KR101062111B1

KR101062111B1 - 가로등용 엘이디 등기구

Info

Publication number: KR101062111B1
Application number: KR1020090061002A
Authority: KR
Inventors: 이수아
Original assignee: 안양과학대학 산학협력단; (주)선도테크
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-09-02
Also published as: KR20110003640A

Abstract

본 발명은 LED를 광원으로 하는 가로등의 등기구에 관한 것으로서, 특히 LED에서 발생되는 고열을 신속하게 효율적으로 외부로 방열시킬 수 있는 방열 모듈을 구비한 LED 등기구를 포함하는 가로등에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 LED를 광원으로 하는 가로등의 등기구에 있어서, LED 광원이 일측면에 실장되고 그 양측부에 LED 광원으로의 전원 공급 패드가 형성된 복수개의 회로기판과, 상기 회로기판의 각각의 타측면에 접촉되어 LED 광원으로부터 상기 회로기판에 전달된 열을 흡수 및 방열하는 복수개의 제1 방열 수단과, 상기 회로기판과 상기 제1 방열 수단을 하나의 모듈 단위로 적층시킨 후 이 모듈을 복수개로 배열시키도록 안내하는 가이드 부재와, 상기 제1 방열 수단으로부터 발생된 열을 가로등의 외부로 방열시키는 제2 방열 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

가로등, 등기구, LED, 모듈, 히트스프레더

Description

가로등용 엘이디 등기구 {LED lamp for street light}

일반적으로 가로등은 고속도로, 시가지의 주요 도로, 상업 지구 도로, 주택 지구 도로 등 설치 장소에 따라 적절한 종류가 사용되며, 광원으로서 고압 수은등, 형광등, 나트륨등과 같이 다양한 광원이 사용된다.

한편, 최근에는 상기 광원들에 비해 전력소비량이 적고, 형광물질, 납, 수은 등과 같은 유해 물질을 사용하지 않으면서도 장시간의 수명을 가진 발광다이오우드(LED)가 새로운 광원으로서 각광을 받게 되자 이를 사용한 가로등의 개발이 다양한 방식으로 진행되고 있다.

그러나, LED는 상술한 장점들이 있는 반면에 자체에서 발산되는 열을 충분히 방열시키지 못할 경우 LED 자체의 수명이 단축되는 단점을 가진다. 따라서, 가로등의 광원으로서 LED를 사용하고자 할 경우, 빗물, 곤충 등이 내부로 유입되지 않도록 밀폐된 가로등의 등기구 내부에 설치된 LED에서 발산되는 열을 외부로 신속히 방열시켜야 하는 문제점이 있다.

또한, 종래 가로등 등기구의 경우, 다수의 LED가 하나의 PCB(인쇄회로기판)에 실장되어 있는 구조로 되어 있으므로, 실장된 LED들 중의 일부에 문제가 발생하여 더 이상 작동하지 않으면 PCB 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있었다.

종래기술의 문헌정보

[문헌1] 김서영 외, 유동공진에 의한 열 및 물질전달 촉진기술을 이용한 열시스템의 성능 고도화 연구, 한국과학기술연구원, 2001

[문헌2] 대한민국 공개 특허 제10-2008-0006979호

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가로등의 등기구 내에 위치한 LED에서 발생되는 열을 외부에 효율적이고 신속하게 방열하기 위한 방열 모듈을 구비한 LED 등기구를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 LED 광원이 실장된 회로기판을 모듈화하여 LED에 문제가 발생할 경우 문제가 발생된 해당 LED가 실장된 회로기판만을 교체하여 보수의 효율화를 도모하고 이에 따른 경비 절감 등 경제적 효과를 기대할 수 있도록 한 LED 등기구를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 LED 광원을 포함한 가로등의 내부 공간의 공기 흐름을 난류화시킴으로써 방열 효과를 더욱 상승시킬 수 있도록 한 LED 등기구를 제 공하는 데에 있다.

본 발명은, LED를 광원으로 하는 가로등의 등기구에 있어서, LED 광원이 일측면에 실장되고 그 양측부에 LED 광원으로의 전원 공급 패드가 형성된 복수개의 회로기판과, 상기 회로기판의 각각의 타측면에 접촉되어 LED 광원으로부터 상기 회로기판에 전달된 열을 흡수 및 방열하는 복수개의 제1 방열 수단과, 상기 회로기판과 상기 제1 방열 수단을 하나의 모듈 단위로 적층시킨 후 이 모듈을 복수개로 배열시키도록 안내하고 상기 회로기판의 전원 공급 패드에 전기적 접촉을 함으로써 외부 전원으로부터의 전기적 통로를 제공하는 가이드 부재와, 상기 제1 방열 수단으로부터 발생된 열을 가로등의 외부로 방열시키는 제2 방열 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 제1 방열 수단은 상기 회로기판의 타측면과 면접촉하여 열을 흡수한 후에 이를 확산 및 방열시키는 히트 스프레더인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 방열 수단은 상기 등기구의 하우징 내측에서 연장되어 상기 제1 방열 수단의 일측면에 접촉되는 열 전달 부재와, 상기 등기구의 하우징의 외측면에 형성되어 외부의 공기 흐름에 접촉하는 다수의 방열핀들로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명의 LED 등기구는 상기 등기구 내부의 유체의 유동 고유 주파수에 일치하는 주파수의 구동신호를 발생시키기 위한 구동기와, 상기 구동 신호에 응답하여 음파를 케이스 내부로 제공하기 위한 음파 진동자로 이루어진 제3 방열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 구동기는 상기 유동 고유 주파수와 일치하는 주파수의 구동 신호를 발진시키기 위한 발진기와, 상기 구동 신호를 증폭시키기 위한 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 방열 수단은 등기구내의 유체의 유동 신호를 입력받기 위한 신호 입력기를 더 포함하고, 상기 구동기는 상기 유동 신호로부터 유동 고유 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출기와, 검출된 유동 고유 주파수를 표시하는 주파수 신호를 발생시키기 위한 신호 처리기와, 신호 처리기로부터의 주파수 신호에 응답하여 구동 신호를 발진시시키 위한 신호 발진기와, 상기 구동 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 LED를 광원으로 하는 가로등에 있어서 LED에서 발생되는 열을 외부에 효율적이고 신속하게 방열할 수 있는 효과가 있다. 또한, LED 광원이 실장된 회로기판을 모듈화하여 LED에 문제가 발생할 경우 문제가 발생된 해당 LED가 실장된 회로기판만을 교체하여 보수의 효율화를 도모하고 이에 따른 경비 절감 등 경제적 효과를 기대할 수 있는 효과도 있다. 또한, 본 발명은 LED 광원을 포함한 가로등의 내부 공간의 공기 흐름에 난기류를 강제 형성시킴으로써 방열 모듈로부터 발산된 열이 가로등의 내부 공간내에서 효율적으로 냉각되는 효과도 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 LED 등기구를 도시한 분해사시도로서, 본 발명의 LED 등기구(10)는, LED 광원(21)이 일측면에 실장되고 그 양측부에 LED 광원(21)으로의 전원 공급 패드(22)가 형성된 복수개의 회로기판(20)과, 회로기판(20)의 각각의 타측면에 접촉되어 LED 광원(21)으로부터 회로기판(20)에 전달된 열을 흡수 및 방열하는 복수개의 제1 방열 수단(30)과, 회로기판(20)과 제1 방열 수단(30)을 하나의 모듈 단위로 적층시킨 후 이 모듈을 복수개로 배열시키도록 안내하는 가이드 부재(40)와, 제1 방열 수단(30)으로부터 발생된 열을 가로등 등기구의 외부로 방열시키는 제2 방열 수단(50)을 포함한다.

도1에 도시된 도면부호 11, 12, 13은 각각 제2 방열 수단(30)을 포함하는 하우징, 회로기판(20)과 가이드 부재(40)를 지지하는 지지 프레임, LED 광원(21)으로부터 방출되는 빛을 투과하는 투명 프레임을 의미한다.

여기에서, 상기 하우징(11)은 바람직하게는 열 전도율이 우수한 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 도면부호 22는 후술할 전원 공급 패드로서 가이드부재(40)와 결합시 회로기판(20)에 실장된 LED 광원(21)에 전원을 인가하기 위해 회로기판(40)의 양측부에 형성된 회로선을 의미한다.

제1 방열 수단(30)은 도2에 도시된 바와 같이 회로기판(20)에서 LED 광원(21)이 실장된 면의 반대측 면에 면접촉하여 열을 흡수한 후에 이를 확산 및 방열시키는 히트 스프레더(30)일 수 있다.

히트 스프레더(30)는 히트파이프의 원리를 응용하여 제작된 평판형 히트파이 프로서 통상적으로 상판(31)과 하우징(32)이 결합된 상태에서 그 내부의 빈 공간에 복수개로 적층된 메쉬(미도시함)와 열 전달시 기화가 용이한 액상 물질(미도시함)이 포함된 구조로 이루어져 있다.

도3은 본 발명에 따른 방열 모듈이 장착되는 상태를 도시한 일부 확대 사시도로서, 회로기판(20)과 히트스프레더(30)가 결합되어 하나의 방열 모듈을 형성하고 이러한 방열 모듈이 가이드 부재(40)의 홈에 삽입되어 장착되는 상태를 나타내고 있다.

여기에서, 가이드 부재(40)는 지지 프레임(12)에 형성된 긴 홈(12a)에 끼워지면서 지지프레임(12)에 고정되는 구조로 되어 있다.

이때, 회로기판(20)의 양측부에 형성된 전원 공급 패드(22)는 가이드 부재(40)에 접촉하게 되는데, 회로기판(20)에 인가되는 전원은 이 가이드 부재(40)를 통해 공급된다. 즉, 가이드 부재(40)는 미도시한 전원 공급 전선에 각각 연결되어 회로기판(20)의 전원 공급 패드(22)와의 접촉을 통해 회로기판(20)의 LED 광원(21)을 작동시킨다. 여기에서, 가이드 부재(40)의 홈 내측에는 회로기판(20)의 전원 공급 패드(22)와의 전기전 연결을 위하여 구리박막인 동박이 길이방향으로 형성되어 있다.

이러한 전기적 연결 구조는 회로기판(20)의 LED 광원(21)을 작동시키기 위해 모듈 단위마다 회로기판(20)에 전원 공급 전선을 공급할 필요를 없게 한다. 즉, 가이드 부재(40)에만 전원 공급 전선을 설치함으로써 회로기판(20)마다 전원 공급 전선을 공급하여야 하는 공정을 생략할 수 있어서 조립 비용이 절감될 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 제2 방열 수단으로 도시한 일부 확대 사시도이다. 도4에 따르면, 본 발명에 따른 제2 방열 수단(50)은 등기구(10)의 하우징(11) 내측에서 연장되어 히트스프레더(30)의 일측면에 접촉되는 열 전달 부재(51)와, 하우징(11)의 외측면에 형성되어 외부의 공기 흐름에 접촉하는 다수의 방열핀(52)들로 구성되어 있다.

여기에서, 상기 열 전달 부재(51)는 도4에 도시된 사각 기둥의 형태 이외에 도5에 도시된 바와 같이 원형 기둥의 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 LED 등기구는, 도4에 도시된 바와 같이, 등기구(10) 내부의 유체의 유동 고유 주파수에 일치하는 주파수의 구동신호를 발생시키기 위한 구동기(61)와, 상기 구동 신호에 응답하여 음파를 등기구(10) 내부로 제공하기 위한 음파 진동자(62)로 이루어진 제3 방열 수단(60)을 더 포함할 수 있다.

여기에서, 구동기(61)는 상기 유동 고유 주파수와 일치하는 주파수의 구동 신호를 발진시키기 위한 발진기(63)와, 상기 구동 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(64)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 제3 방열 수단(60)은 등기구내의 유체의 유동 신호를 입력받기 위한 신호 입력기(65)를 더 포함하고, 상기 구동기(61)는 상기 유동 신호로부터 유동 고유 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출기(66)와, 검출된 유동 고유 주파수를 표시하는 주파수 신호를 발생시키기 위한 신호 처리기(67)와, 신호 처리기(67)로부터의 주파수 신호에 응답하여 구동 신호를 발진시시키 위한 신호 발진기(63)와, 상기 구동 신호를 증폭하기 위한 증폭기(64)를 포함할 수 있다.

여기에서, 신호 입력기(65)는 속도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 농도 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

음파 진동자(62)는 등기구 내부의 열 발생 장소인 히트스프레더(30)나 열 전달 부재(51)에 근접하여 설치되는 것이 바람직하며, 음향 스피커, 진동막, 플랩 등으로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 등기구의 방열 작용을 도4를 참조하여 설명하기로 한다.

회로기판(20)에 실장된 LED 소자(21)에 전원이 인가되면 빛과 함께 열이 발생한다. 이 열은 곧 회로기판(20)에 전달되어 소정 시간이 지나면 회로기판(20) 전체가 발열된다.

회로기판(20)에서 발생된 열은 먼저 제1 방열 수단인 히트스프레더(30)로 전달된다. 히트스프레더(30)는 통상의 히트파이프 원리, 즉, 그 내부에 있는 액상 물질이 기화와 액화를 반복 순환하면서 방열이 이루어지는 원리에 따라 회로기판(20)에 발생된 고열을 흡수 및 방열한다.

다음에 히트스프레더(30)에서 발생된 열은 다시 열 전달 부재(51)를 통해 등기구 하우징의 방열핀(52)으로 전달되고, 방열핀(52)으로 전달된 열은 외기의 흐름에 의해 방열된다.

한편, 신호 입력기(65)는 등기구의 내부의 유체로부터의 유동 신호를 주파수 검출기(66)로 전달하고, 주파수 검출기(66)에 의해 검출된 신호는 신호 처리기(67)로 전달되며, 신호 처리기(67)는 이에 응답하여 주파수 신호를 제공한다. 신호 발 진기(63)에서 발진된 진동 신호는 증폭기(64)에서 증폭되어 음파 진동자(62)로 전달된다.

음파 진동자(62)에서 발생된 음파는 등기구 내부의 유체에서 형성되는 유동 고유 주파수에 일치하는 주파수의 구동신호에 응답하여 음파를 등기구 내부에 제공함으로써 유동 공명을 유발시킨다. 이러한 유동 공명 현상은 등기구 내부의 유체의 기류를 층류에서 난류로 천이시킴으로써 등기구 내부의 유동의 혼합을 더욱 강하게 하여 히트스프레더(30)나 열전달부재(51)와 같은 방열 요소의 열 전달율을 더욱 향상시킨다. 그 결과, 막대한 열이 발생하는 LED 소자(21)는 효과적으로 냉각된다.

유동 공명에 의한 냉각 원리는 외부 가진 주파수를 유동의 고유 주파수에 맞추면 방열 요소를 구비한 전자 기기 등의 내부의 유동의 혼합이 더욱 강해지고 이로 인하여 방열 요소의 열전달율이 더욱 증가한다는 이론에 근거하고 있다.

따라서, 본 발명에 따른 LED 등기구에 따르면, 제1, 제2 및 제3 방열 수단의 순차적이고 상호협력적인 방열 시스템에 의해 LED 광원의 방열 문제가 신속하게 해결될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 LED 등기구의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도.

도2는 본 발명에 따른 LED 등기구의 방열 모듈 유닛을 도시한 분해 사시도.

도3은 본 발명에 따른 방열 모듈 유닛이 가이드 부재에 장착되는 상태를 나타낸 사시도.

도4는 본 발명에 따른 방열 수단을 도시한 일부 확대 단면도.

도5는 본 발명에 따른 LED 등기구의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도.

Claims

LED를 광원으로 하는 가로등의 등기구에 있어서,

LED 광원이 일측면에 실장되고 그 양측부에 LED 광원으로의 전원 공급 패드가 형성된 복수개의 회로기판과,

상기 회로기판의 각각의 타측면에 접촉되어 LED 광원으로부터 상기 회로기판에 전달된 열을 흡수 및 방열하는 복수개의 제1 방열 수단과,

상기 회로기판과 상기 제1 방열 수단을 하나의 모듈 단위로 적층시킨 후 이 모듈을 복수개로 배열시키도록 안내하고 상기 회로기판의 전원 공급 패드에 전기적 접촉을 함으로써 외부 전원으로부터의 전기적 통로를 제공하는 가이드 부재와,

상기 제1 방열 수단으로부터 발생된 열을 가로등의 외부로 방열시키는 제2 방열 수단과,

상기 등기구 내부의 유체의 유동 고유 주파수에 일치하는 주파수의 구동신호를 발생시키기 위한 구동기와, 상기 구동 신호에 응답하여 음파를 등기구 내부로 제공하기 위한 음파 진동자로 이루어진 제3 방열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
제1 항에 있어서,

상기 제1 방열 수단은 상기 회로기판의 타측면과 면접촉하여 열을 흡수한 후에 이를 확산 및 방열시키는 히트 스프레더인 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 제2 방열 수단은 상기 등기구의 하우징 내측에서 연장되어 상기 제1 방열 수단의 일측면에 접촉되는 열 전달 부재와, 상기 등기구의 하우징의 외측면에 형성되어 외부의 공기 흐름에 접촉하는 다수의 방열핀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 제3 방열 수단은 등기구내의 유체의 유동 신호를 입력받기 위한 신호 입력기를 더 포함하고,

상기 구동기는 상기 유동 신호로부터 유동 고유 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출기와, 검출된 유동 고유 주파수를 표시하는 주파수 신호를 발생시키기 위한 신호 처리기와, 신호 처리기로부터의 주파수 신호에 응답하여 구동 신호를 발진시시키 위한 신호 발진기와, 상기 구동 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 가로등.