, 휘도가 높아 사용자에게 눈부심을 일으키고, 또한 많은 열이 발생한다. 형광등은 백열 전구보다 에너지 효율은 높아 전력소비는 적으나, 점등대기 시간이 길고, 수명이 짧은 단점이 있다. 또한 나트륨등, 수은등, 메탈할라이드등은 전력소비가 크고, 눈부심을 일으킬 수 있으며, 수명 또한 길지 못한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 수명이 반 영구적이고, 소비전력이 적으면서 고효율의 조도를 얻을 수 있는 LED(lighting emitting diode)를 이용한 조명등이 개발되고 있으며, 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

LED 조명은 빠른 처리속도와 낮은 전력소모 등의 장점을 가지며, 친환경적이고 에너지 효율도 높아서 이용도가 점차 늘어가는 추세이다. 또한, LED를 이용한 조명등은 일반 조명등에 비해 60∼80%의 전력이 절감되며 50,000 시간 이상의 반영구적인 수명을 가지며 사용자에게 눈부심이 발생하지 않기 때문에 조명등으로 각광을 받고 있는 추세이다.

그러나, 이와 같은 LED 조명등은 인쇄회로기판에 하나의 LED를 실장하거나 여러개의 LED를 실장하여 사용하기 때문에 발열량이 크므로, 일정 시간 사용시에 내부에서 발생되는 열을 외부로 원활하게 배출시키거나 제거시키지 못하면 효율이 저하되고, 장시간 계속 사용시에는 수명이 단축되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 출현한 기술 중 하나가 실용신안등록 제336197호 인데, 상기 실용신안은 LED가 점등시 발생되는 열을 강제로 순환 및 배출시키기 위해 별도로 소형의 냉각팬을 설치하여 작동시켜서 LED 조명을 냉각시키는 방법인데, 상기 방법은 기계적 냉각 구성요소인 팬을 사용하므로 구성이 복잡하고, 제조 원가가 상승되며, 고장이 생기기 쉽고, 시스템의 부피가 커지며, 또한 냉각팬의 작동으로 인하여 부가적인 열이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 히트싱크를 이용한 LED에서 발생하는 열을 방출시키는 방법이 공개 특허 제2011-0054428호 인데, 도 1을 참조하여, 히트싱크가 부착된 LED 조명장치에 대하여 설명하면, 전원이 인가되어 LED 광원(1)이 점등되면, 셰이드(2) 내에 배치된 LED 소자(3)에서 빛을 발하고, 상기 LED 소자(3)가 점차 가열되면서 LED 광원(1) 전체에서 발생되는 열이 히트싱크(4)의 다수의 방열핀(5) 통해서 외부로 방출된다.

상기와 같이 LED 광원(1)에서 발생하는 열이 히트싱크(4)로 전도되어 외부의 공기와 열교류됨으로써 LED 광원(1)에서 발생한 열을 냉각시키는 방식이다. 상기와 같이 히트싱크를 이용한 냉각 방법은 유지 보수 비용은 절감은 되나, 이와 같은 히트싱크가 외부로 노출되는 구성 및 배치는 외부 충격으로 인한 파손의 위험성이 크며, 히트싱크에 이물질이 부착되기 쉬우므로 최적의 냉각효율을 달성하는데 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, LED 조명등 점등시 발생되는 열을 원할하게 배출하여 제거시켜 LED 조명등의 조명효율을 향상시키고 수명을 연장시키고, 또한 냉각팬과 같은 다른 기계적 냉각 요소를 사용하지 않아 유지 및 보수 비용이 절감되며, 열을 보다 효율적으로 방열할 수 있어 최적의 냉각효율을 구현하는 히트싱크 및 케이스 구조를 구비한 LED 조명등의 방열체를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체는, LED 모듈의 상면에 설치되며, 제1 방열핀 및 제2 방열핀이 형성된 히트싱크; 상기 히트싱크의 상부에 위치하여, 상기 히트싱크를 수용하는 상부 케이스; 상기 상부 케이스와 결합되어, 상기 히트싱크가 수용되는 내부 공간을 형성해 주는 하부 케이스; 를 포함하며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 패킹을 삽입하여 나사 결합되는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, LED 모듈은, 상기 히트싱크의 하면에 열전도성 패드로 부착되는 PCB기판 및 상기 PCB기판에 배열되는 LED 소자를 포함하며, 상기 제2 방열핀은 히트싱크의 중앙부에 종(縱)방향으로 일정한 간격으로 배열되고, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀의 양측에 일정한 간격으로 배열되며, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀 보다 높이가 높게 형성된다. 또한, 상기 상부 케이스의 상면은 평판 형상으로, 중앙부에는 종방향으로 요부가 형성되며, 요부의 양측 상면에는 일정한 간격으로 통공이 형성되고, 상기 제2 방열핀의 상면과 상기 상부 케이스의 요부 하면 사이에는 열전도성 패드가 삽입되며, 하부 케이스의 중앙부는 LED 소자의 빛이 외부로 출사되는 개구가 형성되며, 각 모서리 측에는 나사를 수용하는 체결부가 형성되고, 개구 주위와 LED 모듈의 하면 사이에는 제1 씨일링 및 제2 씨일링이 설치되며, 상기 LED 모듈이 부착되지 않은 히트싱크의 하면과 하부 케이스 사이에는 열전도성 패드로 더 부착된다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른, LED 조명등의 방열체는, LED 모듈에서 발생한 열을 히트싱크의 방열핀을 통해서 외부 공기와의 접촉으로 방열시킬 수 있으며, 또한 일부 방열핀을 케이스와 직접 접촉시킴으로써, 케이스를 통해 방열을 실행할 수 있는 2가지의 방열 시스템으로 구성되어 있어서 최적의 냉각효율을 구현할 수 있으므로 LED 조명등의 수명을 연장시킬 수 있고, 냉각팬과 같은 다른 기계적 냉각 요소를 사용하지 않아 LED 조명등의 유지 및 보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 LED 조명등의 방열체를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 조명등의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체의 조립도이다.
도 4는 도 3의 a-a'를 따라 절개한 단면도이다.

점등시에 LED 조명등에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방열할 수 있는 히트싱크 및 케이스를 구비한 LED 조명등의 방열체에 관한 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 LED 조명등의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체의 조립도이며, 도 4는 도 3의 a-a'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체는, LED 모듈(12)의 상면에 설치되며, 제1 방열핀(111) 및 제2 방열핀(113)이 형성된 히트싱크(11); 상기 히트싱크(11)의 상부에 위치하여, 상기 히트싱크를 수용하는 상부 케이스(10); 상기 상부 케이스(10)와 결합되어, 상기 히트싱크(11)가 수용되는 내부 공간을 형성해 주는 하부 케이스(14); 를 포함하며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 패킹(17)을 삽입하여 나사(19) 결합된다.

상기 LED 모듈(12)은, 하나의 LED 소자(121) 또는 복수 개의 LED 소자가 PCB기판(122)에 실장되어 배열되어 있으며, 상기 PCB기판(122)은 열전도성 패드(thermal pad) 또는 열전도성 테이프로 히트싱크(11)의 하면에 부착된다. 상기 열전도성 패드는 높은 열전도계수와 낮은 열 저항을 지니므로, 열의 균일한 분산효과와 작업의 편이성, 전기 절연성 및 고온에 대한 기계적강도(전단, 인장강도)와 고온에 대한 점착력 유지가 우수하여 LED 모듈(11)에서 LED 소자(121)가 점등시 발생하는 열을 히트씽크(11)로 용이하게 전도시키며, 또한 LED 모듈(11)을 견고하게 히트싱크(11)에 부착시킬 수 있다. 상기 PCB기판은 합성수지 PCB기판일 수 있으며, 열 전달 효율이 우수한 메탈 PCB기판일 수도 있다.

상기 히트싱크(11)는 사출, 압출, 다이케스팅 등으로 제조될 수 있으며, 열 전도성이 우수한 알루미늄을 재료로 사용한다. 본 발명에서는 양산성이 좋고 가격이 저렴한 압출방식으로 제조하는 것이 바람직하다.

LED 모듈(11)에서 발생한 열은 히트싱크(11)로 전도되어 수직방향으로 다수의 핀 형태로 형성되는 방열핀을 통해서 외부로 방열되는데, 상기 방열핀 중에 상기 제2 방열핀(113)은 히트싱크(11)의 중앙부에 종(縱)방향으로 일정 간격으로 배열된다. 또한 상기 제1 방열핀(111)은 제2 방열핀(113)의 양측에 일정 간격으로 배열되는데, 상기 제1 방열핀(111)은 제2 방열핀(113) 보다 높이가 높게 구성된다. 즉, 히트싱크(11)에 형성되는 방열핀의 높이를 다르게 구성하는 것이다. 이와 같이 제2 방열핀(113)을 낮게 설계하는 이유는 전도열저항을 줄이기 위한 것이다.

상기 히트싱크(11)는 상부 케이스(10)에 수용되며, 하부 케이스(14)는 상기 상부 케이스(10)와 나사(19) 결합되어, 상기 히트싱크(11)가 수용되는 내부 공간을 형성하여 준다. 상기 상부 및 하부 케이스(10,14)는 알루미늄 프레스 방식으로 제조하는 것이 바람직한데, 상기 프레스 방식은, 예컨대 열전도율이 다이캐스팅(약 96W/m*k), 압출(약 150W/m*k) 보다 높은 약 210W/m*k가 되므로, 다이캐스팅이나 압출 방식보다 열전도율을 향상시킬 수 있다.

상기 상부 케이스(10) 상면은 평판 형상인데, 그 중앙부에는 종방향으로 요부(101)가 형성되어 있으며, 상기 요부(101)의 양측 상면에는 외부 공기가 자유롭게 유입될 수 있는 일정 간격으로 다수 개의 통공(18)이 형성된다. 상기 통공(18)으로 외부 공기가 자유롭게 출입할 수 있으므로, LED 모듈(11)에서 발생한 열이 방열핀(111)을 통해 외부 공기와 접촉되면서 열이 외부로 방열되는 것이다.

본 발명에서는 상기에서와 같이 제1 방열핀(111)과 제2 방열핀(113)의 높이를 다르게 구성하는데, 중앙부 종방향으로 위치한 높이가 낮은 제2 방열핀(113)은 통공(18)을 통해 들어오는 외부 공기와의 접촉으로도 LED 모듈(12)에서 발생한 열을 외부로 방열시키며, 또한 상기 제2 방열핀(113)의 상면과 상부 케이스(10)의 요부(101)의 하면 사이에는 열전도성 패드(112)가 삽입되어 서로 접착되는데, 상기와 같이 제2 방열핀(113)과 상부 케이스(10)를 열전도성 패드(112)를 통해 직접 접착함으로써, LED 모듈에서 발생한 열을 상부 케이스(10)로 직접 전도시켜서 외부로 방열하는 것이다.

또한 제1 방열핀(111)은 높이를 높게 구성으로써 상부 케이스(10)의 통공(18)을 통해서 들어오는 외부 공기와의 표면 접촉 면적이 크게 되어 열 방출을 원할하게 할 수 있다.

상기 하부 케이스(14)의 중앙부는 LED 소자(121)의 빛이 외부로 출사되는 개구(141)가 형성되며, 또한 각 모서리 측에는 나사(19)를 수용하는 체결부(142)가 형성된다. 상기 히트싱크(11) 및 LED 모듈(12)을 상부 케이스(10)에 수용한 후, 하부 케이스(14)와 상부 케이스(10) 사이에 패킹(17)을 삽입하여 상기 케이스들을 나사(19)로 결합시켜서 일체로 되는 전체 케이스를 구성하는데, 이때 나사(19)를 상부 케이스(10)의 상방에 형성된 나사구멍(도면부호 미도시)을 통해서 상기 체결부(142)에 체결시켜 상부 및 하부 케이스(10,14)를 일체화시킨다.

이때 상기 상부 케이스(10)와 하부 케이스(14) 사이에 패킹(17)을 삽입 설치하여 상기 케이스(10,14)사이의 밀봉성을 향상시킴으로써 외부 이물질이나 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한 LED 소자(121)는 개구(141)를 통해서 케이스 외부로 노출되는데, 본 발명에서는 상기 개구(141)의 갯수를 하나로 하고 있으나, LED 소자(121)가 복수 개인 경우에는 상기 LED 소자의 수와 대응하게 개구(141)를 구성할 수도 있다.

그리고, LED 모듈(12) 하면이 접하는 상기 개구(141) 주위와 LED 모듈(12)의 하면 사이에는 제1 씨일링(13) 및 제2 씨일링(16)을 설치하고 하부 케이스(14)를 나사(15)로 결합시킴으로서, 상기 하부 케이스와 LED 모듈 사이의 긴밀성을 향상시킬 수 있다. 또한 도 3 및 도 4 에서와 같이, 상기 하부 케이스(14)와 LED 모듈(12)이 부착되지 않은 히트싱크(11)의 하면과의 사이에 열전도성 패드(112)로 더 부착하여 히트싱크를 안정적으로 케이스에 고정시키고, 히트싱크(11)의 열을 하부케이스를 통해 직접 방열한다.

본 발명에 따른 LED 조명등의 방열체는, LED 모듈(12)에서 발생한 열을 히트싱크(11)의 방열핀(111,113)을 통해서 외부 공기와의 접촉으로 방열시킬 수 있으며, 또한 일부 방열핀(113)을 케이스와 직접 접촉시킴으로써, 케이스를 통해 방열을 실행할 수 있다. 즉 2가지의 방열 시스템으로 구성되어 있어서 효율적인 방열을 수행할 수 있다. 상기와 같은 구성은 다른 기계적 냉각 요소가 필요없어 LED 조명등의 유지 및 보수 비용이 절감되고, 히트싱크의 방열 효율을 더욱 향상시켜서 LED 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다. 본 발명에 따른 제품은 케이스를 알루미늄 프레스 방식으로 제조하면 기존에 주로 사용되는 알루미늄 다이캐스팅 방식보다 중량이 40% 이상 감량되고, 대량 생산에 따른 생산가를 낮출 수 있다는 결과를 도출하였다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10.상부 케이스 101.요부
11.히트싱크(heat sink)
111.제1 방열핀 112.열전도성 패드(thermal pad)
113.제2 방열핀
12.LED 모듈 121.LED 소자
122.PCB기판 13.제1 씨일링
14.하부 케이스 16.제2 씨일링
17.패킹 18.통공

Claims

LED 조명등의 방열체에 있어서,
상기 LED 조명등의 방열체는,
LED 모듈의 상면에 설치되며, 제1 방열핀 및 제2 방열핀이 형성된 히트싱크;
상기 히트싱크의 상부에 위치하여, 상기 히트싱크를 수용하는 상부 케이스;
상기 상부 케이스와 결합되어, 상기 히트싱크가 수용되는 내부 공간을 형성해 주는 하부 케이스;
를 포함하며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 패킹을 삽입하여 나사 결합되고, 상기 제2 방열핀은 히트싱크의 중앙부에 종(縱)방향으로 일정한 간격으로 배열되고, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀의 양측에 일정한 간격으로 배열되며, 상기 제1 방열핀은 제2 방열핀 보다 높이가 높으며, 상기 상부 케이스의 상면은 평판 형상으로, 중앙부에는 종방향으로 요부가 형성되고, 요부의 양측 상면에는 일정한 간격으로 통공이 형성되며, 상기 제2 방열핀의 상면과 상기 상부 케이스의 요부 하면 사이에는 열전도성 패드가 삽입되는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 방열체.
제 1항에 있어서,
상기 LED 모듈은,
상기 히트싱크의 하면에 열전도성 패드로 부착되는 PCB기판;
상기 PCB기판에 배열되는 LED 소자;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 방열체.
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 하부 케이스의 중앙부는 LED 소자의 빛이 외부로 출사되는 개구가 형성되며, 각 모서리 측에는 나사를 수용하는 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 방열체.
제 6항에 있어서,
상기 개구 주위와 LED 모듈의 하면 사이에는 제1 씨일링 및 제2 씨일링이 설치되는 것을 특징으로 LED 조명등의 방열체.
제 2항에 있어서,
상기 LED 모듈이 부착되지 않은 히트싱크의 하면과 하부 케이스 사이에는 열전도성 패드로 더 부착되는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 방열체.