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1. WO2016108347 - APPAREIL D'ÉCLAIRAGE À DEL

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명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7  

과제 해결 수단

8   9   10   11   12  

발명의 효과

13  

도면의 간단한 설명

14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72  

청구범위

1   2   3   4   5  

도면

1   2   3   4   5  

명세서

발명의 명칭 : 엘이디 조명장치

기술분야

[1]
본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

배경기술

[2]
엘이디 조명 장치에서는 엘이디의 발열로 인하여 다량의 열이 발생된다. 일반적으로 엘이디 조명 장치가 과열되면 작동 오류가 발생되거나 손상될 수 있는 바, 과열을 방지하기 위한 방열 구조가 필수적으로 요구된다. 또한, 엘이디에 전원을 공급하는 전원 장치의 경우에도 많은 열을 발생시키고 과열되면 수명이 단축되는 등의 문제가 있다.
[3]
종래기술로는, 한국공개실용신안 제20-2009-0046370호에 개시된 기술 등이 있다.
[4]
종래 기술에 따른 엘이디 조명 장치의 경우, 엘이디칩이 패키징된 엘이디 패키지, 상면에 엘이디 패키지가 실장되는 메탈 PCB, 및 이러한 메탈 PCB의 하면에 장착되는 히트 싱크로 구성될 수 있다.
[5]
이와 같은 종래 기술에 따르면, 엘이디칩에서 발생된 열은 엘이디 패키지의 패키지 기판 및 메탈 PCB를 거쳐 히트 싱크로 전달된다. 그러나 이와 같은 종래 기술에 따르는 경우, 열의 전달 경로 상에 다수의 부품이 존재하게 되어 이들 부품들의 열 저항이 모두 작용하게 되므로, 엘이디칩에서 발생되는 열이 효과적으로 방출되지 못하는 문제가 있다.
[6]
또한, 엘이디 조명 장치의 구조 및 제조 과정이 복잡하여 비용 및 시간적인 면에서 비효율적이라는 문제가 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명은, 단순한 구조를 가지면서도 높은 방열 성능을 갖는 엘이디 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

과제 해결 수단

[8]
본 발명의 일 측면에 따르면, 판상 구조로 형성되는 인쇄회로기판, 인쇄회로기판의 일면에 실장되는 엘이디칩, 인쇄회로기판의 타면에 결합되는 지지체 및 엘이디칩에서 발생하는 열을 냉각시키도록 지지체에 결합되는 히트싱크를 포함하되, 지지체는 양면을 관통하는 단속적인 관통홀이 형성되고, 히트싱크는 일부분이 지지체의 일면으로부터 관통홀에 삽입되어 인쇄회로기판과 접촉되면서 지지체와 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치가 제공된다.
[9]
여기서, 히트싱크는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 지지체와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 히트파이프루프를 포함하고, 히트파이프루프는 흡열부가 지지체의 일면으로부터 관통홀에 삽입되어 인쇄회로기판과 접촉되면서 지지체와 결합될 수 있다.
[10]
히트싱크는 열전도성 금속을 와이어 또는 코일의 형상으로 형성한 방열체를 포함할 수 있다.
[11]
지지체와 히트싱크는 열전도성 접착제에 의해 서로 결합될 수 있다.
[12]
그리고, 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며, 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치될 수 있다.

발명의 효과

[13]
본 발명의 실시예에 따르면, 히트싱크의 일부분이 지지체를 관통하여 인쇄회로기판과 접촉되면서 지지체에 결합되므로, 단순한 구조를 가지면서도 높은 방열 성능을 갖는 엘이디 조명장치를 구현할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[14]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 사시도.
[15]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 분해 사시도.
[16]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 단면도.
[17]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 인쇄회로기판, 지지체 및 히트싱크가 결합된 구조를 보다 상세히 나타낸 도면.
[18]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 히트싱크가 지지체의 관통홀에 삽입된 상태를 나타낸 도면.
[19]
<부호의 설명>
[20]
100: 인쇄회로기판, 200: 엘이디칩
[21]
300: 지지체, 310: 관통홀
[22]
400: 히트싱크, 410: 히트파이프루프
[23]
420: 열전도성 접착제. 500: 전원부
[24]
600: 커버부재, 700: 전기연결부
[25]
800: 베이스, 2000: 엘이디 조명장치

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[26]
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
[27]
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
[28]
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
[29]
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
[30]
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
[31]
이하, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
[32]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 인쇄회로기판, 지지체 및 히트싱크가 결합된 구조를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 히트싱크가 지지체의 관통홀에 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
[33]
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)는 인쇄회로기판(100), 엘이디칩(200), 지지체(300) 및 히트싱크(400)를 포함한다.
[34]
인쇄회로기판(100)은 판상 구조로 형성되는 부분으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일면에 엘이디칩(200)이 실장되고 타면에 지지체(300)가 결합될 수 있다. 이러한, 인쇄회로기판(100)은 FR-4 등의 절연층 및 그에 형성된 회로 패턴으로 이루어질 수 있다.
[35]
엘이디칩(200)은 인쇄회로기판(100)의 일면에 실장되는 부분으로, 전기 에너지를 이용하여 광을 발산할 수 있다. 이 경우, 엘이디칩(200)은 패키지 기판과 이에 실장되어 패키징된 엘이디 소자로 구성되는 엘이디 패키지일 수 있는 등, 엘이디칩(200)의 구체적인 구성, 개수 및 배치는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
[36]
지지체(300)는 인쇄회로기판(100)의 타면에 결합되는 부분으로, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(400)의 결합을 더욱 안정적이게 하기 위한 보조적인 부재일 수 있다.
[37]
히트싱크(400)는 엘이디칩(200)에서 발생하는 열을 냉각시키도록 지지체(300)에 결합되는 부분으로, 열전도 내지 열대류 현상을 이용하여 엘이디칩(200)으로부터 인쇄회로기판(100) 및 지지체(300)를 통해 전달된 열을 방열할 수 있다.
[38]
한편, 히트싱크(400)는 도 1 내지 도 5에 도시된 구조로 한정되는 것은 아니고, 구리 등의 열전도성 금속을 와이어 또는 코일 등의 형상으로 형성한 방열체가 사용될 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 특히, 히트싱크(400)는 방열핀 구조를 통하여 방열 효율을 극대화할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
[39]
여기서, 지지체(300)는 양면을 관통하는 단속적인 관통홀(310)이 형성되고, 히트싱크(400)는 일부분이 지지체(300)의 일면으로부터 관통홀(310)에 삽입되어 인쇄회로기판(100)과 접촉되면서 지지체(300)와 결합된다.
[40]
이 경우, 단속적인 관통홀(310)이란 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀(310)이 지지체(300)의 일면을 따라 서로 연결되지 않고 단절되게 형성되는 것을 일컫는다.
[41]
특히, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 히트싱크(400)는 방열핀 구조로 형성되어, 각각의 방열핀이 관통홀(310)에 삽입됨으로써 각각의 방열핀이 인쇄회로기판(100)과 직접 접촉하는 구조를 형성할 수 있다.
[42]
즉, 인쇄회로기판(100)의 일면에 열전도성 접착제층이 형성되고 이러한 열전도성 접착체층에 각각의 방열핀이 매립되어 사실상 각각의 방열핀이 인쇄회로기판(100) 내에 배치되거나, 각각의 방열핀이 지지체(300)를 관통하며 인쇄회로기판(100)과 결합되는 FIIP(Fin Implantation In PCB) 구조를 형성할 수 있다.
[43]
이러한 FIIP 구조의 경우, 엘이디칩(200) 및 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(400) 사이에 별도의 열전달물질(TIM, Thermal Inteface Material)이 개재되는 것을 원천적으로 제거할 수 있다.
[44]
이와 같이, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)는, 엘이디칩(200)에서 발생하는 열이 복잡한 열전달 경로를 거치지 않고 인쇄회로기판(100)에 직접 결합된 히트싱크(400)를 통해 방열되므로 열저항을 최소화하는 등 상대적으로 방열 효율을 높일 수 있다.
[45]
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1000)에서 히트싱크(400)는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 지지체(300)와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 히트파이프루프(410)를 포함할 수 있고, 이러한 히트파이프루프(410)는 흡열부가 지지체(300)의 일면으로부터 관통홀에 삽입되어 인쇄회로기판(100)과 접촉되면서 지지체(300)와 결합될 수 있다.
[46]
이로 인해, 각각의 흡열부가 그에 대응되는 각각의 관통홀(310)에 삽입되어 지지체(300)와 결합되도록 함으로써, 발열체에서 발생하는 열 중 일부는 지지체(300)를 거치지 않고 인쇄회로기판(100)에서 직접 히트파이프루프(410)로 전달될 수 있다.
[47]
그 결과, 더욱 안정적으로 흡열부의 위치가 고정되면서도 열전달 경로가 상대적을 단순해지므로 방열 효율이 저하되는 것을 적절하게 방지할 수 있다.
[48]
이 경우, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 히트파이프루프(410) 중 지지체(300)와 결합되는 부분은 지지체(300)로부터 열을 전달받는 흡열부일 수 있다. 그리고, 지지체(300)로부터 이격된 히트파이프루프(410)의 외측부분은 주요한 방열부가 될 수 있다.
[49]
특히, 본 실시예의 히트파이프루프(410)는 유체동압(FLUID DYNAMIC PRESSURE)을 이용한 진동세관형의 히트파이프로 이루어짐으로써 대량의 열을 빠르게 발산할 수 있다. 또한, 세관형 구조의 히트파이프는 경량이므로, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)를 구성할 때 구조적으로도 안정적일 수 있다.
[50]
진동세관형 히트파이프는 세관 내부에 작동유체와 기포가 소정 비율로 주입된 후 세관 내부가 외부로부터 밀폐되는 구조를 가진다. 이에 따라, 진동세관형 히트파이프는 기포 및 작동유체의 부피팽창 및 응축에 의하여 열을 잠열 형태로 대량으로 수송하는 열전달 사이클을 가진다.
[51]
열전달 메카니즘을 살펴보면, 열을 흡수한 흡열부에서는 흡수된 열량만큼 핵비등(Nucleate Boiling)이 일어나면서 흡열부에 위치된 기포들이 부피 팽창을 하게 된다. 이때 세관은 일정한 내부 체적을 유지하므로, 흡열부에 위치된 기포들이 부피 팽창을 한 만큼 열을 발산하는 방열부에 위치된 기포들은 수축하게 된다.
[52]
따라서 세관 내의 압력 평형상태가 붕괴되면서, 세관 내에서 작동유체 및 기포의 진동을 포함한 유동이 수반되고, 이에 따라 기포의 체적 변화에 의한 온도의 승강에 의하여 잠열 수송이 이루어짐으로써 방열이 수행된다.
[53]
여기서, 진동세관형 히트파이프는 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어진 세관을 포함할 수 있다. 이에 따라, 열을 빠른 속도로 전도 받음과 아울러 그 내부에 주입된 기포의 체적변화를 빠르게 유발할 수 있다.
[54]
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)에서 지지체(300)와 히트싱크(400)는 열전도성 접착제(420)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 지지체(300)와 히트싱크(400)는 서로 이질 재료로 이루어질 수 있다.
[55]
만약, 지지체(300)와 히트싱크(400)가 서로 이질 재료로 이루어지는 경우, 그 결합을 위해서 접착제를 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 일반적인 접착제를 사용하는 경우 열전도 성능이 저하될 우려가 있다.
[56]
따라서, 접착제 중 열전도성이 우수하도록 제조된 열전도성 접착제(420)를 통해 지지체(300)와 히트싱크(400)를 결합시킴으로써, 방열 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
[57]
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)에서 지지체(300)는 타면이 연마 가공되어 경면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 연마 가공이란 갈고 닦아서 표면을 반질반질하게 가공하는 것으로서, 지지체(300)의 타면은 이러한 연마 가공을 통해 상대적으로 마찰이 최소화 된 경면으로 형성될 수 있다.
[58]
여기서, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)는 지지체(300)의 타면을 커버하도록 지지체(300)의 타면에 탈착 가능하게 결합되는 임시판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
[59]
즉, 임시판(미도시)을 지지체(300)의 타면에 부착하여 제조 공정 상에서 지지체(300)의 타면을 보호하거나 면의 균일도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 제조 공정 상 지지체(300)의 타면에 인쇄회로기판(100) 등과 같은 별도의 부재를 결합시킬 필요가 있는 경우에 임시판(미도시)을 지지체(300)의 타면으로부터 탈락시킨 후 별도의 부재를 결합시킬 수 있다.
[60]
이 경우, 지지체(300)의 타면은 경면으로 형성되어 상대적으로 마찰이 최소화되므로, 임시판(미도시)의 탈락이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
[61]
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(2000)에서, 히트파이프루프(410)는 나선형 구조로 형성되어 있으며, 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치될 수 있다.
[62]
구체적으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 히트파이프루프(410)는 단위루프가 연속적으로 연결되어 이루어진 것으로서, 나선형 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이, 세관이 조밀한 간격으로 감겨진 나선형 구조는, 한정된 공간에서 긴 세관이 효율적으로 배치될 수 있게 한다.
[63]
더불어, 본 실시예의 히트파이프루프(410)는 나선형의 구조의 히트파이프루프(410)의 양단이 서로 마주하도록 환형의 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 히트파이프루프(410)는 중심 영역이 비워진 방사상의 형태로 형성되어, 설치 방향에 상관없이 높은 통기성을 가질 수 있으므로, 설치 방향에 상관없이 뛰어난 방열성능을 유지할 수 있다.
[64]
이 경우, 히트파이프루프(410)의 구조는 개루프(open loop)와 폐루프(close loop) 모두 가능할 수 있다. 또한, 히트파이프루프(410)가 복수일 때, 히트파이프루프(410)의 전부 또는 일부는 이웃하는 히트파이프루프(410)와 연통될 수 있다. 이에 따라, 복수의 히트파이프루프(410)는 설계상 필요에 따라 전체적으로 개루프 또는 폐루프 형상을 가질 수도 있다.
[65]
또한, 본 실시예에서는 단위루프가 연속적으로 연결된 나선형 구조의 히트파이프루프(410)를 제시하였으나 이에 한정되지는 않으며, 히트파이프루프(410)의 형태는 개별적으로 형성된 단위루프가 차례로 배열된 형태 등 다양한 루프 형상을 포함할 수 있다.
[66]
전원부(500)는 엘이디칩(200)에 전원을 공급하는 부분으로, 교환방식 전원 공급 장치(SMPS; switching mode power supply) 등과 같이 엘이디 조명장치(2000)에 적용될 수 있는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
[67]
커버부재(600)는 내부 부품의 보호와 더불어 효율적인 공기의 유동을 유도할 수 있다. 커버 부재(600)는 광이 투과되도록 투명한 재질로 이루어질 수 있으며, 내부 부품을 커버하도록 베이스(800)에 결합될 수 있다.
[68]
커버부재(600)는 내부 부품을 커버하도록 엘이디 조명장치(2000)의 측면 및 하부를 감싸는 형태로 형성되어, 외부의 충격 및 오염으로부터 내부 부품을 보호할 수 있다.
[69]
베이스(800)는 내부 부품을 커버하도록 엘이디 조명장치(2000)의 측면 및 상부를 감싸는 형태로 형성되어 커버부재(600)와 결합될 수 있다. 이러한 베이스(800)는 합성 수지 등과 같은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
[70]
베이스(800)의 단부에는 전원부(500)를 통해 엘이디칩(200)과 전기적으로 연결되는 전기연결부(700)가 결합될 수 있으며, 이러한 전기연결부(700)는 에디슨형, 스완형 등의 구조를 갖는 소켓일 수 있다.
[71]
베이스(800)의 상면에는 모든 방향으로 통기홀이 형성될 수 있으며, 베이스(800)의 주변에 횡방향으로 유동하는 공기 역시 베이스(800)를 통과함으로써 방열 성능이 보다 향상될 수 있다.
[72]
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

청구범위

[청구항 1]
판상 구조로 형성되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 일면에 실장되는 엘이디칩; 상기 인쇄회로기판의 타면에 결합되는 지지체; 및 상기 엘이디칩에서 발생하는 열을 냉각시키도록 상기 지지체에 결합되는 히트싱크;를 포함하되, 상기 지지체는 양면을 관통하는 단속적인 관통홀이 형성되고, 상기 히트싱크는 일부분이 상기 지지체의 일면으로부터 상기 관통홀에 삽입되어 상기 인쇄회로기판과 접촉되면서 상기 지지체와 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 히트싱크는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 상기 지지체와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 상기 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 히트파이프루프를 포함하고, 상기 히트파이프루프는 상기 흡열부가 상기 지지체의 일면으로부터 상기 관통홀에 삽입되어 상기 인쇄회로기판과 접촉되면서 상기 지지체와 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 히트싱크는 열전도성 금속을 와이어 또는 코일의 형상으로 형성한 방열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
[청구항 4]
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체와 상기 히트싱크는 열전도성 접착제에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
[청구항 5]
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며, 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]