KR101152297B1 - 엘이디조명등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 조명등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디모듈로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조로 하고, 이러한 열전도 구조와 더불어, 유체와 방열판 냉각 구조에 외기를 강제로 공급하여 냉각시키는 열 교환구조를 동시에 적용한 엘이디조명등에 관한 것이다.
본 발명은 전원이 인가되면 점등하는 엘이디와, 상기 엘이디를 실장한 상태에서 전원을 공급하는 경로를 제공하는 기판을 포함하여서 된 엘이디모듈(1)을 갖는 엘이디조명등(10)에 있어서, 일측 면에 안착되는 상기 엘이디모듈(1)로부터 발생된 열을 넓은 면적으로 확산시키는 방열금속판1(11); 상기 방열금속판1(11)로부터 전도되는 열을 방열금속판3(13)으로 전도시키는 방열금속판2(12); 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 평행하게 간격을 두고 배열되어, 방열금속판1(11)의 열을 급속히 방열금속판2(12)로 전도시키는 급속전도수단(14); 상기 방열금속판1,2,3(11,12,13) 및 금속전도수단(14)을 압착 고정시키는 고정수단(15); 상기 고정수단(15)의 하부면에 마련되어, 외기와 열 교환 작용하는 방열판(16)과 방열판(16)을 관통하는 다수의 유체경로(17); 상기 방열판(16) 하부면에 고정되어, 외부 공기를 강제로 타측 방향으로 공급하는 팬(18);을 포함하여 됨을 특징으로 한다.
본 발명은 엘이디모듈로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조를 적용함으로써, 엘이디모듈 측의 방열금속판1로부터 타측의 방열금속판2로 전도되는 열이, 평행하게 마련된 다수의 막대 형상으로 된 급속전도수단을 통해 급속히 전도되도록 하여, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조와 더불어, 유체와 방열판 냉각 구조에 외기를 강제로 공급하여 냉각시키는 열 교환구조를 동시에 적용함으로써, 열 방출 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

엘이디조명등{LED LAMP}
본 발명은 엘이디 조명등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디모듈로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조로 하고, 이러한 열전도 구조와 더불어, 유체와 방열판 냉각 구조에 외기를 강제로 공급하여 냉각시키는 열 교환 구조를 동시에 적용한 엘이디조명등에 관한 것이다.
일반적으로, 엘이디(LED : Light-Emitting Diode)소자는 N형 반도체와 P형 반도체를 접합한 광전변환소자이며, 기판에 인쇄된 회로패턴에 장착할 수 있는 형태의 엘이디 패키지 즉, 엘이디 모듈로 제작된다.
통상의 엘이디모듈은 엘이디소자와, 기판에 인쇄된 회로패턴에 납땜으로 접속되는 리드프레임과, 엘이디소자와 리드프레임 사이를 연결하는 와이어와, 상기 엘디소자의 하부에 위치하여 엘이디소자에서 발생되는 열을 흡수하도록 형성되는 히트슬러그(Heat-Slug)와, 상기 리드프레임의 접속 부위만이 외부로 노출되도록, 상기 구성들을 몰딩 처리하는 몰딩프레임(Molding-Frame)과, 상기 엘이디소자의 상부에 조정되는 렌즈를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성되는 엘이디모듈은 동일한 전력을 소비하더라도 온도를 낮게 유지할수록 출력되는 광속(Luminous Flux)의 양이 많게 되며, 그만큼 점등효율이 높은 반면, 점등시의 온도를 일정한 온도 이하로 유지하지 못하면 엘이디소자의 수명이 단축되기도 한다.
그러므로, 상기와 같이 열에 취약한 엘이디모듈을 기판에 장착한 후에 기판을 방열기판에 고정함으로써, 방열구조를 갖는 엘이디조명등을 완성한다. 또한, 공기와의 접촉면적을 넓히기 위하여 하부면에 방열핀을 구비한 방열기판을 사용하기도 한다.
그러나, 엘이디모듈 및 기판의 열을 방열기판으로 흡수하여 공기 중으로 방출되게 하는 구조로 이루어진 종래 엘이디모듈에 대한 방열구조는, 방열기판과 공기 사이의 열전도가 신속하기 이루어지지 아니하여, 방열 속도가 낮은 문제점이 있다. 즉, 밀도가 낮은 공기 중으로 방열기판의 열이 신속하게 전도되지 아니하는 것이다.
이와 같은 문제점으로 인하여 엘이디모듈이 점등한 상태에서는, 방열기판의 온도가 지속으로 높아져 엘이디모듈의 점등효율을 저하 즉, 방열기판이 열을 흡수하여 엘이디모듈 및 기판의 온도를 낮추기는 하지만, 방열기판에 축적된 열이 더딘 속도로 방출됨에 따라 방열기판으로 흡수할 수 있는 열량이 감소되는 것이다.
이로 인하여, 엘이디모듈의 점등상태가 지속될수록 그 온도를 원하는 값 이하로 유지할 수 없어서 점등효율이 저하되고 수명도 단축되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 엘이디모듈로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조로 하고, 이러한 열전도 구조와 더불어, 유체와 방열판 냉각 구조에 외기를 강제로 공급하여 냉각시키는 열 교환 구조를 동시에 적용한 엘이디조명등을 제공하는데 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원이 인가되면 점등하는 엘이디와, 상기 엘이디를 실장한 상태에서 전원을 공급하는 경로를 제공하는 기판을 포함하여서 된 엘이디모듈(1)을 갖는 엘이디조명등(10)에 있어서, 일측 면에 안착되는 상기 엘이디모듈(1)로부터 발생된 열을 넓은 면적으로 확산시키는 방열금속판1(11); 상기 방열금속판1(11)로부터 전도되는 열을 방열금속판3(13)으로 전도시키는 방열금속판2(12); 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 평행하게 간격을 두고 배열되어, 방열금속판1(11)의 열을 급속히 방열금속판2(12)로 전도시키는 급속전도수단(14); 상기 방열금속판1,2,3(11,12,13) 및 금속전도수단(14)을 압착 고정시키는 고정수단(15); 상기 고정수단(15)의 하부면에 마련되어, 외기와 열 교환 작용하는 방열판(16)과 방열판(16)을 관통하는 다수의 유체경로(17); 상기 방열판(16) 하부면에 고정되어, 외부 공기를 강제로 타측 방향으로 공급하는 팬(18 ; Fan);을 포함하여서 됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단을 통해 본 발명은 엘이디조명등의 기본적인 효과인 낮은 소비전력에서의 동작은 물론, 엘이디모듈로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조를 적용함으로써, 엘이디모듈 측의 방열금속판1로부터 타측의 방열금속판2로 전도되는 열이, 평행하게 마련된 다수의 막대 형상으로 된 급속전도수단을 통해 급속히 전도되도록 하여, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같은 금속간 열전도 구조를 면과 면 사이에서 다수의 선상으로 열을 전도시키는 구조와 더불어, 유체와 방열판 냉각 구조에 외기를 강제로 공급하여 냉각시키는 열 교환구조를 동시에 적용함으로써, 열 방출 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전체 구성을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 랜즈가 탈리된 상태의 구성을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명이 적용된 조명등의 예를 도시한 단면도.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전원이 인가되면 점등하는 엘이디와, 상기 엘이디를 실장한 상태에서 전원을 공급하는 경로를 제공하는 기판을 포함하여서 된 엘이디모듈(1)을 갖는 엘이디조명등(10)에 있어서, 일측 면에 안착되는 상기 엘이디모듈(1)로부터 발생된 열을 넓은 면적으로 확산시키는 방열금속판1(11); 상기 방열금속판1(11)로부터 전도되는 열을 방열금속판3(13)으로 전도시키는 방열금속판2(12); 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 평행하게 간격을 두고 배열되어, 방열금속판1(11)의 열을 급속히 방열금속판2(12)로 전도시키는 급속전도수단(14); 상기 방열금속판1,2,3(11,12,13) 및 금속전도수단(14)을 압착 고정시키는 고정수단(15); 상기 고정수단(15)의 하부면에 마련되어, 외기와 열 교환 작용하는 방열판(16)과 방열판(16)을 관통하는 다수의 유체경로(17); 상기 방열판(16) 하부면에 고정되어, 외부 공기를 강제로 타측 방향으로 공급하는 팬(18 ; Fan);을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명 중 상기 방열금속판1(11)은 엘이디모듈(1)이 안착되는 타측 면에 간격을 두고 평행한 요홈(11a)이 마련된 알루미늄판일 수 있다.
이때, 상기 요홈(11a)은 반구형상으로 된 홈일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 방열금속판2(12)는 방열금속판1(11)의 일측 면에 위치하는 알루미늄판일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 방열금속판3(13)은 방열금속판2(12)의 일측 면에 밀착되는 상기 방열금속판2(12)에 비해 면적은 좁고 두께는 두꺼운 구리블럭일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 급속전도수단(14)은 구리막대일 수 있다.
이때, 상기 급속전도수단(14)인 구리막대는 방열금속판1(11) 측이 반구형상으로 되고, 방열금속판2(12) 측이 평면형상으로 된 단면이 반구형 막대일 수 있다.
또한 이때, 상기 급속전도수단(14)의 두께 치수는 방열금속판1(11)의 일측 면에 형성되는 요홈(11a)의 깊이 치수보다 커, 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 두 금속판에 미세한 간격이 형성되도록 할 수 도 있고, 상기 급속전도수단(14)의 두께 치수는 방열금속판1(11)의 일측 면에 형성되는 요홈(11a)의 깊이 치수와 동일하여, 상기 급속전도수단(14)을 사이에 두고 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12)가 밀착될 수 도 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 고정수단(15)은 방열금속판3(13)의 하부면에 고정되어 사방으로 날개(15a)가 형성된 브래킷으로서, 상기 날개(15a)의 하부로부터 관통하는 나사(15b) 단부가 상기 방열금속판2(12)와 방열금속판1(11)을 관통 고정하되, 날개(15a)와 방열금속판2(12) 사이에 스프링(15c)이 내재되어서 이루어진 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 방열판(16)은 박판 형태의 금속판이 간격을 두고 배열 고정된 것으로, 상기 관통하는 다수개의 유체경로(17)에 열 교환 면적을 제공하는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 유체경로(17)는 구리를 재질로 하는 순환형 파이프로서, 파이프 내부에는 액체 또는 기체상의 유체가 충진 된 것일 수 있다.
이때, 상기 유체는 밀폐된 순환형 유체경로 내에서 대류현상을 증폭하는 증류수 또는 액체질소일 수 도 있고, 기화열로 온도를 낮추는 냉매일 수 도 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 팬(18)은 방열판(16)에 고정시키는 고정브래킷(19) 하부면에 나사 고정되는 전기 송풍팬일 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 첨부 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 첨부 도면 도 3에 도시된 바와 같이, 전원이 공급되어 엘이디모듈(1)이 점등하면, 엘이디모듈(1)로부터 열이 발생하게 된다.
이와 같이 상기 엘이디모듈(1)에서 발생된 열은 엘이디모듈(1)이 안착된 면 즉, 상기 방열금속판1(11)로 전도된다. 이때, 상기 방열금속판1(11)은 알루미늄 재질로 이루어져 있어, 엘이디모듈(1)에서 발생된 열을 신속히 전도시켜 엘이디모듈(1)의 과열을 방지한다.
이때, 상기 엘이디모듈(1)이 지속적으로 동작하면, 상기 방열금속판1(11)에 열이 집적되게 되는데, 이와 같이 열이 집적되기 이전에 상기 급속전도수단(14)인 구리막대가 열을 신속하게 방열금속판2(12)로 전도시킨다.
상기에서, 급속전도수단(14)이 방열금속판1(11)에 집적되어질 열을 신속하게 상기 방열금속판2(12)로 전도시킬 수 있는 이유는, 방열금속판1(11) 보다 열전도율이 우수한 구리의 특성 때문이다.
즉, 열전도율이 320에 해당하는 급속전도수단(14)인 구리막대가 열전도율이 196에 해당하는 방열금속판1(11)인 알루미늄판 보다 열을 전도시키는 효율이 우수하므로, 상기 방열금속판1(11)에 열이 과도하게 집적되기 전에 급속전도수단(14)이 열을 자신에게 급속히 전이시킨 후, 타측 방열금속판2(12) 측으로 전도시킨다.
그리되면, 열원에 해당하는 엘이디모듈(1)과 접한 방열금속판1(11) 보다 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 상기 방열금속판2(12)로 열이 전도되고, 이 부분에 열이 집적되기 전에 타측 면에 밀착된 방열금속판3(13)인 구리블럭으로 열이 전도되게 된다.
본 발명은 상기와 같이, 각각의 방열금속판에 열이 과도하게 집적되기 이전에 다른 방열금속판으로 열이 전도되어 과열이 방지된다.
특히, 본 발명은 전술한 바와 같이, 상기 엘이디모듈(1)로부터 발생되는 고열을 방출시키기 위한 방열금속판 즉, 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 우수한 열효율을 가지고 신속히 열을 전도시키는 급속전도수단(14)이 마련되어 있어, 열이 집적되지 않고 신속히 다른 부분으로 전도되면서 방열되어, 방열 효율이 향상된다.
또한, 본 발명은 상기 방열금속판3(13)의 하부면에 고정된 고정수단(15)의 사방으로 형성된 날개(15a)의 하부로부터 관통하는 나사(15b) 단부가 상기 방열금속판2(12)와 방열금속판1(11)을 관통하면서, 상기 방열금속판들을 압착 고정시키게 되는데, 이때, 상기 날개(15a)와 방열금속판2(12) 사이에 스프링(15c)이 내재되어 있으며, 상기 스프링(15c)은 열의 변화로 인해 수축 또는 팽창하는 각 방열금속판들의 부피 팽창에 대응하여 수축/팽창 동작하면서 압착력을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방열금속판3(13)이 안착되는 상기 고정수단(15)의 하부면에는 방열판(16)과 방열판(16)을 관통하는 유체경로(17)가 더 마련되어 있어, 상기 방열금속판들에 의한 열전도 방열과 더불어, 유체의 순환에 의한 열 교환을 통해 동시에 방열시켜 방열효율을 향상시킨다.
이때, 본 발명은 상기 엘이디모듈(1)로 전원이 공급됨과 동시에, 외기 즉, 외부공기를 송풍시키는 상기 팬(18)으로도 전원이 공급되어, 팬(18)으로부터 강제 공급되는 공기에 의해, 상기 방열금속판들과 방열판(16) 및 유체경로(17)의 열 교환이 신속하게 이루어져 방열효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명은 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(30)에 수용되어, 브래킷을 통해 전등갓(40)에 고정되어 사용된다. 이때 상기 하우징(30)의 상방에는 공기가 흡입되는 통공 또는 망체가 마련되고, 측면 부분에는 유입된 공기가 열기와 열 교환 후 배출되는 통공이 마련된다.
끝으로, 본 발명의 첨부 도면 중 도면 부호 "L"은 상기 엘이디모듈(1)을 보호하는 랜즈(캡)이다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10 : 엘이디조명등 11 : 방열금속판1
11a : 요홈 12 : 방열금속판2
13 : 방열금속판3 14 : 급속전도수단
15 : 고정수단 15a : 날개
15b : 나사 15c : 스프링
16 : 방열판 17 : 유체경로
18 : 팬 19 : 고정브래킷
1 : 엘이디모듈

Claims (2)

  1. 전원이 인가되면 점등하는 엘이디와, 상기 엘이디를 실장한 상태에서 전원을 공급하는 경로를 제공하는 기판을 포함하여서 된 엘이디모듈(1)을 갖는 엘이디조명등(10)에 있어서,
    일측 면에 안착되는 상기 엘이디모듈(1)로부터 발생된 열을 넓은 면적으로 확산시키는 방열금속판1(11); 상기 방열금속판1(11)로부터 전도되는 열을 방열금속판3(13)으로 전도시키는 방열금속판2(12); 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 평행하게 간격을 두고 배열되어, 방열금속판1(11)의 열을 급속히 방열금속판2(12)로 전도시키는 급속전도수단(14); 상기 방열금속판1,2,3(11,12,13) 및 금속전도수단(14)을 압착 고정시키는 고정수단(15); 상기 고정수단(15)의 하부면에 마련되어, 외기와 열 교환 작용하는 방열판(16)과 방열판(16)을 관통하는 다수의 유체경로(17); 상기 방열판(16) 하부면에 고정되어, 외부 공기를 강제로 타측 방향으로 공급하는 팬(18);을 포함하여 됨을 특징으로 하는 엘이디조명등.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기, 방열금속판1(11)은 엘이디모듈(1)이 안착되는 일측 면에 간격을 두고 평행한 요홈(11a)이 마련된 알루미늄 판이고, 상기 방열금속판2(12)는 방열금속판1(11)의 일측 면에 위치하는 알루미늄 판이고, 상기 방열금속판3(13)은 방열금속판2(12)의 일측 면에 밀착되는 상기 방열금속판2(12)에 비해 면적은 좁고 두게는 두꺼운 구리 블럭이고, 상기 급속전도수단(14)은 구리막대로서, 상기 방열금속판1(11) 측 방향의 면이 반구형상으로 되고, 상기 방열금속판2(12) 측 방향의 면이 평면형상으로 된 단면이 반구형 막대이고, 상기 급속전도수단(14)의 두께 치수는 방열금속판1(11)의 일측 면에 형성되는 요홈(11a)의 깊이 치수보다 커, 상기 방열금속판1(11)과 방열금속판2(12) 사이에서 두 금속판에 미세한 간격이 형성되고, 상기 고정수단(15)은 방열금속판3(13)의 하부면에 고정되어 사방으로 날개(15a)가 형성된 브래킷으로서, 상기 날개(15a)의 하부로부터 관통하는 나사(15b) 단부가 상기 방열금속판2(12)와 방열금속판1(11)을 관통 고정하되, 날개(15a)와 방열금속판2(12) 사이에 스프링(15c)이 내재되어서 이루어지고, 상기 방열판(16)은 박판 형태의 금속판이 간격을 두고 배열 고정된 것으로, 상기 유체경로(17) 다수개가 관통하여서 이루어지며, 상기 팬(18)은 방열판(16)에 고정시키는 고정브래킷(19) 하부면에 나사 고정되는 전기 송풍팬임을 특징으로 하는 엘이디조명등.



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