KR100919995B1 - 표면적 증대 및 통풍 효율이 높은 방열 구조체가 적용된 ｌｅｄ 조명 기구 - Google Patents

표면적 증대 및 통풍 효율이 높은 방열 구조체가 적용된 ｌｅｄ 조명 기구 Download PDF

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Abstract

표면적을 넓히면서 통풍이 가능하여 열 방출 효과를 향상시킬 수 있는 방열 구조체가 형성된 LED 조명 기구에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 LED 조명 기구는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 전면에 실장되는 복수의 LED; 상기 인쇄회로기판을 지지하며, 상기 복수의 LED로부터 발생하는 열을 방출하는 방열구조체; 상기 방열구조체의 배면에 형성되며, 상기 인쇄회로기판을 통하여 복수의 LED에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 복수의 LED를 외부로부터 보호하는 커버;를 포함하고, 상기 방열구조체는 플레이트 형상의 상부 부재, 하부 부재 및 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에 결합되는 복수의 중간 부재를 포함하며, 상기 복수의 중간 부재 각각은 내부가 비어 있는 형태를 갖는 몸체 및 상기 몸체에 방사상으로 형성된 복수의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면적 증대 및 통풍 효율이 높은 방열 구조체가 적용된 ＬＥＤ 조명 기구{LED lighting device}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 조명 기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 플레이트 타입의 방열판에 비하여 표면적이 증대되고 및 통풍이 가능한 방열 구조체를 통하여, LED로부터 발생하는 많은 열을 효율적으로 방출할 수 있는 LED 조명 기구에 관한 것이다.
조명을 위해 사용되는 일반적인 전구는 형광등, 백열등 또는 산업용으로 사용하는 메탈 네온등 등이 있으며, 이들 전구들은 대부분이 유리관 안에 가스를 주입하여 사용하는 가스 방전관 구성이다.
상기한 일반적인 전구의 경우 유리관의 소손으로 인한 가스 유출시 대기 오염의 원인이 될 수 있으며, 휘도를 밝게 하고자 할 시에는 그에 따른 소비 전력이 상승하게 되고, 그에 알맞은 전력선 공사 등을 행해야 하므로 시설비용과 유지 관리비용이 과도하게 소요되는 등의 문제점이 있었다.
한편 상기한 전구의 문제점을 해소할 대안으로 근자에는 소비전력이 낮은 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명 기구의 개발이 제안되고 있는데, LED 조명 기구의 경우, 고휘도 및 고수명을 갖는 LED를 적용하여, 높은 수명과 함께 강렬한 발광이 가능하다.
하지만, LED 조명 기구의 경우, LED의 강렬한 발광으로 인하여 많은 열이 발생하는 특성이 있어, 대부분의 LED 조명 기구에는 플레이트 타입의 방열판이 마련되어 있다.
그러나, LED 조명 기구에 포함되는 종래의 방열판은 주로 단순한 플레이트 타입으로, 열이 방출될 수 있는 표면적이 제한됨으로 인하여 열 방출 효율이 그리 높지 못한 문제점이 있다. 이는 LED 조명 기구의 열화(deterioration)의 원인이 되고, 결국, LED 조명 기구의 수명을 앞당기게 된다.
이를 해결하기 위하여, 최근에는 개선된 구조를 갖는 방열판이나, 방열판의 재질을 변형하여 방열 효율을 높이고 있다.
그러나, 방열판 구조 개선의 경우, 대부분의 경우 방열판에 돌기나 날개를 형성하는 정도에 그쳐 방열판의 표면적 증대가 매우 크지 아니하고, 또한, 방열판과 외부 공기가 잘 통하지 못하는 구조를 가지고 있어, 방열 효율 향상이 제한적인 문제가 있다.
또한, 방열판의 재질 변형의 경우, 주로 열전도도가 통상의 알루미늄의 열전도도보다 매우 높은 은(Ag)을 첨가하려고 하고 있는데, 이 경우, 방열판의 제조 비용의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 개선하여, 통상의 알루미늄 재질의 방열판 소재를 이용하면서도, 방열이 이루어지는 표면적이 매우 넓으며, 또한 공기가 잘 통할 수 있는 구조를 가져 열 방출 효율을 증대시킬 수 있는 방열 구조를 갖는 LED 조명 기구가 요구된다.
본 발명의 목적은 복수의 LED 구동으로 인하여 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 구조를 갖는 방열 구조체가 적용된 LED 조명 기구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 기구는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 전면에 실장되는 복수의 LED; 상기 인쇄회로기판을 지지하며, 상기 복수의 LED로부터 발생하는 열을 방출하는 방열구조체; 상기 방열구조체의 배면에 형성되며, 상기 인쇄회로기판을 통하여 복수의 LED에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 복수의 LED를 외부로부터 보호하는 커버;를 포함하고, 상기 방열구조체는 플레이트 형상의 상부 부재, 하부 부재 및 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에 결합되는 복수의 중간 부재를 포함하며, 상기 복수의 중간 부재 각각은 내부가 비어 있는 형태를 갖는 몸체 및 상기 몸체에 방사상으로 형성된 복수 의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 중간 부재의 몸체와 복수의 돌기는 일체로 형성되어 있을 수 있으며, 상기 상부 부재, 하부 부재 및 복수의 중간 부재는 통상의 알루미늄 재질로 이루어져 있을 수 있다. 이 경우, 인쇄회로기판의 배면에는 상기 방열 구조체와 상기 인쇄회로기판을 전기적으로 절연하기 위한 절연 플레이트(insulation plate)가 더 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 LED 조명 기구는 상기 방열 구조체의 측면에 결합되는 측면 장착부(160)를 더 포함할 수 있는데, 이를 통하여 가로등, 보안등, 투광등, 집어등과 같이 LED를 이용한 모든 조명 장치의 용도로 이용이 가능하다. 또한, 상기 방열구조체(130)의 배면이 천정에 고정될 수 있는데, 이를 통하여 가정용 LED 조명등과 같은 용도로 이용이 가능하다.
본 발명에 따른 LED 조명 기구는 방열 구조체를 상부 부재, 하부 부재 및 특이한 형상을 갖는 중간 부재를 통하여 일반적인 플레이트 타입의 방열판에 비하여, 표면적을 최대한 증대시킬 수 있다. 또한, 중간 부재에 형성된 복수의 돌기 구조를 통하여 통풍이 가능한 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 전체적으로 복수의 LED 구동시 발생하는 많은 열을 효율적으로 방출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면적 증대 및 통풍 효율이 높은 방열 구조체가 적용된 ＬＥＤ 조명 기구에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 기구의 수직 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 인쇄회로기판(110), 복수의 LED(120), 방열 구조체(130), 전원 공급부(140) 및 커버(150)를 포함하여 이루어진다. 이때, 방열 구조체(130)는 상부 부재(131), 하부 부재(132) 및 중간 부재(133)를 포함한다.
인쇄회로기판(110)에는 회로 패턴이 형성되어 있으며, 복수의 LED(120)가 실 장되는 위치를 제공한다.
복수의 LED(120)는 인쇄회로기판(110)의 전면에 실장된다. 복수의 LED(120)는 p형 반도체층과 n형 반도체층을 접합한 p-n 접합 다이오드의 일종으로, 전도대(conduction band)와 가전대(balance band)의 밴드 갭(band gap) 만큼의 전기에너지가 빛의 에너지로 변환되어 발광한다. 즉, 전원 공급부(140)를 통하여 복수의 LED(120) 각각을 구성하는 p-n 접합 다이오드에 정방향의 전압을 일정 전압 이상 인가하면 p형 반도체의 정공은 n형 반도체 쪽으로 이동하고, n형 반도체의 전자는 p형 반도체 쪽으로 이동하면서 전자와 정공이 재결합(recombination)하여 밴드 갭에 해당하는 빛에너지가 발생한다.
복수의 LED(120)는 단색 LED일 수 있고, 백색을 구현하기 위하여 전체적으로 적색(R) LED, 녹색(G) LED, 청색(B) LED들이 혼합 배치되어 있을 수 있는데, 이는 LED 조명 기구를 이용하는 목적이나 용도에 따라서 달라진다. 특히 백색이 구현된 경우, 3파장 또는 7파장의 자연광에 가까운 빛을 방출함으로써 인간에게 편안한 느낌을 줄 수 있다.
방열 구조체(130)는 인쇄회로기판(110)을 배면에서 지지하며, 복수의 LED(120)로부터 발생하는 열을 외부로 방출한다. 본 발명에서 방열 구조체(130)는 상부 부재(131), 하부 부재(132) 및 중간 부재(133)를 포함한다.
인쇄회로기판(110) 쪽에 위치하는 상부 부재(131) 및 전원 공급부(140) 쪽에 위치하는 하부 부재(132)는 플레이트 형상을 가지며, 단일의 플레이트 형태 또는 복수의 플레이트가 겹쳐져 있는 형태가 될 수 있다.
복수의 중간 부재(133) 각각은 상부 부재(131) 및 하부 부재(132)와 결합된다.
도 2는 본 발명에 이용되는 중간 부재의 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 중간 부재(133)는 몸체(210) 및 복수의 돌기(220)를 포함하는 형태로 이루어진다.
몸체(210)는 내부가 비어 있는 형태를 가지며, 복수의 돌기(220)는 상기 몸체(210)에 측면 방향으로 방사상으로 돌출되는 형태를 갖는다. 이때, 중간 부재(133)를 형성하는 몸체(210)와 복수의 돌기(220)는 몸체(210)에 복수의 돌기(220) 각각이 방사상으로 결합되는 형태로 이루어질 수도 있으며, 몸체(210)와 복수의 돌기(220)가 일체로 형성되어 있을 수 있다.
방열 구조체(130)를 구성하는 상부 부재(131), 하부 부재(132) 및 복수의 중간 부재(133)는 일반적인 방열판(히트싱크)의 재질로 이용되는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
중간 부재(133) 각각은 상부 부재(131) 및 하부 부재(132)에 접착에 의해 결합될 수 있다. 또한 상부 부재(131) 및 하부 부재(132)에 중간 부재의 몸체(210) 내부의 비어 있는 구조에 대응하는 돌출 구조를 형성하고, 중간 부재의 몸체(210) 내부의 비어 있는 구조를 이용하여, 중간 부재(133)를 상부 부재(131) 및 하부 부재(132)에 끼움 결합 방식에 적용시킬 수 있다.
도 2에 도시된 복수의 중간 부재(133) 각각의 구조는 몸체(210)에 결합되는 복수의 돌기(220)를 통하여, 방열 구조체(130) 전체의 표면적을 증대시키는 효과를 가져온다. 이와 함께 중간 부재(133)가 복수개로 구성됨으로 인하여, 측면 방향으로 통풍이 가능하도록 한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 중간 부재(133)의 일 측면에는 복수의 LED와 별도로 전원 공급부에 연결되어 구동하는 팬(fan)이 장착되어 있을 수 있다. 상기 장착된 팬(fan)을 구동함으로써, 복수의 LED(120) 구동시 복수의 중간 부재(133) 사이의 뜨거운 공기를 바깥쪽으로 배출하거나 혹은 바깥쪽의 공기를 복수의 중간 부재(133) 사이로 유입하여, 통풍이 가능하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
전원 공급부(140)는 외부에 별도로 설치될 수 있으며, 방열 구조체(130)의 측면이나 배면 등에 장착될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이, 방열 구조체(130)의 배면에 장착될 수 있다. 이러한 전원 공급부(140)는 외부 전원과 전기적으로 연결되어, 인쇄회로기판(110)을 통하여 복수의 LED(120) 구동에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(140)는 AC 110V, AC 220V 등의 외부에서 공급되는 일반적인 교류 전원과 연결되어, 이를 정류 등의 과정을 거쳐 직류 전원으로 변환하여 인쇄회로기판(110)을 통하여 복수의 LED(120)에 공급하여, 복수의 LED(120) 각각이 직류 전원으로 구동될 수 있다.
커버(150)는 복수의 LED(120)를 외부로부터 보호한다. 커버(150)는 인쇄회로 기판(110)에 고정될 수 있으며, 또한 방열 구조체(130) 중 상부 부재(131)에도 고정될 수 있다.
커버(150)는 투명 유리나 투명 아크릴 등의 투명 재질로 되어 있는 투명 커버 또는 상기의 재질에 백색, 유백색 안료 등이 도포되거나, 커버용 유리 및 아크릴 제조시에 미리 백색, 유백색 안료 등이 포함되어 제조된 반투명 커버가 될 수 있다.
투명 커버의 경우 직진방향으로 고휘도의 광이 조명될 수 있으나, 광원이 은폐되지 않으며, 직진방향 이외의 방향으로 광이 확산되기 어렵다. 따라서, 광원의 은폐 효과를 얻을 수 있고, 확산에 의하여 직진방향 이외의 방향으로도 광이 조명될 수 있는 반투명 커버가 더 바람직하다. 또한, 투명 커버 및 반투명 커버 공히 구조적으로 광 확산성을 확보하기 위하여 커버의 내측 또는 외측 표면에 엠보싱 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
인쇄회로기판(110)의 배면에는 방열 구조체(130)와 인쇄회로기판(110)을 전기적으로 절연하기 위한 절연 플레이트(insulation plate, 115)가 더 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 LED 조명 기구는 방열 구조체(130)의 측면에 결합되는 측면 장착부(160)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 조명의 방향은 하부이고, 기계적으로는 측면이 연결되므로 가로등과 같은 용도로 이용될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 LED 조명 기구의 측면 장착부(160)가 가로등의 기둥에 설치되는 측면 바와 같은 부재에 결합된다.
또한, 방열 구조체(130)의 배면이 천정에 고정될 수 있는데, 이 경우 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 가정용 박스형 형광등을 대체할 수 있으며, 이외에도 실내에 설치되는 조명 기구로 이용될 수 있다. 상기 방열 구조체(130)의 배면이 천정에 고정되는 것은 천정이나 천정 내부에 고정 설치되는 결합 부재에 방열 구조체(130)의 상부 부재(131) 또는 하부 부재(132)가 나사 결합 등으로 결합되는 것으로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 가로등, 보안등, 투광등, 집어등, 가정용 조명등과 같이 실외 또는 실내의 LED를 이용한 모든 조명 장치의 용도로 이용이 가능하다.
한편, 방열 구조체(130)를 구성하는 상부 부재(131), 하부 부재(132) 및 복수의 중간 부재(133)는 외부에 노출된다. 따라서, 습기 등에 의하여 부식이 발생할 수 있다. 이러한 부식을 최대한 늦출 수 있도록 방열 구조체(130)를 구성하는 각각의 부재(131,132,133)는 상업적인 예로 5380DP(한국코팅(주) 제조)와 같은 내부식성 코팅액이 코팅되어 있을 수 있으며, 이 경우 내부식성 코팅액에는 부식에 강한 티타늄이 더 포함되어 있을 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 LED 조명 기구의 전면 및 배면을 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, LED 조명 기구의 전면에는 방열 구조체(130)에 절연 플레 이트(115) 및 인쇄회로기판(110)이 배치되고, 인쇄회로기판(110)의 전면에는 복수의 LED(120)가 실장되어 있다.
도 3b를 참조하면, LED 조명 기구의 배면에는 방열 구조체(130)의 배면에 전원 공급부(140)가 배치된다.
한편, 도 3a 및 도 3b에서는 측면 장착부(160)가 형성되어 있으며, 도면에는 나타나지 않지만 방열 구조체(130)에는 몸체와 복수의 돌기를 포함하는 복수개의 중간 부재(도 1 및 도 2의 133)가 결합되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 방열 구조체를 상부 부재, 하부 부재 및 도 2에 도시된 바와 같은 특이한 형상을 갖는 복수의 중간 부재를 통하여 일반적인 플레이트 타입의 방열판에 비하여, 표면적을 최대한 증대시킬 수 있다. 또한, 중간 부재에 형성된 방사상으로 형성된 복수의 돌기 구조를 통하여 통풍이 가능한 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 LED 조명 기구는 전체적으로 복수의 LED 구동시 발생하는 많은 열을 효율적으로 방출할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 기구의 수직 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 중간 부재의 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 LED 조명 기구의 전면 및 배면을 나타낸 것이다.

Claims (10)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 전면에 실장되는 복수의 LED;
    상기 인쇄회로기판을 지지하며, 상기 복수의 LED로부터 발생하는 열을 방출하는 방열 구조체;
    상기 인쇄회로기판을 통하여 복수의 LED에 전원을 공급하는 전원공급부; 및
    상기 복수의 LED를 외부로부터 보호하는 커버;를 포함하고,
    상기 방열 구조체는 플레이트 형상의 상부 부재, 하부 부재 및 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에 결합되는 복수의 중간 부재를 포함하며, 상기 복수의 중간 부재 각각은 내부가 비어 있는 형태를 갖는 몸체 및 상기 몸체에 방사상으로 형성된 복수의 돌기를 포함하고, 상기 상부 부재, 하부 부재 및 복수의 중간 부재는 알루미늄 재질로 이루어져 있으며,
    상기 인쇄회로기판의 배면에는 상기 방열 구조체와 상기 인쇄회로기판을 전기적으로 절연하기 위한 절연 플레이트(insulation plate)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 중간 부재의 몸체와 복수의 돌기는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 전면에 실장되는 복수의 LED;
    상기 인쇄회로기판을 지지하며, 상기 복수의 LED로부터 발생하는 열을 방출하는 방열 구조체;
    상기 인쇄회로기판을 통하여 복수의 LED에 전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 복수의 LED를 외부로부터 보호하는 커버; 및
    상기 방열 구조체의 측면에 결합되는 측면 장착부;를 포함하고,
    상기 방열 구조체는 플레이트 형상의 상부 부재, 하부 부재 및 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에 결합되는 복수의 중간 부재를 포함하며, 상기 복수의 중간 부재 각각은 내부가 비어 있는 형태를 갖는 몸체 및 상기 몸체에 방사상으로 형성된 복수의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 구조체의 배면이 천정에 고정되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 복수의 LED에 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부는 외부에 배치되거나, 상기 방열 구조체의 배면에 장착되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  9. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 전면에 실장되는 복수의 LED;
    상기 인쇄회로기판을 지지하며, 상기 복수의 LED로부터 발생하는 열을 방출하는 방열 구조체;
    상기 인쇄회로기판을 통하여 복수의 LED에 전원을 공급하는 전원공급부; 및
    상기 복수의 LED를 외부로부터 보호하는 커버;를 포함하고,
    상기 방열 구조체는 플레이트 형상의 상부 부재, 하부 부재 및 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에 결합되는 복수의 중간 부재를 포함하며, 상기 복수의 중간 부재 각각은 내부가 비어 있는 형태를 갖는 몸체 및 상기 몸체에 방사상으로 형성된 복수의 돌기를 포함하고,
    상기 복수의 중간 부재 일 측면에 장착되어, 상기 복수의 LED 구동시 복수의 중간 부재 사이의 뜨거운 공기를 바깥쪽으로 방출하거나, 바깥쪽의 공기를 복수의 중간 부재 사이로 유입하는 팬(fan)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명 기구는 실내용 또는 실외용 조명 기구인 것을 특징으로 하는 LED 조명 기구.
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