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KR101646190B1 - 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 led 등기구 - Google Patents

채널 타입 방열 시스템을 포함하는 led 등기구 Download PDF

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KR101646190B1
KR101646190B1 KR1020140037249A KR20140037249A KR101646190B1 KR 101646190 B1 KR101646190 B1 KR 101646190B1 KR 1020140037249 A KR1020140037249 A KR 1020140037249A KR 20140037249 A KR20140037249 A KR 20140037249A KR 101646190 B1 KR101646190 B1 KR 101646190B1
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light emitting
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Abstract

본 발명은 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, LED 를 포함한 복수의 발광 소자; 상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부; 상기 방열부 및 상기 발광 소자가 수용되는 케이싱; 상기 케이싱과 연결되며 상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및 외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며, 상기 케이싱은 일 면이 개방된 개방면을 갖고, 상기 커버는 상기 개방면을 커버하게 연결되며, 상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 케이싱의 개방면을 통해 노출되며, 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되어 상기 개방면을 통해 노출되고, 상기 방열부는 서로 평행하게 연장되는 복수의 고랑부 및 상기 고랑부 사이에 형성되는 이랑부를 포함하며, 상기 케이싱은 복수의 통기구를 포함하고, 상기 통기 채널은 상기 이랑부로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱에 형성된 통기구로 구성되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에 관한 것이다.

Description

채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구 {LED LIGHT APPARATUS HAVING HEAT SINK}
본 발명은 LED 등기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, LED 를 포함한 복수의 발광 소자; 상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부; 상기 방열부 및 상기 발광 소자가 수용되는 케이싱; 상기 케이싱과 연결되며 상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및 외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며, 상기 케이싱은 일 면이 개방된 개방면을 갖고, 상기 커버는 상기 개방면을 커버하게 연결되며, 상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 개방면을 통해 노출되며, 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되어 상기 개방면을 통해 노출되고, 상기 방열부는, 적어도 일 방향으로 연장되는 복수의 고랑부 및 상기 고랑부 사이에 형성되는 이랑부를 포함하며, 상기 케이싱은, 복수의 통기구를 포함하고, 상기 통기 채널은, 상기 이랑부로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱에 형성된 통기구로 구성되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에 관한 것이다.
LED 는 정공과 전자가 활성층에서 만남으로써 광을 생성하는 발광 소자로서, 친환경적이며 저전력에도 불구하고 고휘도의 광을 생성하여 차세대 발광 소자로서 각광받고 있다. 이에 따라서 LED 를 사용하는 발광 소자가 광범위하게 개발되어, 사용되고 있으며, 국가적으로도 LED 의 사용을 장려하여 다방면으로 지원하고 있는 추세이다.
평판디스플레이 장치, 연성(flexible) 소자, LED, 자동차용 패키지, 소형 전자소자, 및 정보통신소자는 박형화 및 집적화되어 감에 따라 열에 대한 대책이 이슈가 되고 있다. 특히, LED를 이용한 조명장치는 에너지 소비가 적고 수명이 길어 장기간 사용할 수 있으면서도 조도가 우수하고, 특히, 발광을 위하여 수은을 필요로 하지 않기 때문에 친환경적이라는 이유로 에너지소비가 높고 사용수명이 짧은 백열전구, 형광등 및 메탈할라이드 램프 (Metal halide lamp)를 대체하도록 많은 개발이 이루어지고 있다. 이러한 LED 소자는 일종의 광전자 소자로서 p형과 n형의 반도체의 접합으로 이루어져 있으며, 전압을 가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출하는 광원이다. 최근에는 청색을 비롯한 다양한 색상의 LED가 개발되어 천연색의 디스플레이가 가능하여 옥외용 대형 전광판이나, 교통신호등, 자동차 계기판, 가로등 등 다양한 곳에 적용되고 있다.
한편, 백색광원으로서의 LED는 전력을 빛으로 변환시키는 효율은 높은 반면에 광원으로부터 나오는 전체 열에너지 중 58~81%가 복사 에너지로 직접 방출되는 형광등, 백열등 혹은 할라이드 램프와는 달리 15~25% 만이 복사 에너지로 방출되고 나머지는 모두 열원의 후미로 전도 및 대류에 의하여 열이 방출하게 된다. 그 방출되는 열이 발광부 주위의 반도체 소자에 직접적인 영향을 주기 때문에 필라멘트를 사용하는 백열등이나 음극선을 이용한 형광등 등의 발광 소자에 비해 상대적으로 열에 매우 취약하다는 단점이 있다. 따라서, LED에 대용량의 전류를 흘려 보내주기 위해서는 그로부터 발생되는 열을 전도 및 대류에 의해 효과적으로 외기로 방출하기 위한 방열구조가 매우 중요한 요소가 된다.
LED 광원의 과열로 인한 문제점은 LED 봉지제의 굴절율 변화로 인한 광출력 저하, 이종 재질간의 접합면에서의 열변형, 변색에 의한 LED 수명저하, 다이파괴 및 박리에 의한 형광체 성능 저하 등이 있다. 이러한 LED광원의 열화를 방지하기 위한 다양한 방열 대책이 시도되고 있다. 대표적인 방열 대책으로 접촉 열저항을 줄일 수 있는 열 계면 물질 (TIM, thermal interface materials)과 다양한 형태의 방열핀을 가진 히트 싱크 (heat sink)가 사용되고 있다. TIM은 LED패키지와 PCB 기판간 혹은 PCB와 히트 싱크간의 접촉 열저항을 줄이기 위한 것으로 주로 페이스트, 그리스, 테이프의 형태의 열전도성 소재로서 사용되고 있으나, 무엇보다도 방열특성의 향상에 있어서 가장 비중이 큰 히트 싱크와 같은 방열 시스템에 대한 최적의 구조 설계가 이루어져야 한다.
히트 싱크는 주로 방열 핀, 즉, 판상 및 봉상의 형태로 사용되고 있으며 비록 다양한 형태가 존재하지만 외부 디자인과 전자부품, 회로패키지, 모듈 등을 보호할 목적으로 디자인된 외장 캐이스 내부에 삽입된다. 예를 들면, LED 광원이 컬럼 (columnar) 혹은 다중 배열이 되는 출력이 높은 가로등과 같은 LED 조명장치의 경우에는, 고열이 발생하기 때문에 봉 형상이나 혹은 판 형상의 방열 핀을 가능한 많게 배열 하고 면적을 넓게 한 히트 싱크가 사용되고 있다. 하지만, 조명기구의 내부 공간적 제약과 무게에 대한 규제 때문에 히트 싱크가 차지하는 부피를 그 기구 공간 내에 맞게 최대한 컴팩트하면서도 가볍게 설계하지 않으면 안 되게 때문에 방열특성을 높이는 데 어려움이 있다.
공개특허 10-2012-0126286
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, LED 를 포함한 복수의 발광 소자; 상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부; 상기 방열부 및 상기 발광 소자가 수용되는 케이싱; 상기 케이싱과 연결되며 상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및 외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며, 상기 케이싱은 일 면이 개방된 개방면을 갖고, 상기 커버는 상기 개방면을 커버하게 연결되며, 상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 개방면을 통해 노출되며, 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되어 상기 개방면을 통해 노출되고, 상기 방열부는, 적어도 일 방향으로 연장되는 복수의 고랑부 및 상기 고랑부 사이에 형성되는 이랑부를 포함하며, 상기 케이싱은, 복수의 통기구를 포함하고, 상기 통기 채널은, 상기 이랑부로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱에 형성된 통기구로 구성되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 LED 등기구는, LED 를 포함한 복수의 발광 소자; 상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부; 상기 방열부 및 상기 발광 소자가 수용되는 케이싱; 상기 케이싱과 연결되며 상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및 외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며, 상기 케이싱은 일 면이 개방된 개방면을 갖고, 상기 커버는 상기 개방면을 커버하게 연결되며, 상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 개방면을 통해 노출되며, 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되어 상기 개방면을 통해 노출되고, 상기 방열부는, 적어도 일 방향으로 연장되는 복수의 고랑부 및 상기 고랑부 사이에 형성되는 이랑부를 포함하며, 상기 케이싱은, 복수의 통기구를 포함하고, 상기 통기 채널은, 상기 이랑부로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱에 형성된 통기구로 구성된다.
바람직하게는, 상기 고랑부는 적어도 제1 고랑부, 및 제2 고랑부를 갖고, 상기 이랑부는 적어도 제1 이랑부, 및 제2 이랑부를 가지며, 상기 제1 고랑부와 제2 고랑부는 서로 소정의 각을 갖고 교차하게 연장되며, 상기 제1 이랑부와 제2 이랑부 또한 서로 소정의 각을 갖고 교차하게 연장되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 고랑부 및 이랑부는, 상기 방열부의 길이 방향, 상하 방향 및 전후 방향 중 적어도 한 방향으로 대칭되게 배열되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 방열부는, 상기 상면 및 상기 하면에 복수의 절곡부가 형성되어 요철을 갖게 구성되며, 상기 절곡부를 통해 상기 복수의 고랑부 및 상기 복수의 이랑부가 교대로 형성되며, 상기 복수의 고랑부 및 이랑부는, 상기 방열부의 상면과 하면에 걸쳐 적어도 일부분에는 서로 대칭되는 위치에 형성된다.
바람직하게는, 상기 방열부는, 소정의 평판 형태의 부재가 수회 절곡되어 복수의 절곡부가 형성되게 구성되며, 상기 절곡부를 통해 통해 상기 복수의 고랑부 및 상기 복수의 이랑부가 교대로 형성되며, 상기 복수의 고랑부 및 이랑부는, 상기 방열부의 상면과 하면에 걸쳐 적어도 일부분에는 서로 대칭되는 위치에 형성되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 방열부는, 소정의 돌출된 입체 구조물을 복수 구비하며, 상기 복수의 입체 구조물이 상기 고랑부를 구성하고, 상기 입체 구조물 사이의 공간이 상기 이랑부를 구성한다.
바람직하게는, 상기 복수의 통기구 중 적어도 일부는, 상기 케이싱의 양 측면에 형성되되, 상기 고랑부 및 이랑부가 연장되는 방향의 양 측단에 형성되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 복수의 통기구 중 적어도 일부는, 상기 고랑부 및 이랑부 중 적어도 하나와 적어도 일 부분이 중첩되되, 상기 통기구가 관통된 방향과 상기 고랑부 또는 이랑부가 연장되는 방향이 중첩되어, 상기 통기구를 통해 유동하는 공기가 상기 고랑부 또는 이랑부를 따라서 유동하게 구성된다.
바람직하게는, 상기 발광 소자는, 상기 방열부의 상면의 고랑부 상에 실장된다.
바람직하게는, 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면의 고랑부 상에 실장되되, 각각의 고랑부의 연장 방향을 따라서 복수 개 실장되어 복수의 어레이를 구성한다.
바람직하게는, 상기 복수의 발광 소자가 실장되는 기판부;를 더 포함하며, 상기 기판부는, 상기 방열부의 상면에 부착되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 기판부 상에는, 복수의 발광 소자가 하나 이상의 어레이를 갖도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 기판부는, 소정의 폭과 길이를 갖고 길게 연장되는 바(BAR) 형태로 구성되며, 복수의 기판부가 구비되되, 각각의 기판부는 각각 상기 고랑부 상에 부착되어 상기 이랑부를 사이에 두고 서로 이격된다.
바람직하게는, 상기 케이싱은, 적어도 일 면이 개방되어 개방면을 갖고, 내부에 수용 공간이 형성된 3차원 입체 형태로 구성되며, 상기 수용 공간 내에 상기 방열부가 내장된다.
바람직하게는, 상기 케이싱은, 외형이 육면체 형태로 구성되어 상방향, 측방향 단면이 직사각형 형상을 갖게 구성된다.
바람직하게는, 상기 케이싱은, 상면이 타원 형태로 구성되며, 상면이 만곡되어 돌출된 돔 형태를 갖게 구성된다.
바람직하게는, 상기 방열부의 하면의 적어도 일 부분에는, 다공성 방열 복합체가 도포된다.
바람직하게는, 상기 발광 소자는, 상기 LED 에서 발생된 광이 투과하며 굴절되는 소정의 렌즈부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 커버는, 적어도 일 부분이 상기 케이싱의 적어도 일 부분에 삽입되어 연결되게 구성된다.
바람직하게는, 상기 커버는, 적어도 일 부분이 상기 케이싱의 적어도 일 부분에 삽입되어 연결되게 구성된다.
본 발명에 따른 LED 등기구는, 고랑부 및 이랑부를 갖는 방열부, 및 통기구를 갖는 케이싱을 구비하며, 상기 방열부에 형성된 고랑부, 이랑부, 및 케이싱에 형성된 통기구가 통기 채널을 구성함에 따라서, 공기의 유동이 촉진되어 발광 소자에서 생성된 열의 방열이 용이하게 이루어지며, 열전달 및 복사 효율의 극대화가 이루어짐과 동시에 방열체의 부피와 무게를 컴팩트하게 하여 방열 효율이 향상되고 컴팩트한 구조의 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구를 구성할 수 있다.
아울러, 상기 통기 채널은 상기 방열부가 고랑부 및 이랑부를 가짐으로써 구성됨에 따라서 상기 방열부의 방열 면적이 확장되며, 이에 따라서, 외기와 방열부 사이의 접촉 면적이 더욱 확대되어 열 교환 효율이 증대되어 LED 등기구의 방열 효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 고랑부 및 이랑부가 연장되는 방향의 양 측단에 상기 통기구가 형성됨으로써, 상기 통기구를 통해 유입된 외기가 상기 고랑부 및 이랑부가 연장된 방향으로 유동하며 반대편의 통기구를 통해 유출될 수 있다. 즉, 상기 고랑부 및 이랑부가 공기 유동로로 작용하여 공기 유동이 촉진되며, 따라서 공기 유동에 따른 LED 등기구의 냉각 및 방열이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광 소자가 상기 기판부에 실장되고, 상기 기판부가 상기 방열부에 부착되는 형태로 발광 소자의 실장이 이루어질 수 있으며, 이에 따라서 발광 소자의 실장이 더욱 간편하게 이루어질 수 있다.
또한, 다공성 방열 복합체가 상기 방열부의 하면에 형성되며, 일 예로 상기 방열부의 하면의 이랑부에 배치되어, 상기 다공성 방열 복합체는 발광 소자에 인접한 위치에 배치되며 이에 따라서 방열 효과가 더욱 증진될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 외형을 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 구조를 분해해서 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 구조를 분해해서 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 15 는 본 발명에 대해 대조적인 비교 형태를 도시한 도면이다.
도 16 내지 도 29 는 본 발명과 비교 형태 사이의 성능을 비교 대조한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 “하부", "상부", “측부” 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 부재 또는 구성 요소들과 다른 부재 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 부재를 뒤집을 경우, 다른 부재의 “상부"로 기술된 부재는 다른 부재의 "하부”에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "상부"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 부재는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는”은 언급된 부재 외의 하나 이상의 다른 부재의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각부의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 방향 및 배향을 나타내는 용어들은, 반드시 특정한 위치 및 방향에 한정하지 아니한다. 즉, 상부, 하부 또는 상방향, 하방향은 도면을 참조하여 설명하는 개념으로서, 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 배향, 및 각각의 부재의 배향에 따라서 다른 방향 및 위치를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 외형을 나타낸 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 내부 구조를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 구조를 분해해서 나타낸 도면이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 구조를 분해해서 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 시스템의 구조를 나타낸 도면이고, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열부(200)의 구조를 나타낸 도면이며, 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 내부 구조를 나타낸 도면이며, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)는, LED 를 포함한 복수의 발광 소자(100); 상기 발광 소자(100)와 연결되어 발광 소자(100)가 실장되는 방열부(200); 상기 방열부(200) 및 상기 발광 소자(100)가 수용되는 케이싱(300); 상기 케이싱(300)과 연결되며 상기 발광 소자(100)의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버(400); 및 외기가 통과할 수 있는 통기 채널(500);을 포함하며,
상기 케이싱(300)은 일 면이 개방된 개방면(310)을 갖고, 상기 커버(400)는 상기 개방면(310)을 커버하게 연결되며, 상기 방열부(200)은 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 케이싱(300)의 개방면(310)을 통해 노출되며, 상기 발광 소자(100)는 상기 방열부(200)의 상면에 연결되어 상기 개방면(310)을 통해 노출되고, 상기 방열부(200)은 적어도 일 방향으로 연장되는 복수의 고랑부(220) 및 상기 고랑부(220) 사이에 형성되는 이랑부(210)를 포함하며, 상기 케이싱(300)은 복수의 통기구(320)를 포함하고, 상기 통기 채널(500)은 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱(300)에 형성된 통기구(320)로 구성된다.
발광 소자(100)는 외부 전원이 인가되어 실질적으로 광을 생성하는 부재로서, LED (발광 다이오드)를 포함할 수 있다. 예컨대, 발광 소자(100)는 각각 LED 가 실장된 발광 소자 패키지로 구성될 수 있으며, 상기 복수의 발광 소자(100)는 적어도 하나 이상의 어레이(array)를 갖게 구성되어 발광 소자 어레이를 구성할 수 있다.
한편, 상기 발광 소자(100)는 상기 LED 에서 생성된 광이 투과하여 굴절되도록 하는 소정의 렌즈부를 포함할 수 있다. 상기 렌즈부는 LED 에서 생성된 광이 집중되거나 또는 확산되도록 할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
방열부(200)은 상기 발광 소자(100)가 실장되는 영역을 구성하며, 상기 발광 소자(100)에서 생성되는 열의 방열에 적합한 재질로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 방열부(200)은 알루미늄, 구리, 스테인리스 등 열 전도율이 우수한 금속 재질로 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 방열부(200)은 소정의 면적 및 두께를 갖는 부재로서, 후술하는 바와 같이 고랑부(220) 및 이랑부(210)와 같은 소정의 입체를 가질 수 있다. 한편, 상기 방열부(200) 상에 상기 발광 소자(100)가 접촉하여 실장되는 형태 외에, 후술하는 실시 형태와 같이 소정의 기판을 매개로 실장되는 형태도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기 방열부(200)은 서로 평행하게 연장되는 복수의 고랑부(220) 및 상기 고랑부(220) 사이에 형성되는 이랑부(210)를 포함한다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 방열부(200)은 수회 절곡되어 요철이 반복되는 구성을 가질 수 있으며, 각각의 요철은 적어도 일 방향으로 연장된 고랑 및 이랑을 구성할 수 있다. 이에 따라서, 교대로 형성되는 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 형성된다.
케이싱(300)은 상기 방열부(200) 및 발광 소자(100)가 수용되는 수용 공간을 갖고, 태양 직사광과 같은 외부의 환경 및 충격 등으로부터 상기 발광 소자(100)를 보호하며 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 외관을 형성한다. 케이싱(300)은 내부에 수용 공간을 갖는 소정의 입체 형태로 구성될 수 있으며, 공기가 통과할 수 있는 소정의 통기구(320)를 가질 수 있다.
상기 케이싱(300)은 일 면이 개방된 개방면(310)을 갖는다. 상기 개방면(310)을 통해 내부에 수용된 발광 소자(100)가 노출되며, 상기 발광 소자(100)에서 생성된 광이 상기 개방면(310)을 통해 조사될 수 있다. 즉, 발광 소자(100)에서 생성된 광이 상기 개방면(310)을 통해 조사될 수 있는 배치를 갖도록 상기 발광 소자(100) 및 방열부(200)이 수용될 수 있다.
이때, 상기 방열부(200) 상의 상기 발광 소자(100)가 실장되는 면을 상면이라고 할 경우, 상기 상면이 상기 케이싱(300)의 개방면(310)을 통해 노출된다고 할 수 있다. 즉, 방열부(200) 상의 상면에 상기 발광 소자(100)가 실장되며, 상기 상면은 상기 개방면(310)을 통해 노출되도록 배치됨으로써, 상기 상면 상에 실장된 발광 소자(100)가 상기 개방면(310)을 통해 노출되어 발광 소자(100)에서 생성된 광이 상기 개방면(310)을 통해 조사된다고 설명될 수 있다. 도 2 에서, 상기 상면 방향은 B 로 표시되며, 하면 방향은 A 로 표시되어 있다. 도면상에서는, A 가 상방향이나, 개방면(310)을 통해 노출된 면을 상면으로 설명한 바, B 가 상면으로 표시된다.
일 예에 의하면, 상기 케이싱(300)은, 소정의 내부 공간을 갖는 육면체, 원통 혹은 3차원 곡면 입체 형태로 구성되되, 상기 다면 입체를 구성하는 각각의 면 중 적어도 일 면이 개방되어 개방면(310)을 형성하고, 상기 내부 공간은 상기 발광 소자(100) 및 방열부(200)이 수용되는 수용 공간으로 기능하는 구성을 가질 수 있다. 즉, 케이싱(300)의 형상은 다양하고, 도면에 한정되지 아니한다. 예컨대, 도면에서는 상기 케이싱(300)이 전체적으로 타원 기둥 형태로 구성되되, 상면이 만곡되어 돌출된 돔 형상을 갖게 구성되었으나, 이에 한정하지 않는다. 여기서 상면이란 상기 방열부(200)에서 설명한 상면과는 다른 개념으로 상기 개방면(310)이 형성된 면과 반대되는 개념이다. 다른 예로 상기 케이싱(300)은 외형이 육면체 형태로 구성되어 상방향, 측방향 단면이 직사각형 형상을 가질 수도 있는 것이다.
상기 개방면(310)에는 소정의 커버(400)가 연결된다. 상기 커버(400)는 광투과성을 갖는 재질로 구성되며, 상기 발광 소자(100)에서 생성된 광이 투과할 수 있되, 상기 개방면(310)을 통해 노출된 발광 소자(100)를 보호할 수 있다.
상기 커버(400)는 상기 케이싱(300)과 연결되며, 연결을 위해 외주부에 소정의 연결부(420)가 마련될 수 있다. 한편, 커버(400)와 케이싱(300) 사이를 통해 외부 이물질 및 습기 등의 유입이 방지되도록 소정의 밀착 개스킷(410)이 마련될 수 있다. 한편, 상기 커버(400)는 적어도 일 부분이 상기 케이싱(300)의 적어도 일 부분에 삽입되어 연결되는 연결 구조를 가질 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)에는 소정의 통기 채널(500)이 구비된다. 통기 채널(500)은 상기 케이싱(300) 내에 마련되어 외기가 통과하며 내부와 외부의 열을 교환하여 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 온도를 하강시키는 소정의 구성 요소로서, 독립적인 부재 외에 상술한 각각의 부재가 형성하는 공간, 또는 각각의 부재가 연결되어 형성되는 부분 등으로 구성될 수 있다.
상기 통기 채널(500)은 상기 이랑부(210)로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱(300)에 형성된 통기구(320)로 구성될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 상기 방열부(200)에는 복수의 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 형성되어, 이러한 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 통해 공기가 유동함으로써, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)는 소정의 공기 유로로 기능할 수 있다. 아울러, 케이싱(300)에는 통기구(320)가 형성됨으로써 외부의 공기가 상기 통기구(320)를 통해 케이싱(300) 내부로 유입될 수 있다. 상기 통기구(320)를 통해 케이싱(300) 내부로 유입된 공기는 상기 공기 유로로 기능하는 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 통해 유동하며 다시 케이싱(300)에 형성된 통기구(320)를 통해 유출될 수 있다. 이러한 과정에서 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1) 내의 열이 외부로 배출되며 따라서 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)가 냉각될 수 있다. 이에 따라서, 상기 방열부(200)에 형성된 고랑부(220), 이랑부(210), 및 상기 케이싱(300)에 형성된 통기구(320)는 상술한 통기 채널(500)을 형성한다.
본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)는, 상술한 바와 같이, 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 갖는 방열부(200), 및 통기구(320)를 갖는 케이싱(300)을 구비하며, 상기 방열부(200)에 형성된 고랑부(220), 이랑부(210), 및 케이싱(300)에 형성된 통기구(320)가 통기 채널(500)을 구성함에 따라서, 공기의 유동이 촉진되어 발광 소자(100)에서 생성된 열의 방열이 용이하게 이루어지며 따라서 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 방열 효율이 향상될 수 있다.
아울러, 상기 통기 채널(500)은 상기 방열부(200)이 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 가짐으로써 구성됨에 따라서 상기 방열부(200)의 방열 면적이 확장되며, 이에 따라서, 외기와 방열부(200) 사이의 접촉 면적이 더욱 확대되어 열 교환 효율이 증대되어 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 방열 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는 상기 방열부(200)의 구체적인 실시 형태에 대해 다양하게 기술한다.
일 예에 의하면, 바람직하게는, 상기 방열부(200)은, 상기 상면 및 상기 하면에 복수의 절곡부가 형성되어 요철을 갖는 평판 형태로 구성되되, 상기 절곡부를 통해 상기 복수의 고랑부(220) 및 상기 복수의 이랑부(210)가 교대로 형성되며, 상기 복수의 고랑부(220) 및 이랑부(210)는 상기 방열부(200)의 상하, 좌우 혹은 전방향으로 서로 대칭되는 위치에 형성된다.
즉, 상기 방열부(200)은 소정의 평판으로 구성되되, 상기 평판에 복수의 절곡부가 형성되어 절곡된 구성을 가질 수 있다. 한편, 상기 절곡부가 형성되되, 상기 절곡부가 형성된 형태는 상술한 바와 같이 복수의 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 교대로 형성되는 구성을 가질 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 상기 방열부(200)이 평판 형태로 구성됨에 따라서, 상기 방열부(200)의 양 면에는 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 즉, 상기 방열부(200)의 양 면을 상면 및 하면으로 할 경우, 상면에 형성된 고랑부(220)는 하면에 형성된 이랑부(210)를 구성하게 된다. 이에 따라서, 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 교대로 형성되되 상하, 좌우, 전후 혹은 전방향으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상면의 고랑부(220)는 하면에 대해 이랑부(210)를 구성하며 하면의 이랑부(210)는 상면에 대해 고랑부(220)를 구성한다. 여기서 상하는 상기 개방면(310)과 그 반대면 방향으로서 도 7 에서 Z 축 방향이며, 전후 방향은 X 축 방향, 좌우 방향은 Y 축 방향일 수 있다. 하지만, 상기 케이싱(300)의 디자인에 따라 내부 공간에 제약이 있을 때 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 서로 비대칭한 위치로 형성할 수 있다.
한편, 상기 방열부(300)은 단순히 평판으로 구성되지 않고, 소정의 부피를 갖는 3 차원 입체 구조물로 구성될 수도 있다. 즉, 상기 설명한 바와 같이 단순히 평판 플레이트 형태의 부재가 수회 절곡되어 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 구성하는 형태 외에, 소정의 두께를 가지며 돌출된 입체 구조물이 상기 고랑부(220)를 구성하고, 상기 입체 구조물 사이의 공간이 상기 이랑부(210)를 형성할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 일 예에 의하면, 상기 이랑부(210)는 적어도 제1 이랑부(212), 및 제2 이랑부(214)를 갖고, 상기 고랑부(220)는 적어도 제1 고랑부(222), 및 제2 고랑부(224)를 가지며, 상기 제1 이랑부(212)와 제2 이랑부(214)는 서로 소정의 각을 갖고 교차하게 연장되며, 상기 제1 고랑부(222)와 제2 고랑부(224) 또한 서로 소정의 각을 갖고 교차하게 연장될 수 있다.
즉, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 고랑부(220)와 이랑부(210)는 서로 평행하게만 연장되는 것이 아니며, 다양한 방향으로 연장되어 서로 교차되는 구성을 가질 수 있다. 이에 의하면, 방열부(200)은 단순히 고랑부(220)와 이랑부(210) 만으로 구성되지 않고 부분적으로 돌출된 돌출부가 복수 부분 마련되어 돌출부 사이에 이랑부(210)가 여러 방향으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 이랑부(212)와 제2 이랑부(214) 및 제1 고랑부(222)와 제2 고랑부(224)는 서로 직교할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이때, 상기 발광 소자(100)는, 상기 방열부(200)의 상부의 고랑부(220) 상에 실장될 수 있다. 여기서, 방열부(200)의 상부라 함은, 상술한 바와 같이, 상기 케이싱(300)에 상기 방열부(200)이 수용될 경우, 상기 케이싱(300)에 형성된 개방면(310)을 통해 노출되는 면을 지칭하는 것으로, 특정한 면으로 한정하는 개념이 아니다. 상기 발광 소자(100)는 상기 방열부(200)의 상부의 고랑부(220) 상에 실장됨으로써, 더욱 용이한 방열이 이루어지는 구성을 가질 수 있다.
한편, 상기 발광 소자(100)는 상기 방열부(200)의 상면의 고랑부(220) 상에 실장되되, 각각의 고랑부(220)의 연장 방향을 따라서 복수 개 실장되어 복수의 어레이를 구성할 수 있다. 즉, 상기 고랑부가(210) 복수 개 형성됨에 따라서 고랑부(220)를 따라서 복수의 발광 소자(100)가 실장되면 고랑부(220)의 개수 만큼의 발광 소자 어레이가 형성될 수 있다.
한편, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)의 형태는 상기 방열부(200)에 형성된 절곡부의 형태에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 도 7 의 a 내지 f 에 도시된 바와 같이, 소정의 각을 갖거나, 또는 만곡되는 구성을 가질 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 아울러, 각각의 고랑부(220) 및 이랑부(210)는 적어도 둘 이상의 상이한 높이 및 깊이를 가질 수 있으며, 반드시 동일할 필요는 없다.
바람직하게는, 상기 케이싱(300)에 형성된 복수의 통기구(320) 중 적어도 일부는, 상기 케이싱(300)의 양 측면에 형성되되, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 연장되는 방향의 양 측단에 형성된다.
즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱(300)에는 복수의 통기구(320)가 형성되되, 상기 통기구(320) 중 적어도 일부는, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 연장되는 방향의 양 측단에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 연장되는 방향이라 함은, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 형성하는 홈, 또는 함몰부, 돌출부 등이 이어지는 방향을 지칭하며, 도 5 a 에 표시된 화살표 P 와 같은 방향으로 인식될 수 있다. 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 연장되는 방향의 양 측단에 상기 통기구(320)가 형성됨으로써, 상기 통기구(320)를 통해 유입된 외기가 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 연장된 방향으로 유동하며 반대편의 통기구(320)를 통해 유출될 수 있다. 즉, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)가 공기 유동로로 작용하여 공기 유동이 촉진되며, 따라서 공기 유동에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 냉각 및 방열이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)의 연장 방향이 둘 이상인 경우, 둘 이상의 면을 관통하도록 상기 통기구(320)가 형성될 수 있다.
한편, 이때 상기 복수의 통기구(320) 중 적어도 일부는, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210) 중 적어도 하나와 적어도 일 부분이 중첩되되, 상기 통기구(320)가 관통된 방향과 상기 고랑부(220) 또는 이랑부(210)가 연장되는 방향으로 중첩되어, 상기 통기구(320)를 통해 유동하는 공기가 상기 고랑부(220) 또는 이랑부(210)를 따라서 유동하도록 구성될 수 있다. 즉, 소정의 매체가 상기 통기구(320)를 관통하 케이싱(300) 내로 유입하였을 때 상기 고랑부(220) 또는 이랑부(210)를 따라서 이동하여 반대편 통기구(320)를 통해 빠져나가는 것이 가능하다는 의미이다. 이에 따라서, 상기 통기구(320)를 통해 유입된 공기가 상기 고랑부(220) 또는 이랑부(210)를 통해 형성된 유동 통로를 따라서 용이하게 이동하며 반대편 통기구(320)를 통해 용이하게 빠져나갈 수 있다.
특히, 외부 공기가 임의 방향으로 유입되는 조건에서는 도면에 도시된 바와 같이, 상기 고랑부(220) 및 이랑부(210)의 공기 유동로가 곡면을 따라 P 및 P의 수직 방향으로 쌍방향 배치된 경우 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구(1)의 냉각 및 방열이 더욱 효과적으로 작용할 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 복수의 발광 소자(100)가 실장되는 기판부(600);가 더 구비되며, 상기 기판부(600)는 상기 방열부(200)에 부착되게 구성된다.
상기 기판부(600)는 복수의 발광 소자(100)가 부착되도록 소정의 면적을 갖는 부재로서, 상기 발광 소자(100)가 소정의 어레이를 가지며 실장될 수 있다.
상기 기판부(600)는 일 예로, 복수의 고랑부(220) 및 이랑부(210)를 커버(400)하는 면적을 가짐으로써 상기 발광 소자(100)가 복수의 어레이를 가지며 실장되는 다중 어레이(multiple array) 구조를 갖는 구성을 가질 수 있으며, 다른 형태로 상기 발광 소자(100)가 컬럼 형태로 실장된 기판부(600)가 고랑부(220) 면적에 대응하도록 고랑부(220) 상에 부착되어 컬럼 어레이 (columnar array) 구조를 갖는 구성을 가질 수 있으며, 또 다른 형태로 하나의 고랑부(220) 상에 각각의 기판부(600)가 부착되도록 하나의 고랑부(220)에 대응하는 면적을 갖고 각각의 고랑부(220)에 기판부(600)가 부착됨으로써, 각각의 기판부(600)에 하나의 발광 소자(100) 어레이가 형성되는 싱글 어레이(single array) 구조를 갖는 구성을 가질 수도 있다.
여기서 컬럼 어레이 구조를 갖는 경우는, 상기 기판부(600)가 소정의 폭과 길이를 갖고 길게 연장되는 바(BAR) 형태로 구성되며, 복수의 기판부(600)가 구비되되, 각각의 기판부(600)는 각각 상기 고랑부(220) 상에 부착되어 상기 이랑부(210)를 사이에 두고 서로 이격되는 실시 형태로 파악될 수 있다.
한편, 이때 상기 고랑부(220) 사이의 간격은 1 내지 10 cm 일 수 있다. 즉, 상기 이랑부(210)의 폭은 1 내지 10 cm 일 수 있으며, 이에 따라서 상기 발광 소자(100) 사이의 간격 또한 1 내지 10 cm 일 수 있다.
이때, 일 예로 도 2 내지 도 5 의 a 및 b, 도 8의 a 내지 c, 도 9 의 a 내지 c 에서는 다중 어레이 구조를 나타내며, 도 5 의 c 및 d, 도 9 의 e 내지 f 에서는 컬럼 어레이 구조를 나타내고, 도 8 의 d 내지 f 에서는 싱글 어레이 구조를 나타낸다.
상기 발광 소자(100)가 상기 기판부(600)에 실장되고, 상기 기판부(600)가 상기 방열부(200)에 부착되는 형태로 발광 소자(100)의 실장이 이루어질 수 있으며, 이에 따라서 발광 소자(100)의 실장이 더욱 간편하게 이루어질 수 있다. 한편, 상기 기판부(600)에는 외부 전원과 연결되어 상기 발광 소자(100)에 전원을 공급하도록 하는 전원 연결부(610)가 마련될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
바람직하게는, 상기 방열부(200)의 하면의 적어도 일 부분에는, 다공성 방열 복합체(700)가 도포된다.
상기 다공성 방열 복합체(700)는 미세 기공을 가져서 용적에 비해 표면적이 대폭 증가하는 고방사율의 재질로 구성되며, 그 재질은 한정하지 아니한다. 상기 다공성 방열 복합체(700)는 상기 방열부(200)의 하면에 형성되며, 일 예로 상기 방열부(200)의 하면의 이랑부(210)에 배치될 수 있다. 방열부(200)의 하면의 이랑부(210)는 상기 방열부(200)의 상면의 고랑부(220)에 대응하는 위치에 형성되므로, 상기 다공성 방열 복합체(700)는 발광 소자(100)에 인접한 위치에 배치되며 이에 따라서 방열 효과가 더욱 증진될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구와 대비하여, 소정의 비교 실시 형태를 제시한다.
도 10 및 도 11 은 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구와 다른 형태의 비교 형태로서, 일 비교 형태의 LED 등기구를 나타낸 도면이다.
도 10 (a)는 하부에 발광 소자(40)를 다중 어레이한 기판부(30)를 포함하는 LED 등기구 비교예의 단면이며, (b)는 하부에 발광 소자(40)를 싱글 어레이 (single array)한 기판부(30)를 포함하는 LED 등기구의 비교예의 단면도이다. 한편, 본 비교예에서는 별도의 통기 채널이 구비되지 않고, 케이싱(50) 내부에는 핀 구조의 내부 방열핀(20)이 마련되고, 케이싱(50) 외부에는 플레이트 구조의 방열 플레이트(10)가 마련된다.
도 12 및 도 13 은 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구와 다른 형태의 비교 형태로서, 일 비교 형태의 LED 등기구를 나타낸 도면이다.
도 12 (a)는 하부에 발광 소자(40)를 다중 어레이한 기판부(30)를 포함하는 LED 등기구 비교예의 단면이며, (b)는 하부에 발광 소자(40)를 싱글 어레이 (single array)한 기판부(30)를 포함하는 LED 등기구의 비교예의 단면도이다. 한편, 본 비교예에서는 별도의 통기 채널이 구비되지 않고, 케이싱(50) 내부에는 핀 구조의 내부 방열핀(20)이 마련되고, 케이싱(50) 외부에는 핀 구조의 외부 방열핀(60)이 마련된다.
도 14 및 도 15 는 본 발명에 따른 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구와 다른 형태의 비교 형태로서, 일 비교 형태의 LED 등기구를 나타낸 도면이다.
도 14 (a)는 하부에 발광 소자(40)를 다중 어레이한 기판부(30)를 포함하는 LED 등기구 비교예의 단면이며, (b)는 하부에 발광 소자(40)를 싱글 어레이 (single array)한 기판부(30)를 LED 등기구의 비교예의 단면도이다. 한편, 본 비교예에서는 별도의 통기 채널이 구비되지 않고, 케이싱(50) 내부에는 핀 구조의 내부 방열핀(20)이 마련되고, 케이싱(50) 외부에는 별도의 방열 구조가 마련되지 아니한다.
이하에서는, 본 발명의 실시 형태 및 상술한 비교 형태에 따른 성능을 소정의 표로 나타내어 비교, 파악한다.
도 16 내지 18 은 총 26개의 발광 소자가 3 cm 에서 6 cm 의 간격으로 기판부 위에 다중 어레이된 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구 서 광원거리에 따른 ? 대비 총전력의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 16 및 도 18 에서는 각각의 경우에 따라서 실시예 1 ~ 40 으로 나타내며, 도 18 에서는 이 결과를 표로 나타낸다.
도 16 내지 도 18 에서는, 본 발명의 실시예 1~40에 따른 도 8 c 및 f에서 모듈 내부에 총 26개의 LED 를 포함한 발광 소자를 다중 혹은 싱글 어레이 했을 때 전력에 따른 온도차 ?를 CFD (computational fluid dynamics) 기반의 ANSYS icepak 프로그램으로 시뮬레이션한 결과를 보인 것이다. 여기서 최고정션온도 Tj는 실제로 측정할 수 없는 온도이나 솔더점에서의 온도 Tc를 측정하면 발광 소자의 열저항 Rj -c, 총 전력손실 Pd와의 관계로부터 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112014030410513-pat00001

패키지의 열저항은 종류에 따라 다소 차이는 있으나 대개 2.5 내지 2.6 ?/W 이며, 전력손실은 전력의 80% 전후의 값을 갖는다. 만약 외기온도를 Ta, TIM 혹은 gap filler의 열저항을 Rb,히트싱크의 열저항을 Rh, 이라 하면 다음과 같은 관계식이 얻어진다.
Figure 112014030410513-pat00002

여기서, RT는 전체 열저항이며, Pd는 전력 P와 손실율 L의 곱이다. 따라서 ΔT 는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112014030410513-pat00003

ΔT 는 전력에 직선적으로 비례하는 양임을 알 수 있다. 도 17 은 도 16 의 결과를 발광 소자간의 간격을 달리했을 때 전력에 대한 ΔT 의 변화를 도시한 것으로 간격을 달리함에 따라 ?가 전력에 직선적으로 비례함을 볼 수 있다. 간격이 넓어지면서 전체 열저항 (기울기)은 약간 감소함을 알 수 있다.
도 19 및 도 20 은 총 출력이 각각 120 및 150 W의 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에서 발광 소자의 간격이 4 cm 로 일정하게 하고 방열부의 열전도율이 205 W/mK 의 99% 이상 알루미늄과 100 W/mK의 다이캐스팅용 알루미늄으로 각각 달리 했을 때 통기 채널의 높이에 따른 ? 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 19 및 도 20 에서는 각각의 경우를 실시예 41 내지 60 으로 나타내며, 도 21 에서는 이 결과를 표로 나타낸다.
상기 결과를 도 21 에 도시한 결과 120 및 150 W에서 모두 채널의 높이가 증가하면 ?가 점차 감소하는 경향을 보이나 5 cm 이후에는 감소폭이 매우 둔화됨을 볼 수 있다. 특히 150 W급 LED 조명장치에서 다이캐스팅용 알루미늄을 사용한 경우 열전도율이 2배 좋은 알루미늄에 비해 방열 특성이 나쁘고 채널 높이 4 cm 이후에는 높이를 증가하여도 방열효과가 거의 증가하지 않음을 알 수 있다.
도 22 및 도 23 은 방열구조가 각각 도 8 c 및 f의 통기 채널 구조를 갖는 경우, 및 도 10 의 방열 핀/ 방열 플레이트 복합구조의 205 W/mK의 알루미늄 방열시스템을 가진 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에서 4.65 W의 LED 광원을 120 W가 되도록 4 cm 간격으로 각각 다중 어레이 및 싱글 어레이 했을 때 ?의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 22 에서는 각각 7 c 및 f의 통기 채널 구조에 대해 실시예 61 내지 실시예 80 으로 나타내며, 도 10 의 방열 핀/ 방열 플레이트 복합구조에 대해 비교예 1 내지 21으로 나타낸다. 도 24 는 이를 도표로 나타낸 도면이다.
도 22 및 도 23 은 본 발명의 실시예 61~80 및 비교예 1~20에 따른 것으로, 실시예 61~70은 도 8c의 채널구조 (높이 5 cm)의 방열 시스템에 4.65 W의 LED 광원을 120 W가 되도록 4 cm 간격으로 다중 어레이한 것이며, 실시예 71~80는 도 8f의 채널구조의 방열 시스템에 LED를 싱글 어레이한 것이다. 비교예 1~10은 도 10a 의 방열 플레이트/ 방열 핀 복합 구조 (높이 5 cm)의 방열 시스템에 5 W의 LED 광원을 120 W가 되도록 4 cm 간격으로 다중 어레이한 것이며 비교예 11~20은 도 10b에 따른 것으로 도 10a와 같은 조건이나 싱글 어레이한 것이다. 도 24 에서 보는 바와 같이 다중 에레이 및 싱글 어레이한 조명장치 모두 판/봉상 구조의 비교예 보다 채널구조의 실시예가 훨씬 방열 효과가 뛰어남을 알 수 있다. 특히 전체 열저항 RT가 채널구조에서 낮음을 알 수 있다.
도 25 및 도 26 SMS 방열구조가 각각 도 7 c 및 f의 채널구조 (실시예 81, 83, 85, 87), 도 9의 방열 핀 / 방열 플레이트 복합구조 (비교예 21, 27, 33, 및 39), 도 11의 방열 핀/ 방열 핀 구조 (비교예 22, 28, 34 및 40) 및 도 13의 방열 핀 구조 (비교예 23, 29, 35 및 41)의 205 W/mK의 알루미늄 방열시스템을 가진 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에서 발광 소자의 간격을 4 cm로 다중 어레이 했을 때 ?의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이며, 도 27 은 이를 도표로 나타낸 도면이다.
또한, 도 25 및 도 26 의 실시예 89 내지 92 는 도 6의 쌍방향 공기유로를 가진 채널구조의 방열시스템을 포함하는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에서 발광 소자의 간격을 4 cm로 컬럼 어레이 했을 때 ?의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
아울러, 도 25 및 도 26 에서는, 방열구조가 각각 도 7 c 및 f의 통기 채널 구조 (실시예 82, 84, 86 및 88), 도 10 의 방열 핀 / 방열 플레이트 복합구조 (비교예 24, 30, 36 및 42), 도 12 의 방열 핀 / 방열 핀 구조 (비교예 25, 31, 37 및 43) 및 도 14 의 방열 핀 구조 (비교예 26, 32, 38, 44)의 205 W/mK의 알루미늄 방열시스템을 가진 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구에서 발광 소자의 간격을 4 cm로 싱글 어레이 했을 때 ?의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 28 은 이를 도표로 나타낸 도면이다.
아울러, 도 29 는 본 발명의 도 25 및 도 26 의 실시예 87 및 비교예 41에 따른 것으로, 방열구조가 통기 채널 구조 및 방열 핀 구조의 100 W/mK의 알루미늄 방열시스템을 가진 LED 등기구에서 발광 소자의 간격을 4 cm로 다중 어레이 했을 때의 열분포를 보여준다.
도 27 및 28 에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 채널구조를 포함하는 조명장치에서 비교예의 방열부 혹은 방열 핀의 다양한 방열구조를 포함하는 조명장치 보다 훨씬 효과적인 방열이 일어남을 확인할 수 있다. 도 25 의 본 발명의 채널구조를 포함하는 100 W/mK의 알루미늄 방열시스템을 가진 조명장치에서 발광 소자의 간격을 4 cm로 다중 어레이 했을 때의 실시예 87과 방열 핀 구조의 비교예 41과 비교한 도 29 에서의 열분포에서 보는 바와 같은 열방출 결과에 의해 채널구조가 비교예의 방열 핀 구조 보다 확연히 높은 방열특성을 보임을 확인할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1: 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구
10: 방열 플레이트
20: 내부 방열핀
30: 기판부
40: 발광 소자
50: 케이싱
60: 외부 방열핀
100: 발광 소자
200: 방열부
210: 이랑부
220: 고랑부
300: 케이싱
310: 개방면
320: 통기구
400: 커버
410: 밀착 개스킷
420: 연결부
500: 통기 채널
600: 기판부
700: 다공성 복합체

Claims (20)

  1. LED 등기구에 있어서,
    LED 를 포함한 복수의 발광 소자;
    상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부;
    상기 방열부 및 상기 발광 소자가 수용되는 케이싱;
    상기 케이싱과 연결되며 상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및
    외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며,
    상기 케이싱은 일 면이 개방된 개방면을 갖고, 상기 커버는 상기 개방면을 커버하게 연결되며,
    상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 상면은 상기 개방면을 통해 노출되며,
    상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되어 상기 개방면을 통해 노출되고,
    상기 방열부는,
    적어도 일 방향으로 연장되며 상방향으로 돌출된 복수의 이랑부 및 상기 이랑부 사이에 형성되고 하방향으로 함몰된 고랑부를 포함하되,
    상기 복수의 고랑부 및 이랑부는 상기 방열부의 상면과 하면에 걸쳐서 서로 대칭되는 위치에 형성되어 상방향에서 볼 때 상기 고랑부는 하방향에서 볼 때 이랑부의 형상을 갖고, 상방향에서 볼 때 상기 이랑부는 하방향에서 볼 때 고랑부의 형상을 가지며,
    상기 케이싱은,
    복수의 통기구를 포함하고,
    상기 통기 채널은, 상기 이랑부로 형성된 공기 유로, 및 상기 케이싱에 형성된 통기구로 구성되며,
    상기 고랑부는 서로 평행한 복수 개의 제1 고랑부, 및 상기 제1 고랑부와 직교하는 방향으로 연장되며 서로 평행한 복수 개의 제2 고랑부를 갖고,
    상기 각각의 고랑부는 하면이 둥글게 형성되어 라운딩을 갖되, 상기 방열부의 외측에 위치한 고랑부의 깊이보다 가운데에 위치한 고랑부의 깊이가 더 깊어지게 구성되며,
    상기 발광 소자는,
    상기 방열부 상에 실장되되, 상기 방열부를 상방향에서 볼 때 상방향으로 돌출된 상기 이랑부 상에 각각 실장되되,
    상기 발광 소자가 실장되는 각각의 이랑부는 사각형 형상을 가지며 상면이 편평하게 구성되며,
    상기 방열부의 하면에는 다공성 방열 복합체가 도포되되,
    상기 다공성 방열 복합체는 상기 발광 소자가 배치되는 상기 이랑부의 하면을 따라서 도포되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  2. LED 등기구에 있어서,
    LED 를 포함한 복수의 발광 소자;
    상기 발광 소자와 연결되어 발광 소자가 실장되는 방열부;
    상기 발광 소자의 상부에 배치되고 광투과성을 갖는 커버; 및
    외기가 통과할 수 있는 통기 채널;을 포함하며,
    상기 방열부는 상면 및 하면을 갖되 상기 발광 소자는 상기 방열부의 상면에 연결되고,
    상기 방열부는,
    적어도 일 방향으로 연장되며 상방향으로 돌출된 복수의 이랑부 및 상기 이랑부 사이에 형성되고 하방향으로 함몰된 고랑부를 포함하되,
    상기 복수의 고랑부 및 이랑부는 상기 방열부의 상면과 하면에 걸쳐서 서로 대칭되는 위치에 형성되어 상방향에서 볼 때 상기 고랑부는 하방향에서 볼 때 이랑부의 형상을 갖고, 상방향에서 볼 때 상기 이랑부는 하방향에서 볼 때 고랑부의 형상을 가지며,
    상기 통기 채널은, 상기 이랑부로 형성된 공기 유로로 구성되며,
    상기 고랑부는 서로 평행한 복수 개의 제1 고랑부, 및 상기 제1 고랑부와 직교하는 방향으로 연장되며 서로 평행한 복수 개의 제2 고랑부를 갖고,
    상기 각각의 고랑부는 하면이 둥글게 형성되어 라운딩을 갖되, 상기 방열부의 외측에 위치한 고랑부의 깊이보다 가운데에 위치한 고랑부의 깊이가 더 깊어지게 구성되며,
    상기 발광 소자는,
    상기 방열부 상에 실장되되, 상기 방열부를 상방향에서 볼 때 상방향으로 돌출된 상기 이랑부 상에 각각 실장되되,
    상기 발광 소자가 실장되는 각각의 이랑부는 사각형 형상을 가지며 상면이 편평하게 구성되며,
    상기 방열부의 하면에는 다공성 방열 복합체가 도포되되,
    상기 다공성 방열 복합체는 상기 발광 소자가 배치되는 상기 이랑부의 하면을 따라서 도포되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고랑부 및 이랑부는,
    상기 방열부의 길이 방향, 상하 방향 및 전후 방향 중 적어도 한 방향으로 대칭되게 배열된 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통기구 중 적어도 일부는,
    상기 케이싱의 양 측면에 형성되되,
    상기 고랑부 및 이랑부가 연장되는 방향의 양 측단에 형성되는채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통기구 중 적어도 일부는, 상기 고랑부 및 이랑부 중 적어도 하나와 적어도 일 부분이 중첩되되, 상기 통기구가 관통된 방향과 상기 고랑부 또는 이랑부가 연장되는 방향으로 중첩되어,
    상기 통기구를 통해 유동하는 공기가 상기 고랑부 또는 이랑부를 따라서 유동하는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 소자는
    상기 방열부의 상면의 고랑부 상에 실장되되,
    각각의 고랑부의 연장 방향을 따라서 복수 개 실장되어 복수의 어레이를 구성하는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자가 실장되는 기판부;를 더 포함하며,
    상기 기판부는,
    상기 방열부의 상면에 부착되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판부 상에는,
    복수의 발광 소자가 하나 이상의 어레이를 갖도록 배치되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판부는,
    소정의 폭과 길이를 갖고 길게 연장되는 바(BAR) 형태로 구성되며,
    복수의 기판부가 구비되되,
    각각의 기판부는 각각 상기 고랑부 상에 부착되어 상기 이랑부를 사이에 두고 서로 이격되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱은,
    적어도 일 면이 개방되어 개방면을 갖고, 내부에 수용 공간이 형성된 3차원 입체 형태로 구성되며,
    상기 수용 공간 내에 상기 방열부가 내장되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱은,
    외형이 육면체 형태로 구성되어 상방향, 측방향 단면이 직사각형 형상을 갖는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱은,
    상면이 타원 형태로 구성되며,
    상면이 만곡되어 돌출된 돔 형태를 갖는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 소자는,
    상기 LED 에서 발생된 광이 투과하며 굴절되는 소정의 렌즈부를 포함하는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버는,
    적어도 일 부분이 상기 케이싱의 적어도 일 부분에 삽입되어 연결되는 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버는,
    소정의 연결부를 가져서 상기 연결부를 통해 상기 케이싱과 연결되되,
    상기 케이싱과 접하는 면에 밀착 개스킷이 구비된 채널 타입 방열 시스템을 포함하는 LED 등기구.
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