KR100847872B1 - 엘이디 조명등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 조명등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조도가 높으면서도 발열량이 적고 전력소모가 적은 LED를 광원으로 사용하고, 온도와 전류에 민감한 LED가 고온에 노출되고 과전류가 유입됨으로 인해 LED의 수명이 단축되지 않도록 방열성을 높이고 유입전류를 제한한 LED 조명등에 관한 것이다.

본 발명의 LED 조명등은 중앙에 수용공간부가 길이방향으로 형성되어 있는 방열프레임; 일면에 다수의 LED가 실장되어 있고, 타면은 상기 방열프레임 수용공간부의 바닥면에 밀착되어 부착되는 회로기판; 상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고 있고, 형광등 콘센트에 접속되어 상기 회로기판에 전원을 공급하는 접속단자; 상기 수용공간부를 길이방향으로 덮는 형태로 상기 방열프레임에 결합되어 상기 LED를 보호하고, 상기 LED에서 발산되는 빛을 확산시켜 조사하는 확산커버; 상기 수용공간부의 양 단을 덮는 형태로 상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고, 상기 접속단자가 외측을 향하여 돌출되도록 결합되어 있는 브라켓; 상기 형광등 콘센트에 전기적으로 연결되고, 입력되는 교류전원을 일정크기의 직류전원으로 변환하여 상기 회로기판에 공급하는 파워서플라이;를 포함하여 이루어진다.

LED, 조명등, 방열, 회로기판, 파워서플라이, 온도검출, 점류검출

Description

엘이디 조명등{LED LAMP}

본 발명은 LED 조명등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조도가 높으면서도 발열량이 적고 전력소모가 적은 LED를 광원으로 사용하고, 온도와 전류에 민감한 LED가 고온에 노출되고 과전류가 유입됨으로 인해 LED의 수명이 단축되지 않도록 방열성을 높이고 유입전류를 제한한 LED 조명등에 관한 것이다.

어두운 곳을 밝히는 조명등의 광원으로 소비자들이 널리 사용하는 것은 백열등에서 형광등으로 다시 삼파장 전구로 진행되어 왔다.

최근에는 위에서 언급한 백열등, 형광등, 삼파장 전구에 비해 전력소모가 적고 수명이 긴 LED를 광원으로 사용하는 조명등이 개발 출시되고 있다.

이와 같이 LED를 광원으로 사용하는 조명등에 관한 것으로는 등록실용신안 제430022호 '고휘도 발광다이오드 조명등', 등록특허 제707874호 '발광다이오드형 가로등의 설치구조' 등 다수의 것이 공개되었다.

상기 등록특허 및 등록실용신안의 조명등의 구성은 LED가 실장되어 있는 회 로기판과, 상기 회로기판이 부착되는 알루미늄소재의 방열판과, 상기 LED의 표면을 덮는 커버와, 콘센트에 접속되어 회로기판에 전원을 공급하는 접속단자와, 교류전원을 직류로 변환하여 상기 콘센트로 출력하는 전원공급기를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성은 LED를 사용하는 조명등에서 일반적으로 채택하고 있는 구성이다. 문제는 온도와 전류에 민감한 LED가 고온에 노출되거나 과전류가 유입되어 수명이 단축되지 않도록 하는 것이다. 이를 위해서는 방열효율을 보다 높일수 있는 수단과, 회로기판에 공급되는 전류의 세기를 적절히 조절할 수 있는 수단이 필요하다.

상기 등록특허 및 등록실용신안의 조명등과 같이 단순히 회로기판을 알루미늄재질의 방열판에 부착시키는 것만으로는 충분한 방열효과를 얻을 수 없다.

이유인 즉은 회로기판은 통상 원가절감을 위해 합성수지재질로 이루어지고, LED에 전원공급을 위한 전도체인 회로패턴은 LED의 실장면인 회로기판의 일면에 형성되어 있고, 합성수지재인 열전달률이 낮기 때문이다. 따라서 회로기판(LED 및 회로패턴)에서 발생되는 열을 분산시키고 방열판으로 효율적으로 전달할 수 있는 수단이 필요하다.

그리고 LED는 온도와 전류에 민감하므로 LED에 공급되는 전원에 의해 LED주변의 온도가 상승하여 LED가 고온에 노출되거나, 정격전류 이상의 과전류가 유입되지 않도록 제어하는 기능이 전원공급기에 필요한데, 상기 등록특허 및 등록실용신안의 조명등의 전원공급기는 단순히 입력 교류전원을 일정크기의 직류전원으로 변환하여 회로기판으로 공급할 뿐 이러한 기능이 구비되어 있지 않다.

LED는 반도체 소자로 주변온도가 30도 이상 상승하면 수명이 약 1/10로 감소하고, 유입전류가 정격전류를 약 30% 초과하면 수명이 약 1/10로 감소한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, LED 및 회로패턴에서 발생되는 열을 외부로 효율적으로 방출시키고, 회로기판에 공급되는 전원을 적절히 조절하여 LED가 고온에 노출되거나 LED에 과전류가 유입되지 않도록 하여 LED의 수명이 단축되지 않도록 하고,

구성요소들이 간이신속하게 조립될 수 있고, 조명등의 설치 및 교체가 편리한 LED 조명등을 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 조명등은

중앙에 수용공간부가 길이방향으로 형성되어 있는 방열프레임;

일면에 다수의 LED가 실장되어 있고, 타면은 상기 방열프레임 수용공간부의 바닥면에 밀착되어 부착되는 회로기판;

상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고 있고, 형광등 콘센트에 접속되어 상기 회로기판에 전원을 공급하는 접속단자;

상기 수용공간부를 길이방향으로 덮는 형태로 상기 방열프레임에 결합되어 상기 LED를 보호하고, 상기 LED에서 발산되는 빛을 확산시켜 조사하는 확산커버;

상기 수용공간부의 양 단을 덮는 형태로 상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고, 상기 접속단자가 외측을 향하여 돌출되도록 결합되어 있는 브라켓;

상기 형광등 콘센트에 전기적으로 연결되고, 입력되는 교류전원을 일정크기의 직류전원으로 변환하여 상기 회로기판에 공급하는 파워서플라이;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 파워서플라이는 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하는 EMI필터와, 입력전압을 일정크기의 전압으로 강압시켜 출력하는 변압기와, 상기 EMI필터에서 출력되는 전압을 스위칭하여 상기 변압기로 출력하는 스위칭부와, 상기 변압기의 출력전압을 정류하여 직류화한 후에 상기 회로기판으로 공급하는 정류부와, 상기 방열프레임 수용공간부 내의 온도를 검출하는 온도검출부와, 상기 정류부의 출력전압을 피드백하여 상기 스위칭부의 스위칭속도를 제어하여 상기 변압기의 출력전압을 일정하게 유지시키고, 상기 온도검출부와 연결되어 검출되는 온도가 일정온도를 넘으면 상기 스위칭부의 스위칭속도를 제어하여 상기 변압기의 출력전압을 일정크기 다운시키는 스위칭제어부와, 상기 정류부의 출력측에 연결되어 상기 회로기판으로 공급되는 전류의 세기를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부에서 검출되는 전류가 일정크기를 넘으면 상기 정류부에서 출력되는 전류를 소정크기 다운시켜 회로기판으로 공급하는 전류제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 회로기판은 양면 회로기판으로서, 상기 LED가 실장되는 영역으로서 회로기판의 일면에 형성되어 있는 상부회로패턴과, 회로기판의 타면에 형성되어 있는 하부회로패턴과, 상기 상부회로패턴과 하부회로패턴 간의 전기적 연결 통로인 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 회로기판의 타면에 형성된 하부회로패턴에는 솔더 레지스트가 도포되어, 상기 솔더 레지스트가 상기 방열프레임 수용공간부의 바닥면에 접촉되는 것을 특징으로 하고,

상기 방열프레임의 외측 길이방향에는 방열면적을 늘리기 위한 날개부가 다수 형성되어 있고, 내측 길이방향에는 상기 확산커버가 삽입되어 결합되는 삽입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 확산커버의 표면에는 빛의 확산효율을 높이기 위한 요철패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 회로기판이 상부회로패턴과 하부회로패턴으로 구성된 양면 회로기판이고, 솔더 레지스트를 통해 회로기판이 방열프레임에 접촉되고, 방열프레임에는 다수의 날개부가 형성되어 있어 LED 및 회로패턴서 발생되는 열이 보다 효율적으로 분산되고 외부로 방출되며,

LED 주변의 온도를 검출하는 파워서플라이의 온도검출부에 의해 LED가 고온에 노출되지 않고, LED에 유입되는 전류를 검출하는 파워서플라이의 전류검출부에 의해 LED에 정격전류 이상의 과전류가 유입되지 않아 LED의 수명이 단축되지 않는다.

또한, 구성요소들이 간인 신속하게 조립되고, 형광등 콘센트에 쉽게 설치되고 해체되어 작업성이 뛰어나다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 LED 조명등의 설치상태도이고, 도2는 LED 조명등의 분해사시도로서,

도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 조명등(3)은 형광램프와 같은 방식으로 커버(1)의 양단에 구비되어 있는 콘센트(2)에 인입되어 착탈이 가능하도록 결합되어 설치 및 해체가 편리하다.

그리고 본 발명의 조명등(3)은 방열프레임(10), LED(20)와 회로기판(30)(PCB), 브라켓(40)과 접속단자(50), 확산커버(60)를 포함하여 이루어진다. 이하 이들에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

상기 방열프레임(10)은 열전달이 우수한 알루미늄재질로 이루어지고, 일면에는 길이방향으로 수용공간부(11)가 형성되어 있다. 상기 수용공간부(11)에는 회로기판(30)이 수용된다.

그리고 상기 수용공간부(11)를 형성하는 방열프레임(10)의 사이드벽 외측에 는 길이방향으로 다수의 날개부(13)가 형성되어 있다. 상기 날개부(13)는 방열면적을 늘려 방열효율을 높인다.

그리고 사이드벽 내측 상단에는 확산커버(60)가 삽입되어 결합되는 삽입홈(17)이 길이방향으로 형성되어 있다. 상기 삽입홈(17)의 단부에는 브라켓(40)을 방열프레임(10)에 볼트로 고정하기 위한 나사산이 형성된다.

그리고 수용공간부(11)를 형성하는 방열프레임(10)의 바닥면에는 회로기판(30)을 볼트로 고정하기 위한 볼트공(19)이 형성되어 있고, 상기 바닥면의 반대측 하부면 양측에는 회로기판(30)을 고정하는 볼트가 외부로 돌출되지 않도록 하고, 강도를 보강하며 하부면 전체가 커버(1)에 접촉되지 않도록 하는 돌출부(15)가 길이방향으로 형성되어 있다.

그리고 수용공간부(11)를 형성하는 사이드벽 및 바닥면은 LED(20)에서 발산되는 빛을 전방으로 반사시키기 위해 광택처리될 수 있다.

상기 LED(20)는 조명등(3)의 설치장소에 따라 화이트, 그린, 블루, 옐로우 등의 색상의 빛을 발하는 것이 채택될 수 있다. 그리고 LED(20)는 직진성이 강하므로 넓은 범위를 조사하기 위해 발산되는 빛을 일정각도로 방사하는 확산렌즈가 LED(20) 표면을 감싸는 것이 바람직할 수 있다. LED(20)는 형광램프나 백열전구에 비해 열선이나 자외선을 거의 포함하고 있지 않아 건강에 유리하고, 전력소모가 적어 전기요금이 절감되고, 적정조건하에서는 반영구적으로 사용이 가능하다는 장점을 갖는다.

상기 LED(20)는 회로기판(30)에 일정간격으로 배열되어 실장된다.

그리고 회로기판(30)에 형성되는 회로패턴은 도3에서 보는 바와 같이 LED(20)가 위치하는 영역의 회로기판(30)의 양측면에 모두 형성된다. 즉, 일면에는 상부회로패턴(31)이 형성되고, 타면에는 하부회로패턴(33)이 형성되며, 관통홀(35)이 상기 상부호로패턴과 하부회로패턴(33)을 전기적으로 연결한다.

이와 같이 양면 회로기판(30)을 이용함으로서 종래의 한측면에만 회로패턴을 형성한 구조에 비해 열 분산 효과를 높이게 된다. 즉, 종래와 같이 일면에만 회로패턴이 형성될 시에는 열이 그 면에 집중되어 발생되나, 본 발명과 같이 양면에 나누어 회로패턴이 형성될 시에는 열이 양 면에 분산되어 발생된다.

한편, 방열프레임(10)의 바닥면과 접하는 회로기판(30)의 타면에 형성된 하부회로패턴(33)에는 솔더 레지스트(37)(SR;Solder Regist)가 도포되어, 회로기판(30)의 열이 방열프레임(10)으로 보다 효율적으로 전달되도록 한다. 상기 솔더 레지스트(37)는 회로기판(30)의 특정영역에 입히는 내열성 피막재료로서, 상기 회로기판(30)의 하부회로패턴(33)에 솔더 레지스트(37)를 입혀 방열프레임(10)에 닿도록 함으로써, LED(20) 구동으로 인해 발생되는 열을 방열프레임(10)으로 전달하여 열을 분산시켜 발열량을 저감시킬 수 있다.

상기 브라켓(40)은 상기 수용공간부(11) 양단을 덮는 형태로 방열프레임(10)의 양측 단부에 각각 결합되고, 접속단자(50)가 구비되어 있으며, 상기 삽입홈(17) 의 단부를 막아 확산커버(60)가 방열프레임(10)에서 분리이탈되지 않도록 한다.

그리고 상기 접속단자(50)는 상기 브라켓(40)에 외부로 돌출되도록 결합되어 형광등 콘센트(2)에 전기적으로 접속된다. 물론 상기 접속단자(50)는 케이블을 통해 수용공간부(11)에 배치되어 있는 회로기판(30)에 전기적으로 연결되어 전원을 공급한다.

상기 확산커버(60)(1)는 방열프레임(10)의 삽입홈(17)에 삽입되어 결합됨으로써 수용공간부(11)를 길이방향으로 감싼다. 그리하여 LED(20)가 외부에 직접 외부에 노출되지 않도록 하여 외부충격에 의해 LED(20)가 파손되는 것을 방지하고,

반투명한 합성수지재질로 이루어져 LED(20)에서 발산되는 빛이 직접 사람의 시야로 조사되지 않도록 하여 눈부심이 유발되지 않도록 한다.

또한 확산커버(60)(1)의 표면에는 요철패턴이 형성되어 LED(20)에서 발산되는 빛을 확산시켜 조사한다.

형광등 콘센트(2)에 전기적으로 연결되고, 입력되는 상용 교류전원을 강압하고 직류전원으로 변환하여 회로기판(30)에 공급하는 파워서플라이(70)가 도4에 도시되어 있다.

상기 파워서플라이(70)는 도면에서 보는 바와 같이 EMI필터(71), 스위칭부(72), 변압기(73), 정류부(74), 스위칭제어부(75), 온도검출부(77), 전류검출부(78) 및 전류제어부(76)를 포함하여 이루어진다.

상기 EMI필터(71)는 코일과 캐패시터로 구성되어 입력 상용 교류전원일 일정 주파수 대역에서 필터링하여 노이즈를 제거한다.

상기 스위칭부(72)는 BJT, MOSFET, IGBT 등의 스위칭소자로 구성되고, 상기 EMI필터(71)를 통해 유입되는 전원을 스위칭하여 맥파를 만들며, 상기 스위칭제어부(75)에 의해 그 스위칭속도가 제어된다.

상기 변압기(73)는 상기 스위칭부(72)를 통해 유입되는 전원을 강압하여 출력한다.

상기 정류부(74)는 캐패시터, 다이오드로 구성되어 변압기(73)가 출력하는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환시킨다. 정류부(74)에서 출력되는 전압을 DC 24V이다.

상기 온도검출부(77)는 LED(20) 주변의 온도를 검출하여 스위칭제어부(75)로 전송한다.

상기 스위칭제어부(75)는 정류부(74)에서 출력되는 전압을 피드백하여 스위칭부(72)의 스위칭속도를 제어하여 변압기(73)가 출력하는 전압을 일정크기로 유지시키고,

온도검출부(77)에서 전송되는 온도가 일정온도를 넘으면 스위칭속도를 줄여 상기 변압기(73)가 출력하는 전압이 일정크기 다운시킨다.

전술한 바와 같이 LED(20)가 고온에 노출되면 그 수명은 급속하게 줄어든다. 그리고 LED(20) 주변의 온도는 회로기판(30)에 공급되는 전류에 의해 LED(20) 및 회로패턴이 발산하는 열에 의한 것이다. 따라서 LED(20) 주변의 온도가 높으면 변 압기(73)의 출력전압을 일정크기 다운시켜 회로기판(30)에 유입되는 전류의 세기를 줄여 LED(20) 및 회로패턴에서 발산되는 열을 줄여줄 필요가 있는 것이다.

회로기판(30)에 유입되는 전류의 세기가 약간 다운되면 LED(20) 및 회로패턴이 방출하는 열은 상당부분 줄지만 LED(20)의 조도는 약간 약해질 뿐이다. 따라서 LED(20) 주변의 온도가 높을 때 변압기(73)의 출력전압을 다운시키는 것은 주변 밝음을 해하지 않으면서 온도를 신속하게 낮출 수 있는 효과적인 방법이다.

상기 전류검출부(78)는 정류부(74)에서 출력되어 회로기판(30)에 공급되는 전류의 크기를 감지한다. 그리고 전류제어부(76)는 상기 전류검출부(78)에서 검출된 전류가 일정크기를 넘으면, 즉 정격전류를 넘어서면 정류부(74)에서 출력되는 전류를 다운시켜 회로기판(30)으로 공급한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 LED 조명등에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 LED 조명등의 설치 상태도.

도 2 는 본 발명에 따른 LED 조명등의 분해 사시도.

도 3 은 회로기판의 단면도.

도 4 는 파워서플라이의 블록 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 방열프레임 11 : 수용공간부

13 : 날개부 17 : 삽입홈

20 : LED 30 : 회로기판

31 : 상부회로패턴 33 : 하부회로패턴

35 : 관통홀 37 : 솔더 레지스트

40 : 브라켓 50 : 접속단자

60 : 확산커버 70 : 파워서플라이

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 중앙에 수용공간부가 길이방향으로 형성되어 있는 방열프레임;

   일면에 다수의 LED가 실장되어 있고, 타면은 상기 방열프레임 수용공간부의 바닥면에 밀착되어 부착되는 회로기판;

   상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고 있고, 형광등 콘센트에 접속되어 상기 회로기판에 전원을 공급하는 접속단자;

   상기 형광등 콘센트에 전기적으로 연결되고, 입력되는 교류전원을 일정크기의 직류전원으로 변환하여 상기 회로기판에 공급하는 파워서플라이;를 포함하여 이루어지되,

   상기 파워서플라이는

   입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하는 EMI필터와,

   입력전압을 일정크기의 전압으로 강압시켜 출력하는 변압기와,

   상기 EMI필터에서 출력되는 전압을 스위칭하여 상기 변압기로 출력하는 스위칭부와,

   상기 변압기의 출력전압을 정류하여 직류화한 후에 상기 회로기판으로 공급하는 정류부와,

   상기 정류부의 출력전압을 피드백하여 상기 스위칭부의 스위칭속도를 제어하여 상기 변압기의 출력전압을 일정하게 유지시키는 스위칭제어부와,

   상기 정류부의 출력측에 연결되어 상기 회로기판으로 공급되는 전류의 세기를 검출하는 전류검출부와,

   상기 전류검출부에서 검출되는 전류가 일정크기를 넘으면 상기 정류부에서 출력되는 전류를 소정크기 다운시켜 회로기판으로 공급하는 전류제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 수용공간부를 길이방향으로 덮는 형태로 상기 방열프레임에 결합되어 상기 LED를 보호하고, 상기 LED에서 발산되는 빛을 확산시켜 조사하는 확산커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 수용공간부의 양 단을 덮는 형태로 상기 방열프레임의 양측단부에 각각 결합되고, 상기 접속단자가 외측을 향하여 돌출되도록 결합되어 있는 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등.

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