JP2014532976A

JP2014532976A - Ｌｅｄ照明灯

Info

Publication number: JP2014532976A
Application number: JP2014540927A
Authority: JP
Inventors: ヒョンジックキム
Original assignee: デドンカンパニーリミテッド; エコビカンパニーリミテッド
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP5770946B2; US20150219329A1; KR101251305B1; WO2013081243A1

Abstract

【課題】点灯時にＬＥＤ素子から発生する熱を効果的に放出できるモジュール化された放熱構造を持つＬＥＤ照明灯を提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュールの上面に設けられ、ヒートパイプ及びヒートパイプホルダーで構成されたヒートパイプモジュールと、前記ヒートパイプモジュール及びＬＥＤモジュールの下部に位置し、前記ヒートパイプモジュールとＬＥＤモジュールを収容する下部ケースと、前記下部ケースと結合し、前記ヒートパイプモジュールとＬＥＤモジュールを収容する内部空間を形成する上部ケースと、を有して構成され、上部ケースと下部ケースとの間には、モールディングが挿入されて結合されることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を光源とするＬＥＤ照明灯に関し、より詳しくは、点灯時にＬＥＤ素子から発生する熱を効果的に放出できるモジュール化された放熱構造を持つＬＥＤ照明灯に関する。

一般的に、照明灯は、高速道路沿いや市街地の主要道路、商業地区道路、住宅地区道路沿い、または橋梁などに一定の間隔で設けられ、車両や歩行者の安全な通行のための道を明るく照らす役割をし、また、暗い室内を明るくする用途として使用されている。つまり、電気エネルギーを光エネルギーに変換して室外及び室内において物体を識別できるよう光を提供することで、夜間或いは濃霧が発生して周辺が暗くなる場合、ドライバー、歩行者及び在室者の安全を確保する。今まで照明灯の光源としては、白熱灯、蛍光灯、高圧水銀灯、ナトリウム灯を主に使用していた。

しかし、白熱灯は、価格は安いものの寿命が短く、発光効率が劣り、輝度が高くてグレア（ｇｌａｒｅ）を引き起こし、多くの熱が発生する。また、蛍光灯は、白熱電球よりもエネルギー効率が高く、消費電力は少ないが、点灯待機時間が長く、寿命も短い。また、ナトリウム灯、高圧水銀灯は、消費電力が大きく、グレアを引き起こすおそれがあり、寿命もまた長くないという問題点があった。

上記のような問題点のため、最近は、寿命が半永久的で、消費電力は少ないながらも高効率の照度が得られるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）を利用した照明灯が開発されるなど、様々な用途として広く使用されている。
ＬＥＤは、高効率の照度と低消費電力などの利点を有し、環境に優しく、エネルギー効率が高いことから利用度が徐々に増えていく傾向にあり、政府も積極的に推奨している。また、ＬＥＤを用いた照明灯は、一般的な照明灯に比べて６０％〜８０％の電力が削減され、５０，０００時間以上の半永久的な寿命を持ち、グレアが発生しないため、照明灯として脚光を浴びている。

しかし、このようなＬＥＤ照明灯は、プリント回路基板に複数のＬＥＤを実装して使用するので、発熱量が大きく、点灯時に内部で発生する熱を円滑に放出させたり、除去させなければ、効率は低下し、長時間連続使用時には、寿命が短くなるという問題があった。

上記のような問題点を解決するために案出した技術のうち、ハウジングに形成された放熱リブを利用して、ＬＥＤから発生する熱を放出させる方法が、特許文献１に開示されている。図１を参照して簡単に説明すると、放熱リブ３が形成されたハウジング２に、電源が印加されてカバー５内のＬＥＤ光源１が点灯されて、ＬＥＤ光源１が光を発して徐々に加熱され、ＬＥＤ光源１の全体から発生する熱が放熱リブ３及び放熱リブ３の下部に形成される放熱チャンネル４を介して外へ放出される。

しかし、前記ＬＥＤ照明は、ＬＥＤ光源１から発生する熱が放熱リブ３及び放熱チャンネルに伝導されて、外の空気と熱交換されることによってＬＥＤ光源１から発生した熱を冷却させる方式であるので、メンテナンスコストは削減されるが、このような放熱リブ２及び放熱チャンネルが外に露出されるように形成されていることから、破損や異物付着に因る最適な冷却効率を達成するのに問題があった。また、ハウジングはアルミニウム押出で製作されたものであるので、押出後の後加工工程が多く、製品の価格も高くなる問題もあった。

大韓民国公開実用新案第２０１１−０００２９８４号

本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、ＬＥＤ照明灯の点灯時にＬＥＤモジュールから発生する熱を円滑且つ速やかに排出して照明効率を向上させるとともにＬＥＤ照明灯の寿命を延長させ、さらに、他の機械的な冷却要素を使用していないことから設置及びメンテナンスコストが削減され、熱をより効率的に放出することにより、最適の冷却効率を実装するモジュール化された放熱構造を備えたＬＥＤ照明灯を提供することを課題とする。

上記のような問題を解決するために、本発明に係るＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤモジュール３０の上面に設けられ、ヒートパイプ２１及びヒートパイプホルダー２２で構成されたヒートパイプモジュール２０と、前記ヒートパイプモジュール及びＬＥＤモジュールの下部に位置し、前記ヒートパイプモジュールとＬＥＤモジュールを収容する下部ケース４０と、前記下部ケース４０と結合し、前記ヒートパイプモジュールとＬＥＤモジュールを収容する内部空間を形成する上部ケース１０と、を有して構成され、上部ケースと下部ケースとの間には、モールディング５０が挿入されて結合されることを構成的特徴とする。

望ましくは、前記ヒートパイプモジュール２０は、ＬＥＤモジュールの上面に設けられるヒートパイプホルダー２２と、前記ヒートパイプホルダーの周囲に取り付けられるヒートパイプ２１と、を備え、前記ヒートパイプホルダー２２は、平面形状が「＋」または「−」形状で、各端部が互いに当接するよう曲げられたヒートパイプの下部ホルダー２４及びヒートパイプの上部ホルダー２３で構成され、前記ヒートパイプの上部ホルダー及び下部ホルダーの各中央部には一定幅の溝２２１が形成され、前記溝にヒートパイプ２１が取り付けられ、前記ヒートパイプの上部ホルダーの各端部には挿入溝２３１が形成され、前記ヒートパイプの下部ホルダーの各端部には突起２４１が形成され、前記挿入溝に前記突起が挿入されて前記ヒートパイプの上部ホルダー及び下部ホルダーが結合される。

望ましくは、ヒートパイプモジュール２０の上面及び下面と、上部ケース及び下部ケースの間には、サーマルグリース（ｔｈｅｒｍａｌｇｒｅａｓｅ）が充填され、前記下部ケースの中央部は、ＬＥＤ素子の光が外へ出射される開口４１が形成され、下部ケースの縁に沿って雨水が抜け出すよう一定の間隔でドレンホール４２が形成され、前記ヒートパイプモジュールとＬＥＤモジュールが複数個で構成されて前記ケース内に取り付けられる。

上述したような特徴を持つ本発明に係るＬＥＤ街路灯は、ＬＥＤモジュールから発生した熱を熱伝導の高いヒートパイプモジュールを介して熱伝導させることができ、ヒートパイプに伝導された熱はアルミニウムプレスで製作されたケースと直接接触されることにより、ケースを介して外部の空気と対流を通じて放熱できる放熱システムで構成されていることから最適な冷却効率を実現することができる。これによって、ＬＥＤ照明灯の寿命を延長させることができ、冷却ファンなどの他の機械的な冷却要素を使用しないので、ＬＥＤ照明灯の設置及びメンテナンスコストを削減することができる。また、アルミニウムプレスで製作されるので、生産性が高く、価格も安く、軽量のＬＥＤ照明灯を提供することができる。

従来の技術に係るＬＥＤ照明灯を示した図である。本発明に係るＬＥＤ照明灯の斜視図である。本発明に係るＬＥＤ照明灯の分解斜視図である。（「＋」型）本発明に係るＬＥＤ照明灯の上部ケースを取り除いた斜視図である。図３のａ−ａ’間の断面図である。本発明に係るＬＥＤ照明灯の他の実施形態の分解斜視図である。（「−」型）

１０上部ケース
２０ヒートパイプモジュール
２１ヒートパイプ
３０ＬＥＤモジュール
４０下部ケース
５０モールディング

本発明は、点灯時にＬＥＤ素子から発生する熱を効果的に放出できるモジュール化された放熱構造を持つＬＥＤ照明灯に関するものであって、図２ないし図５を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。

図２ないし図５を見てみると、ＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤモジュール３０の上面に設けられ、ヒートパイプ２１及びヒートパイプホルダー２２で構成されたヒートパイプモジュール２０と、ヒートパイプモジュール２０及びＬＥＤモジュール３０の下部に位置し、ヒートパイプモジュール２０とＬＥＤモジュール３０を収容する下部ケース４０と、下部ケース４０と結合しヒートパイプモジュール２０とＬＥＤモジュール３０を収容する内部空間を形成する上部ケース１０を有して構成される。

上部ケース１０と下部ケース４０との間には、モールディング５０が挿入されるが、モールディング５０により、上部ケース１０と下部ケース４０とが相互に密着結合されて湿気や異物がケース内部へ流入されることを防止している。モールディング５０は、ケース１０，４０の形態に応じて製作可能であり、弾性に優れたゴム製品またはプラスチック材質であるのが望ましい。また、図面には示されていないが、下部ケース４０のそれぞれの角には、ネジ挿入孔が形成され、上部ケース１０には、前記ネジ挿入孔と対応するネジ孔が形成されており、上部ケース１０のネジ孔を介して下部ケース４０のネジ挿入孔に結合させることによって上部ケース１０と下部ケース４０とが堅固に結合される。

ＬＥＤモジュール３０は、ヒートパイプモジュール２０の下面に取り付けられるＰＣＢ基板３１と、ＰＣＢ基板３１に均一に配列されるＬＥＤ素子３０１と、ＰＣＢ基板３１の下部に取り付けられ、中央部に開口が形成された基板カバー３２を備えており、ＰＣＢ基板３１は合成樹脂ＰＣＢ基板としてもよいし、熱伝達効率に優れたメタルＰＣＢ基板としてもよい。基板カバー３２は、ＰＣＢ基板３１がヒートパイプモジュール２０に安定的に取り付けられるようにする。また、基板カバー３２の中央部に形成された開口（符号は図示せず）を介してＬＥＤ素子３０１が下部に突出され、光がレンズ３３及び下部ケース４０の開口４１を介して外へ出射される。ＬＥＤモジュール３０とヒートパイプモジュール２０は、互いに螺合されて一つのエンジンモジュールを形成する。また、ＬＥＤモジュール３０とヒートパイプモジュール２０との間には、サーマルグリース６０又は金属性材質のはんだが充填される。

下部ケース４０内に収容されるヒートパイプモジュール２０は、ＬＥＤモジュール３０の上面に設けられているヒートパイプホルダー２２と、ヒートパイプホルダー２２の周囲に取り付けられるヒートパイプ２１と、を備え、上記のようにＬＥＤモジュール３０とヒートパイプモジュール２０との間に熱伝導物質であるサーマルグリース６０または金属性材質のはんだを充填することによって、ＬＥＤモジュール３０とヒットパイプモジュール２０との間の微細な離隔距離を無くすことによって、点灯時にＬＥＤモジュール３０から発生する熱を効率的にヒートパイプモジュール２０へ伝導する。つまり、熱伝導物質であるサーマルグリース６０又は金属性材質のはんだにより、ヒートパイプモジュール２０とＬＥＤモジュール３０との間の空気層を無くすことで、熱伝導率を向上させることができる。ヒートパイプモジュール２０は、射出、押出、ダイカストなどで製造し、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅を材料として使用する。本発明では、量産性が良く、廉価のアルミニウム押出方法で製造することが望ましい。

ヒートパイプホルダー２２は、ヒートパイプの上部ホルダー２３及びヒートパイプの下部ホルダー２４で構成され、上部ホルダー２３及び下部ホルダー２４は、平面形状が「＋」または「−」形状で、前記「＋」または「−」形状の各端部が互いに当接するよう曲げられる。つまり、ヒートパイプの上部ホルダー２３の各端部は下方に、ヒートパイプの下部ホルダー２４の各端部は上方に曲げられているが、前記曲げられた各端部は互いに対応して当接される。

ヒートパイプの上部ホルダー２３の各端部には挿入溝２３１が形成され、ヒートパイプの下部ホルダー２４の各端部には突起２４１が形成されているが、前記挿入溝２３１に突起２４１を挿入すると、ヒートパイプの上部ホルダー２３及び下部ホルダー２４が結合されて一つのヒートパイプホルダー２２を構成する。

ヒートパイプホルダー２２にヒートパイプ２１を結合させて、ヒートパイプモジュール２０を完成するが、前記ヒートパイプの上部ホルダー２３及び下部ホルダー２４のそれぞれの中央部には、平面形状が「＋」または「−」形状で、一定幅の溝２２１が形成され、溝２２１にヒートパイプ２１が取り付けられて放熱機能をするヒートパイプモジュール２０が構成される。ヒートパイプ２１の内部には、冷媒（作動流体）が充填されて気化及び液化の相変化過程を経てヒートパイプ２１の両端の間に熱を伝達させる、すなわち、潜熱を利用して熱を移動させることによって一般的な熱伝達機器よりも優れた熱伝達性能を持たせている。

本発明では、ＬＥＤモジュール３０から発生した熱がヒートパイプ２１を介してケース１０，４０側に伝達されて放出される。つまり、ＬＥＤモジュール３０が取り付けられた部分から発生した熱がヒートパイプを介して上部側に移動して上部ケース１０を介して放出され、一部の熱は下部ケース４０へ伝導されて放出される。前記ケース１０，４０は、アルミニウムプレス方式で製造するのが望ましいが、前記プレス方式は、例えば、熱伝導率がダイカスト（約９６Ｗ/ (ｍ・Ｋ)）、押出（約１５０Ｗ/(ｍ・Ｋ)）よりも高い約２１０Ｗ/(ｍ・Ｋ)になるので、ダイカストや押出方式よりも熱伝導率を向上させることができる。また、雨天時にネジなどの結合部品を介してケース１０，４０内に染み込む雨水は、下部ケース４０の縁に沿って形成されたドレンホール４２を介して外へ抜け出すようになる。場合によっては、上部ケース１０と下部ケース４０とを結合する時、防水ネジを採用すれば、下部ケース４０にドレンホール４２を構成しなくても良い。

ヒートパイプモジュール２０の上面及び下面と、上部ケース１０及び下部ケース４０間には、熱伝導物質であるサーマルグリース６０や金属性材質のはんだを充填させることにより熱伝導率をより向上させることができる。下部ケース４０の中央部は、ＬＥＤ素子３０１の光が外へ出射されるよう開口４１が形成され、開口４１を覆いＬＥＤ素子３０１から発生する光を外へ拡散させ、一定方向に集中させることのできるレンズ３３が開口４１に取り付けられる。また、ＬＥＤモジュール３０に電源を印加するＳＭＰＳ（スイッチングモードパワーサプライ）４３が下部ケース４０内の一側に設けられ、ＬＥＤ照明灯を支持する支持台と結合できるようクランプ４４が下部ケース４０の一端に設けられる。

本発明のＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤモジュール３０から発生した熱を熱伝導の高いヒートパイプモジュール２０を介して熱伝導させることができ、ヒートパイプ２１を介して伝導された熱はアルミニウムプレスで製作されたケース１０，４０に直接接触させることによって、ケース１０，４０を介して外部の空気と対流を通じて放熱できる放熱システムで構成されているので、非常に効率的な放熱が行える。上記のような構成は、他の機械的な冷却要素を必要とすることなく、ＬＥＤ照明灯のメンテナンスコストが節減され、放熱効率をさらに向上させてＬＥＤモジュール３０の寿命を延長させることができる。

本発明に係る製品は、ケース１０，４０をアルミニウムプレス方式で製作するが、従来、主に使用されていたアルミニウムダイカスト方式よりも重量が４０％以上減量され、大量生産に伴う生産コストを下げることができるという結果が得られた。

図６は、ヒートパイプモジュール２０とＬＥＤモジュール３０とを結合させて一つのエンジンモジュールを構成し、二つのエンジンモジュールをケース１０，４０内に取り付けたＬＥＤ照明灯を示した他の実施形態である。このように一つ以上のエンジンモジュールをケース１０，４０を設計変更して設けることによって、様々な照明器具を演出することができる。

図６は、図３に係るヒートパイプモジュール２０を「−」型に変形させた形であって、各端部が互いに当接するよう曲げられたヒートパイプの下部ホルダー２４及びヒートパイプの上部ホルダー２３で構成され、前記ヒートパイプの上部ホルダー２３及び下部ホルダー２４のそれぞれの中央部には、一定幅の溝２２１が形成され、前記溝２２１にヒートパイプ２１が取り付けられて一つのヒートパイプモジュール２０が構成される。また、ヒートパイプモジュール２０の下部には、ＰＣＢ基板３１、ＬＥＤ素子３０１及び基板カバー３２で構成されたＬＥＤモジュール３０が取り付けられて一つのエンジンモジュールを構成する。

ヒートパイプの上部ホルダー２３の各端部にも挿入溝２３１が形成され、ヒートパイプの下部ホルダー２４の各端部にも突起２４１が形成され、挿入溝２３１に突起２４１が挿入されてヒートパイプの上部ホルダー２３及び下部ホルダー２４が結合されて一つのヒートパイプホルダー２２が構成され、下部ケース４０の中央部は、ＬＥＤ素子の光が外へ出射される開口４１が形成され、下部ケース４０の縁に沿って雨水が抜け出すよう一定の間隔でドレンホール４２が形成される。一方、本発明では、開口４１がエンジンモジュールの数に対応して二つ形成されるが、エンジンモジュールの数に応じて、より多く形成されることもある。また、ヒートパイプモジュール２０の上面及び下面と、上部ケース１０及び下部ケース４０間には、サーマルグリース６０や金属性材質のはんだが充填される。

ＬＥＤ照明灯を壁面または支持棒に据え置くことができるよう、上部ケース１０には、上部ブラケット７３及び下部ブラケット７１と前記ブラケットを連結させるボルト７２で構成された、ブラケットアセンブリ７０が設けられることが望ましい。図６による実施形態のＬＥＤ照明灯を構成する各部品の役割及び結合関係は、図３による実施形態と同様ではあるが、ヒートパイプモジュール２０の形が異なる構成である。

本発明に係る照明灯は、一般的な室内灯、街路灯、及びその他の様々な用途として使用することができ、また、ヒートパイプモジュール２０及びヒートパイプモジュール２０と結合するＬＥＤモジュール３０を複数個構成して一つのＬＥＤ照明灯を製作することができる。

以上は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明に示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと均等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims

ＬＥＤモジュールの上面に設けられ、ヒートパイプ及びヒートパイプホルダーで構成されたヒートパイプモジュールと、
前記ヒートパイプモジュール及び前記ＬＥＤモジュールの下部に位置し、前記ヒートパイプモジュールと前記ＬＥＤモジュールを収容する下部ケースと、
前記下部ケースと結合し、前記ヒートパイプモジュールと前記ＬＥＤモジュールとを収容する内部空間を形成する上部ケースと、
を有して構成され、
前記上部ケースと前記下部ケースとの間には、モールディングが挿入されて結合されることを特徴とするＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプモジュールは、
前記ＬＥＤモジュールの上面に設けられる前記ヒートパイプホルダーと、
前記ヒートパイプホルダーの周囲に取り付けられる前記ヒートパイプと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ＬＥＤモジュールは、
前記ヒートパイプモジュールの下面に取り付けられるＰＣＢ基板と、
前記ＰＣＢ基板に均一に配列されるＬＥＤ素子と、
前記ＰＣＢ基板の下部に取り付けられ、中央部に開口が形成された基板カバーと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプホルダーは、平面形状が「＋」または「−」形状で、各端部が互いに当接するよう曲げられたヒートパイプの下部ホルダー及びヒートパイプの上部ホルダーで構成されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプの上部ホルダー及び下部ホルダーの各中央部には、一定幅の溝が形成され、前記溝に前記ヒートパイプが取り付けられることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプの上部ホルダーの各端部には挿入溝が形成され、前記ヒートパイプの下部ホルダーの各端部には突起が形成され、前記挿入溝に前記突起が挿入されて前記ヒートパイプの上部ホルダー及び下部ホルダーが結合されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプモジュールの上面及び下面と、前記上部ケース及び前記下部ケースの間には、サーマルグリースまたは金属性材質のはんだが充填されることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明灯。
前記下部ケースの中央部は、ＬＥＤ素子の光が外へ出射される開口が形成され、縁に沿って雨水が抜け出すよう、一定の間隔でドレンホールが形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明灯。
前記ヒートパイプモジュール及び前記ＬＥＤモジュールが複数個で構成されて前記上部ケースと前記下部ケースとによって構成されるケース内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明灯。