KR101349938B1

KR101349938B1 - 엘이디 조명장치

Info

Publication number: KR101349938B1
Application number: KR1020120104631A
Authority: KR
Inventors: 이영주
Original assignee: 재단법인 한국조명연구원
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-01-23

Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 일면에 복수의 엘이디 패키지가 배치되어 있으며, 상기 복수의 엘이디 패키지가 도전성 회로패턴에 의해 서로 연결되어 있는 엘이디 모듈; 상기 엘이디 모듈의 타면과 대향되게 배치되는 히트싱크; 및, 상기 엘이디 모듈과 상기 히트싱크 사이에서 상기 회로패턴의 경로를 따라 형성되는 금속의 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 조명장치{LED ILLUMINATING DEVICE}

본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 특히 효율적인 방열구조를 구비하고 있어서 발광효율과 내구수명을 크게 높인 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

엘이디 조명장치는 발광체인 엘이디 모듈의 온도를 어떻게 제어하느냐에 따라 발광효율 및 내구수명이 결정된다.

구체적으로, 엘이디 조명장치의 광 출력을 높이기 위하여 엘이디 광원에 전력을 높이 인가할수록 엘이디 소자에서 발생하는 열은 더 높아지게 되는데, 엘이디 소자에서 발생된 열을 내부에서 지속적으로 지니게 되면 엘이디 소자의 온도가 상승하여 효율적인 광 방출을 저해하게 되고 열적 스트레스에 따라 수명이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 엘이디 소자 내부에서 발생된 열을 외부로 얼마나 잘 방출시킬 수 있는가의 여부가 전기적 및 광학적 특성과 함께 가장 중요한 요소가 되고 있다.

이에 따라, 엘이디 모듈에서 발생하는 열을 방출하기 위하여 히트싱크(Heat-sink)라는 금속구조물을 접촉시켜서 열전도 및 열방출을 원활하게 하고 적정한 온도를 유지시키고 있는 것이 일반적이다.

현재의 엘이디 조명장치는 PCB(절연체) 전면에 엘이디를 취부하고 뒷면에 동박을 코팅하여 열 방출 효과를 높이고 있으나, 상기 동박과 접촉되는 히트싱크는 다이캐스팅에 의해 제조된 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있어, 알루미늄 히트싱크와 동박 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 밀착도가 떨어지고, 알루미늄 히트싱크와 동박 사이의 열전도율 차이에 의해 전반적인 열전도율이 떨어져 열 방출 효율을 획기적으로 높일 수 없는 실정이었다.

또한, 엘이디 모듈에 형성된 회로패턴을 따라 상대적으로 높은 열이 발생하는데, 이 부분을 차별적으로 방열시키지 못하여 열방출의 균일성과 효율이 저하하는 문제점도 있었다.

대한민국공개특허공보 제2009-0063032호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엘이디 모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 전도 및 방열시킬 수 있는 엘이디 조명장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 종래 엘이디 모듈과 알루미늄 히트싱크 사이의 열팽창계수 및 열전도율의 차이로 발생할 수 있는 밀착도 및 열전도율의 저하 문제를 해결함으로써, 종래의 엘이디 조명장치보다 열 방출 및 열 전도를 원활하게 할 수 있는 엘이디 조명장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치는,

일면에 복수의 엘이디 패키지가 배치되어 있으며, 상기 복수의 엘이디 패키지가 도전성 회로패턴에 의해 서로 연결되어 있는 엘이디 모듈;

상기 엘이디 모듈의 타면과 대향되게 배치되는 히트싱크; 및,

상기 엘이디 모듈과 상기 히트싱크 사이에서 상기 회로패턴의 경로를 따라 형성되며 상기 히트싱크보다 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속은 구리 또는 은으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 엘이디 모듈의 타면에 대향하는 히트싱크의 표면에는 상기 회로패턴의 형상으로 홈이 형성되고, 상기 홈에 상기 금속이 수용되어 상기 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열패턴은, 상기 홈에 페이스트상의 금속이 삽입되어 경화됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속의 표면과 상기 히트싱크의 표면은 동일 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 엘이디 모듈의 타면에 대향하는 히트싱크의 표면에는 상기 회로패턴의 형상으로 금속 프린팅이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 금속의 방열패턴은 실리콘 점착제에 의해 상기 엘이디 모듈의 타면 또는 상기 히트싱크의 표면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 엘이디 모듈과 상기 히트싱크 사이에 실리콘 패드가 삽입되되, 상기 실리콘 패드의 표면에는 상기 금속의 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 엘이디 모듈의 타면에는 금속박이 씌워져 있고, 상기 금속박과 상기 히트싱크 사이에서 상기 회로패턴의 경로를 따라 형성되는 금속의 방열패턴은 상기 금속박과 동일한 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 도전성 회로패턴의 경로를 따르는 방열패턴에 의해 주변보다 고온 상태에 있는 상기 회로패턴 부분의 열을 우선적으로 전도시켜서 방열시킬 수 있으므로 열 방출 효율 및 균일성을 크게 높일 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래 엘이디 모듈과 알루미늄 히트싱크 사이의 열팽창계수 및 열전도율의 차이로 발생할 수 있는 밀착도 및 열전도율의 저하 문제를 해결함으로써, 종래의 엘이디 조명장치보다 열 방출 및 열 전도를 원활하게 할 수 있다.

특히, 엘이디 소자의 발열온도를 저하시킴으로써 엘이디 소자의 광 출력을 높일 수 있어 발광효율을 향상시킬 수 있어 엘이디 소자 자체의 수명과 엘이디 소자를 포함하는 시스템 조명장치 내구수명을 함께 향상시킬 수 있다.

또한, 엘이디 소자의 광출력 향상으로 동일한 출력에서의 시스템 조명장치에 대하여 엘이디 소자 개수를 줄일 수 있어 원가절감 및 가격경쟁력 제고 등의 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치의 조립도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에서 방열패턴을 분리한 분해사시도이다.
도 4는 도 2에서 엘이디 모듈의 배면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 조명장치의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 엘이디 모듈에 포함되는 회로패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치(100)는, 일면에 엘이디 소자를 포함하는 복수의 엘이디 패키지(11)가 배치되어 있으며, 상기 복수의 엘이디 패키지(11)는 회로패턴(12)에 의해 서로 연결되어 있는 엘이디 모듈(10), 상기 엘이디 모듈(10)의 타면과 대향되게 배치되는 방열판(20), 및 상기 방열판(20)에 형성된 다수의 방열핀(30)을 포함하며, 상기 엘이디 모듈(10)과 상기 방열판(20) 사이에는 상기 회로패턴(12)의 경로를 따라(또는 경로에 대응되게) 형성되며 상기 방열판(20)보다 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 금속의 방열패턴(40)이 형성되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 회로패턴(12)은 몇 개의 섹터로 나뉘어져 있는데, 상기 각 섹터 내에서 엘이디 패키지(11)가 직렬로 연결되어 있고 각 섹터들끼리는 상호 병렬 연결된 구조로 되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명은 어떠한 구성의 회로패턴(12)의 경우에도 적용이 가능함을 밝혀둔다.

상기 방열판(20)과 방열핀(30)은 히트싱크(heat-sink)를 구성하며, 경우에 따라서는 방열핀(30)이 생략된 상태로 히트싱크가 구성될 수도 있다.

상기 히트싱크는 알루미늄으로 구성되는 것이 일반적이나 열전도율이 우수한 다른 소재가 사용되어도 무방하다.

상기 엘이디 모듈(10)에 전원이 인가되면 상기 엘이디 패키지(11)에 가장 높은 열이 발생되고 상기 회로패턴(12)의 경로를 따라서도 주변보다 높은 열이 발생된다.

본 발명에 따르면, 상기 엘이디 패키지(11)를 서로 연결시키는 상기 회로패턴(12)의 경로를 따라 금속의 방열패턴(40)이 형성되어 있기 때문에 상기 엘이디 패키지(11)와 회로패턴(12)으로부터 발생되는 고열을 신속하게 상기 방열판(20)으로 전도시켜서 방열효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 방열패턴(40)을 구성하는 금속은 상기 회로패턴(12)을 구성하는 구리와 동일하거나 더 높은 열전도율을 가지도록 구리 또는 은 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

그러나, 열전도율이 우수한 다른 금속이 사용되는 것도 무방하다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 상기 방열패턴(40)을 구성하는 금속으로 구리를 특정하여 기술하도록 한다.

상기 엘이디 모듈(10)과 상기 방열판(20) 사이에 구리로 이루어진 방열패턴(40)을 형성하기 위해, 상기 엘이디 모듈(10)의 타면에 대향하는 방열판(20)의 표면에는 상기 회로패턴(12)의 형상으로 홈(21)을 형성하고, 상기 홈(21)에 구리가 수용되도록 할 수 있다.

이 경우, 구리분말이 결합제에 의해 결합된 페이스트상의 구리를 상기 홈(21)에 수용한 후 경화시켜서 형성할 수 있다. 금속의 홈에 페이스트상의 구리분말을 수용한 후 경화시키는 기술은 이미 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이 외에, 상기 금속의 홈에 구리분말을 넣은 상태에서 프레스 등을 이용하여 소정의 압력을 가해서 금속결합시키는 방법도 가능하며 이 또한 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

또한, 상기 구리의 표면과 상기 방열판(20)의 표면은 동일 평면을 이루도록 하여 상호 밀착도를 유지시키는 것이 바람직하다.

상기 구리의 방열패턴(40)은 실리콘 점착제에 의해 상기 엘이디 모듈(10)의 타면 또는 상기 방열판(20)의 표면에 부착되도록 할 수도 있다. 이 경우, 상기 방열패턴(40)을 가능한 얇게 구성하여 상기 엘이디 모듈(10)의 타면과 상기 방열판(20)의 표면 사이의 갭을 최소화할 필요가 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 엘이디 모듈(10)과 방열판(20)은 나사(70)나 핀 등에 의해 상호 결합될 수도 있으나, 점착성이 우수한 실리콘 패드에 의해 결합될 수도 있다.

이 경우, 상기 엘이디 모듈(10)의 타면과 상기 방열판(20) 사이에 실리콘 패드(50)를 삽입시키되, 상기 실리콘 패드(50)의 표면에는 상기 구리로 이루어진 방열패턴(40)이 형성되도록 할 수 있다.

이때, 상기 구리의 방열패턴(40)은 얇은 동박을 소재로 하여 상기 회로패턴(12)의 형상을 따라 절단함으로써 형성될 수 있으며, 상기 방열패턴(40)을 상기 실리콘 패드(50)의 표면에 부착하여 형성할 수 있다.

상기 실리콘 패드(50)는 점착성의 얇은 실리콘 소재로 이루어져 있으며, 엘이디 모듈(10)과 방열판(20)이 서로 눌리는 경우 상호 밀착성이 우수하게 되어 높은 열전도율이 유지된다.

방열패턴(40)을 형성하는 또 다른 방법이 있는데, 금속 프린팅의 일종으로, 상기 구리의 분말을 바인더(에폭시, 페놀, 폴리비닐알콜, 아크릴, 폴리아미드, 실리콘수지, 에스테르수지, PET 등 다양한 공지의 물질이 개시되어 있음) 및 분산제 등과 혼합하여 스크린 프린트 방식에 의해 상기 실리콘 패드(50)의 표면에 부착할 수도 있다. 이러한, 기술은 도전성 면상 발열체 등을 형성하는 기존의 기술과 유사하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 엘이디 모듈(10)의 타면과 상기 방열판(20) 사이에 방열패턴(40)이 형성된 실리콘 패드(50)를 삽입시키는 경우에는, 상기 실리콘 패드(50)의 탄성이 우수하므로, 조립시 누름력에 의해 상기 방열패턴(40)의 표면과 상기 실리콘 패드(50)의 표면이 동일 평면을 이루는 것이 가능하게 되어 상기 방열패턴(40)과의 밀착성을 유지할 수 있게 된다.

상기 금속 프린팅이 이루어진 두께가 매우 얇다면, 상기 엘이디 모듈(10)의 타면에 대향하는 방열판(20)의 표면에 상기 회로패턴(12)의 형상으로 금속 프린팅을 형성하는 것 또한 가능하다. 이는, 상기 금속 프린팅이 이루어진 두께가 얇으므로 엘이디 모듈(10)과 방열판(20) 사이의 접촉이 유지될 수 있기 때문이다.

한편, 상기 엘이디 모듈(10)의 타면에는 동박(13)이 씌워져 있고, 상기 동박(13)과 상기 방열판(20) 사이에 상기 회로패턴(12)의 경로를 따라 형성되는 구리 방열패턴(40)이 형성되는 것도 가능하다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따라, 도전성 회로패턴(12)의 경로를 따르는 방열패턴(40)에 의해 주변보다 고온 상태에 있는 상기 회로패턴(12) 부분의 열을 우선적으로 전도시켜서 방열시킬 수 있으므로 열 방출의 효율 및 균일성을 크게 높일 수 있다.

구체적으로, 종래 엘이디 모듈의 배면에 부착된 동박과 알루미늄 히트싱크 사이의 열팽창계수 및 열전도율의 차이로 발생할 수 있는 밀착도 및 열전도율의 저하 문제를 해결함으로써, 종래 엘이디 조명장치보다 열 방출 및 열 전도를 한층 원활하게 할 수 있다.

특히, 엘이디 소자의 발열온도를 저하시킴으로써 엘이디 소자의 광 출력을 높일 수 있어 발광효율을 향상시킴으로써 엘이디 소자 자체의 수명과 엘이디 소자를 포함하는 시스템 조명장치 내구수명도 향상시킬 수 있다.

또한, 엘이디 소자의 광출력 향상으로 동일한 출력에서의 시스템 조명장치에 대하여 엘이디 소자 개수를 줄일 수 있어 원가절감 및 가격경쟁력의 제고 등의 효과를 도모할 수 있다.

10... 엘이디 모듈
11... 엘이디 패키지
12... 도전성 회로패턴
13... 동박
20... 방열판
21... 방열판의 홈
30... 방열핀
40... 방열패턴
50... 실리콘 패드
100... 엘이디 조명장치

Claims

일면에 복수의 엘이디 패키지가 배치되어 있으며, 상기 복수의 엘이디 패키지가 도전성 회로패턴에 의해 서로 연결되어 있는 엘이디 모듈;
상기 엘이디 모듈의 타면과 대향되게 배치되는 히트싱크; 및,
상기 엘이디 모듈과 상기 히트싱크 사이에서 상기 회로패턴의 경로를 따라 형성되며 상기 히트싱크보다 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 금속은 구리 또는 은으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 엘이디 모듈의 타면에 대향하는 히트싱크의 표면에는 상기 회로패턴의 형상으로 홈이 형성되고, 상기 홈에 상기 금속이 수용되어 상기 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제3항에 있어서,
상기 방열패턴은, 상기 홈에 페이스트상의 금속이 삽입되어 경화됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제3항에 있어서,
상기 금속의 표면과 상기 히트싱크의 표면은 동일 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 엘이디 모듈의 타면에 대향하는 히트싱크의 표면에는 상기 회로패턴의 형상으로 금속 프린팅이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 금속의 방열패턴은 실리콘 점착제에 의해 상기 엘이디 모듈의 타면 또는 상기 히트싱크의 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘이디 모듈과 상기 히트싱크 사이에 실리콘 패드가 삽입되되, 상기 실리콘 패드의 표면에는 상기 금속의 방열패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘이디 모듈의 타면에는 금속박이 씌워져 있고, 상기 금속박과 상기 히트싱크 사이에서 상기 회로패턴의 경로를 따라 형성되는 금속의 방열패턴은 상기 금속박과 동일한 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.