KR101143778B1

KR101143778B1 - 신속한 방열 및 방폭 기능을 갖는 엘이디 조명기구

Info

Publication number: KR101143778B1
Application number: KR1020120010609A
Authority: KR
Inventors: 박대훈
Original assignee: 유겐가이샤 아이피에프; (주)디에이치코프
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-05-11

Abstract

신속한 방열 및 방폭 기능을 갖는 엘이디 조명기구가 개시된다. 표면에 방열부재들이 형성되어 있고 공기가 그 방열부재들로부터 열을 빼앗아갈 수 있도록 공기의 유입과 유출이 가능하도록 되어 있는 금속 방열판을 사이에 두고 그의 하면과 상면에 LED 하우징과 PCB 하우징이 각각 결합된다. 상기 LED 하우징은 복수의 LED소자들이 실장된 LED 배열판과, 상기 금속 방열판과의 사이에 상기 LED 배열판이 샌드위치 되게 상기 금속 방열판과 결합된 투명 커버부를 포함한다. 상기 PCB 하우징은, 상기 금속 방열판과 결합되는 PCB 하우징 바닥부재와, 상기 하우징 바닥부재를 덮으면서 빈틈없이 맞물린 상태로 상기 금속 방열판과 결합되어 수납공간을 제공하는 PCB 하우징 덮개와, 상기 복수의 LED소자들의 구동회로가 실장되어 있고 상기 수납공간 안에 위치하는 PCB를 포함한다.

Description

신속한 방열 및 방폭 기능을 갖는 엘이디 조명기구 {Rapid heat dissipation and explosion-proof type LED lighting fixture}

본 발명은 조명기구에 관한 것으로서, 특히 방폭구조이면서도 냉각효과가 뛰어나도록 설계된 엘이디 조명기구에 관한 것이다.

최근에 엘이디(LED)를 이용한 조명기구가 널이 보급되고 있다. LED는 켜져 있는 동안에 고온으로 상승하여 많은 열을 발생시킨다. 특히 높은 휘도가 요구되는 조명기구의 경우, 많은 수의 LED 소자들이 밀집 배치된 형태로 만들어지므로 하나의 조명기구에 상당히 많은 열이 발생하게 된다. 그러한 열을 신속하게 냉각시키지 않으면 LED 소자의 발광특성을 떨어뜨려 광효율이 크게 떨어지는 문제가 생긴다. 또한 고열 상태에 장시간 노출됨으로 인해 LED 소자의 열화가 초래되어 조명기구의 수명이 크게 단축될 수도 있다. 그러므로 LED를 조명등으로 사용함에 있어서는 신속하고 효율적인 냉각이 매우 중요한 요소가 된다.

LED 구동회로가 설치된 인쇄회로기판(PCB)에서도 열이 발생한다. LED와 PCB를 같은 공간에 근접 배치하는 경우, 서로 상승적인 작용을 하여 자체의 온도가 더욱 올라갈 수 있다.

한편, 폭발성이 있는 가스 분위기에 사용되는 조명기구는 방폭 기능을 갖출 것이 요구된다. LED 조명기구의 경우, LED와 PCB에서 나오는 열이 제대로 냉각되지 않을 경우 그 온도가 상당히 높게 올라가므로 폭발성 있는 가스의 점화원으로 작용할 수도 있다. 그러므로 폭발성 가스 분위기에 사용되는 LED 조명기구는 LED와 PCB에 가스 유입을 차단하는 방폭구조로 설계될 필요가 있다.

본 발명은 LED와 PCB를 별개의 공간에 설치하고 이들 두 열원인 LED가 설치된 공간과 PCB가 설치된 공간 사이에 자연공냉식 방열판을 배치함으로써 냉각효율이 우수한 LED 조명기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, LED와 PCB를 설치된 그 별개의 공간을 밀폐시켜 외부로부터의 가스 유입을 원천적으로 차단함으로써 방폭 기능을 갖도록 설계된 LED 조명기구를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 방열기판, 넓은 열발산 표면적을 확보하기 위해 상기 방열기판의 상면에 마련된 방열부재들, 상기 방열기판의 상면에 상기 방열부재들보다 더 높은 높이로 돌출된 복수의 지지부재들, 그리고 상기 방열기판을 관통하는 제1 전선통로를 포함하는 금속 방열판; 복수의 발광다이오드(이하, ‘LED’라 함) 소자들이 배선기판에 실장되어 있는 LED 배열판, 그리고 상기 복수의 LED소자들을 덮어 상기 복수의 LED소자들의 출력 광이 넓게 퍼져나가도록 굴절시켜주는 복수의 볼록렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 배열판을 포함하며, 상기 LED 배열판이 샌드위치 되게 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판이 밀폐적으로 결합하여 상기 LED 배열판이 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판의 사이의 밀폐되어 기체유입이 차단된 제1공간에 갇히도록 된 LED 하우징; 및 상기 제1전선통로와 밀폐적으로 맞물리는 제2 전선통로가 마련된 인쇄회로기판(이하, ‘PCB’라 함)하우징 바닥부재, 상기 PCB하우징 바닥부재를 덮으면서 상기 금속 방열판과 결합되고 상기 PCB하우징 바닥부재와 밀폐적으로 맞물려 상기 PCB하우징 바닥부재와의 사이의 밀폐되어 기체유입이 차단된 제2공간을 제공하는 PCB 하우징 덮개, 그리고 상기 복수의 LED소자들의 구동회로가 실장되어 있고 상기 구동회로는 상기 제1 및 제2 전선통로를 관통하는 전선으로 상기 LED 배열판과 전기적으로 연결되며 상기 제2공간 내에 위치하는 PCB를 포함하는 PCB하우징을 구비하며, 상기 PCB하우징 바닥부재는 상기 금속 방열판의 상기 복수의 지지부재들에 의해 지지되고 상기 금속 방열판의 상기 방열부재들과는 이격되어, 상기 PCB하우징의 하부와 상기 금속 방열판 상부 사이에는 외부와 연통되어 있는 빈 공간이 마련되고, 외부의 공기가 상기 빈 공간으로 자유롭게 유출입하는 과정에서 상기 LED 배열판에서 발생하여 상기 금속 방열판으로 전달된 열과 상기 PCB에서 발생하여 상기 PCB하우징으로 전달된 열을 빼앗아 외부로 발산시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기구가 제공된다.

상기 LED 조명기구에 있어서, 상기 복수의 볼록렌즈들은 투명 아크릴수지로 만들어지며, 상기 복수의 LED 소자들과 상기 복수의 볼록렌즈들은 각 LED 소자마다 하나의 볼록렌즈가 덮는 형태로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 LED 조명기구는, 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 밀폐적 결합을 위해, 상기 렌즈 배열판에 상기 복수의 볼록렌즈들을 포위하면서 형성된 밀폐용 제1 환형 홈; 상기 제1 환형 홈 안에 삽입되어 패킹 역할을 하는 제1 환형 탄성 링; 및 상기 금속 방열판의 상기 방열기판에 마련되며, 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 결합력에 의해 상기 제1 환형 탄성 링을 압박하면서 상기 제1 환형 홈에 삽입되어 외부로부터의 기체 유입이 차단되도록 상기 제1 환형 홈의 구간을 밀폐시키는 제1 환형 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 상기 결합력은, 각각에 탄성 오링이 외삽되고, (i) 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 각각의 가장자리 둘레를 따라 등간격으로 위치하는 복수의 지점들과 (ii) 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 각각의 상기 렌즈 배열판과 상기 금속 방열판 각각의 전체 영역에 고르게 분산된 복수의 지점들 중 적어도 어느 한 가지 지점들에 체결된 복수의 볼트들에 의해 얻어지도록 구성된다.

상기 LED 조명기구는, 상기 금속 방열판과 상기 LED 배열판 사이에 샌드위치 되게 삽입되어 상기 LED 배열판에서 발생하는 열을 신속하게 상기 금속 방열판으로 전달하는 고열전도성의 히트패드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 LED 조명기구는, 상기 PCB하우징 바닥부재와 상기 PCB하우징 덮개 간의 밀폐적 맞물림을 위해, 상기 PCB 하우징 덮개의 내면의 소정 높이를 따라 마련된 제2 환형 홈; 상기 제2 환형 홈 안에 삽입되어 패킹 역할을 하는 제2 환형 탄성 링; 및 상기 PCB 하우징 덮개와 상기 금속 방열판의 가장자리 둘레를 따라 복수 지점에 체결되어 상기 PCB하우징 바닥부재의 환형 측벽이 상기 제2 환형 탄성 링을 압박하면서 상기 제2 환형 홈에 삽입되어 외부로부터의 기체 유입이 차단되도록 상기 제2 환형 홈의 구간을 밀폐시키는 결합력을 제공하는 복수의 볼트들을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제1 전선통로와 상기 제2 전선통로 간의 밀폐적 맞물림은, 상기 제1 전선통로와 상기 제2 전선통로 사이에 끼여 빈틈이 없도록 압박되어 외부로부터의 기체 유입을 차단하는 탄성 오링에 의해 이루어진다.

상기 LED 조명기구는, 상기 PCB하우징 바닥부재와 상기 PCB 각각에는 서로 대응되는 위치에 복수 개의 볼트 체결공들이 형성되고, 탄성체로 된 오링을 외삽한 볼트들이 상기 PCB하우징 바닥부재의 상기 볼트 체결공들을 관통하여 상기 PCB의 상기 볼트체결공들에 체결되어 상기 PCB하우징 바닥부재의 상기 볼트 체결공들이 밀폐되면서 상기 PCB가 상기 PCB하우징 바닥부재에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 LED 조명기구에 있어서, 상기 PCB 하우징 바닥부재와 상기 금속 방열판은 상기 복수의 지지부재들의 적어도 일부에 마련된 볼트체결공들에 탄성 오링이 외삽된 볼트들이 체결되어 서로 직접 결합된 것이 바람직하다.

또한, 상기 PCB하우징 덮개는 덮개 몸체와 상기 덮개 몸체의 상측에 마련된 소켓전극으로 구성되며, 상기 덮개 몸체는 난연 플라스틱으로 만들어진 것이 바람직하다.

삭제

본 발명의 LED 조명기구는 발열원인 LED 배열판과 PCB를 별도의 완전히 밀폐된 공간에 각각 수납하는 구조이어서 외부의 가스가 그 LED 배열판과 PCB로 유입되는 것이 원천적으로 차단된다. 잠재적인 점화원으로 작용할 수 있는 LED 배열판과 PCB가 외부의 인화성 가스와 접촉하지 않으므로 방폭 기능을 갖춘 조명기구가 된다. 방수 기능도 당연히 제공된다.

또한, LED 배열판과 PCB를 수납하는 양측 공간 사이에 금속 방열판이 배치되어 특히 열을 많이 발생시키는 LED 배열판과 직접 접촉하는 구조로 되어 있어서, LED 배열판에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 발산할 수 있어, LED 소자의 과도한 온도상승을 방지할 수 있다. 그에 따라, LED 소자의 광출력의 효율이 높게 나타나고, 열화로 인한 LED 소자의 손상을 예방할 수 있어서 조명기구의 수명을 늘릴 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명기구의 조립상태를 나타낸 사시도이고,
도 2와 3은 도 1의 LED 조명기구의 분해사시도이며,
도 4는 도 1의 LED 조명기구의 단면도이며,
도 5는 도 1의 LED 조명기구의 일부를 절개한 상태의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명기구의 조립상태를 나타낸 사시도이고,
도 7과 8은 도 6의 LED 조명기구의 분해사시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명기구(10)에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.

(1) 제1 실시예

LED 조명기구(10)는 렌즈 배열판(20), LED 배열판(30), 금속 방열판(40), PCB하우징 바닥부재(60), PCB 하우징 덮개(70), 그리고 인쇄회로기판부(PCB부)(80)를 포함한다.

렌 즈배열판(20)은 원형의 렌즈기판(22) 표면에 렌즈(24)들이 그 표면을 거의 가득 채울 정도로 다수 형성되어 있다. 렌즈(24)들의 개수는 LED 배열판(30)의 LED 소자(34)의 개수에 상당하게 마련하여, LED소자(34)마다 하나의 렌즈(24)가 그 위를 덮도록 배치하는 것이 바람직하다. 이 렌즈(24)들은 볼록 렌즈로 만들어져, LED 소자(34)에서 나오는 빛을 굴절시켜 넓게 퍼지도록 해준다. 렌즈 배열판(20)을 금속 방열판(40)과 결합시키기 위해, 렌즈기판(22)의 분산된 여러 곳에 다수의 리브(26)들이 렌즈(24)들과 혼재되어 배치된다. 리브(26)는 바깥 형상이 렌즈(24)들과 구별이 쉽지 않도록 서로 같거나 유사하게 만들고, 그 안쪽에는 볼트 체결을 위해 내부에 나사산이 형성된 구멍 형태로 만든다. 렌즈기판(22)의 테두리나 그 근처의 가장자리 둘레를 따라 밀폐용 환형 홈(28)이 형성되어 있다. 렌즈 배열판(20)은 금형틀을 만들어 그 안에 투명한 아크릴수지를 부어 일체로 성형하여 만들 수 있다.

LED 배열판(30)는 원형의 배선기판(32)과, 이의 앞면에 밀집 배치된 다수의 LED소자(34)들을 포함한다. 이 배선기판(32)에는 리브(26)와 정렬을 이루는 위치에 볼트체결용 통공(36)들이 리브(26)의 개수만큼 형성된다. 이 배선기판(32)은 LED 구동회로가 실장된 PCB부(80)와 전선(90)으로 연결된다.

금속 방열판(40)은 LED소자(24)가 발생하는 열을 신속하게 외부 공기로 발산하기 위한 재질과 구조로 되어 있다. 금속 방열판(40)은 열전도성이 우수하고 가공성이 좋으며 가벼운 알루미늄 또는 이를 주재료로 하는 합금으로 만드는 것이 바람직하다. 금속 방열판(40)은 원형의 방열기판(41)의 상면에 가장자리를 따라 원형 측벽(46)이 마련되고, 그 측벽(46)에는 일정한 간격마다 다수의 방열편(51)들이 방사상으로 배치되어 있으며, 방열편(51)과 방열편(51) 사이에는 공기가 드나들 수 있는 통기공(47)이 형성된다. 또한, 그 측벽(46) 안에는 다수의 방열날개(50)들이 나란히 열지어 형성되어 있다. 이러한 방열구조에 따르면, 외부의 공기는 그 통기공(47)을 통해 안으로 들어와서 방열날개(50)들 사이를 통과하면서 열을 빼앗고 그렇게 데워진 공기는 다른 통기공(47)을 통해 바깥으로 빠져나간다. 금속 방열판(40)은 LED배열판(30)에서 생성된 열을 이와 같이 자연공랭식으로 냉각시켜준다.

LED 소자(34)와 배선기판(32)에서 생성한 열이 금속 방열판(40)으로 신속하게 전달되도록 하기 위해, 방열기판(41)과 배선기판(32) 사이에 열전도성이 우수한 히트패드(55)를 삽입하여 샌드위치 되도록 한다. 그 히트패드(55)는 방열기판(41)의 저면 또는 배선기판(32)의 배면에 접착한다.

금속 방열판(40)은 렌즈배열판(20)과 결합하고, 그들 사이엔 LED 배열판(30)이 샌드위치된다. 이러한 결합을 위해, 방열기판(41)에는 렌즈배열판(20)과 볼트체결을 위한 다수의 볼트체결공(44)들이 형성되어 있다. 이 볼트체결공(44)의 개수와 위치는 렌즈배열판(20)의 리브(26)의 그것들과 대응된다. 오링(56)이 외삽된 볼트(57)를 모든 볼트체결공(44)에 삽입하여 그 볼트(57)가 LED 배열판(30)의 대응되는 통공(36)을 지나 렌즈배열판(20)의 대응되는 리브(26) 내부에 마련된 나사홈에 조립된다. 오링(56)은 내열 특성이 좋은 실리콘 오링이 바람직하다. 볼트(57)의 조임에 의해 오링(56)이 볼트 헤드와 방열기판(41) 사이에 압착되면서 그 볼트체결공(44)들은 모두 완전히 밀폐된다.

또한, 금속 방열판(40)의 저면의 가장자리 둘레를 따라 환형 돌출부(58)가 형성된다. 렌즈배열판(20)의 가장자리 둘레를 따라 마련된 환형 홈(28)의 전 구간에는 그 환형 홈(28)과 동일한 지름 크기를 갖는 밀폐용 환형 탄성 링(29)이 삽입된다. 이 탄성링(29)은 패킹 역할을 하므로 고온에 잘 견디는 특성을 갖는 실리콘으로 만드는 것이 바람직하다. 금속 방열판(40)과 렌즈배열판(20)을 위와 같이 볼트조립을 하면 금속 방열판(40)의 그 환형 돌출부(58)는 탄성 링(29)을 압착하면서 렌즈배열판(20)의 환형 홈(28)에 끼움 삽입된다. 이러한 결합에 의해 금속 방열판(40)과 렌즈배열판(20)의 가장자리 둘레는 완전히 밀폐된다. 따라서 LED 배열판(30)은 금속 방열판(40)과 렌즈배열판(20) 사이에 샌드위치된 채 밀폐된 공간에 위치하게 되고, 외부로부터 LED 배열판(30)으로의 가스 유입은 불가능하다.

금속 방열판(40)은 PCB하우징 바닥부재(60)과도 결합한다. 이를 위해, 금속 방열판(40)의 가장자리의 네 곳에 볼트체결용 돌출봉(42)을 마련해둔다.

금속 방열판(40)은 PCB하우징 덮개(70)와도 결합한다. 이를 위해, 금속 방열판(40)의 방열편(51)들 중에서 소정 개수(도면에서는 6개)의 방열편(51)마다 그 방열편(51)을 수직으로 관통하는 볼트체결공(45)들을 마련해둔다.

또한, LED 배열판(30)과 PCB부(80)는 금속 방열판(40)을 사이에 두고 서로 다른 공간에 위치하지만 배선기판(32)은 구동전원을 제공받기 위해 PCB부(80)와 전선(90)에 의해 전기적으로 연결된다. 방열기판(41)의 상면의 소정 위치에는 전선(90)이 통과할 수 있는 제1 전선통로(43)가 돌출 형성되어 있다. 방열기판(41)의 배면에는 이 제1 전선통로(43)에 연결되어 중심을 가로지르는 홈(52)이 마련되는 것이 바람직하다. 제1 전선통로(43)를 빠져나온 전선(90)이 이 홈(52)을 따라 필요한 구간만큼 지나가다가 배선기판(32)에 연결된다.

또한, 방열기판(41)의 상면에는 금속 방열판(40)이 PCB하우징 바닥부재(60)와 결합되었을 때 그 PCB하우징 바닥부재(60) 지지하기 위한 PCB하우징 지지봉(49)이 복수 개 돌출되어 있다.

PCB하우징 바닥부재(60)는 방열기판(41)의 모양에 상응하는 원형 바닥판(61)과 그 바닥판(61)의 가장자리에서 수직 절곡되어 위로 연장된 원형 측벽(62)을 갖는다. 또한, 그 PCB하우징 바닥판(61)에는 제1 전선통로(43)가 끼움 결합되는 제2 전선통로(63)가 마련된다. 금속 방열판(40)과 PCB 하우징 덮개(70)가 볼트 결합을 이루면 그 결합력에 의해 제1 전선통로(43)와 제2 전선통로(63)도 서로 맞물려 밀폐된다. 즉, 제1 전선통로(43) 안에 예컨대 실리콘과 같은 탄성체로 만든 오링(68)을 안착시킨 상태에서 제2 전선통로(63)가 끼움 결합방식으로 맞물려 그 오링(68)을 압착함으로써 이 두 전선통로(43, 63) 사이가 밀폐된다.

또한, 금속 방열판(40)의 볼트체결용 돌출봉(42)들과 대응되는 위치에 볼트체결공(64)들이 마련된다. 이 볼트체결공(64)에는 오링(66)이 외삽된 볼트(67)가 삽입되고 그 볼트(67)는 금속 방열판(40)의 볼트체결용 돌출봉(42)에 체결된다. 이에 의해, PCB하우징 바닥부재(60)은 금속 방열판(40)과 결합된다. 이와 같은 결합에서, 도 4에 도시된 바와 같이 PCB하우징 지지봉(49)들이 방열날개(50)들보다 높이가 더 높기 때문에, PCB하우징 바닥부재(60)의 바닥면을 직접 받쳐주는 PCB하우징 지지봉(49)에 의해 금속 방열판(40)의 상부의 방열날개(50)들과 PCB 하우징 바닥부재(60)는 이격되어 금속 방열판(40)의 상면과 PCB하우징(60, 70)의 하면 사이에는 외부와 연통된 빈 공간에 마련된다. 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 금속 방열판(40)의 볼트체결용 돌출봉(42) 역시 PCB하우징 지지봉(49)과 같은 높이로 돌출된 지지봉 형상으로 마련되어서, 볼트체결용 돌출봉(42)도 PCB하우징 지지봉(49)처럼 PCB하우징 바닥부재(60)를 지지하는 역할을 겸할 수 있다.

PCB하우징 바닥부재(60)에는 또한 PCB부(80)를 고정시키기 위한 다수의 볼트체결공(65)들을 마련한다.

PCB하우징 덮개(70)는 원추형 덮개부(72)와 이의 꼭지점 위치에 연통되게 연결되는 관부(71)를 가지고, 이 관부(71)의 상단에는 소켓 전극(79)으로 폐쇄되며, 전체적인 형상이 깔때기 모양과 유사하다. 이 소켓 전극(79)에는 두 개의 전극단자가 마련되며, 각 전극단자에는 전선(92)이 연결되고 이 전선(92)은 PCB부(80)에 연결된다. 구동전원은 이 전선(92)을 통해 PCB부(80)에 설치된 구동회로에 공급된다.

소켓 전극(79)은 알루미늄으로 만들고, 원추형 덮개부(72)와 관부(71)는 금속재로 만들 수도 있겠지만, 조명기구의 무게를 가볍게 하기 위해 플라스틱으로 만드는 것이 바람직하다. 특히, 예기치 못한 열이 발생하더라도 불이 잘 붙지 않는 난연 플라스틱으로 만드는 것이 더욱 바람직하다.

원추형 덮개부(72)의 입구 근처의 가장자리 둘레에 소정 간격으로 볼트체결공(73)들이 형성된다. 또한, 원추형 덮개부(72)의 내면에 볼트체결공(73) 바로 아래 높이를 따라 환형 홈(74)이 형성된다. 그 환형 홈(74)에는 동일한 지름 크기를 갖는 밀폐용 환형 탄성 링(76)이 삽입된다. 이 탄성 링(76)도 고온에도 잘 견뎌내면서 패킹으로서 제 역할을 할 수 있는 실리콘으로 만드는 것이 바람직하다.

볼트체결공(73)에 오링(78)이 외삽된 볼트(77)를 삽입하여 그 볼트(77)가 금속 방열판(40)의 방열편(51)에 형성된 볼트체결공(45)에 체결됨으로써 PCB하우징 덮개(70)와 금속 방열판(40)은 서로 결합된다. 이 때, PCB하우징 바닥부재(60)의 환형 측벽(62)의 상단은 환형 탄성링(76)을 압박하면서 환형 홈(74)에 끼움 삽입된다. 이에 의해 PCB하우징 덮개(70)와 PCB하우징 바닥부재(60) 간에는 빈틈이 없이 결합된다. 결국, PCB부(80)는 PCB하우징(60, 70)의 밀폐된 수납공간 안에 위치하게 된다.

PCB부(80)는 외부로부터 제공되는 전원을 이용하여 LED 소자(34)들의 구동에 필요한 구동전원을 만들어내는 구동회로가 실장되어 있는 회로기판(82)을 포함한다. 이 회로기판(82)에는 고정용 볼트 체결공(84)들이 여러 개 마련된다. PCB하우징 바닥부재(60)에 마련된 볼트체결공(65)에는 오링(69b)이 외삽된 볼트(69a)가 삽입되어 PCB부(80)에 마련된 볼트체결공(84)에 체결된다. 이에 의해 PCB부(80)의 기판(82)은 PCB하우징 바닥부재(60)에 고정된다. 오링(69b)에 의해 볼트체결공(65)도 밀폐된다.

이와 같은 구성을 갖는 제1 실시예에 따른 LED 조명기구(10)에 있어서, 냉각기능과 방폭 기능을 설명하면 다음과 같다.

외부의 전원이 소켓 전극(79)에 마련된 전극단자와 전선(92)를 통해 PCB부(80)의 구동회로에 공급된다. 그 구동회로는 여러 가지 전기적 처리를 거쳐 LED 소자(34)들의 구동에 필요한 구동전원을 만들어 배선기판(32)을 통해 각 LED 소자(34)에 공급한다. 구동전원을 공급받은 LED 소자(34)들은 발광한다. 그 빛은 렌즈(24)에 의해 굴절되어 바깥으로 퍼져나간다.

LED 조명기구(10)가 켜져 있는 동안에, LED 소자(34)들에서는 고열이 발생한다. 그 열은 배선기판(32)을 통해 그와 접촉해 있는 금속 방열판(40)에 전달된다. 만약 히트패드(55)까지 설치한 경우에는 열은 그것을 통해 금속 방열판(40)에 전달된다. 금속 방열판(40)에 전달된 열은 그 전체에 신속하게 그리고 고르게 전도된다. 그리고 금속 방열판(40) 전체를 통해 열 발산이 지속적으로 이루어진다. 열발산 메커니즘을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 금속 방열판(40)의 상면과 PCB하우징(60, 70)의 하면 사이의 빈 공간으로는 통기공(47)을 통해 외부의 공기가 자유로이 드나든다. 그 과정에서 공기는 방열날개(50)를 비롯하여 금속 방열판(40)의 상면 전체와 접촉하면서 열을 빼앗아 데워진다. 그렇게 데워진 공기는 통기공(47)을 통해 바깥으로 빠져나간다. 이러한 공기의 자연 냉각 작용에 의해 LED 소자(34)들이 생성한 열은 신속하게 주위 공기로 발산하게 되고, LED 소자(34)들은 소정 온도 아래로 유지된다.

PCB부(80)에서 발생하는 열은 LED 소자(34)에 비해 상대적으로 적은 양이므로 PCB 하우징(60, 70) 표면 전체에 고르게 전달되어 외부로 발산된다. 금속 방열판(40)의 상면과 PCB하우징(60, 70)의 하면 사이의 빈 공간으로 유출입하는 외부 공기도 PCB 하우징(60, 70)의 하면으로부터 열을 뺏어 외부로 발산시킴을 물론이다.

(2) 제2 실시예

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명기구(100)의 조립상태를 도시한 사시도이고, 도 7과 8은 그 LED 조명기구(100)의 분해 사시도이다.

제2 실시예에 따른 LED 조명기구(100)도 제1 실시예와 마찬가지로 렌즈 배열판(120), LED 배열판(130),금속 방열판(140), PCB 하우징 바닥부재(160), PCB 하우징 덮개(170), 그리고 PCB(180)를 주요 구성요소로서 포함한다. 이들 각 구성요소는 제1 실시예의 대응 구성요소와 많은 점이 유사하다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

렌즈 배열판(120)은 원형 기판(122)의 바깥면에는 다수의 볼록렌즈(124)들이 형성되어 있고 이들을 둘러싸면서 원형 기판(122)의 안쪽 면의 가장자리 둘레를 따라 환형 홈(128)이 형성되고, 그 원형 기판(122)의 바깥에 8각형 플랜지(127)가 마련되고, 그 8각형 플랜지(127)의 모서리에는 볼트 체결공(125)이 마련된 구조이다. 볼록 렌즈(124)들 사이에 복수 개의 리브(126)들도 마련된다.

금속 방열판(140)은 LED 배열판(130)을 사이에 두고 렌즈 배열판(120)과 결합한다. 이를 위해 원형의 방열기판(141) 내에 리브(126)와 대응되는 위치에 다수의 볼트 체결공(144)을 형성하고, 그 방열기판(141)의 바깥에 8각형 플랜지(153)의 모서리마다 볼트 체결공(154)을 형성한다. 그리고 오링(157)을 외삽한 볼트(156)를 볼트 체결공(144)와 볼트체결공(154)에 삽입하여 LED 배열판(120)의 리브(126)와 볼트체결공(125)에 체결함으로써, 금속 방열판(140)과 렌즈 배열판(120)이 결합된다. 이러한 결합에 의해 원형의 방열기판(141)의 가장자리에 마련된 환형 돌출부(158)는 환형 탄성 링(129)를 압착하면서 렌즈배열판(120)의 환형 홈(128)에 끼움 삽입된다. 금속 방열판(140)과 렌즈 배열판(120) 간의 틈은 패킹 역할을 하는 오링(157)과 환형 탄성 링(129)에 의해 완전히 밀폐된다.

이러한 결합에 의해, LED 배열판(130)은 금속 방열판(140)의 방열기판(141)과 직접 접촉하고, 발생한 열은 금속 방열판(140)을 통해 신속하게 발산할 수 있다. 방열기판(141)과 LED 배열판(130) 사이에 열전도성이 좋은 히트패드(155)를 샌드위치되게 삽입할 수 있음은 물론이다.

금속 방열판(140)의 상면에는 PCB하우징 바닥부재(160)와 대면하는 원형 영역에 네 개의 볼트체결용 돌출봉(148)과 제1전선통로(143), 그리고 나란하게 배열된 다수의 직선형 방열날개(150)들이 마련된다. 또한 이 방열날개(150)를 포위하면서 더 높은 높이를 갖는 다수의 방열편(151)들이 방사상으로 배치되고, 이 방열편(151)들 사이에 6개의 볼트체결용 돌출봉(145)들이 마련된다.

PCB하우징 바닥부재(160)의 원형 바닥판(161)과 환형 측벽(162)을 가진 형상이며, 그 원형 바닥판(161)에는 4개의 PCB 지지부(164)와 4개의 볼트체결공(165)이 마련되어 있다. PCB 지지부(164)에는 PCB(180)가 거치되고 볼트(186)를 체결하여 PCB(180)를 PCB 하우징 바닥부재(160)에 고정한다. 금속 방열판(140)의 볼트체결용 돌출봉(148)과 PCB하우징 바닥부재(160)의 볼트체결공(165)에 탄성 오링(168)을 외삽한 볼트(167)를 삽입하여 금속 방열판(140)과 PCB하우징 바닥부재(160)를 결합한다. 이러한 결합에 의해 볼트체결공(165)은 밀폐된다. 또한 원형 바닥판(161)에 마련된 제2 전선통로(163)도 밀폐용 탄성 오링(168)을 개재한 채 제1 전선통로(143)과 끼움 결합된다. 이에 의해 제1 전선통로(143)와 제2 전선통로(163) 간은 빈틈없이 밀폐된다. 또한, 도 7에 도시된 것처럼 볼트체결용 돌출봉(148)은 높이가 방열날개(150)들보다 더 높기 때문에, 볼트체결용 돌출봉(148)에 의해 지지되는 PCB하우징 바닥부재(160)는 방열날개(150)들과 이격된다. 즉, PCB하우징 바닥부재(160)와 방열날개(150)들 사이에는 빈 공간이 마련되고 외부와도 통해 있기 때문에 외부에서 공기가 자유로이 그 빈 공간으로 유입되고 또한 외부로 자유로이 나갈 수 있다.

PCB하우징 덮개(170)는 원추형 덮개부(173)의 꼭지점 위치에 관부(172)가 연통되게 연결되고 그 상단에 소켓(171)이 마련된 구조이며, 전체적인 형상이 깔때기 모양과 유사하다. 또한, 이 소켓(171)과 PCB부(180)는 전선(192)으로 연결된다. PCB 원추형 덮개부(173)의 안쪽에 환형 홈(175)이 마련된다. 이 환형 홈(175)에는 탄성 환형 링(176)이 삽입된다. 원추형 덮개부(173)의 가장자리 둘레에 다수의 볼트체결공(174)를 마련하고, 거기에 탄성 오링(178)을 외삽한 볼트(177)를 삽입하여 금속 방열판(140)의 볼트체결용 돌출봉(145)에 체결한다. 이에 의해 PCB하우징 덮개(170)는 금속 방열판(140)과 결합된다. 이 때, PCB하우징 바닥부재(160)의 환형 측벽(162)의 상단이 탄성 환형 링(176)을 압착하면서 환형 홈(175)에 끼움 삽입되어, PCB 하우징 바닥부재(160)와 PCB하우징 덮개(170)로 형성된 PCB 하우징 내부공간은 밀폐된다.

이상에서 설명한 것처럼, 제2 실시예에 따른 LED 조명기구(100)도 LED 배열판(130)와 PCB부(180)를 서로 분리된 별도의 독립 공간에 밀폐시켜 수납함으로써 외부에서 그 공간으로 가스 유입이 차단되어 방폭 기능을 제공한다(방수 기능도 당연히 제공함). 또한, 그 두 공간 사이에 열전도성이 우수한 금속으로 만든 금속 방열판(140)을 배치함으로써, 외부에서 공기가 금속 방열판(140)의 상부와 PCB하우징(160, 170)의 하부 사이에 마련된 빈 공간으로 유입되어 LED 배열판(130)에서 발생하는 열을 그 금속 방열판(140)의 상부 표면으로부터 빼앗은 다음 신속하게 외부로 발산할 수 있다.

(3) 이상에서는 두 가지 실시예를 가지고 본 발명을 설명하였는데, 당업자라면 위의 설명을 바탕으로 하여 여러 가지 변형 실시예를 도출할 수 있을 것이다. 예컨대 금속 방열판(40)의 구조는 다양하게 변형 실시할 수 있다. 방열날개(50)는 열발산 속도를 높이기 위한 수단인 바, 그 형상이나 배치 형태는 다양하게 변형할 수 있음은 물론이거니와 방열 날개(50) 대신에 방열핀을 채용할 수도 있다. 또한 방열기판(41)의 상면의 구조에 있어서, 통기를 보다 원활하게 하기 위해 통기공(47)을 좀 더 크게 만들거나 그 통기공(47)이 형성되는 원형 측벽(46)을 아예 제거한 설계도 가능할 것이다.

렌즈배열판(20)은 LED 소자(34)에서 나오는 광의 굴절을 필요로 하지 않는 경우에는 투명한 커버부재가 렌즈배열판(20)을 대신할 수도 있다. 그 경우, 효율 좋은 광출력과 LED소자(34)의 보호 기능만으로 충분하기 때문이다. 투명 커버부재는 렌즈배열판(20)의 구성요소들 중에서 렌즈(24)들만 형성하지 않은 구조로 그리고 동일한 재질인 투명 아크릴 수지로 만들면 될 것이다.

조명등과 구동회로를 별도의 공간에 분리 배치하고 그들 사이에 금속 방열판을 배치하여 발열체의 열을 신속하게 외기로 발산할 수 있도록 하는 본 발명의 아이디어는 LED 조명기구뿐만 아니라, 다른 종류의 조명기구에도 널리 활용될 수 있을 것이다.

또한, 구성요소들 간의 결합 부분의 틈새를 모두 탄성 물체로 패킹하는 아이디어 또한 방폭용 조명기구 제작에 널리 활용될 수 있다.

10, 100: LED 조명기구 20, 120: 렌즈 배열판
30, 130: LED 배열판 40, 140: 금속 방열판
47: 통기공 50, 150: 방열날개
60: PCB 하우징 바닥부재 70: PCB 하우징 덮개
80: 인쇄회로기판부

Claims

방열기판; 넓은 열발산 표면적을 확보하기 위해 상기 방열기판의 상면에 마련된 방열부재들; 상기 방열기판의 상면에 상기 방열부재들보다 더 높은 높이로 돌출된 복수의 지지부재들; 및 상기 방열기판을 관통하는 제1 전선통로를 포함하는 금속 방열판;
복수의 발광다이오드(이하, ‘LED’라 함) 소자들이 배선기판에 실장되어 있는 LED 배열판; 및 상기 복수의 LED소자들을 덮어 상기 복수의 LED소자들의 출력 광이 넓게 퍼져나가도록 굴절시켜주는 복수의 볼록렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 배열판을 포함하며, 상기 LED 배열판이 샌드위치 되게 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판이 밀폐적으로 결합하여 상기 LED 배열판이 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판의 사이의 밀폐되어 기체유입이 차단된 제1공간에 갇히도록 된 LED 하우징; 및
상기 제1전선통로와 밀폐적으로 맞물리는 제2 전선통로가 마련된 인쇄회로기판(이하, ‘PCB’라 함)하우징 바닥부재; 상기 PCB하우징 바닥부재를 덮으면서 상기 금속 방열판과 결합되고 상기 PCB하우징 바닥부재와 밀폐적으로 맞물려 상기 PCB하우징 바닥부재와의 사이의 밀폐되어 기체유입이 차단된 제2공간을 제공하는 PCB 하우징 덮개; 및 상기 복수의 LED소자들의 구동회로가 실장되어 있고 상기 구동회로는 상기 제1 및 제2 전선통로를 관통하는 전선으로 상기 LED 배열판과 전기적으로 연결되며 상기 제2공간 내에 위치하는 PCB를 포함하는 PCB하우징을 구비하며,
상기 PCB하우징 바닥부재는 상기 금속 방열판의 상기 복수의 지지부재들에 의해 지지되고 상기 금속 방열판의 상기 방열부재들과는 이격되어, 상기 PCB하우징의 하부와 상기 금속 방열판 상부 사이에는 외부와 연통되어 있는 빈 공간이 마련되고, 외부의 공기가 상기 빈 공간으로 자유롭게 유출입하는 과정에서 상기 LED 배열판에서 발생하여 상기 금속 방열판으로 전달된 열과 상기 PCB에서 발생하여 상기 PCB하우징으로 전달된 열을 빼앗아 외부로 발산시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 복수의 볼록렌즈들은 투명 아크릴수지로 만들어지며, 상기 복수의 LED 소자들과 상기 복수의 볼록렌즈들은 각 LED 소자마다 하나의 볼록렌즈가 덮는 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 밀폐적 결합을 위해,
상기 렌즈 배열판에 상기 복수의 볼록렌즈들을 포위하면서 형성된 밀폐용 제1 환형 홈;
상기 제1 환형 홈 안에 삽입되어 패킹 역할을 하는 제1 환형 탄성 링; 및
상기 금속 방열판의 상기 방열기판에 마련되며, 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 결합력에 의해 상기 제1 환형 탄성 링을 압박하면서 상기 제1 환형 홈에 삽입되어 외부로부터의 기체 유입이 차단되도록 상기 제1 환형 홈의 구간을 밀폐시키는 제1 환형 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제3항에 있어서, 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 간의 상기 결합력은, 각각에 탄성 오링이 외삽되고, (i) 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 각각의 가장자리 둘레를 따라 등간격으로 위치하는 복수의 지점들과 (ii) 상기 금속 방열판과 상기 렌즈 배열판 각각의 상기 렌즈 배열판과 상기 금속 방열판 각각의 전체 영역에 고르게 분산된 복수의 지점들 중 적어도 어느 한 가지 지점들에 체결된 복수의 볼트들에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 금속 방열판과 상기 LED 배열판 사이에 샌드위치 되게 삽입되어 상기 LED 배열판에서 발생하는 열을 신속하게 상기 금속 방열판으로 전달하는 고열전도성의 히트패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 PCB하우징 바닥부재와 상기 PCB하우징 덮개 간의 밀폐적 맞물림을 위해,
상기 PCB 하우징 덮개의 내면의 소정 높이를 따라 마련된 제2 환형 홈;
상기 제2 환형 홈 안에 삽입되어 패킹 역할을 하는 제2 환형 탄성 링; 및
상기 PCB 하우징 덮개와 상기 금속 방열판의 가장자리 둘레를 따라 복수 지점에 체결되어 상기 PCB하우징 바닥부재의 환형 측벽이 상기 제2 환형 탄성 링을 압박하면서 상기 제2 환형 홈에 삽입되어 외부로부터의 기체 유입이 차단되도록 상기 제2 환형 홈의 구간을 밀폐시키는 결합력을 제공하는 복수의 볼트들을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 제1 전선통로와 상기 제2 전선통로 간의 밀폐적 맞물림은, 상기 제1 전선통로와 상기 제2 전선통로 사이에 끼여 빈틈이 없도록 압박되어 외부로부터의 기체 유입을 차단하는 탄성 오링에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 PCB하우징 바닥부재와 상기 PCB 각각에는 서로 대응되는 위치에 복수 개의 볼트 체결공들이 형성되고, 탄성체로 된 오링을 외삽한 볼트들이 상기 PCB하우징 바닥부재의 상기 볼트 체결공들을 관통하여 상기 PCB의 상기 볼트체결공들에 체결되어 상기 PCB하우징 바닥부재의 상기 볼트 체결공들이 밀폐되면서 상기 PCB가 상기 PCB하우징 바닥부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 PCB 하우징 바닥부재와 상기 금속 방열판은 상기 복수의 지지부재들의 적어도 일부에 마련된 볼트체결공들에 탄성 오링이 외삽된 볼트들이 체결되어 서로 직접 결합된 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
제1항에 있어서, 상기 PCB하우징 덮개는 덮개 몸체와 상기 덮개 몸체의 상측에 마련된 소켓전극으로 구성되며, 상기 덮개 몸체는 난연 플라스틱으로 만들어진 것을 특징으로 하는 LED 조명기구.
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