KR101102859B1

KR101102859B1 - Ａｉｒｖｅｎｔ를 통해 향상시킨 ｌｅｄ조명등

Info

Publication number: KR101102859B1
Application number: KR1020100063101A
Authority: KR
Inventors: 최운용
Original assignee: (주)이노셈코리아
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-10
Also published as: KR20120002292A

Abstract

본 발명은 AIRVENT를 통해 방열성능을 향상시킨 LED조명등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 모듈(21)을 광원으로 하는 조명등을 점등시 LED 모듈(21)에서 불빛과 함께 발생하는 고열이 대기의 흐름과 유속변화를 통해 대기 중에 신속하게 발산 되도록 구성된 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 AIRVENT를 통해 방열성능을 향상시킨 LED조명등은 LED 모듈이 배열된 METAL PCB(인쇄회로기판)(20)을 조명등 본체에 직접 대접하고, LED조명등의 전체중앙둘레 방열판(30)들을 형성하는 동시에 대기의 흐름을 빠르게 하여 방열핀(31)으로부터 열을 신속하게 발산하도록 통기공(33)의 하부를 넓게 상부는 좁게 구성한다. 이상과 같은 본 발명은 LED 조명등을 사용시 불빛과 함께 발생하는 고열이 방열핀(31)에 의해서 신속하게 발산되는데, 특히 LED조명등의 설치각도와 관련하여 통기공(33)을 하부는 넓고 상부는 좁게 구성하였기 때문에 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동하므로 방열핀(31)을 신속하게 냉각시켜 LED 모듈(21)의 정상적인 수명과 조도를 유지할 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

ＡＩＲＶＥＮＴ를 통해 향상시킨 ＬＥＤ조명등{LED LIGHTING LAMP FOR IMPROVED AIRVENT EFFICIENCY}

본 발명은 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED(Light Emitting Diode)와, 상기 LED가 실장된 METAL PCB를 포함하는 LED모듈에서 발생하는 고열이 대기의 흐름과 유속변화를 통해 대기 중에 신속하게 발산되도록 구성된 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등에 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 조명등으로 사용하는 방안에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 LED 조명등은 현재 사용되고 있는 일반적 가로등은 백열등, 형광등, 할로겐등, 수은등에 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 갯 수의 LED를 모듈화하여 LED램프를 제작하여야 한다. 이 경우, 사용되는 LED의 갯 수가 많아지면 원가가 상승 되어 경제성이 떨어지므로 가능하면 적은 갯수의 LED를 사용하는 것이 제작원가를 낮출 수 있다.

LED는 전력을 빛으로 변환시키고 효율이 좋고, 종래로부터 일반적으로 사용되어왔던 램프에 비하여 소형이고 수병이 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 LED는 장시간 사용시 그 발광소자로부터 발생되는 열에 의하여 반도체 소자가 쉽게 열화 되어 성능이 저하되고 수명을 단축시키는 원인이 되므로 LED조명등의 사용가치를 만족시켜주고 충분한 조도를 얻기 위해서는 LED에 대용량의 전류를 인가하여야 하는데 그만큼 고열이 발생하게 되므로 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜줄 수 있는 방열구조가 매우 중요하다.

종래의 LED조명등에 있어서는 리드프레임의 표면적이 상대적으로 작고 또한, 방열체 등과 같은 별도의 방열구조가 구비되어 있지 않아 LED 소자에서 발생 되는 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 LED조명등은 수명이 반영구적이면서도 소비전력이 매우 낮은 장점을 갖고 있으므로, 기존의 형광등이나 백열등, 나트륨등 수은등을 비롯한 다양한 전등을 대체할 수 있을 것으로 예상을 한다.

즉, LED조명등을 통해 각종 유해물질이 포함되고 수명이 짧은 기존의 전등을 대체함에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있음과 더불어 LED조명등의 낮은 전력소모를 통해 에너지 절감 효과도 얻을 수 있는 것이다.

종래 LED 조명등은 한 개 내지 수 개의 고휘도 LED가 구성된 후 상기 LED에 전원이 공급되도록 설계된 알루미늄 재질로 이루어진 기판 및 방열 부재를 매개로 공기 중으로 발산시키도록 이루어진다.

그러나, 종래의 단순한 구조에 따르는 냉각 방식으로 LED조명등의 동작 시에 발생되는 열을 발산시키는 것은 냉각 효과에 한계가 있고, 이를 극복하기 위하여 방열부재의 부피를 증대시킬 때에는 제품의 부피나 중량, 가격 등을 만족시키기가 어려운 문제점이 발생한다.

LED 소자는 종래의 조명광원에 비해 발열량이 적고, 적은 소비전력과 긴 수명, 내충격성 등의 장점이 있으며 제조과정에서 형광등과 같이 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않고 친환경 소재를 사용하여 CO2가 저감되므로 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.

또한, LED 소자는 적절한 전원공급과 방열수단을 제공할 경우 10만 시간 이상을 사용해도 소손 없이 점등상태를 유지할 수 있고, 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 에상되고 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 모듈의 접합부분에서 발생 되는 열을 최대한 신속하게 외부로 방출해 주어야 한다.

이를 해결하기 위해 종래에는 냉각핀이 다양하게 형성된 일체형 구조의 금속재 하우징에 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 같이 종래의 문제점을 해결하기 발명된 것으로, 고휘도 LED 광원의 방열성능을 개선하여 LED가 발광할 시 발생하는 고열을 대기의 흐름으로 신속하게 발산시켜 LED 램프의 광량을 용이하게 증대시키고, 장시간 사용할 수 있는 AIRVENT를 통해 방열성능을 향상시킨 LED조명등을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED 조명등은 소정의 LED가 배열된 MATLA PCB(인쇄회로기판)(20)을 LED조명등 본체(10)에 직접 대접하고 중앙둘레에 방열판(30)을 설치하고 상기 방열판(30)에 형성된 방열핀(31)에 커버(32)를 덮어주어 하부를 넓고 상부는 좁게 형성되는 통기공(33)에 의해 공기가 유입되어 이동하도록 하여 LED에서 발생하는 고열을 상기 방열핀(31)으로부터 열을 신속하게 발산시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등에 의하면, LED 조명등을 사용시 불빛과 함께 발생하는 고열이 방열핀에 의해서 신속하게 발산되는데, 특히 조명등의 설치각도와 관련하여 통기공의 하부를 넓게 상부는 좁게 구성하였기 때문에 밑에서 위로 이동하는 대기의 흐름과 유속변화로 방열핀을 신속하게 냉각시켜 LED의 정상적인 수명과 조도를 유지할 수 있도록 하는 효과가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등을 도시한 밑면도.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등은 LED 광원의 방열문제를 해결하기 위한 것으로, AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등에 관한 구체적인 실시예를 첨부된 도면과 관련하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등을 도시한 사시도 로써, 공지된 구조와 같이 LED조명등 본체(10), METAL PCB(인쇄회로기판)(20), 방열판(30)으로 구성된다.

상기 LED조명등 본체(10)는 현재 사용을 많이 하고 있는 크기 (D60'120mm D55'130mm)의 하부 일측에 상기 LED 모듈(21)이 배열되어 있는 METAL PCB(20)와 DC전원을 인가하는 회로기판이 내장된다.

상기 METAL PCB(쇄회로기판)(20)는 저면에 다수개의 LED 모듈(21)이 설치되어 회로 수장부(12)에 설치되는 DC 전원과 전기적으로 배선된다.

상기 방열판(30)은 상기 LED조명등 본체(10)의 외면중앙둘레 소정의 간격에 따라 다수의 방열핀(31)이 돌출형성되어 있으며 상기 방열핀(31)의 외부측면을 덮어주어 테두리를 형성하는 커버(32)가 설치되어 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동하도록 하부는 넓게 상부는 좁게 구성되는 상기 통기공(33)이 형성된다.

도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 방열핀(31)은 공기와의 접촉면적을 넓게 하기 위하여 소정의 간격으로 형성하여 LED 모듈(21)에서 발생하는 고열을 신속하게 발산시킬 수 있도록 하며 회로수장부(12)를 형성하는 하우징의 외주면으로부터 축 방향을 따라 수직방향으로 다수개의 방열핀(31)이 형성되는데 이때 방열핀(31)의 각도는 METAL PCB(인쇄회로기판)(20)을 기준점으로 정하여 상기 소켓(11)방향으로 15°~ 25°미만으로 경사각을 줌으로써 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동하도록 제공한다.

그리고 상기 방열핀(31)은 방열효과를 높일 수 있는 알루미늄 재질 또는 발포 알루미늄 재질로 이루어진다.

상기 방열핀(31)의 재질 중 상기 알루미늄은 99.00% 이상의 순도와, 비중(20℃) 2.6986, 용융점(℃) 660.2, 비열(100℃)(cal/g ℃) 0.226, 잠열(cal/g) 96.4, 전기전도도(%) 69.94, 전기저항온도계수 0.00429를 갖는다.

또한, 상기 방열핀(31)의 재질 중 상기 발포 알루미늄은 순도 99%이상의 알루미늄 괴(Ingot)을 원료로 하여 670 ~ 690℃의 온도범위에서 알루미늄을 용해시킨 후, 증점제인 Ca powder를 용해된 알루미늄에 대하여 1.0 ~ 2.0wt%로 첨가하여 600rpm으로 5 ~ 10분간 교반한 후, MgH₂, TiH₂ 발포제를 0.5 ~ 2.5wt%로 첨가하여 1,000rpm으로 2 ~ 3분간 교반하여 발포시키고, 상기 발포알루미늄의 제조에 있어서는 증점제의 양이 1.0wt% 미만인 경우에 점도의 조절이 원활하게 이루어지지 않아 발포 특성이 떨어질 수 있고, 2.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요이상으로 사용하게 되어 무의미하므로, 상기 증점제의 양은 1.0 ~ 2.0wt%의 범위 내로 한정한다.

또한, 교반시간에 있어서도, 5분 미만인 경우에는 증점효과를 기대하기 어렵고, 10분을 초과하게 되는 경우에는 충분히 증점된 상태이기 때문에 무의미하므로, 증점을 위한 교반시간을 5 ~ 10분으로 한정한다.

그리고, 상기 발포제의 양이 0.5wt% 미만인 경우에는 발포가 원활히 이루어지지 않아 방열효과가 떨어질 수 있고, 2.5wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요이상의 발포로 인해 알루미늄의 내구성이 떨어질 수 있으므로, 상기 발포제의 양은 0.5 ~ 2.5wt%의 범위 내로 한정한다.

상기 통기공(33)은 상기 LED 모듈(21)에서 발생하는 고열을 발산시켜 주기 위하여 하부와 상부의 끝단은 15°~ 25°의 경사각을 주어 하부는 넓고 상부는 좁게 구성하여 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동되므로 상기 통기공(33)을 지나는 공기의 흐름이 매우 빨라지고 이동량이 많아져 상기 방열핀(31)을 신속하게 냉각시켜준다.

이상과 같은 본 발명에 의한 AIRVENT를 통하여 향상된 LED조명등에 관한 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 LED조명등 본체(10) 내부의 하부 일측에 상기 LED 모듈(21)이 배열된 METAL PCB(20)가 설치되어 LED 모듈(21)에서 발생되는 고열을 발산시켜주기 위해 상기 LED조명등(10)의 외측면 중앙둘레에 방열판(30)이 설치되고 상기 방열판(30)은 다수의 방열핀(31)이 일정간격의 거리로 형성되고, 상기 방열핀(31)에 커버(32)를 덮어주어 상기 방열핀(31)과 방열핀(31)의 사이사이에 통기공(33)을 형성시켜 하부는 넓게 상부는 좁게 형성하여 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동되므로 공기의 흐름이 매우 빨라지고 이동량이 많아져 방열핀(31)을 신속하게 냉각시켜준다.

10 - LED조명등 11 - 소켓
12 - 회로수장부 12a - 소켓 나사부
20 - METAL PCB(인쇄회로기판) 21 - LED 모듈
30 - 방열판 31 - 방열핀
32 - 커버 33 - 통기공

Claims

LED조명등(10) 본체의 상측에는 소켓(11)이 형성되어있으며 상기 LED조명등(10)의 내부에는 상기 소켓에 결합 되는 소켓 결합부로부터 회로수장부(12)가 형성되고,
상기 회로수장부(12)의 하부에 설치되는 다수의 LED(21)모듈이 배열된 METAL PCB(인쇄회로기판)(20)와,
상기 LED조명등 본체(10)의 외면중앙둘레 전체에 돌출형성되어 고열을 발산시켜 주는 다수의 방열핀(31)과,
상기 다수의 방열핀(31)의 외부 측면을 커버(32)로 덮어주어 하부에서 상부로 이동하는 대기의 흐름과 유속변화를 유발하는 통기관(33)이 형성되어 있는 방열판(30)으로 구성되는 것에 있어서,
상기 방열핀(31)은 99.00% 이상의 순도와, 비중(20℃) 2.6986, 용융점(℃) 660.2, 비열(100℃)(cal/g ℃) 0.226, 잠열(cal/g) 96.4, 전기전도도(%) 69.94, 전기저항온도계수 0.00429를 갖는 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 방열핀(31)은 알루미늄 재질로써, 순도 99%이상의 알루미늄 괴(Ingot)을 원료로 하여 670 ~ 690℃의 온도범위에서 알루미늄을 용해시킨 후, 증점제인 Ca powder를 용해된 알루미늄에 대하여 1.0 ~ 2.0wt%로 첨가하여 600rpm으로 5 ~ 10분간 교반한 후, MgH₂, TiH₂ 발포제를 0.5 ~ 2.5wt%로 첨가하여 1,000rpm으로 2 ~ 3분간 교반하여 발포시킨 발포알루미늄을 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 AIRVENT를 통해 향상시킨 LED조명등.
제1항에 있어서,
상기 방열핀(31)은 회로수장부(12)를 형성하는 하우징의 외주면으로부터 축 방향을 따라 수직방향으로 다수개의 방열핀(31)이 형성되는데 이때 방열핀(31)의 각도는 METAL PCB(인쇄회로기판)(20)을 기준점으로 정하여 상기 소켓(11)방향으로 15°~ 25°미만으로 경사각을 주어 하부에서 상부로 공기가 유입되어 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 AIRVENT를 통하여 향상시킨 LED조명등.
제1항에 있어서,
상기 방열핀(31)은 발포 알루미늄 재질로써, 순도 99%이상의 알루미늄 괴(Ingot)을 원료로 하여 670 ~ 690℃의 온도범위에서 알루미늄을 용해시킨 후, 증점제인 Ca powder를 용해된 알루미늄에 대하여 1.0 ~ 2.0wt%로 첨가하여 600rpm으로 5 ~ 10분간 교반한 후, MgH₂, TiH₂ 발포제를 0.5 ~ 2.5wt%로 첨가하여 1,000rpm으로 2 ~ 3분간 교반하여 발포시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 AIRVENT를 통하여 향상시킨 LED조명등.