KR100943074B1 - 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프 - Google Patents

방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 관한 것으로서, LED가 실장되는 회로기판을 별도로 구성하지 않고 히트싱크가 일체로 형성된 본체 상단에 도전성 소재에 의한 회로패턴을 직접 형성한 후 LED 소자를 마운팅하는 것으로, 종래의 LED램프가 갖는 열 저항을 최소화하여 LED가 점등 작동하는 동안 발생하는 열의 방출 효율을 극대화할 수 있는 교류 전원용 발광 다이오드 램프를 제공하는 것이다.
LED램프, 교류 전원용 LED, 히트싱크, 열 방출 효율, 열 저항,

Description

방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프 {Lamp with light emitting diodes using alternating current}
본 발명은 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본체 상단면에 회로패턴이 일체로 형성되어 방열 효율을 향상시킨 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 관한 것이다.
일반적으로 백열등이나 형광등과 같은 광원은 전력소모가 많고 내구성이 좋지 않은 단점이 있다.
반면, LED(Light Emitting Diode : LED)는 전력소모는 낮고 조도는 높으며 내구성이 우수한 특성을 나타내기 때문에 최근에는 백열등이나 형광등의 대체 수단으로 LED 램프가 개발되고 있다.
종래의 LED 소자는 대부분 직류전원에 의해 동작하는 것이었다. 그러나, 각 가정으로 공급되는 상용전원은 교류전원이기에 LED 램프를 구동하기 위해서는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터 등의 회로구성이 요구되었으며, 이는 LED 램 프의 구성이 복잡해지고, 램프의 중량 및 부피가 커지는 등의 문제점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하고자 교류전원에 의해 동작하는 LED 소자가 개발된바 있으며, 이를 이용한 교류전원용 LED 램프가 제안된 바 있다.
도 1은 종래기술에 의한 교류전원용 LED 램프를 도시한 전체 구성도이며, 도 2는 종래기술에 의한 교류전원용 LED 램프의 요부 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 교류전원용 LED 램프(1)는, 컨버터 등의 회로구성이 없이도 동작하는 것으로, 본체(10)의 상단면에 적어도 하나 이상의 LED소자(20)가 실장된 LED 기판(30)이 형성되고, 상기 LED 기판(30)은 공급전원을 인가하기 위한 전선(40)이 본체(10) 내측 공간을 통해 연결되는 것이며, LED 기판(30) 상부로는 캡(50)이 덮여진다. 또한, 상기 LED 기판(30)이 본체(10) 상단에 고정되기 위해서는 그래파이트(Graphite)로 제조된 양면 접착식 열전도 테이프(60)가 구비되어 LED 기판(30)과 본체(10) 상호간을 접착 고정하는 것이다.
여기서, LED 기판(30)은 주로 알루미늄 소재가 적용되는 것으로, 상부면은 절연층(31) 및 회로패턴(32)이 형성되는 것이며, 양면 접착식 열전도 테이프(60)의 상하 양면에는 접착제층(61)이 형성되는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 LED 램프(1)는 LED 기판(30)과 본체(10) 상호간을 고정하기 위해 사용되는 양면 접착식 열전도 테이프(60)에서 양면에 도포되어 있는 접착제층(61)의 열전도율이 낮아 열저항이 발생하고 그에 따른 열 방출 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
즉, 상기 LED가 점등되어 있는 동안 LED 기판(30)에서 발생하는 열을 최단 시간내에 방출시켜 주어야 하는데 접착제층(61)의 열저항은 이러한 기능을 수행하지 못하고 LED 기판(30)과 본체(10) 사이에서 공간을 메워주는 역할만을 수행할 뿐 열방출을 방해하는 것이었다.
이러한 비효율적 방열시스템은 과열 발생에 따른 상기 LED 기판(30) 및 각종 회로 부품의 수명단축과 함께 고장의 원인이 되는 문제점으로 작용하였다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 교류 전원용 LED 램프를 제공함에 있어서 본체 상단면에 도전성 회로 패턴을 직접 형성하여 LED 소자를 실장함으로 LED 기판 및 양면 접착식 열전도 테이프 등의 구성이 요구되지 않으며 그에 따른 열 방출 효율을 극대화할 수 있는 교류 전원용 발광 다이오드 램프를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 상단면에 절연층이 형성되고, 절연층 상부에 도전성 소재에 의한 회로패턴이 인쇄되어 있으며, 외주면에는 히트싱크가 형성된 회로기판 일체형 본체와; 상기 회로기판 일체형 본체의 상단면 회로패턴상에 실장된 최소 하나 이상의 교류 전원용 LED와; 상기 회로기판 일체형 본체 하단에 형성되는 것으로 내열성 절연재로 이루어진 절연베이스와; 상기 절연베이스 하단에 형성되는 것으로 교류 전원 입력단에 결합됨으로 전기적 연결상태를 이루며 전원연결선을 통하여 회로패턴 상에 동작 전원을 공급하는 전원연결부와; 교류 전원용 LED가 실장된 회로기판 일체형 본체 상부를 커버하는 캡;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 절연층은 유기물질로 형성되는 것으로, 테프론(Teflon), 에폭시(Epoxy), 액정폴리머(Liquid Crystal Polymer : LCP) 중 어느 하나가 적용되 는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 회로패턴을 형성하는 도전성 소재는 금속전도체 또는 도전성잉크 중 어느 하나가 적용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 캡은 반구 형태로 이루어지며, 내측면에는 AR코팅제가 도포되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 AR코팅제는, MgF2, SiO2 중 어느 하나가 적용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본체 상단면에 도전성 회로 패턴을 직접 형성하여 LED 소자를 실장함으로 히트싱크 일체형 본체로의 열전도율을 향상시키고 그에 따른 열 방출 효율을 향상시킨 효과가 있다.
둘째, 열 방출 효율이 향상됨에 따른 과열방지로 각종 회로 부품의 수명단축 및 고장의 원인을 제거한 효과도 있으며, 광 효율 및 광속유지율이 증가하고 조도 변화율이 획기적으로 개선되는 효과도 있다.
셋째, 본체와 전원연결부 사이에 내열성 절연베이스가 구비되어 본체를 통해 외부로 방출되는 열이 전원연결부로 전도되는 것을 차단한 효과도 있다.
넷째, 본체 상부는 AR코팅된 캡에 의해 커버되므로 LED의 빛을 산란시켜 눈 부심을 방지하고, LED 상호 간의 빛의 간섭에 의해 형성되는 그림자를 제거하여 휘도를 개선함은 물론 광 효율을 향상시킨 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 외부 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 전체 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 요부 확대도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 교류 전원용 LED 램프(100)는 상단면에 도전성 소재에 의한 회로 패턴이 인쇄되어 있으며 외주면에는 히트싱크가 형성된 회로기판 일체형 본체(110)와, 상기 회로기판 일체형 본체(110)의 상단면에 실장된 최소 하나 이상의 교류 전원용 LED(120)와, 상기 회로기판 일체형 본체(110) 하단에 형성된 절연베이스(130)와, 상기 절연베이스(130) 하단에 형성되는 것으로 전원 공급용 소켓에 끼움 결합됨으로 전기적 연결상태를 이루는 전원연결부(140)와, 상기 회로기판 일체형 본체(110) 상부에서 교류 전원용 LED(120)를 커버하는 캡(150)을 포함하여 구성된다.
상기에서 회로기판 일체형 본체(110)는 열전도율이 우수한 알루미늄 합금의 다이캐스팅 방식 혹은 높은 열전도율을 갖는 폴리머 재질의 사출성형 방식의 성형물로 이루어지는 것으로, 상단에는 내전압 및 절연성능이 우수한 특성을 갖는 유기물질로 이루어진 절연층(111)이 형성되고 그 절연층(111) 상부에는 도전성 소재에 의한 회로패턴(112)이 인쇄되며, 외주면에는 다수의 냉각핀이 돌출된 히트싱크(113)가 일체로 형성된 것이다.
바람직하게, 상기의 절연층(111)은 테프론(Teflon), 에폭시(Epoxy), 액정폴리머(Liquid Crystal Polymer : LCP) 중 어느 하나로부터 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기의 회로패턴(112)을 형성하는 도전성 소재는 금속전도체 또는 도전성잉크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회로기판 일체형 본체(110) 내측에는 수직방향으로 관통된 공간부를 형성하는 것으로, 이는 LED가 실장된 회로패턴(112)과 후술되는 전원연결부(140)와의 전기적 연결을 위해 전원연결선(141)이 배치되기 위한 공간에 해당되는 것이다.
상기에서 교류 전원용 LED(120)는 교류전원을 통해 구동되는 LED 소자로 회로기판 일체형 본체(110)의 상단면 회로패턴(112)상에 표면실장기술(Surface-Mount technology : SMT)로부터 실장되는 것으로, 최소 하나 이상의 교류 전원용 LED(120)가 적용된다.
상기에서 절연베이스(130)는 회로기판 일체형 본체(110) 하단에 형성되어 회 로기판 일체형 본체(110)를 통해 외부로 방출되는 열이 후술되는 전원연결부(140)에 전도되는 것을 차단함과 동시에 전기적 쇼트(Short) 현상을 방지하는 것으로, 내열성 절연재로 이루어진다.
상기에서 전원연결부(140)는 절연베이스(130) 하단에 형성되는 것으로, 통상의 교류 전원 입력단에 해당되는 전원 공급용 소켓에 끼움 결합됨으로 전기적 연결상태를 이루는 것이다. 또한, 상기의 전원연결부(140)는 전선 혹은 리드선 등의 전원연결선(141)으로부터 일단이 연결되고 또 다른 일단은 교류 전원용 LED(120)가 실장된 회로패턴(112)상에 연결되어 LED 구동에 필요한 동작 전원을 공급하는 것이다.
상기에서 캡(150)은 교류 전원용 LED(120)가 실장된 회로기판 일체형 본체(110) 상부에 덮여지는 것으로, LED로부터 발광하여 직진하는 빛을 산란시켜 눈부심을 방지하면서, 일정 간격으로 이격 설치된 적어도 하나 이상의 교류 전원용 LED(120) 상호 간의 빛의 간섭에 의해 형성되는 그림자를 제거하여 휘도를 개선하는 역할을 한다.
바람직하게, 상기 캡(150)은 반구 형태로 이루어지며, 내측면에는 MgF2, SiO2 중 어느 하나로 이루어진 AR코팅제가 도포되어 광 효율 개선과 함께 광 손실을 최소화 할 수 있음을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 방열 효율이 향상된 교류 전원용 LED 램프는 다음과 같이 작동한다.
먼저, 교류 전원용 LED 램프(100)를 전원 공급용 소켓 등 교류 전원 입력단에 끼움 결합하면 전기적 연결상태를 형성하면서 전원연결부(140)와 전원연결선(141)을 통하여 회로패턴(112)상에 동작 교류전원이 공급되는 것이다.
회로패턴(112)상에 전원이 공급됨에 따라 회로패턴(112)상에 실장된 교류 전원용 LED(120) 소자가 점등하고, 그로 인해 본체 자체가 PCB모듈 역할을 수행하는 것으로 회로기판 일체형 본체(110)에서는 열 저항의 최소화로 열 방출 효율을 극대화하여 종래기술에 비해 최단시간 내에 조도변화율을 월등히 향상시킬 수 있는 것이며, 이에 따라 본 발명에 따른 교류 전원용 LED 램프(100)의 광 효율 및 광속유지율 특성을 향상시킬 수 있는 것이다.
이때, 상기 회로기판 일체형 본체(110)를 통해 외부로 방출되는 열은 본체와 전원연결부(140) 사이를 연결하는 내열성 절연베이스(130)에 의해 완전 차단되어 전원연결부(140)로 전도되지는 못한다.
또한, 회로기판 일체형 본체(110) 상부에는 캡(150)이 덮여지는 것으로, 상기 캡(150)은 교류 전원용 LED(120)에서 발광하여 직진하는 빛을 산란시켜 눈부심을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 최소 하나이상의 교류 전원용 LED(120)가 일정 간격으로 이격 설치됨에 있어서 상호 간의 빛의 간섭에 의해 형성되는 그림자가 제거되어 휘도를 개선할 수 있는 것이며, LED 램프의 광효율 개선을 위해 캡(150) 내측에 AR코팅제를 도포하여 광손실을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 LED 램프와 종래의 LED 램프에 대하여 동일한 조건에서 각각의 성능을 측정한 결과, 다음의 표 1과 같은 차이점을 확인할 수 있었다.
측정항목 종래의 LED 램프 본 발명의 LED 램프
조도 변화율(30분) 7%이내 3%이내
광속 유지율 90% 95%
광효율 46lm/W 50lm/W
상기 표 1에 의하면, 본 발명에 따른 LED 램프의 방열 효율이 종래보다 향상되어 광 효율 및 광속유지율이 종래보다 더 증가함을 알 수 있었으며, 조도 변화율 또한 획기적으로 개선되었음을 알 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 교류전원용 LED 램프를 도시한 전체 구성도이며,
도 2는 종래기술에 의한 교류전원용 LED 램프의 요부 확대도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 외부 사시도이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 전체 구성도이며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프에 대한 요부 확대도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 교류 전원용 LED 램프 110 : 회로기판 일체형 본체
111 : 절연층 112 : 회로패턴
113 : 히트싱크 120 : 교류 전원용 LED
130 : 절연베이스 140 : 전원연결부
141 : 전원연결선 150 : 캡

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 상단면에 절연층(111)이 형성되고, 절연층(111) 상부에 도전성 소재에 의한 회로패턴(112)이 인쇄되어 있으며, 외주면에는 히트싱크(113)가 형성된 회로기판 일체형 본체(110)와;
    상기 회로기판 일체형 본체(110)의 상단면 회로패턴(112)상에 실장된 최소 하나 이상의 교류 전원용 LED(120)와;
    상기 회로기판 일체형 본체(110) 하단에 형성되는 것으로 내열성 절연재로 이루어진 절연베이스(130)와;
    상기 절연베이스(130) 하단에 형성되는 것으로 교류 전원 입력단에 결합됨으로 전기적 연결상태를 이루며 전원연결선(141)을 통하여 회로패턴(112)상에 동작 전원을 공급하는 전원연결부(140)와;
    교류 전원용 LED(120)가 실장된 회로기판 일체형 본체(110) 상부를 커버하는 것으로, 반구 형태로 이루어지며 내측면에는 AR코팅제가 도포되는 캡(150);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 AR코팅제는, MgF2, SiO2 중 어느 하나가 적용되는 것을 특징으로 하는 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프.
KR1020090049125A 2009-06-03 2009-06-03 방열 효율이 향상된 교류 전원용 발광 다이오드 램프 KR100943074B1 (ko)

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