KR100976998B1 - 발광다이오드를 이용한 조명기구 - Google Patents

발광다이오드를 이용한 조명기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명기구에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 조명기구는 내부에 냉매가 수용된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 저면에 조명설치부가 형성된 냉각부;와, 발광다이오드가 설치되어 상기 조명설치부에 배치되는 기판과, 상기 기판을 조명설치부에 고정하는 고정수단이 형성된 조명부; 및, 상기 밀폐용기의 내에 회전가능하게 배치되고, 냉매의 대류에 의해 회전하면서 냉매의 유동성을 증가시키는 순환유도부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 밀폐용기 내부에서 발광다이오드로부터 열을 흡수한 냉매가 대류에 의해 순환하는 과정에서 밀폐용기 내부에 설치된 순환유도부에 의해 순환이 촉진되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구가 제공된다.
발광다이오드, 조명, 냉각, 냉매, 순환, 열전도부재

Description

발광다이오드를 이용한 조명기구 {LIGHTING APPARATUS HAVING LIGHT-EMITTING DIODE}
본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광다이오드로부터 발생하는 열을 냉매를 이용해 냉각하는 과정에서, 냉매의 순환을 촉진시킴으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 일반적으로 자동차의 헤드램프나 리어 콤비네이션 램프 및 가로등을 포함한 각종 조명등은 일반적인 벌브(Bulb)를 광원으로 사용하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 벌브는 사용수명이 짧고 내충격성이 떨어지므로, 근자에 들어서는 사용수명이 크게 연장되면서도 내충격성이 뛰어난 고광도의 발광다이오드(LED; Light-emitting diode)를 광원으로 사용하는 추세에 있다.
특히, 상기한 바와 같은 고광도의 발광다이오드는 주지한 바와 같이 자동차의 헤드램프나 리어 콤비네이션 램프 및 가로등을 포함한 각종 조명등의 광원으로 사용될 수 있는 것으로서, 그 적용범위가 매우 광범위하다.
상기한 바와 같은 고광도의 발광다이오드는 점등시 매우 높은 열이 발생하므로, 고열의 발열온도에 의해 이를 적용 및 설계하는 데 많은 어려움이 있다.
따라서, 종래에는 도 1의 도시와 같이 다수개의 발광다이오드(2)가 부착된 기판(11)의 배면에 위치하는 덮개(13)를 금속재로 형성하거나, 그 덮개(13)에 복수개의 방열 및 대기순환공(13a)을 형성하여 자연 방열에 의해 발광다이오드(2)로부터 발생하는 열을 방열시키고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 자연 방열에 의한 발광다이오드(2)를 이용한 조명등의 방열 구조는 그 방열량에 한계가 있고, 방열되는 열량보다 발광다이오드(2)에서 발생하는 열량이 더 높아 그 조명등이 지속적으로 가온되는 형태를 갖고 있으므로, 제품 설계시 고가의 난연, 불연 재질의 선택은 물론 고온에서도 열변형이나 수축 등이 발생하지 않는 수지 또는 금속재를 사용하여야 하는 비경제적인 문제점이 있었다.
특히, 발광다이오드 및 각종 전기접속기구 등은 고온으로부터 취약한 성능을 갖고 있으므로 이들의 사용수명을 단축시키는 원인이 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밀폐용기 내부에서 발광다이오드로부터 열을 흡수한 냉매가 대류에 의해 순환하는 과정에서 밀폐용기 내부에 설치된 순환유도부에 의해 순환이 촉진되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공함에 있다.
또한, 밀폐용기에 밀폐가능한 주입구를 마련하여 둠으로써 냉매의 교환 또는 추가공급이 용이한 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공함에 있다.
또한, 발광다이오드가 형성된 기판이 조명설치부에 착탈가능하게 조립되도록 함으로써 유지보수가 용이한 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공함에 있다.
또한, 조명커버의 중앙하부에 개구홀을 마련함으로써 조명커버의 내측으로 유입되는 이물이 조명커버 내에 쌓이는 것을 방지할 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉매가 수용된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 외측면에 조명설치부가 형성된 냉각부;와, 발광다이오드가 설치되어 상기 조명설치부에 배치되는 기판과, 상기 기판을 조명설치부에 고정하는 고정수단이 형성된 조명부; 및, 상기 밀폐용기의 내에 회전가능하게 배치되고, 냉매의 대류에 의해 회전하면서 냉매의 유동성을 증가시키는 순환유도부;를 포함하는 발광다이오드를 이용 한 조명기구에 의해 달성된다.
여기서, 상기 순환유도부는 밀폐용기의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 중심으로부터 방사형으로 형성되는 판형의 블레이드가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명부는 발광다이오드로부터 발생하는 열을 밀폐용기측으로 전달하도록 기판과 조명설치부 사이에 개재되는 열전도부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정수단은 기판의 외측을 감싸는 고정프레임과, 상기 고정프레임을 조명설치부에 고정하는 스크류로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정수단은 일측이 개구되어 내측으로 기판이 삽입되고 타측은 기판의 발광다이오드가 노출되는 개구공이 형성되는 고정프레임과, 상기 고정프레임을 조명설치부에 고정하는 스크류로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정프레임은 외측면에 스크류가 관통하는 고정부가 돌출 형성되고, 상기 조명설치부는 고정수단의 고정부에 대응되는 위치에 스크류가 고정되는 고정부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명설치부는 다수의 조명부가 설치되어 방사형의 조명을 제공할 수 있도록, 밀폐용기의 외측면으로부터 절곡되는 다수의 면들로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 밀폐용기는 일측에 냉매가 수용된 내부공간과 연통되는 주입구가 형성되고, 상기 주입구를 마감하는 캡이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 중앙하부에 개구홀이 형성되어 상기 조명설치부를 감싸는 조명커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 밀폐용기 내부에서 발광다이오드로부터 열을 흡수한 냉매가 대류에 의해 순환하는 과정에서 밀폐용기 내부에 설치된 순환유도부에 의해 순환이 촉진되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구가 제공된다.
또한, 밀폐용기에 밀폐가능한 주입구를 마련하여 둠으로써 냉매의 교환 또는 추가공급이 용이한 발광다이오드를 이용한 조명기구가 제공된다.
또한, 발광다이오드가 형성된 기판이 조명설치부에 착탈가능하게 조립되도록 함으로써 유지보수가 용이한 발광다이오드를 이용한 조명기구가 제공된다.
또한, 조명커버의 중앙하부에 개구홀을 마련함으로써 조명커버의 내측으로 유입되는 이물이 조명커버 내에 쌓이는 것을 방지할 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구가 제공된다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 조명기구에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 2는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 주요구성을 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구에 따른 조명부의 분해사시도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 발광다이오드(L)를 이용한 조명기구는 크게 냉각부(110)와 조명부(120)와 순환유도부(130)와 조명커버(140)를 포함하여 구성된다.
상기 냉각부(110)는 내측에 MEG(Mono Ethylen Glycol)부동액과 같은 냉매(C)가 수용되는 밀폐용기(110)와, 상기 밀폐용기(110)의 외측면에 형성되어 조명부(120)가 설치되는 조명설치부(112)와, 상기 밀폐용기(110)의 일측에 냉매(C)가 수용된 내부공간과 연통되는 주입구(113)와, 상기 주입구(113)를 마감하는 캡(114)이 형성된다. 여기서, 상기 조명설치부(112)는 조명각을 넓게 제공하기 위해 다수 마련되고, 각각의 조명설치부(112)들은 소정의 사이각을 이루도록 연결된다. 또한, 각 조명설치부(112)의 테두리 영역에는 암나사부가 가공된 다수의 체결부(115)가 배치된다. 또한, 상기 밀폐용기(110)는 열전도율 및 방열성능을 확보하기 위해 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 조명부(120)는 발광다이오드(L)가 설치되어 상기 조명설치부(112)에 배치되는 기판(121)과, 발광다이오드(L)로부터 발생하는 열을 밀폐용기(110)측으로 전달하도록 기판(121)과 조명설치부(112) 사이에 개재되는 써멀 패드(Thermal Pad)와 같은 접착성이 없는 열전도부재(122)와, 상기 기판(121)을 조명설치부(112)에 고정하는 고정수단이 형성된다. 여기서, 상기 고정수단은 일측이 개구된 수용공간 이 내측에 형성되고 타측에는 기판(121)의 발광다이오드(L)가 노출되는 다수의 개구공(123b)이 형성되며 외측에 스크류(B)가 관통하는 고정부(123a)가 돌출 형성되어 상기 고정수단은 기판(121)의 외측을 감싸는 고정프레임(123)으로 이루어지며, 선단부에 숫나사가 형성된 스크류(B)가 상기 고정부(123a)를 관통하여 조명설치부(112)의 체결부(115)에 고정되는 것에 의해 고정프레임(123)이 밀폐용기(110)의 조명설치부(112)측에 고정된다.
상기 순환유도부(130)는 상기 밀폐용기(110)의 내에 회전가능하게 배치되어 냉매(C)의 대류에 의해 회전하면서 냉매(C)의 유동성을 증가시키는 것으로서, 밀폐용기(110)의 내부 양측에 수평방향으로 회전가능하게 설치되는 회전축(131)과, 상기 회전축(131)의 중심으로부터 방사형으로 형성되는 판형의 블레이드(132)들이 형성된다. 이러한 블레이드(132)들은 회전축(131)의 길이방향으로 길게 형성되거나, 소정의 폭을 갖는 블레이드(132)들이 소정간격으로 이격되어 다수 배치되는 것이 가능하다.
상기 조명커버(140)는 중앙하부에 개구홀(141)이 형성되어 상기 조명설치부(112)를 감싸도록 상기 냉각부(110)의 밀폐용기(111)하측에 조립된다. 이러한 조명커버(140)는 조명부(120)로부터 제공되는 조명의 확산을 위해 표면에 프리즘형태의 광확산 구조물이 형성되는 것도 가능할 것이다.
본 실시예에서는 냉매(C)로 MEG부동액을 사용하고, 열전도부재(122)로 써멀패드를 사용하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 냉매(C)는 액체, 젤, 기체 형태 등 밀폐용기(110) 내에서 조명부(120)로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위한 다양한 형태의 냉매(C)가 사용가능하고, 상기 열전도부재(122)는 접착력 없이 기판(121)의 발광다이오드(L)로부터 발생되는 밀폐용기(110)측으로 전달하는 것이면 충분하다.
또한, 본 실시예에서는 밀폐용기(110)의 저면에 형성되어 조명부(120)가 설치되는 조명설치부가 3개로 구성되는 것으로 설명하였으나, 설치환경이나 조건 등에 따라 2개 이상의 다수로 구성되는 것도 가능할 것이다.
지금부터는 상술한 발광다이오드를 이용한 조명기구의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 4는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 작용을 나타내는 정단면도이고, 도 5는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 작용을 나타내는 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 조명부의 결합상태를 나타내는 확대단면도이다.
도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이 냉매(C)가 수용된 밀폐용기(110)의 내부 양측에는 순환유도부(130)가 회전가능하게 설치되고, 밀폐용기(110)의 하부 중앙에 밀폐용기(110)와 일체로 형성된 다수의 조명설치부(112)에는 조명부(120)가 각각 설치되며, 밀폐용기(110)의 하부로는 조명커버(140)가 조명부(120)를 감싸는 형태로 조립된다.
여기서, 상기 밀폐용기(110)의 하부의 조명설치부(112)에 설치된 조명부(120)들로부터 발생되는 열은 밀폐용기(110)의 내부에 저장된 냉매(C)가 흡열하 여 조명부(120)를 냉각하게 되며, 냉각과정에서 조명설치부(112)측의 냉매(C) 온도가 상승하게 되면서 밀폐용기(110) 내부에서 대류를 일으키게 된다.
즉, 도면에서 화살표로 표시된 것과 같이 밀폐용기(110)의 중앙하부에 위치한 조명설치부(112)에 인접한 냉매(C)들이 가열되면서 상측방향으로 이동하는 과정에서, 밀폐용기(110)의 중앙 양측에 설치된 순환유도부(130)의 다수의 블레이드(132)들 중 냉매(C)가 상승하는 중앙부분에 위치한 블레이드(132)를 상측방향으로 이동시키게 되므로, 밀폐용기(110)의 양측에서 순환유도부(130)가 회전축(131)을 중심으로 각각 회전하게 된다.
한편, 상기와 같이 조명부(120)로부터 열을 흡수하여 가열된 상태로 밀폐용기(110)의 상측으로 이동한 냉매(C)는 밀폐용기(110)의 상부 내측면에 접촉하면서 밀폐용기(110)와 열교환하게 되는데, 이러한 밀폐용기(110)는 외측면에 다수의 방열핀(116)이 형성되어 외기와 열교환하게 되므로, 밀폐용기(110)의 상부 내측면에 접촉하는 냉매(C)는 다시 냉각되어 밀폐용기(110)의 내벽면을 따라 측방향 하부로 다시 이동하였다가 냉매(C)의 순환기류에 의해 냉각된 상태로 다시 중앙 하부로 이동하여 조명부(120)를 냉각시킨다.
상기와 같이 냉매(C)가 대류에 의해 순환하는 과정에서 다수의 블레이드(132)가 형성된 순환유도부(130)를 회전시키게 되는데, 이러한 순환유도부(130)의 블레이드(132)들이 회전축(131)을 중심으로 회전하는 과정에서 밀폐용기(110)의 내부에 수용된 냉매(C)의 순환을 촉진시켜 냉매(C)에 의한 조명부(120)의 냉각효율을 향상시키게 된다.
한편, 도면상에서 상기 밀폐용기(110) 상단부 중앙에 표시된 캡(114)은 밀폐용기(110)의 내부공간과 연통되는 주입구(113)에 나사결합된 것으로서, 상기와 같은 캡(114)을 주입구(113)로부터 분리한 상태로 주입구(113)를 통해 밀폐용기(110) 내부에 수용된 냉매(C)를 뽑아내고 새로운 냉매(C)를 투입하거나, 증발 등에 부족해진 냉매(C)를 추가로 공급하는 것이 가능하게 된다.
아울러, 상기 밀폐용기(110)의 하부에 조립되어 조명부(120)를 감싸는 조명커버(140)는 중앙하부에 개구홀(141)이 형성되어 조명커버(140)의 내측으로 유입된 이물이 쉽게 배출되므로, 미관이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5와 같이 상기 조명부(120)는 고정프레임(123)을 통해 열전도부재(122)를 사이에 두고 상기 밀폐용기(110)의 하부에 형성된 다수의 조명설치부(112)에 각각 설치된다.
이러한 조명부(120)의 조립구조를 살펴보면, 발광다이오드(L)가 고정프레임(123)의 타측에 형성된 개구공(123b)을 향하도록 고정프레임(123)의 수용공간으로 기판(121)을 삽입한 다음, 조명설치부(112)를 향하는 기판(121)의 이면에 열전도부재(122)를 배치한다.
이어서, 고정프레임(123)의 내측에 기판(121)과 열전도부재(122)가 수용된 상태에서, 열전도부재(122)가 조명설치부(112)를 향하도록 고정프레임(123)을 조명설치부(112)측에 배치하고, 스크류(B)를 상기 고정프레임(123)의 외측에 형성된 고정부(123a)를 통해 조명설치부(112)의 체결부(115)에 고정하면 기판(121)이 상기 열전도부재(122)를 사이에 두고 조명설치부(112)측에 견고하게 고정된다.
상기와 같이 고정프레임(123)을 이용해 발광다이오드(L)가 형성된 기판(121)을 조명설치부(112)에 고정하는 것에 의해 유지보수 등을 위해 상기 기판(121)을 교체하는 것이 용이하게 된다. 또한, 써멀 패드와 같은 접착력이 없는 열전도부재(122)를 사용함으로써 기판(121)의 교체시 조명설치부(112)측에 열전도부재(122)의 접착성분이 잔존하게 되는 것이 방지되고, 조명설치부(112)측에 열전도부재(122)의 일부가 남더라도 쉽게 제거할 수 있으므로, 기판(121)의 교체가 용이하게 이루어진다.
한편, 밀폐용기(110)의 저면에서 소정의 사이각도를 이루며 연결된 다수의 조명설치부(112)에 조명부(120)가 각각 설치되어 있으므로, 조명의 공급범위를 넓힐 수 있게 된다. 이러한 조명설치부(112)는 본 실시예의 도면에서 3개가 배치된 것으로 도시되었으나, 설치환경 및 조건에 따라 2개 이상의 다수개가 마련되어 다양한 각도로 조명을 제공하는 것도 가능할 것이다. 또한, 상기와 같은 고정프레임(123)의 수용공간의 깊이는 기판(121)의 두께와 열전도부재(122)의 두께보다 작게 이루어져 상기 열전도부재(122)가 기판(121)과 조명설치부(112)의 사이에서 효과적으로 밀착되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지 식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 종래 발광다이오드를 이용한 조명기구의 단면도,
도 2는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 주요구성을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구에 따른 조명부의 분해사시도,
도 4는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 작용을 나타내는 정단면도이고,
도 5는 본 발명 발광다이오드를 이용한 조명기구의 작용을 나타내는 측단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 조명부의 결합상태를 나타내는 확대단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110:냉각부, 111:밀폐용기, 112:조명설치부,
113:주입구, 114:캡, 115:체결부,
116:방열핀, 120:조명부, 121:기판,
122:열전도부재, 123:고정프레임, 123a:고정부,
123b:개구공, 130:순환유도부, 131:회전축,
132:블레이드, 140:조명커버, 141:개구홀,
C:냉매, L:발광다이오드, B:스크류

Claims (9)

  1. 내부에 냉매가 수용된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 저면에 조명설치부가 형성된 냉각부;
    발광다이오드가 설치되어 상기 조명설치부에 배치되는 기판과, 상기 기판을 조명설치부에 고정하는 고정수단이 형성된 조명부; 및,
    상기 밀폐용기의 내에 회전가능하게 배치되고, 냉매의 대류에 의해 회전하면서 냉매의 유동성을 증가시키는 순환유도부;를 포함하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 순환유도부는 밀폐용기의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 중심으로부터 방사형으로 형성되는 판형의 블레이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 조명부는 발광다이오드로부터 발생하는 열을 밀폐용기측으로 전달하도록 기판과 조명설치부 사이에 개재되는 열전도부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고정수단은 일측이 개구되어 내측으로 기판이 삽입되고 타측은 기판의 발광다이오드가 노출되는 개구공이 형성되는 고정프레임과, 상기 고정프레임을 조명설치부에 고정하는 스크류로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정프레임은 외측면에 스크류가 관통하는 고정부가 돌출 형성되고, 상기 조명설치부는 고정수단의 고정부에 대응되는 위치에 스크류가 고정되는 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 조명설치부는 상기 밀폐용기의 저면부에 다수 마련되고, 상기 다수의 조명설치부들은 조명각이 넓어지도록 밀폐용기의 저면부로부터 절곡되어 밀폐용기와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 밀폐용기는 일측에 냉매가 수용된 내부공간과 연통되는 주입구가 형성되고, 상기 주입구를 마감하는 캡이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 밀폐용기는 상부 외측면에 다수의 방열핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
  9. 제 8항에 있어서,
    중앙하부에 개구홀이 형성되고, 상기 조명설치부를 감싸는 조명커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
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