KR101329269B1 - Led 모듈용 히트싱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 모듈용 히트싱크 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 히트 파이프와 같은 열전달부재를 구비하여 LED에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 LED 모듈용 히트싱크에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 베이스; 상기 베이스의 일면 상에 형성되고, 적어도 하나의 LED(light emitting diode)가 실장된 LED 모듈; 상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대면 측에 형성되어, 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀으로 구성된 방열핀 조립체; 상기 베이스 및 상기 방열핀 조립체와 각각 접촉하도록 형성되어 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체로 전달하는 히트 파이프;를 포함하는 LED 모듈용 히트싱크를 제공한다.

Description

LED 모듈용 히트싱크{Heat sink for LED module}
본 발명은 LED 모듈용 히트싱크 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 히트 파이프와 같은 열전달부재를 구비하여 LED에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 LED 모듈용 히트싱크에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 반도체의 일종으로서 전압을 가하면 전기에너지가 빛에너지로 변화하여 발광(發光)하는 현상을 이용하는 것이다. 이러한 LED를 이용한 조명기구는, 현재 조명기구로서 주로 사용되는 백열등 등에 비해 전력소비가 작을 뿐 아니라 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, LED의 온도상승은 수명감소와 성능저하의 주된 요인으로 작용하므로 LED 조명 기구는, LED에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 방열장치가 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
대한민국 공개실용신안공보 20-2010-0003582 (2010. 04. 02.)
본 발명은 히트 파이프와 같은 열전달부재를 구비하여 LED에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 LED 모듈용 히트싱크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 적어도 하나의 LED(light emitting diode)가 실장된 LED 모듈이 일면 상에 형성되는 베이스; 상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대면 측에 형성되어, 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀으로 구성된 방열핀 조립체; 상기 베이스 및 상기 방열핀 조립체와 각각 접촉하도록 형성되어 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체로 전달하는 열전달부재;를 포함하는 LED 모듈용 히트싱크를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 열전달부재는 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체 중 상기 LED 모듈과 직접 대향하지 않는 영역으로 전달할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열전달부재는 히트 파이프일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열전달부재는 베이퍼 챔버(vaper chamber), 써모사이폰(thermosyphon), 그래핀(grapheme), 그래파이트(graphite) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열전달부재는 상기 베이스와 접촉하는 베이스 접촉부; 상기 방열핀 조립체와 접촉하는 방열핀 접촉부; 및 상기 베이스 접촉부와 상기 방열핀 접촉부를 연결하는 연결부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 방열핀 접촉부는 소정의 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대 면에는 소정의 열전달부재 홈이 형성되고, 상기 열전달부재의 상기 베이스 접촉부는 상기 열전달부재 홈 내에 삽입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각각의 방열핀은, 평면 또는 곡면을 포함하도록 형성된 날개부; 상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 베이스와 접촉하는 제1 접촉부; 및 상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 열전달부재와 접촉하는 제2 접촉부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 방열핀들이 방사상으로 배치되어 상기 방열핀 조립체를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제2 접촉부는 상기 열전달부재의 상기 방열핀 접촉부와 접촉할 수 있다.
여기서, 상기 각각의 방열핀에는 홈 및 돌기가 형성되고, 어느 하나의 방열핀의 돌기가 그 이웃한 방열핀의 홈에 결합되어 상기 다수 개의 방열핀이 연결될 수 있다.
여기서, 상기 각각의 방열핀의 날개부는 절개부가 형성되어, 상기 방열핀 조립체의 내부에 공간이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각각의 방열핀은, 평면 또는 곡면을 포함하도록 형성된 날개부; 상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 베이스와 접촉하는 제1 접촉부; 및 상기 열전달부재가 안착되도록 상기 날개부의 일 측에 홈 형상으로 형성된 제2 접촉부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 방열핀들이 방사상으로 배치되어 상기 방열핀 조립체를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제2 접촉부는 상기 열전달부재의 상기 방열핀 접촉부와 접촉할 수 있다.
여기서, 상기 각각의 방열핀의 날개부는 절개부가 형성되어, 상기 방열핀 조립체의 내부에 공간이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 베이스는, 상기 LED 모듈이 안착되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트로부터 일정 정도 이격되어 형성되는 안착부; 및 상기 베이스 플레이트와 상기 안착부를 연결하며, 하나 이상의 공기유입홀이 형성되어 있는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, LED에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 냉각시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 저면 사시도이다.
도 4는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 베이스를 나타내는 저면 사시도이다.
도 5는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 방열핀을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 결합 사시도이다.
도 8은 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 베이스를 나타내는 저면 사시도이다.
도 9는 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 방열핀을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 결합 사시도이며, 도 3은 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 저면 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 베이스를 나타내는 저면 사시도이고, 도 5는 도 1의 LED 모듈용 히트싱크의 방열핀을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(1)는 베이스(10), 열전달부재(20), 방열핀 조립체(30) 및 LED 모듈(40)을 포함한다.
상세히, 일반적인 LED 모듈용 히트싱크는 히트싱크 자체의 열전달로만 방열을 하게 된다. 이는 LED 모듈의 열을 히트싱크 전체에 고르게 전달하는데 비효율적이며, 특히 작은 면적에서 집중발열 하는 C.O.B(CHIP ON BOARD) 방식의 LED 모듈은 히트싱크와의 접촉면적이 작기 때문에, 히트싱크의 LED 모듈과의 접촉부에서의 열을 방열핀에 고르게 전달하는데 어려움이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(1)는 발열부의 열을 빠르게 방열핀으로 전달하기 위해 열전도율이 높은 히트 파이프와 같은 열전달부재를 적용하는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 히트싱크의 방열면적을 효율적으로 활용하기 위해, LED 모듈과 접촉된 발열부와 거리가 먼 부분을 히트 파이프로 연결하여 열경로를 구성함으로써, LED 모듈과 직접 접촉된 열경로 외에 추가로 히트 파이프로 구성된 열경로가 구성되어 두 가지의 열경로를 갖음으로써 효과적으로 열을 전달할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 특히 작은 면적에서 집중 발열하는 C.O.B 방식의 LED 모듈의 방열에 있어서 큰 효과를 얻을 수 있다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 4 등을 참조하면, 베이스(10)는 LED 모듈용 히트싱크(1)의 기저를 이루며, 열전달부재(20), 방열핀 조립체(30), LED 모듈(40)이 결합된다. 상세히, 베이스(10)는 베이스 플레이트(11), 연결부(12), 안착부(13), 공기유입홀(14), 체결공(15) 및 열전달부재 홈(17)을 포함한다.
베이스 플레이트(11)는 대략 평평한 평판 형상으로 형성되며 그 일면 상에는 체결공(15)이 형성되어 있다. 이와 같은 베이스 플레이트(11)의 일면 상에는 LED 모듈(40)이 배치되며, 베이스 플레이트(11)와 LED 모듈(40)은 체결 부재(50)가 LED 모듈(40)의 체결공(44) 및 베이스(10)의 체결공(15)을 관통하여 체결됨으로써 결합된다.
안착부(13)는 베이스 플레이트(11)로부터 일정 정도 이격되어 베이스 플레이트(11)와 평행한 면을 갖도록 형성되어, 방열핀 조립체(30) 상에 안착된다. 이때, 안착부(13)의 직경이 베이스 플레이트(11)의 직경보다 일정 정도 크도록 형성될 수 있다.
연결부(12)는 베이스 플레이트(11)와 안착부(13)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 연결부(12)는 베이스 플레이트(11)와 안착부(13)로부터 연장형성될 수 있으며, 따라서 베이스 플레이트(11) 및 안착부(13) 각각이 이루는 평면에 대해서 사선을 이루도록 형성될 수 있다.
한편, 연결부(12)에는 하나 이상의 공기유입홀(14)이 더 형성될 수 있다. 이와 같이 연결부(12)에 공기유입홀(14)이 더 형성됨으로써 LED 모듈용 히트싱크(1)로 차가운 공기의 유입이 가능해져서 방열 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(11)에서 LED 모듈(40)이 형성된 면의 반대 면(즉, 도 1에서의 저면)에는 소정의 열전달부재 홈(17)이 형성되어, 열전달부재(20)가 열전달부재 홈(17) 내에 삽입될 수 있다. 이때 열전달부재(20)의 베이스 접촉부(21, 후술함)가 열전달부재 홈(17) 내에 압입되어 삽입될 수 있으며, 이때 베이스 플레이트(11)와 열전달부재(20)의 접촉 열저항을 최소화하기 위해 경납땜의 용가재 또는 열전도율이 좋은 본드 및 접착제를 도포할 수도 있다.
다만 도면에는 베이스(10) 측에 열전달부재 홈이 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 방열핀(30) 측에 열전달부재 홈을 형성하거나 또는 베이스(10)와 방열핀(30) 양측에 모두 열전달부재 홈을 형성하는 것도 가능하다 할 것이다.
열전달부재(20)는 베이스(10) 및 방열핀 조립체(30)와 각각 접촉하도록 형성되어 LED 모듈(400)에서 발산된 열을 방열핀 조립체(30)로 전달하는 역할을 수행한다. 여기서, 열전달부재(20)로는 히트 파이프 등이 사용될 수 있다. 상세히, 히트 파이프는 내부를 배기(排氣)한 파이프로 작은 구멍이 많이 뚫려 있는 안쪽에 휘발성 액체를 가득 넣은 파이프를 의미한다. 이 파이프의 한쪽 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다. 파이프의 다른 끝에서 방열하고, 속을 지나 본래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있다. 본체의 재료로는 구리, 스테인리스강, 세라믹스, 텅스텐 등이 사용되고, 안벽은 다공질의 파이버 등이 사용될 수 있다. 내부의 휘발성 물질로는 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용될 수 있다. 또는 열전달부재(20)로 베이퍼 챔버(vaper chamber), 써모사이폰(thermosyphon), 그래핀(grapheme), 그래파이트(graphite) 등 고효율의 열전도재료들이 사용될 수도 있다.
열전달부재(20)는 베이스 접촉부(21), 방열핀 접촉부(23) 및 연결부(22)를 포함하여 구성된다. 여기서, 베이스 접촉부(21)는 대략 직선의 봉 형태로 형성되어 상술한 열전달부재 홈(17) 내에 압입되어 삽입되어, LED 모듈(40)에서 발산하는 열을 방열핀 접촉부(23)로 전달한다. 한편, 방열핀 접촉부(23)는 소정의 곡률을 갖도록 형성되어 방열핀 조립체(30)와 최대한 넓은 영역에서 접촉할 수 있도록 형성된다. 도면에는 열전달부재(20)가 두 개 형성되며, 각각의 열전달부재(20)의 방열핀 접촉부(23)는 각각 반원 형상으로 형성되어, 최대한 많은 수의 방열핀(31)과 접촉 가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 열전달부재(20)의 개수 및 형상은 다양하게 적용 가능하다 할 것이다. 그리고, 연결부(22)는 베이스 접촉부(21)와 방열핀 접촉부(23)를 연결하는 역할을 수행한다. 이와 같이 열전달부재(20)로 열경로를 추가 구성함에 따라 열전달 효율이 높아지고 LED 모듈용 히트싱크(1)의 방열면적을 넓힐 수 있으며, 고전력의 LED 모듈에도 적용 가능한 대용량의 히트싱크 제작이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
LED 모듈(40)은 인쇄회로기판(printed circuit board; 41)과, 상기 인쇄회로기판(41) 상에 실장된 적어도 하나의 LED(light emitting diode, 42)를 포함한다. 이와 같은 LED 모듈(40)은 베이스(10) 상에 형성되며, 체결 부재(50)에 의해 베이스(10)와 결합된다. 여기서, 인쇄회로기판(41)은, 열전도성이 좋은 금속, 예컨대 알루미늄 등으로 만들어질 수 있다. 인쇄회로기판(41)의 상면에는 하나 이상의 LED(42)가 실장되어 있으며, 구체적으로 도시하지는 않았으나 회로 구성을 위해 절연막 등으로 코팅이 되어 있을 수 있다. 한편, LED(42)는 인쇄회로기판(41)의 상면에 하나 이상 실장될 수 있으며, 전구 형태 혹은 소자 형태 등, 다양한 타입의 LED가 사용될 수 있다.
방열핀 조립체(30)는 베이스 플레이트(11)에서 LED 모듈(40)이 형성된 일면의 반대면 측에 형성되어 LED 모듈(40)에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀(31)들이 결합되어 구성되며, 여기서 각각의 방열핀(31)은 열전도율이 비교적 높은 금속소재의 얇은 판으로 형성될 수 있다.
각각의 방열핀(31)은 베이스 플레이트(11)에 대해 대략 수직하게 배치될 수 있으며, 각각의 방열핀(31)은 날개부(32), 제1 접촉부(33), 제2 접촉부(34), 결합홈(35), 결합돌기(36), 연결부(37)를 포함할 수 있다.
상세히, 날개부(32)는 평면 또는 곡면을 포함하도록 형성될 수 있다. 이와 같은 날개부(32)를 통하여 LED 모듈(40)에서 발산된 열이 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 이때 날개부(32)에는 그 일부가 절개된 절개부(38)가 더 형성될 수 있다. 이와 같은 절개부(38)에 의해서, 다수 개의 방열핀(31)들이 결합하여 방열핀 조립체(30)를 형성하였을 때 방열핀 조립체(30)의 내부에 소정의 공간(S)이 형성될 수 있다. 즉, 방열핀(31)들이 결합된 상태에서, 날개부(32)들은 방사상으로 고르게 펼쳐져 있으며, 절개부(38)에 의해 형성된 공간(S)에서는 자연대류에 의한 열교환이 일어나서, 날개부(32)로 전달된 LED 모듈(40)의 열이 보다 원활하게 냉각된다.
한편, 제1 접촉부(33)는 날개부(32)의 일 단부로부터 대략 수직 방향으로 절곡되어 형성된다. 이와 같은 제1 접촉부(33)는 베이스(10)의 베이스 플레이트(11)와 직접 접촉될 수 있다. 즉, 제1 접촉부(33)는 베이스 플레이트(11)에서 LED 모듈(40)이 형성된 일면의 반대면 측에 직접 접촉하도록 형성되어, LED 모듈(40)에서 발산된 열이 직접 방열핀 조립체(30)로 전달되도록 형성된다.
이때 각 방열핀(31)의 제1 접촉부(33)에는 홈(35) 및 돌기(36)를 포함하는 연결부(37)가 하나 이상 형성될 수 있다. 그리고, 어느 한 방열핀(31)의 돌기(36)가 그 이웃한 방열핀(31)의 홈(35)에 순차적으로 결합되어 다수 개의 방열핀(31)들이 연결되어 방열핀 조립체(30)를 형성하게 되는 것이다. 이와 같이 서로 이웃한 방열핀(31)들이 연결부(37)에 의해 연속적으로 연결되는 접철식 구조에 의해 다수 개의 방열핀(31)들이 방사형으로 배치되어 방열핀 조립체(30)가 형성될 수 있다.
한편, 제2 접촉부(34) 또한 날개부(32)의 일 단부로부터 대략 수직 방향으로 절곡되어 형성된다. 이때 제2 접촉부(34)는 상술한 제1 접촉부(33)으로부터 일정 정도 오프셋(offset)되어 형성될 수 있다. 이와 같은 제2 접촉부(34)는 열전달부재(20)의 방열핀 접촉부(23)와 직접 접촉될 수 있다. 즉, 제2 접촉부(34)는 방열핀 접촉부(23)와 직접 접촉하도록 형성되어, LED 모듈(40)에서 발산되어 열전달부재(20)의 베이스 접촉부(21), 연결부(22) 및 방열핀 접촉부(23)를 통해 전달된 열을 각 방열핀(31)의 날개부(32)로 전달하여 외부로 원활하게 발산되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(1)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 베이스(10)의 베이스 플레이트(11) 상에 LED 모듈(40)의 인쇄회로기판(41)을 결합한다. 이때 체결 부재(50)를 이용하여 베이스 플레이트(11)와 인쇄회로기판(41)을 결합할 수 있다.
다음으로, LED 모듈(40)이 장착된 베이스 플레이트(11)의 배면에 형성된 열전달부재 홈(17)에 열전달부재(20)의 베이스 접촉부(21)를 압입하여 베이스 플레이트(11)와 밀착한다. 압입 전, 베이스 플레이트(11)와 열전달부재(20)의 접촉 열저항을 최소화하기 위해 경납땜의 용가재 또는 열전도율이 좋은 본드 및 접착제를 도포할 수도 있다.
다음으로, 홈과 돌기로 이루어진 연결 고리 구조가 포함된 방열핀(31)을 이용하여 방사형으로 이루어진 방열핀 조립체(30)를 구성한다. 이와 같은 방열핀 조립체(30)를 형성하는 각각의 방열핀(31)에는 베이스(10)의 베이스 플레이트(11)와 직접 접촉하는 제1 접촉부(33)와, 열전달부재(20)의 방열핀 접촉부(23)와 직접 접촉하는 제2 접촉부(34) 및 제1 접촉부(33)/제2 접촉부(34)와 연결되어 제1 접촉부(33)/제2 접촉부(34)로 전달된 열을 외부로 배출하는 날개부(32)가 형성된다.
다음으로, 열전달부재(20)가 삽입된 베이스(10)와 방열핀 조립체(30)를 결합한다. 이때, 베이스(10)와 방열핀 조립체(30)의 접촉면에 경납땜의 용가재 또는 열전달율이 좋은 본드 및 접착제를 도포한 후, 방열핀 조립체(30)와 베이스(10)를 밀착시킨 상태에서 자연건조 또는 가열건조를 수행하여 LED 모듈용 히트싱크(1)를 제작할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(1)에 의하면, 열전달부재(20)에 의해 LED 모듈(40)에서 발생한 열이 그와 직접 대향하는 방열핀 조립체(30)의 일부분으로 전달되는 것은 물론, LED 모듈(40)로부터 이격된 방열핀 조립체(30)의 일부분으로도 전달되어, LED 모듈(40)에서 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하다.
즉, LED 모듈에서 발생된 열이 주요 방열수단인 날개부까지 전달되기 위해 LED 모듈과 직접 접촉된 열경로 외에 추가로 히트 파이프로 구성된 열경로가 구성되어 두 가지의 열경로를 갖음으로써, 열전달이 효과적으로 일어나게 된다. 이러한 구성은, 일반적으로 많은 수의 LED가 인쇄회로기판의 상면에 퍼져서 실장되는 LED 모듈의 냉각에 효과적이다.
또한, 다수 개의 방열핀들이 접철 방식의 연결 구조로 이루어져, 공기 유동에 영향을 적게 받는 내부 공간을 제거하고 대류에 영향을 많이 받는 외곽 부분으로만 방열핀을 제작함으로써 경량의 히트싱크 제작이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 냉각능력이 증가됨에 따라, LED를 상대적으로 많은 수로 구비할 수 있게 되어, 더욱 밝은 조명조립체를 구현할 수 있게 된다. 또한, 냉각이 효과적으로 이루어지게 되면, 그렇지 못할 경우보다, LED들의 수명이 늘어나는 효과도 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크에 대해 기술한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 결합 사시도이다. 그리고, 도 8은 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 베이스를 나타내는 저면 사시도이고, 도 9는 도 6의 LED 모듈용 히트싱크의 방열핀을 나타내는 사시도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(100)는 베이스(110), 열전달부재(120), 방열핀 조립체(130) 및 LED 모듈(140)을 포함한다. 본 실시예는 도 1 내지 도 5에서 상술한 실시예와 비교하여, 베이스(110)의 형상 및 열전달부재(120)와 방열핀 조립체(130)의 결합이 특징적으로 달라지는바, 이하에서는 이에 대하여 중점적으로 설명하도록 한다.
베이스(110)는 LED 모듈용 히트싱크(100)의 기저를 이루며, 히트 파이프(120), 방열핀 조립체(130), LED 모듈(140)이 결합된다. 상세히, 베이스(110)는 베이스 플레이트(111), 체결공(115) 및 히트 파이프 홈(117)을 포함한다.
베이스 플레이트(111)는 대략 평평한 평판 형상으로 형성되며 그 일면 상에는 체결공(115)이 형성되어 있다. 이와 같은 베이스 플레이트(111)의 일면 상에는 LED 모듈(140)이 배치되며, 베이스 플레이트(111)와 LED 모듈(140)은 체결 부재(150)가 LED 모듈(140)의 체결공(144) 및 베이스(110)의 체결공(115)을 관통하여 체결됨으로써 결합된다.
본 실시예의 LED 모듈용 히트싱크(100)가 도 1 내지 도 5에서 상술한 실시예와 다른 점은, 베이스(110)가 별도의 안착부를 형성하지 아니하고, 열전달부재(120)가 방열핀 조립체(130) 상에 배치되어 외부로 노출된다는 점이다. 이와 같이 베이스(110)의 구조가 간단해짐으로써 제조가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(111)에서 LED 모듈(140)이 형성된 면의 반대 면(즉, 도 6에서의 저면)에는 소정의 열전달부재 홈(117)이 형성되어, 열전달부재(120)가 열전달부재 홈(117) 내에 삽입될 수 있다. 이때 열전달부재(120)의 베이스 접촉부(121, 후술함)가 열전달부재 홈(117) 내에 압입되어 삽입될 수 있으며, 이때 베이스 플레이트(111)와 열전달부재(120)의 접촉 열저항을 최소화하기 위해 경납땜의 용가재 또는 열전도율이 좋은 본드 및 접착제를 도포할 수도 있다.
열전달부재(120)는 베이스(110) 및 방열핀 조립체(130)와 각각 접촉하도록 형성되어 LED 모듈(1400)에서 발산된 열을 방열핀 조립체(130)로 전달하는 역할을 수행한다. 여기서, 열전달부재(120)로는 히트 파이프 등이 사용될 수 있다. 또는 열전달부재(120)로 베이퍼 챔버(vaper chamber), 써모사이폰(thermosyphon), 그래핀(grapheme), 그래파이트(graphite) 등 고효율의 열전도재료들이 사용될 수도 있다.
열전달부재(120)는 베이스 접촉부(121), 방열핀 접촉부(123) 및 연결부(122)를 포함하여 구성된다. 여기서, 베이스 접촉부(121)는 대략 직선의 봉 형태로 형성되어 상술한 열전달부재 홈(117) 내에 압입되어 삽입되어, LED 모듈(140)에서 발산하는 열을 방열핀 접촉부(123)로 전달한다. 한편, 방열핀 접촉부(123)는 소정의 곡률을 갖도록 형성되어 방열핀 조립체(130)와 최대한 넓은 영역에서 접촉할 수 있도록 형성된다. 도면에는 열전달부재(120)가 한 개 형성되며, 열전달부재(120)의 베이스 접촉부(121)의 양단부에서 각각 방열핀 접촉부(123)가 반원 형상으로 절곡되어 형성되어, 최대한 많은 수의 방열핀(131)과 접촉 가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 열전달부재(120)의 개수 및 형상은 다양하게 적용 가능하다 할 것이다. 그리고, 연결부(122)는 베이스 접촉부(121)와 방열핀 접촉부(123)를 연결하는 역할을 수행한다. 이와 같이 열전달부재(120)로 열경로를 추가 구성함에 따라 열전달 효율이 높아지고 LED 모듈용 히트싱크(11)의 방열면적을 넓힐 수 있으며, 고전력의 LED 모듈에도 적용 가능한 대용량의 히트싱크 제작이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
LED 모듈(140)은 인쇄회로기판(printed circuit board; 141)과, 상기 인쇄회로기판(141) 상에 실장된 적어도 하나의 LED(light emitting diode, 142)를 포함한다. 이와 같은 LED 모듈(140)은 베이스(110) 상에 형성되며, 체결 부재(150)에 의해 베이스(110)와 결합된다.
방열핀 조립체(130)는 베이스 플레이트(111)에서 LED 모듈(140)이 형성된 일면의 반대면 측에 형성되어 LED 모듈(140)에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀(131)들이 결합되어 구성되며, 여기서 각각의 방열핀(131)은 열전도율이 비교적 높은 금속소재의 얇은 판으로 형성될 수 있다.
각각의 방열핀(131)은 베이스 플레이트(111)에 대해 대략 수직하게 배치될 수 있으며, 각각의 방열핀(131)은 날개부(132), 제1 접촉부(133), 제2 접촉부(134), 연결부(137)를 포함할 수 있다.
상세히, 날개부(132)는 평면 또는 곡면을 포함하도록 형성될 수 있다. 이와 같은 날개부(132)를 통하여 LED 모듈(140)에서 발산된 열이 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 이때 날개부(132)에는 그 일부가 절개된 절개부(138)가 더 형성될 수 있다. 이와 같은 절개부(138)에 의해서, 다수 개의 방열핀(131)들이 결합하여 방열핀 조립체(130)를 형성하였을 때 방열핀 조립체(130)의 내부에 소정의 공간(1S)이 형성될 수 있다. 즉, 방열핀(131)들이 결합된 상태에서, 날개부(132)들은 방사상으로 고르게 펼쳐져 있으며, 절개부(138)에 의해 형성된 공간(1S)에서는 자연대류에 의한 열교환이 일어나서, 날개부(132)로 전달된 LED 모듈(140)의 열이 보다 원활하게 냉각된다.
한편, 제1 접촉부(133)는 날개부(132)의 일 단부로부터 대략 수직 방향으로 절곡되어 형성된다. 이와 같은 제1 접촉부(133)는 베이스(110)의 베이스 플레이트(111)와 직접 접촉될 수 있다. 즉, 제1 접촉부(133)는 베이스 플레이트(111)에서 LED 모듈(140)이 형성된 일면의 반대면 측에 직접 접촉하도록 형성되어, LED 모듈(140)에서 발산된 열이 직접 방열핀 조립체(130)로 전달되도록 형성된다.
한편 서로 이웃한 방열핀(131)들은 연결부(137)에 의해 연속적으로 연결되는 접철식 구조에 의해 다수 개의 방열핀(131)들이 방사형으로 배치되어 방열핀 조립체(130)가 형성될 수 있다.
한편, 제2 접촉부(134) 또한 날개부(132)의 일 단부에 형성되며, 홈 형상으로 형성되고, 이와 같은 제2 접촉부(134) 상에 열전달부재(120)가 안착될 수 있다. 즉, 이와 같은 제2 접촉부(134)는 열전달부재(120)의 방열핀 접촉부(123)와 직접 접촉하도록 형성되어, LED 모듈(140)에서 발산되어 열전달부재(120)의 베이스 접촉부(121), 연결부(122) 및 방열핀 접촉부(123)를 통해 전달된 열을 각 방열핀(131)의 날개부(132)로 전달하여 외부로 원활하게 발산되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(100)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 베이스(110)의 베이스 플레이트(111) 상에 LED 모듈(140)의 인쇄회로기판(141)을 결합한다. 이때 체결 부재(150)를 이용하여 베이스 플레이트(111)와 인쇄회로기판(141)을 결합할 수 있다.
다음으로, LED 모듈(140)이 장착된 베이스 플레이트(111)의 배면에 형성된 열전달부재 홈(117)에 열전달부재(120)의 베이스 접촉부(121)를 압입하여 베이스 플레이트(111)와 밀착한다. 압입 전, 베이스 플레이트(111)와 열전달부재(120)의 접촉 열저항을 최소화하기 위해 경납땜의 용가재 또는 열전도율이 좋은 본드 및 접착제를 도포할 수도 있다.
다음으로, 다수 개의 방열핀(131)이 결합하여 방사형으로 이루어진 방열핀 조립체(130)를 구성한다. 이와 같은 방열핀 조립체(130)를 형성하는 각각의 방열핀(131)에는 베이스(110)의 베이스 플레이트(111)와 직접 접촉하는 제1 접촉부(133)와, 열전달부재(120)의 방열핀 접촉부(123)와 직접 접촉하는 제2 접촉부(134) 및 제1 접촉부(133)/제2 접촉부(134)와 연결되어 제1 접촉부(133)/제2 접촉부(134)로 전달된 열을 외부로 배출하는 날개부(132)가 형성된다.
다음으로, 열전달부재(120)가 삽입된 베이스(110)와 방열핀 조립체(130)를 결합한다. 여기서, 열전달부재(120)의 방열핀 접촉부(123)는 방열핀 조립체(130)의 각 방열핀(131)의 제2 접촉부(134) 상에 안착된다. 이때, 열전달부재(120)와 방열핀 조립체(130)의 접촉면에 경납땜의 용가재 또는 열전달율이 좋은 본드 및 접착제를 도포한 후, 방열핀 조립체(130)와 열전달부재(120)를 밀착시킨 상태에서 자연건조 또는 가열건조를 수행하여 LED 모듈용 히트싱크(100)를 제작할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈용 히트싱크(100)에 의하면, 열전달부재(120)에 의해 LED 모듈(140)에서 발생한 열이 그와 직접 대향하는 방열핀 조립체(130)의 일부분으로 전달되는 것은 물론, LED 모듈(140)로부터 이격된 방열핀 조립체(130)의 일부분으로도 전달되어, LED 모듈(140)에서 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: LED 모듈용 히트싱크
10: 베이스
20: 열전달부재
30: 방열핀 조립체
40: LED 모듈

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 LED(light emitting diode)가 실장된 LED 모듈이 일면 상에 형성되는 베이스;
    상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대면 측에 형성되어, 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀으로 구성된 방열핀 조립체;
    상기 베이스 및 상기 방열핀 조립체와 각각 접촉하도록 형성되어 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체로 전달하는 열전달부재;를 포함하고,
    상기 각각의 방열핀은,
    평면 또는 곡면을 포함하도록 형성된 날개부;
    상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 베이스와 접촉하는 제1 접촉부; 및
    상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 열전달부재와 접촉하는 제2 접촉부;를 포함하는 LED 모듈용 히트싱크.
  2. 적어도 하나의 LED(light emitting diode)가 실장된 LED 모듈이 일면 상에 형성되는 베이스;
    상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대면 측에 형성되어, 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 외부로 방출하는 복수 개의 방열핀으로 구성된 방열핀 조립체;
    상기 베이스 및 상기 방열핀 조립체와 각각 접촉하도록 형성되어 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체로 전달하는 열전달부재;를 포함하고,
    상기 각각의 방열핀은,
    평면 또는 곡면을 포함하도록 형성된 날개부;
    상기 날개부의 일 측으로부터 소정 각도로 절곡 형성되어 상기 베이스와 접촉하는 제1 접촉부; 및
    상기 열전달부재가 안착되도록 상기 날개부의 일 측에 홈 형상으로 형성된 제2 접촉부;를 포함하는 LED 모듈용 히트싱크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달부재는 상기 베이스 상의 상기 LED 모듈에서 발산된 열을 상기 방열핀 조립체 중 상기 LED 모듈과 직접 대향하지 않는 영역으로 전달하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달부재는 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달부재는 베이퍼 챔버(vaper chamber), 써모사이폰(thermosyphon), 그래핀(grapheme), 그래파이트(graphite) 중 하나 이상을 포함하는 LED 모듈용 히트싱크.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달부재는
    상기 베이스와 접촉하는 베이스 접촉부;
    상기 방열핀 조립체와 접촉하는 방열핀 접촉부; 및
    상기 베이스 접촉부와 상기 방열핀 접촉부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열핀 접촉부는 소정의 곡률을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 베이스에서 상기 LED 모듈이 형성된 상기 일면의 반대 면에는 소정의 열전달부재 홈이 형성되고, 상기 열전달부재의 상기 베이스 접촉부는 상기 열전달부재 홈 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수 개의 방열핀들이 방사상으로 배치되어 상기 방열핀 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 접촉부는 상기 열전달부재의 상기 방열핀 접촉부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 각각의 방열핀에는 홈 및 돌기가 형성되고, 어느 하나의 방열핀의 돌기가 그 이웃한 방열핀의 홈에 결합되어 상기 다수 개의 방열핀이 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 각각의 방열핀의 날개부는 절개부가 형성되어, 상기 방열핀 조립체의 내부에 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스는,
    상기 LED 모듈이 안착되는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트로부터 일정 정도 이격되어 형성되는 안착부; 및
    상기 베이스 플레이트와 상기 안착부를 연결하며, 하나 이상의 공기유입홀이 형성되어 있는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈용 히트싱크.
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