KR100945459B1 - 매립형 엘이디 램프의 방열 장치 - Google Patents

매립형 엘이디 램프의 방열 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매립형 LED 램프의 방열 장치에 관한 것이다.
본 발명은 회로 수장부의 하우징 외주면으로부터 수직방향으로 다수개의 방열핀이 방사상으로 형성되면서 각각의 방열핀이 일정한 곡률의 곡면으로 형성되고, LED 모듈 기판에 인접하는 하단부로부터 상부로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 곡면으로 외주면이 형성되고, 상기한 각각의 방열핀 하단부에는 단차가 형성되는 원형부를 이루고, 상기 원형부를 이루는 단차의 외주면에는 수나사가 형성되어 난반사 커버 상부에 형성되는 고정링의 암나사와 체결되어 조립이 용이하고, 우수한 방열 효과를 나타낸다.
Figure 112009043086116-pat00001
LED, 램프

Description

매립형 엘이디 램프의 방열 장치 {A heat dissipating device of LED lamp}
본 발명은 발광다이오드를 이용한 램프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 엘이디(light emitting diode, LED) 모듈에서 발생하는 고온의 열을 효과적으로 방출시켜서 대용량의 전류가 인가되는 경우에도 발생되는 열로 인한 LED 소자의 손상을 방지할 수 있는 매립형 LED 램프의 방열 장치에 관한 것이다.
LED는 전류의 흐름에 대한 저항으로 전류를 빛으로 변환시키는 효율이 뛰어나 디스플레이나 인디케이터(indicator)등과 같은 전자제품에 활용되고 있는 것으로, 최근에는 청색 LED와 적, 녹에 해당하는 발광 스펙트럼을 갖는 형광물질을 이용하여 백색광을 공급할 수 있는 백색 LED를 모듈화하여 조명용 램프로 사용하는 방안에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 LED 램프는 현재 사용되고 있는 일반적 조명기구인 백열등이나 형광등에 비해 단위 전력대비 빛의 효율이 월등히 높아 경제성이 뛰어나고, 또한 저전압으로도 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 있어 안정성이 뛰어나므로 조명용으로서의 사용도 점차 증가하고 있는 추세이다.
조명용으로 LED를 사용하는 경우, 현재까지는 LED가 비교적 고가이고, 하나의 LED를 통하여 얻을 수 있는 광량에는 그 한계가 있어 원하는 만큼의 충분한 광량을 얻기가 어렵기 때문에 조명용으로 사용할 만큼의 충분한 광량을 얻기 위해서는 많은 갯수의 LED를 모듈화하여 LED 램프를 제작하여야 한다. 이 경우, 사용되는 LED의 갯수가 많아지면 원가가 상승되어 경제성이 떨어지게 되므로 가능하면 적은 갯수의 LED를 사용하는 것이 제작원가를 낮출 수 있다.
최근에는 고가임에도 불구하고 전력 소모가 적고 다양한 색연출을 행할 수 있다는 장점으로 인해 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하는 다양한 조명기구가 개발되어 기존의 백열전구 소켓 또는 12V 소형 할로겐 램프 소켓에 호환되어 설치가 가능한 소켓 매립형 LED 램프가 큰 호응을 얻고 있다.
LED는 전력을 빛으로 변환시키는 효율이 좋고, 종래로부터 일반적으로 사용되어왔던 램프에 비하여 소형이고 수명이 길뿐만 아니라 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환되기 때문에 전력이 적게 소모되어 에너지 효율이 우수한 고광도를 발하는 특성을 가지고 있지만, 그 발광부위가 반도체 소자로 이루어져 있으므로 필라멘트를 사용하는 백열등이나 음극선을 이용한 형광등 등의 발광소자에 비해 상대적으로 열에 취약한 단점이 있다. 따라서 따라서 LED는 장시간 사용시 그 발광소자로부터 발생되는 열에 의한 열적스트레스로 인하여 반도체 소자가 쉽게 열화(degradation)되어 성능이 저하되고 수명을 단축시키는 원인이 되므로 LED 램프의 사용가치를 만족시켜주고 충분한 조도를 얻기 위해서는 LED에 대용량의 전류를 인가하여야 하는데, 그만큼 고열이 발생하게 되므로 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜줄 수 있는 방열구조가 매우 중요하다.
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종래의 LED 램프에 있어서는 리드프레임의 표면적이 상대적으로 작고 또한, 방열체 등과 같은 별도의 방열구조가 구비되어 있지 않아 LED 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시켜 주기가 매우 어렵고, 그에 따라 단위 LED 소자에 일정량 이상의 전류를 흘릴 수 없어 조명용의 사용을 위해서는 상대적으로 많은 수의 LED 모듈을 사용하여야 하는 단점이 있었다.
일반적으로 LED는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것이다.
현재, 다양한 산업분야에서 LED를 응용한 다양한 제품이 개발되어 적용되고 있는데, 특히 고휘도의 LED 램프는 수명이 반영구적이면서도 소비전력이 매우 낮은 장점을 갖고 있으므로, 기존의 형광등이나 백열등, 나트륨등, 수은등을 비롯한 다양한 전등을 대체할 수 있을 것으로 예상된다.
즉, LED 램프를 통해 각종 유해물질이 포함되고 수명이 짧은 기존의 전등을 대체함에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있음과 더불어, LED 램프의 낮은 전력소모를 통해 에너지 절감 효과도 얻을 수가 있는 것이다.
종래, LED 램프는 한 개 내지 수 개의 고휘도 LED가 구성된 후 상기 LED에 전원이 공급되도록 설계된 알루미늄 재질로 이루어진 기판에 결합되며, 소정 형상의 방열판이 구비된 알루미늄 재질의 방열부재를 포함하여 구성되어, 상기 LED의 동작에 따라 발생되는 열을 알루미늄 재질로 이루어진기판 및 방열부재를 매개로 공기 중으로 발산시키도록 이루어진다.
그러나, 종래의 단순한 구조에 따르는 냉각 방식으로 LED 램프의 동작 시에 발생되는 열을 발산시키는 것은 냉각 효과에 한계가 있으며, 이를 극복하기 위하여 방열부재의 부피를 증대시킬 때에는 제품의 부피나 중량, 가격 등을 만족시키기가 어려운 문제점이 발생한다.
특히, 보다 충분한 광량을 얻을 수 있도록 이루어진 0.5[W] 내지 5[W] 정도의 하이파워 LED 램프는 LED의 구동 시에 발생되는 열이 대략 60 내지 100℃에 이르게 되는데, 이로 인해 LED 칩이 연속적으로 스트레스를 받으면서 광량이 저하되는 문제점이 발생하게 되었으며, 이에 따라 LED 램프의 적용이 매우 제한적이게 되 는 문제점도 발생하게 되었다.
LED 소자는 종래의 조명광원에 비해 발열량이 적고, 적은 소비전력과 긴 수명, 내충격성 등의 장점을 갖고 있다. 또한, 제조과정에서 형광등과 같이 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.
LED 소자는 적절한 전원공급과 방열수단을 제공할 경우 10만 시간 이상을 사용해도 소손 없이 점등상태를 유지할 수 있다. 모든 광원은 시간이 지날수록 광출력이 점점 감소하는데, 초기 광도의 80% 까지는 사람이 잘 느끼지 못하므로 이를 기준으로 평가할 경우 LED 소자의 조명용 수명은 현재 약 4만~5만 시간으로 예상되고 있다.
따라서, 백열전구의 1,500시간, 형광등의 1만여 시간에 비해 LED 소자는 수명이 매우 긴 장수명의 광원이라 할 수 있다.
그러나, 고휘도 고출력의 조명광원을 얻기 위하여 LED 소자에 구동전류를 증가시키게 되면, LED 소자의 전력손실이 증가 되어 대부분의 전기 에너지가 열로 변환되고 LED 소자의 접합부분이 고온상태로 된다.
이 LED 소자는 흐르는 전류가 일정하더라도 접합부분의 온도가 높아지면 광출력과 광효율이 저하될 뿐만 아니라 동작 수명도 줄어드는 특성이 있다. 따라서, 조명성능과 동작수명을 향상시키기 위해서는 LED 소자의 접합부분에서 발생 되는 열을 최대한 신속하게 외부로 방출해 주어야 한다.
이를 해결하기 위해 종래에는 냉각핀이 다양하게 형성된 일체형 구조의 금속재 하우징(housing)에 LED 소자를 장착하고, 그 위에 유백색 확산커버를 씌워서 조명등을 제조하였다. 이에 따라 일반적인 LED 조명등은 제조 과정에서 DC 전원부, 금속재 하우징, 하우징에 장착되는 LED 소자, 유백색 확산커버로 구분되어 일체형으로 결합되므로, LED 광원의 조명도가 저하되면 금속재 하우징에 일체형으로 장착된 LED 소자와 DC 전원부의 교체가 매우 어려워 대부분 통채로 폐기하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점, 즉 방열 구조의 문제점과 부품 교체시 통채로 교환해야 하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고휘도 LED 램프의 방열 냉각 구조를 개선하여 LED의 구동에 따라 발생되는 열을 매우 효율적으로 발산시킬 수 있게 하여 LED 램프의 광량을 용이하게 증대시키고, 장기간 사용할 수 있는 LED 램프를 제공함을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고휘도 LED 램프의 방열 냉각 구조를 개선하면서 이 방열 방각 구조가 천편일률적인 돌출형 방열핀의 구조에서 탈피하여 시각적인 미감을 향상시킬 수 있는 LED 램프를 제공함을 목적으로 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 특징은 소켓에 결합되는 소켓 결합부로부터 회로 수장부가 형성되고, 회로 수장부의 하부에는 LED 모듈이 배열된 기판과 난반사 커버가 형성되는 공지된 구조의 매립형 LED 램프에 형성되는 발열장치에 있어서, 회로 수장부의 하우징 외주면으로부터 수직방향으로 다수개의 방열핀이 방사상으로 형성되면서 각각의 방열핀이 일정한 곡률의 곡면으로 형성되고, LED 모듈 기판에 인접하는 하단부로부터 상부로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 곡면으로 외주면이 형성되고, 상기한 각각의 방열핀 하단부에는 단차가 형성되는 원형부를 이루고, 상기 원형부를 이루는 단차의 외주면에는 수나사가 형성되어 난반사 커버 상부에 형성되는 고정링의 암나사와 체결되는 것을 특징으로 하는 것 이다.
이와 같은 본 발명은 회로 수장부의 하우징 외주면에 곡면을 가지고 넓은 면적으로부터 좁은 면적으로 형성되는 방사상의 방열핀이 형성되면서 각각의 방열핀이 난반사 커버의 고정링에 나사 결합되어 조립이 용이하게 된다.
또한 방열핀이 난반사 커버의 고정링에 나사결합되면서 LED 모듈 기판에 직접 접촉하여 방열효과를 증대시키게 됨으로써 LED 모듈로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜줄 수 있게 되는데, 곡면을 가지는 방사상의 형상으로 형성되어 전열 면적이 증대되고, 하부의 폭보다 상부의 폭이 점차 좁아지게 형성되어 방열핀 사이의 공간에 존재하는 열기가 외부로 쉽게 배출될 수 있어서 방열효과를 증대시킬 수 있는 구조이다.
본 발명은 방열핀이 난반사 커버의 고정링과 나사결합되는 구조에 의하여 조립이 용이하고, LED 모듈 기판의 상부가 외부와 열린 공간을 이루게 되어 열기의 방출이 대류 작용에 의하여 용이하게 이루어져서 냉각 효율이 향상되며, 고휘도 LED 램프의 방열구조에서 방열핀을 곡면형 및 상협하광의 단면 감소형으로 형성하여 방열핀이 방열기능 이외에 외관의 심미성을 높일 수 있게 되면서 LED 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 방시킬 수 있게 됨에 따라, 고휘도 LED 램프에서 대용량의 전류가 인가되는 경우에도 발생되는 열로 인한 LED 소자의 손상을 최소화시켜 줌으로써 LED 램프의 인가전력을 높일 수 있게 되어 방열 문제로 인하여 충분한 광량을 제공하지 못하는 문제점을 해소함으로써 안정적이고 경제성있는 LED 램프를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 파악될 것이다.
다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예를 나타낸 도면으로, 도1은 분해 사시도, 도 2는 사시도, 도 3은 정면도, 도 4는 평면도, 도 5는 발명의 단면도, 도 6은 도 5의 A부 확대도를 나타내고 있다.
이 도면에 참조되는 바와 같이 본 발명이 적용되는 매립형 LED 램프는 공지된 구조와 같이 소켓 나사부(1), 하우징(2), LED 모듈 기판(3) 및 난반사 커버(4), 그리고 방열핀(5)으로 구성된다.
소켓 나사부(1)는 공지된 매립형 램프의 소켓 구조에 나사 결합될 수 있는 수나사(10)가 형성되어 있다.
하우징(2)은 금속재로 형성되어 DC 전원을 인가하는 회로기판이 내장된다.
LED 모듈 기판(3)은 저면에 다수개의 LED 모듈(30)이 설치되어 회로 수장부(2)에 설치되는 DC 전원과 전기적으로 배선된다.
난반사 커버(4)는 반구형으로 형성되면서 상단부의 외주면에는 고정링(40)이 형성되는데, 이 고정링(40)의 내주면에는 암나사(41)가 형성되어 있다.
방열핀(5)은 회로 수장부(20)를 형성하는 하우징(2)의 외주연으로부터 일체로 돌출되어 형성되는데, 하우징(2)의 외주면으로부터 축 방향을 따라 수직방향으로 다수개가 방사상으로 형성되면서 각각 일정한 곡률의 곡면(51)으로 형성되어 있다.
또한 방열핀(5)은 도 7에서 보는 바와 같이 LED 모듈 기판(3)에 인접하는 하단부의 폭(W1)로부터 상부로 갈수록 점차 중간부의 폭(W2)과 상단부의 폭(W3)이 점차 좁아지도록 형성되면서, 폭(W1,W2,W3)이 점차 좁아지는 바깥쪽의 면이 곡면(52)을 형성하며, 하단부는 고정링(40)에 체결될 수 있도록 고정링(40)의 두께 만큼 단차가 형성되어 그 외주면에 수나사(53)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 회로 수장부(20)에 설치되는 회로와 LED 모듈 기판(3)이 배선된 상태에서 난반사 커버(4)의 고정링(40)에 형성된 암나사(41)를 이용하여 수나사(53)가 형성된 방열핀(5)의 하단부를 체결하면 간단하게 조립된다.
이때 방열핀(5)과 난반사 커버(4)가 결합된 상태에서 방열핀(5)의 하단부 전체 면적은 LED 모듈 기판(3)에 접촉하거나 인접하게 되는데, 도 5에서 보는 바와 같이 하우징(2)이 LED 모듈 기판(3) 보다 작게 형성되어 있어서 LED 모듈 기판(3)의 상부에 형성되는 공간(S1)과 다수개의 방열핀(5) 사이에 형성되는 공간(S2)이 외부로 개방되는 상태의 공간으로 연결된다. 따라서 LED 모듈(30)에 의하여 LED 모듈기판(3)에서 발생하는 고열이 방열핀(5)으로 전도됨과 동시에 고열의 기류가 공간(S1,S2)을 통하여 외부로 방출된다.
이때 방열핀(5)으로 전도되는 열은 방열핀(5)의 하부보다 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁게 형성되어 있어서 상부쪽에서 대기 중으로 더 쉽게 방출되어 방열핀(5)의 냉각이 쉽게 이루어질 수 있다.
그리고 방열핀(5)이 하우징(2)의 외주면으로부터 곡면을 가지고 돌출되면서 하부에서 상부쪽으로 폭이 좁아지는 곡면(52)에 의하여 완만한 S형의 곡선으로 형성되어 기존의 방열핀 구조에서 볼 수없는 심미감을 나타내게 된다.
도 1은 본 발명의 분해 사시도
도 2는 본 발명의 사시도
도 3은 본 발명의 정면도
도 4는 본 발명의 평면도
도 5는 본 발명의 단면도
도 6은 도 5의 A부 확대도
도 7은 본 발명에 의한 방열핀의 확대도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 소켓 나사부 2 : 하우징
3 : LED 모듈 기판 4 : 난반사 커버
20 : 회로 수장부 30 : LED 모듈
40 : 고정링 41 : 암나사
51, 52 : 곡면 53 : 수나사
W1, W2, W3 : 폭

Claims (2)

  1. 소켓에 결합되는 소켓 결합부로부터 회로 수장부가 형성되고, 회로 수장부의 하부에는 LED 모듈이 배열된 기판과 난반사 커버가 형성되고, 금속재로 형성되는 회로 수장부의 하우징 외주면으로부터 수직방향으로 다수개의 방열핀이 방사상으로 형성되는 공지된 구조의 매립형 LED 램프에 있어서,
    각각의 방열핀(5) 하단부에는 단차가 형성되는 원형부에 수나사(53)가 형성되어 난반사 커버(4) 상부에 형성되는 고정링(40)의 암나사(41)와 체결되면서 LED 모듈 기판(3)의 상부에 형성되는 공간(S1)과 다수개의 방열핀(5) 사이에 형성되는 공간(S2)이 외부로 개방되는 공간으로 연결되어 LED 모듈기판(3)에서 발생하는 고열이 방열핀(5)으로 전도됨과 동시에 공간(S1,S2)을 통하여 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 방열 장치.
  2. 삭제
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