KR101118917B1 - 엘이디 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, LED에 전원을 공급하여 조명을 구현하기 위한 제품의 구성에서 LED에서 방출되는 열을 보다 신속하고 효율적으로 방열시키기 위한 구성을 제시하여, LED의 열에 의해 발생되는 여러 불량요인을 최소화함과 동시에 조명효율을 향상시키도록 한 LED 조명에 적용되는 광원장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 외부의 전기전원을 인가받아 빛을 방출하며, 조명을 형성하기 위한 구간에 대응하여 1이상의 열 또는 1이상의 열과 행으로 배치되는 다수의 LED와; 상기 다수의 LED가 실장되기 위해 절연성 박형의 열전도성 시트로 기판이 형성되고, 상기 기판 상에 다수의 LED를 전원연결하기 위한 전도성 패턴이 형성된 패턴기판과; 상기 패턴기판의 LED가 실장된 면의 이면이 일측면에 대면접촉되어 결합되며, 상기 패턴기판이 대면접촉된 면의 이면에 다수의 방열핀이 형성된 히트씽크;를 포함하여 구성된다.

Description

엘이디 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치{A light source apparatus for LED illumination and BLU}
본 발명은 LED 조명에 적용되는 광원장치에 관한 것이다.
상세하게 본 발명은, LED에 전원을 공급하여 조명을 구현하기 위한 제품의 구성에서 LED에서 방출되는 열을 보다 신속하고 효율적으로 방열시키기 위한 구성을 제시하여, LED의 열에 의해 발생되는 여러 불량요인을 최소화함과 동시에 조명효율을 향상시키도록 한 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치에 관한 것이다.
LED(light emitting diode)를 이용한 조명에는 일반 조명등기구를 비롯하여 LCD, 유기 LED를 이용한 디스플레이 패널의 백라이트유닛(back light unit; BLU) 등이 예시될 수 있다.
즉, 상기 LED는 조명의 광원으로 적용되는 것으로, 이를 이용한 일반 조명등기구는 하우징의 내부에 다수의 LED가 실장된 PCB(printed circuit bord)가 광원의 기능을 수행하기 위해 장착되고, LED에서 빛이 출사되는 전방의 하우징 개방부에 다수의 LED 빛을 확산하여 방출시키기 위한 투과커버가 결합되어 구성된다.
또한, 상기 LED 조명을 이용한 백라이트유닛은 다수의 LED가 PCB에 실장된 상태로 면광원을 형성하기 위한 도광판의 일측 또는 직하방향에 배치되어 구성된다. 이때, 상기 LED와 도광판의 사이에는 LED에서 출사된 빛을 확산시키거나 특정 방향으로 굴절시키기 위한 렌즈 등의 구성이 부가됨은 주지된 것과 같다.
상기와 같은 LED 광원은 LED의 소자 특성상 구동시 상당한 열을 방출하게 되며, 이와 같은 열은 LED 자체의 과부하 요인이 되며, 특히, LED를 구동시키기 위한 PCB 상의 소자 등에도 악영향을 끼치게 된다.
이와 같은 LED에 의해 발생되는 열을 외부로 방열시키기 위해 LED가 실장된 PCB의 이면에 열교환 성능이 우수한 히트씽크를 부착시키거나, 열을 외부로 강제 방열시키도록 방열팬을 설치하고 있다.
대한민국 특허출원 제10-2005-8216호(엘이디 백라이트 유닛용 방열장치, 이하 선출원발명)에는 LCD의 백라이트로 부터 발생된 열을 방출하여 효과적으로 냉각시키기 위한 구성이 제시되고 있다.
보다 구체적으로, 선출원발명에 제시된 방열장치는 LED가 실장된 PCB의 후방에 히트씽크를 결합시키고, 이들을 고정판으로 연결시킨 후 고정판에 방열홀을 형성하여 방열홀이 형성된 지점에 열을 강제배기시키도록 한 방열팬을 설치하여 구성된다. 이때, 상기 선출원발명은 방열효율을 향상시키기 위해 다수의 LED 각각에는 PCB를 분할하여 1:1 대응하도록 하며, 각 PCB와 히트씽크의 사이에 히트파이프를 장착하여 구성된다.
상기와 같은 선출원발명은 LED에서 발생된 열을 방열하기 위한 구성이 상당히 복잡하게 구성되어 제작원가가 높고 제작시간이 지연됨에 따라 생산성이 낮은 문제점이 노출된다.
또한, 상기 선출원발명에서 PCB는 알루미늄 재질로 된 메탈PCB(MCPCB)를 적용하게 되는데, 이와 같은 메탈PCB는 상당한 두께와 중량이기 때문에 소형화를 추구하는 제품의 디스플레이 등에 적용할 수 없을 뿐만아니라 제품의 중량을 가중시키는 단점이 발생된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명한 것이다.
이에 본 발명은, LED에 전원을 공급하여 조명을 구현하기 위한 제품의 구성에서 LED에서 방출되는 열을 보다 신속하고 효율적으로 방열시키기 위한 구성을 제시고, 그 구성이 보다 단순화되고 최소화된 크기 및 중량을 갖을 수 있도록 한 방열수단을 갖는 광원장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 아래의 구성을 갖는다.
본 발명은, 외부의 전기전원을 인가받아 빛을 방출하며, 조명을 형성하기 위한 구간에 대응하여 1이상의 열 또는 1이상의 열과 행으로 배치되는 다수의 LED와; 상기 다수의 LED가 실장되기 위해 절연성 박형의 열전도성 시트로 기판이 형성되고, 상기 기판 상에 다수의 LED를 전원연결하기 위한 전도성 패턴이 형성된 패턴기판과; 상기 패턴기판의 LED가 실장된 면의 이면이 일측면에 대면접촉되어 결합되며, 상기 패턴기판이 대면접촉된 면의 이면에 다수의 방열핀이 형성된 히트씽크;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 패턴기판은 기판이 실리콘계 수지에 비철금속 산화물 또는 CNT로 된 열전도성입자가 분산되어 형성된다.
특히, 상기 패턴기판은 기판이 실리콘계 수지에 비철금속 산화물 또는 CNT로 된 열전도성입자가 분산되어 형성된 시트원료를 히트씽크의 면에 부착 또는 도포하여 증착시켜 박형의 기판층으로 형성된다.
한편, 본 발명은 면광원을 형성하기 위한 도광판의 적어도 어느 일측 모서리에 LED가 빛을 출사하도록 배치되어 결합된 모서리 광원결합형 BLU에 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명은 면광원을 형성하기 위한 도광판의 빛이 방출되는 면의 직하방향에서 LED가 빛을 출사하도록 배치되어 결합된 직하방향 광원결합형 BLU에 설치될 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 히트씽크의 패턴기판이 대면접촉된 면측으로 튜브형태의 투과커버가 결합되어, 상기 패턴기판의 LED에서 방출된 빛이 투과커버를 통과하며 확산 방출되도록 구성된 튜브형 LED 조명등에 설치된다.
또한, 본 발명은 외부에 일측으로 빛이 방출되기 위한 개방부가 형성된 하우징이 배치되고, 상기 하우징의 개방부에 LED의 빛이 확산되며 방출되도록 하기 위한 투과커버가 결합된 평판형 LED 조명등의 내부에 설치될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은, LED에서 방출되는 열을 보다 신속하고 효율적으로 방열시키기 위한 방열구성이 보다 단순화되어 편리한 작업성 및 신속한 작업과정에 따른 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 LED가 실장되는 기판이 초박형으로 제작되어 히트씽크와 결합됨에 의해 LED에서 발생된 열이 최대한 신속하게 히트씽크로 전도되어 보다 우수한 방열효율 및 제품의 크기를 소형화, 경량화시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 광원장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 광원장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 광원장치의 패턴기판 제작상태 공정도.
도 4a, 도 4b는 본 발명에 의한 광원장치가 적용된 BLU 예시도.
도 5a, 도 5b는 본 발명에 의한 광원장치가 적용된 조명등 예시도.
상기와 같은 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 광원장치의 사시도, 도 2는 본 발명에 의한 광원장치의 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 의한 광원장치는 다수의 LED(10), 패턴기판(20), 히트씽크(30)로 이루어진다. 도면에서는 상기 LED(10)가 일렬로 배치되어 패턴기판(20)과 히트씽크(30)가 길이방향을 갖는 직사각 형태의 구성을 예시하였지만, LED(10)의 배치상태에 따라 원형, 타원형, 삼각이상의 다각형태로 형성될 수 있다.
상기 LED(10)는 외부의 전기전원을 인가받아 빛을 방출하기 위한 소자임은 주지된 것과 같다. 특히, 상기 LED(10)가 조명 내에서 다수개 적용될 때에는 조명을 형성하기 위한 구간에 대응하여 1이상의 열 또는 1이상의 열과 행으로 배치되어 구성된다. 특히, 상기 LED(10)는 패턴기판(20) 상에서 표면실장되기 위한 SMT(Surface Mounting Technology) 방식의 것으로 적용된다.
상기 패턴기판(20)은 기판(21)과, 패턴(22)으로 구성된다.
상기 기판(21)은 다수의 LED(10)가 실장되기 위해 절연성능을 갖는 초박형의 시트로 기판(21)이 형성된다. 상기 패턴(22)은 기판(21)의 LED(10)가 실장되기 위한 면에 주로 동박으로 형성되며, 이와 같은 동박의 패턴(22)은 기판(21) 상에 동박을 증착시킨 후 에칭하는 방법에 의해 제작될 수 있으며, 이와 다르게 기판(21) 상에 목적하는 패턴(22)을 인쇄(주로 스크린 인쇄)하여 형성될 수 있다.
특히, 상기 기판(21)은 LED(10)의 열을 히트씽크(30)로 신속하게 전달시키기 위해 열전도성능이 우수하도록 제작될 수 있다. 이를 위해, 상기 기판(21)은 고분자 합성수지(실리콘계 수지를 사용함이 바람직함)에 비철금속 산화물 또는 CNT(Carbon Nanotube)로 된 열전도성 입자를 기판(21)의 제조시 분산시켜 제작된다.
이와 같이 제작된 기판(21)은 전술한 열전도성 입자가 혼합된 시트원료를 박형의 시트로 형성한 후, 전술된 패턴(22)을 형성하여 히트씽크(30)에 대면접촉되도록 부착시킬 수 있다.
또는, 상기 기판(21)은 열전도성 입자가 혼합된 시트원료를 히트씽크(30)의 면에 도포하여 증착시킴에 따라 흡사, 히트씽크(30)의 면에 코팅된 기판층을 형성하고 그 표면에 패턴(22)을 형성하여 제작될 수도 있다.
상기 히트씽크(30)는 전술된 것과 같이 일면에 초박형의 패턴기판(20)이 대면접촉되도록 부착 또는 기판층으로 형성되고, 그 이면에는 방열면적을 확장시켜 열교환효율을 향상시키기 위한 다수의 방열핀(31)이 형성되어 구성된다.
도 3은 본 발명에 의한 광원장치의 패턴기판 제작상태 공정도이다.
도 3은 상기 패턴기판(20)을 히트씽크(30)에 부착시키는 과정의 실시상태를 예시한다. 상기 패턴기판(20)은 히트씽크(30)를 이송시키며 롤러상태로 권취된 초박형 시트형태의 기판(21)을 히트씽크(30)에 부착시킨 후, 다시 롤러상태로 권취된 초박형 패턴(22)을 부착시켜 제작된다.
여기서, 상기 기판(21)은 전술한 것과 같은 열전도성 입자가 혼합된 원료로 형성되고, 히트씽크(30)와 패턴(22)이 부착되도록 하기 위한 접착시트의 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 패턴(22)은 초박형 동박으로 형성되어 우수한 전기전도성을 갖도록 함이 바람직하다.
<적용예1>
도 4a, 도 4b는 본 발명에 의한 광원장치가 적용된 BLU 예시도이다.
도 4a는 상기 광원장치가 모서리 광원결합형 BLU(60)에 설치된 구성을 나타낸다. 이때, 상기 광원장치는 면광원을 형성하기 위한 도광판(61)의 적어도 어느 일측 모서리에 LED(10)가 도광판(61) 측으로 빛을 출사하도록 배치되어 결합된다.
이와 같이 구성된 모서리 광원결합형 BLU(60)는 도광판(61)의 일측에 배치결합된 LED(10)가 도광판(61)의 내측으로 빛을 출사하여 도광판(61)은 면광원을 형성하게 되며, 이때, LED(10)에서 발생된 열은 패턴기판(20)을 통해 히트씽크(30)로 전달되어 방열된다.
도 4b는 상기 광원장치가 직하방향 광원결합형 BLU(70)에 설치된 구성을 나타낸다. 이때, 상기 광원장치는 도광판(71)의 빛이 방출되는 면의 직하방향에 LED(10)가 배치결합된다.
이와 같이 구성된 직하방향 광원결합형 BLU(70)는 도광판(71)과 대면배치된 LED(10)에서 출사된 빛이 도광판(71)의 내측으로 입사되어 도광판(71)이 면광원을 형성하게 되며, 이때에도 LED(10)에서 발생된 열은 패턴기판(20)을 통해 히트씽크(30)로 전달되어 방열되는 것이다.
<적용예2>
도 5a, 도 5b는 본 발명에 의한 광원장치가 적용된 조명등 예시도이다.
도 5a는 상기 광원장치가 튜브형 LED 조명등(40)에 적용된 구성을 나타낸다. 여기서, 상기 튜브형 LED 조명등(40)은 다수의 LED(10)가 일렬배치된 패턴기판(20)이 부착 또는 기판층으로 형성된 히트씽크(30)에 투과커버(41)가 결합되어 구성된다.
이때, 상기 투과커버(41)는 대략 원형의 단면형태로 형성되고, 일부구간(도면의 상부)이 절개되어 양단이 히트씽크(30)의 패턴기판(20)이 대면접촉된 면측에 형성된 결합홈(32)에 끼워져 결합된다.
이와 같이 구성된 튜브형 LED 조명등(40)은 주로 형광등의 형태로 형성되어 LED(10)에서 출사된 빛이 투과커버(41)에 의해 확산되며 방출되어 조명이 구현되며, 상기 히트씽크(30)는 외부로 노출되어 LED(10)에서 발생된 열이 패턴기판(20)에 전도되어 히트씽크(30)에서 외부의 공기와 열교환됨에 의해 신속하게 방열된다.
도 5b는 상기 광원장치가 평판형 LED 조명등(50)에 적용된 구성을 나타낸다. 여기서, 상기 평판형 LED 조명등(50)은 일측으로 빛이 방출되기 위한 개방부가 형성된 하우징(51)의 내부에 상기 광원장치가 설치되어 구성된다. 이때, 상기 하우징(51)의 개방부에는 LED(10)의 빛이 확산되며 방출되도록 하기 위한 투과커버(52)가 결합되어 구성된다.
이와 같이 구성된 평판형 LED 조명등(50)은 다수의 LED(10)에서 출사된 빛이 투과커버(52)에 의해 확산되며 방출되어 조명이 구현되며, 이때 LED(10)에서 발생된 열은 패턴기판(20)을 통해 히트씽크(30)에서 열교환되어 신속하게 방열된다.
10: LED 20: 패턴기판
21: 기판 22: 패턴
30: 히트씽크

Claims (7)

  1. 외부의 전기전원을 인가받아 빛을 방출하며, 조명을 형성하기 위한 구간에 대응하여 1이상의 열 또는 1이상의 열과 행으로 배치되는 다수의 LED(10)와;
    상기 다수의 LED(10)가 실장되기 위해 절연성 박형의 열전도성 시트로 기판(21)이 형성되고, 상기 기판(21) 상에 다수의 LED(10)를 전원연결하기 위한 전도성 패턴(22)이 형성된 패턴기판(20)과;
    상기 패턴기판(20)의 LED(10)가 실장된 면의 이면이 일측면에 대면접촉되어 결합되며, 상기 패턴기판(20)이 대면접촉된 면의 이면에 다수의 방열핀(31)이 형성된 히트씽크(30);를 포함하되
    상기 패턴기판(20)은 기판(21)이 실리콘계 수지에 비철금속 산화물 또는 CNT로 된 열전도성입자가 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
  2. 삭제
  3. 외부의 전기전원을 인가받아 빛을 방출하며, 조명을 형성하기 위한 구간에 대응하여 1이상의 열 또는 1이상의 열과 행으로 배치되는 다수의 LED(10)와;
    상기 다수의 LED(10)가 실장되기 위해 절연성 박형의 열전도성 시트로 기판(21)이 형성되고, 상기 기판(21) 상에 다수의 LED(10)를 전원연결하기 위한 전도성 패턴(22)이 형성된 패턴기판(20)과;
    상기 패턴기판(20)의 LED(10)가 실장된 면의 이면이 일측면에 대면접촉되어 결합되며, 상기 패턴기판(20)이 대면접촉된 면의 이면에 다수의 방열핀(31)이 형성된 히트씽크(30);를 포함하되
    상기 패턴기판(20)은 기판(21)이 실리콘계 수지에 비철금속 산화물 또는 CNT로 된 열전도성입자가 분산되어 형성된 시트원료를 히트씽크(30)의 면에 부착 또는 도포하여 증착시켜 박형의 기판층으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    면광원을 형성하기 위한 도광판(61)의 적어도 어느 일측 모서리에 LED(10)가 빛을 출사하도록 배치되어 결합된 모서리 광원결합형 BLU(60)에 설치된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    면광원을 형성하기 위한 도광판(71)의 빛이 방출되는 면의 직하방향에서 LED(10)가 빛을 출사하도록 배치되어 결합된 직하방향 광원결합형 BLU(70)에 설치된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 히트씽크(30)의 패턴기판(20)이 대면접촉된 면측으로 튜브형태의 투과커버(41)가 결합되어, 상기 패턴기판(20)의 LED(10)에서 방출된 빛이 투과커버(41)를 통과하며 확산 방출되도록 구성된 튜브형 LED 조명등(40)에 설치된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    외부에 일측으로 빛이 방출되기 위한 개방부가 형성된 하우징(51)이 배치되고, 상기 하우징(51)의 개방부에 LED(10)의 빛이 확산되며 방출되도록 하기 위한 투과커버(52)가 결합된 평판형 LED 조명등(50)의 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 LED 조명 및 백라이트 유닛용 광원장치.
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