KR101201153B1 - 방폭형 엘이디 조명기구 - Google Patents

방폭형 엘이디 조명기구 Download PDF

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KR101201153B1
KR101201153B1 KR1020120091496A KR20120091496A KR101201153B1 KR 101201153 B1 KR101201153 B1 KR 101201153B1 KR 1020120091496 A KR1020120091496 A KR 1020120091496A KR 20120091496 A KR20120091496 A KR 20120091496A KR 101201153 B1 KR101201153 B1 KR 101201153B1
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heat dissipation
led
explosion
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circuit module
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박대훈
안춘훈
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(주)디에이치코프
유겐가이샤 아이피에프
(주)힌지코리아
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

신속한 방열 및 방폭 기능을 갖는 된 엘이디 조명기구가 개시된다. 램프바디와, 이의 입구 대부분을 덮는 강화유리 및 이의 테두리를 감싸면서 받쳐주는 바디커버프레임으로 된 바디커버가 결합하여, 외부로부터 완전히 밀폐된 외부의 가스가 유입될 수 없는 수납공간이 제공된다. 수납공간을 상하로 양분하도록 회로모듈커버가 설치된다. 하부 수납공간에는 LED배열판을 사이에 두고 아래와 위에 렌즈배열판과 방열부재가 포개져 일체로 접합된 광원모듈 조립체가 수납된다. 상부 수납공간에는 회로모듈이 수납된다. LED 배열판이 생성한 열은 방열부재에 의해 하부 수납공간 상부로 방열된 다음 강제된 공기순환흐름에 의해 램프바디로 전달되어 외부로 발산된다. 회로모듈이 생성한 열은 상부 수납공간을 제공하는 램프바디를 통해 외부로 발산된다. LED배열판이 발하는 광빔은 렌즈배열판에 의해 국지 영역을 집중 조사하도록 굴절되어, 그 국지 영역에서의 조명효율을 극대화할 수 있다.

Description

방폭형 엘이디 조명기구 {Explosion-proof type LED lighting fixture}
본 발명은 LED 조명기구에 관한 것으로서, 특히 열원을 외부로부터 완전히 밀폐 격리한 방폭구조로 된 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
최근에 엘이디(LED)를 이용한 조명기구가 널이 보급되고 있는 추세다. LED소자는 켜져 있는 동안에 고온으로 상승하여 많은 열을 발생시킨다. LED의 구동에 필요한 직류전원을 공급하기 위한 컨버터에서도 열이 발생한다. 특히 높은 휘도가 요구되는 공장, 산업시설지역 등에 설치되는 조명기구는 많은 수의 LED 소자들이 밀집 배치된 형태로 만들어지므로 하나의 조명기구에 상당히 많은 열이 발생하게 된다. LED 조명기구가 설치되는 지역이 폭발성 물질을 취급하는 곳이라면 그 LED 조명기구는 방폭형으로 설계되어야 한다. 방폭형으로 설계하려면 가스 폭발의 인화점을 제공하는 열원을 외부로부터 완전히 밀폐시켜야 하므로, 내부에서 발생한 열의 신속한 발산을 어렵게 한다. 그럼에도 불구하고, LED 조명기구에서 열을 외부로 신속하게 방열하지 않으면 여러 가지 문제가 발생한다. LED 소자가 고온상태에 있으면 발광특성이 나빠지고 광효율이 크게 떨어진다. 또한, 고열 상태에 장시간 노출됨으로 인해 LED 소자의 열화가 초래되어 조명기구의 수명이 크게 단축될 수도 있다. 그러므로 방폭형 LED 조명기구는 완전한 방폭기능과 더불어 신속한 방열을 보장할 수 있도록 설계될 필요가 있다.
LED 조명기구를 방폭형으로 설계함에 있어서, 폭발성 가스가 조명기구 내에 모일 수 없도록 하는 것이 필요하다. 본 발명자는 이건 발명에 앞서 '신속한 방열 및 방폭 기능을 갖는 엘이디 조명기구'라는 제목의 특허를 출원하여 등록받은 바 있다(특허등록 제10-1143778호, 2012.04.30). 이 특허발명은 두 개의 발열원인 LED 배열판과 컨버터 회로인 PCB부를 금속방열판을 사이에 두고 서로 다른 밀폐된 공간에 이격 배치시킨 구조라는 점에 특징이 있다. 금속방열판은 여러 개의 방열날개가 나란히 배치되어 있고 이들을 둘러싸는 테두리 벽에 통공을 마련하여 방열날개를 통해 발산된 데워진 공기가 그 통공을 통해 바깥으로 발산하도록 되어 있다. 그런데 외부의 공기도 그 통공을 통해 그 금속방열판 상부에 들어오게 되는데, 그 유입되는 공기 중에 폭발성 가스가 많이 포함되어 있으면 아무래도 그곳의 공기 흐름속도는 느리므로 거기에 잔류하는 동안 고온으로 데워져 폭발을 일으킬 수도 있는 위험이 있다. 이러한 위험이 원천적으로 제거된 구조로 설계될 필요가 있다.
또한, 상기 등록특허는 렌즈배열판이 직접 외부에 노출된 구조이다. 렌즈배열판은 아크릴수지의 일종인 메타크릴산 에스테르 중합체 (폴리머)와 같은 플라스틱 수지로 만들었다. 이 메타크릴산 에스테르 중합체 (폴리머)은 투명도가 높을 뿐만 아니라, 굴절률이 1.49로 높고, 열가소성이어서 복잡한 형상으로 가공하는 것이 가능하기 때문에 광학 재료의 소재로 범용 된다. 그런데 클로로포름 및 아세톤 등 여러 가지 유기 용매에 용해하는 성질이 있고 특히 비정질 플라스틱이어서 80-100℃ 정도에서 연화변형(軟化變形)하기 시작하는 성질이 있다. 이런 성질 때문에 폭발성 화학물질이 있는 분위기에 장시간 노출되면 그런 화학물질들과 반응에 의해 렌즈표면의 상태가 불량해질 수 있어 렌즈의 투광성과 광굴절 특성 등이 나빠지는 문제가 생겼다. 특히, 등기구 안의 완전히 밀폐된 공간에 렌즈들이 배치된 방폭등의 경우, 사용환경에 따라서는 그 밀폐된 공간의 온도가 높게 올라가서 렌즈가 연화변형하는 문제도 발생하였다. 그러므로 방폭형 LED 조명기구에 적용되는 렌즈는 고열에도 변형이 생기지 재료로 제작될 필요가 있다.
종래의 대부분의 렌즈는 전체 렌즈들을 하나의 통판으로 일체화하지 않고 낱개로 만들고, 별도로 마련한 렌즈설치판에 형성된 구멍에 렌즈를 하나씩 끼워서 렌즈배열판을 구성하였다. 그러다 보니 조립이 매우 불편하고 렌즈의 굴적각도를 원하는 대로 설계하기가 어려웠다. 렌즈에는 이런 점을 개선하기 위한 방안이 고려될 필요가 있다.
본 발명은 발열원인 LED 및 관련 회로는 물론, 렌즈배열판까지 외부와는 완전히 격리되도록 포위하면서 폭발을 일으킬 정도의 외기가 모여 잔류하는 것이 원천적으로 불가능한 포위구조체를 갖고, 렌즈배열판을 내열성이 강한 재질로 만들고, 또한 내부에서 발생하는 열을 외기로 신속하게 방열할 수 있는 방열 구조를 갖는 방폭형 LED 조명기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 개방된 입구를 갖고 안쪽에 빈공간을 갖는 금속제 램프바디; 상기 램프바디의 입구를 덮는 강화유리와, 상기 강화유리의 테두리를 감싸면서 받쳐주면서 금속제 바디커버 프레임을 포함하며, 상기 램프바디의 입구를 막으면서 상기 램프바디에 결합되어 외부로부터 밀폐된 수납공간을 제공하는 바디커버; 상기 램프바디의 내부의 소정높이에 장착되어 상기 수납공간을 상부 수납공간과 하부 수납공간으로 양분하여 격리하는 회로모듈커버; 상기 상부 수납공간에 안치되고, 외부에서 제공되는 상용 교류전원을 LED 소자들의 구동에 필요한 직류전원으로 변환하기 위한 회로부품들이 인쇄회로기판에 장착된 회로모듈; 상기 회로모듈과 전기적으로 연결되어 상기 직류전원을 제공받는 LED회로기판과 상기 LED 회로기판의 앞면에 장착되어 상기 직류전원에 의해 발광하는 복수의 LED 소자들을 포함하는 LED 배열판과, 복수의 렌즈들이 한 몸체의 판을 이루면서 상기 복수의 LED 소자들과 대응되는 위치에서 돌출된 형태로 배치되고 상기 LED 배열판의 앞면에 포개져 상기 복수의 렌즈들이 상기 LED소자들을 하나씩 덮어 상기 LED 소자들로부터의 광빔을 원하는 각도로 굴절시켜주는 렌즈배열판과, 그리고 상기 LED 회로기판의 뒷면에 밀착접촉되어 법선방향으로 돌출되어 상기 LED배열판의 열을 상기 하부 수납공간의 상방으로 신속히 방출하는 금속제 방열부재가 상하로 적층된 하나의 조립체를 이루며, 상기 하부 수납공간 내에 상기 렌즈배열판이 상기 강화유리와 근접 대면하게 수납된 광원모듈을 구비하여, 상기 수납공간 내의 상기 회로모듈, 상기 회로모듈커버, 상기 광원모듈을 완전 포위하는 상기 램프바디와 상기 바디커버가 형성하는 포위구조체는 외기가 들어와서 잔류할 수 있는 공간을 제공하지 않는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구가 제공된다..
상기 렌즈배열판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonates: PC)를 원료로 사용하여 사출로 만든 사출물인 것이 바람직하다.
상기 렌즈배열판은 상기 복수의 렌즈들을 에워싸면서 상기 복수의 렌즈들보다 더 높게 돌출된 테두리 가지며, 상기 테두리가 상기 강화유리와 맞닿으므로 인해 상기 복수의 렌즈들과 상기 강화유리 사이는 이격되어 공기의 유동이 가능한 것이 바람직하다.
상기 복수의 렌즈들 각각은 상기 LED 소자와 대면하는 쪽에는 상기 LED 소자가 삽입되는 곡면형 요홈이 마련되고 반대쪽은 돔형상인 볼록렌즈이고, 상기 복수의 렌즈들은 상기 복수의 LED 소자들로부터 나오는 광빔을 국지 면적에 집중 조명하도록 굴절시켜준다.
상기 바디커버 프레임은, 상기 강화유리의 테두리 둘레부분을 받쳐주고 서로의 접합면은 밀폐된 환형 받침부와, 상기 받침부의 바깥 테두리에서 수직 상방으로 절곡된 수직부와, 상기 조립체를 상기 강화유리 쪽으로 눌러주는 클램핑부를 포함한다.
상기 방열부재는, 상기 LED 회로기판의 뒷면과 열전도가 가능하게 밀착 결합된 금속제 방열기판과, 하부가 상기 방열기판에 직접 접촉되어 있고 상부가 상기 LED 배열판과 상기 회로모듈커버 사이의 공간으로 돌출되어 전체가 방사상 배치를 이루는 금속제로 된 복수의 방열날개들을 포함한다. 그리고 이러한 복수의 방열날개들의 방사상 배치에 의해, 상기 방열부재와 상기 회로모듈커버 사이의 공간에서 공기가 '상기 복수의 방열날개들의 중심부에서 상승 -> 상기 회로모듈커버의 저면을 타고 상기 램프바디까지 방사상으로 퍼져나감 -> 상기 방열기판의 상면을 타고 상기 복수의 방열날개들 사이를 따라 방사상으로 상기 복수의 방열날개들의 중심부로 모이는 공기순환흐름'이 강제된다.
상기 회로모듈커버는 열전도성이 낮은 플라스틱 수지로 만든 것이며, 상기 방열부재가 상방으로 발산한 열은 상기 공기순환흐름을 통해 상기 하부 수납공간을 포위하는 상기 램프바디의 부분에 직접 전달되어 상기 램프바디의 외부로 발산된다.
상기 복수의 방열날개들 각각은 손잡이 부분과, 상기 손잡이 부분보다 더 높이 돌출된 빗살 부분, 그리고 상기 손잡이 부분과 정반대 쪽의 라운드형 돌출부분으로 구성된 빗형(comb-type)이며, 상기 복수의 방열날개들은 상기 손잡이 부분이 상기 램프바디 쪽에 배치되고 상기 빗살 부분이 위쪽으로 향하며 상기 라운드형 돌출부분이 상기 방열기판의 중심부에 원통형 빈공간을 형성하도록 설치된다.
상기 램프바디와 상기 바디커버프레임은 바깥 표면에 방열표면적을 넓히기 위한 다수의 돌출부재가 마련된다.
상기 회로모듈은 열전도성 몰딩재로 상기 인쇄회로기판 위의 상기 회로부품들을 모두 덮는 몰딩처리를 하여 상기 회로모듈커버의 바닥에 고정된다. 상기 열전도성 몰딩재는 실리콘과 규소의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명은 발열원인 LED 배열판과 회로모듈을 외부로부터 가스유입이 불가한 밀폐된 수납공간 안에 수납하여 완전한 방폭구조를 제공한다. 그럼에도 불구하고, 두 발열원들을 별도의 독립된 수납공간에 위치시키면서, 각 발열원이 생성한 열이 별도의 루트를 통해 신속하게 외부로 발산할 수 있도록 설계되어 있다.
또한, 렌즈배열판을 채용하여 LED소자들의 광빔이 특정한 국지 영역에 집중 조사하도록 하여 그 영역에서의 조명 효율을 극대화할 수 있다. 그 렌즈배열판은 내열성이 우수한 PET 또는 PC로 만들어 고열의 수납공간에서도 원하는 굴절 특성을 그대로 나타낼 수 있다.
도 1의 (a)과 (b)은 본 발명의 실시예에 따른 방폭형 LED 조명기구의 조립상태를 위에서 아래쪽 대각선 방향 및 아래에서 위쪽 대각선 방향으로 본 사시도이고,
도 2의 (a)와 (b)는 도 1의 조립상태 도면에서 램프바디와 바디커버, 그리고 강화유리를 일부 절단해내 내부를 보여주는 사시도이고,
도 3은 도 1의 방폭형 LED 조명기구를 위에서 아래쪽 대각선 방향으로 본 분해사시도이고,
도 4는 도 1의 방폭형 LED 조명기구를 아래에서 위쪽 대각선 방향으로 본 분해사시도이며,
도 5는 렌즈배열판, LED 배열판 및 방열부재가 상하로 적층된 광원모듈의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 방폭형 LED 조명기구(10)의 외관이 도시되어 있다. 이 LED 조명기구(100)는 외부로부터 완전히 밀폐된 수납공간을 제공하여 방폭기능을 제공하는 포위구조체를 포함한다. 이 포위구조체는 개방된 입구를 갖고 안쪽에 빈공간을 갖는 램프바디(20)와, 이 램프바디(20)의 입구를 막으면서 램프바디(20)와 결합하는 바디커버(30)를 포함한다.
램프바디(20)는 바디부(210) 및, 방열표면적을 최대화하기 위해 이의 외면에 바깥방향으로 돌출된 다수의 방열날개(212, 214)를 포함한다. 바디부(210)의 형상은 위(입구)가 약간 벌어진 주발 또는 종 형상이 바람직하나, 반드시 이런 형상에만 한정되지는 않고 내부 수납공간을 제공할 수 있는 것이라면 형상에 특별한 제한이 없다.
바디커버(30)는 램프바디(20)의 입구를 대부분 덮는 투명한 강화유리(320)와, 이 강화유리(320)의 테두리를 감싸면서 받쳐주면서 램프바디(20)의 입구와 밀폐되게 맞물리는 바디커버 프레임(310)을 포함한다. 바디커버 프레임(310)은, 강화유리(320)의 테두리 둘레부분을 받쳐주고 서로의 접합면은 외기가 들어오지 못하게 밀폐된 환형 받침부(314), 이 환형 받침부(314)의 바깥 테두리에서 수직 상방으로 절곡된 수직부(316), 그리고 광원모듈(60) 조립체(후술함)를 강화유리(320) 쪽으로 눌러주는 클램핑부(후술함)를 포함한다. 강화유리(320)가 얹혀지는 환형 받침부(314)의 상면을 일주하면서 실리콘을 바르고 그 위에 강화유리(320)를 접합하여 밀폐시킨다.
바디커버 프레임(310)의 바깥 표면에도 방열 표면적을 넓히기 위해 바깥으로 돌출된 다수의 방열편(312)들이 마련된다. 강화유리(320)가 얹히는 바디커버 프레임(310) 부분에는 예컨대 실리콘을 바르고 그 위에 강화유리(320)를 얹어 접합함으로써, 공기가 이들의 접합부위를 통과하지 못하도록 하여 내부 수납공간이 완벽하게 밀폐되도록 한다.
바디커버 프레임(310)과 램프바디(20) 간의 밀폐를 위해, 램프바디(20)의 입구 둘레를 따라 환형 홈(250)이 마련되고, 이 환형 홈(250) 안에 패킹재(실리콘 또는 고무 링 등)(252)을 안치시킨 다음, 바디커버 프레임(310)의 수직부(316)의 환형 상단부가 삽입된다. 볼트(490)를 볼트체결부(219, 319)에 끼워 조여줌으로써 수직부(316) 상단이 환형 홈(250) 안의 패킹재를 압착하여 완전한 밀폐를 보장한다.
상기 램프바디(20)와 바디커버 프레임(310)은 열전도성이 우수한 금속제, 바람직하기에는 가볍기도 한 알루미늄으로 성형하는 것이 좋다.
램프바디(20)의 입구 바깥쪽에 하나의 경첩부(218)와 복수 개의 볼트체결부(219)가 등간격으로 마련되고, 바디커버 프레임(310)의 대응되는 위치에도 하나의 경첩부(318)와 복수 개의 볼트체결부(319)가 마련된다. 이에 의해 램프바디(20)와 바디커버 프레임(310)은 일부 구간이 경첩결합을 이루고 나머지 구간은 복수 개의 볼트체결부(319)에 볼트(490)들을 체결하여 조인다. 그리고 램프바디(20)와 바디커버 프레임(310)이 서로 맞물리는 환형 부위에는 패킹을 배치하여 압착되게 한다. 이에 의해 램프바디(20)와 바디커버 프레임(310)이 서로 맞물리는 그 환형 부위도 공기가 통과하지 못하게 완전히 밀폐된다.
램프바디(20)의 상부 중앙에는 전선공(220)이 마련된다. 이 전선공(220)을 통해 외부와 내부를 전기적으로 연결하는 전선(222)이 통과한다. 전선(222)이 통과하는 전선공(220)의 빈틈은 가스의 유출입을 막기 위해 예컨대 실리콘과 같은 실링제(224)로 메워 밀봉한다.
도 2는 조립된 LED 조명기구(10)에서 포위구조체를 구성하는 램프바디(20)와 바디커버(30), 그리고 강화유리(320))의 일부를 절단하여 포위구조체 내부를 보여준다. 도시된 것처럼, 램프바디(20)의 내부 수납공간은 회로모듈커버(40)에 의해 상하로 양분된다.
LED 조명기구(10)는 램프바디(20)의 내벽의 대략 중간 높이에 장착되어 램프바디(20)의 내부 수납공간을 상부 수납공간(230)과 하부 수납공간(235)으로 양분하여 격리하는 회로모듈커버(40)를 포함한다. 회로모듈커버(40)는 열전도성이 낮은 플라스틱 수지로 성형하는 것이 바람직하다. 이에 의해 하부 수납공간(235)과 상부 수납공간(230)의 열은 그들 두 수납공간(230, 235) 사이에서 교환되는 것은 미미하고, 대부분은 각 수납공간(230, 235)을 규정하는 램프바디(20)를 통해 바깥으로 발산된다.
회로모듈커버(40)는 구체적으로 원형의 바닥(410)과 이 바닥(410)의 가장자리 둘레에서 상방으로 수직절곡된 환형 측벽(412)을 갖는다. 이에 대응하여, 램프바디(20)의 내벽의 대략 중간 높이를 따라 일주하면서 단차를 형성하는 돌출부(240)가 마련되고 그 돌출부(240)의 상면에는 환형 홈(242)이 형성되어 있다. 회로모듈커버(40)의 환형 측벽(412)의 상단이 환형 홈(242) 안에 삽입된다. 이에 의해 격리된 상부 수납공간(230)과 하부 수납공간(235)이 확보된다. 또한, 회로모듈커버(40)를 램프바디(20)에 고정하기 위해, 램프바디(20)의 내부의 상면에서 아래쪽으로 복수 개의 부싱(244)이 길게 연장되고, 회로모듈커버(40)의 바닥(410)의 대응되는 위치에는 복수 개의 부싱결합부(414)가 마련된다. 나사(416)를 부싱결합부(414)를 관통시켜 부싱(244)에 체결하여 고정한다. 또한, 바닥(410)에는 회로모듈(50)을 고정하기 위한 다수의 돌출고정부(418)가 마련되어, 볼트(516)를 이용하여 회로기판(510)을 그 돌출고정부(418)에 고정한다.
상부 수납공간(230)에는 회로모듈(50)이 안치된다. 이 회로모듈(50)은 전선(222)을 통해 외부에서 제공되는 상용 교류전원을 LED 소자들의 구동에 필요한 직류전원으로 변환하기 위한 회로부품들(비도시)이 인쇄회로기판(510)에 장착된 회로모듈이다. 회로모듈(50)은 열전도성 몰딩재(512)로 인쇄회로기판(510) 위의 회로부품들을 모두 덮는 몰딩처리를 하여 회로모듈커버(40)의 바닥에 고정하는 것이 바람직하다. 몰딩처리에 사용하는 열전도성 몰딩재(512)로는 실리콘과 규소의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 회로모듈커버(40)의 바닥(410)에는 전선통로(417)가 마련된다. 인쇄회로기판(514)과 후술할 LED 배열판(70)을 전기적으로 연결해주는 전선(514)은 이 전선통로(417)를 통과한다.
하부 수납공간(235)에는 광원모듈(60)이 수납된다. 이 광원모듈(60)은 LED배열판(70)을 사이에 두고, 이의 아래와 위에 렌즈배열판(80)과 방열부재(90)가 포개져 일체로 접합한 조립체이다.
LED 배열판(70)은 회로모듈(50)과 전기적으로 연결되어 그로부터 직류전원을 제공받는 LED회로기판(710)과, 이 LED 회로기판(710)의 앞면에 장착되어 직류전원에 의해 발광하는 복수의 LED 소자(720)들을 포함한다. LED 회로기판(710)은 대략 램프바디(20)의 입구와 닮은 모양이며 크기는 약간 작게 만든다. 수십 개에서 수백 개의 복수의 LED 소자(720)를 LED 회로기판(710)의 앞면 전체에 고르게 밀집 배치하여 구성한다.
하나의 LED 조명기구(10)에서 생성되는 광량은 일정하다. 그 일정한 광량으로 넓은 영역을 고르게 비추는 것보다는 좁은 영역에 집중시켜 그 국지 영역을 밝게 조명하는 것이 더 유용한 경우가 있다. 렌즈배열판(80)은 그런 경우에 대응하기 위한 수단이다. 렌즈배열판(80)은 복수의 렌즈(810)들이 한 몸체의 판을 이루면서 복수의 LED 소자(720)들과 대응되는 위치에서 돌출된 형태로 배치된 형태로 만든다. 렌즈배열판(80)을 이렇게 한 몸체의 판 형태로 구성함으로써 낱개의 렌즈들에 비해 조립성이 훨씬 좋다. 판 형태의 이 렌즈배열판(80)은 LED 배열판(70)의 앞면에 포개져 전체 렌즈(810)들이 전체 LED소자(720)들을 하나씩 덮어 각 LED 소자(720)로부터 나오는 광빔을 원하는 각도로 굴절시켜준다.
복수의 렌즈(810)들 각각은 LED 소자(720)와 대면하는 쪽에는 LED 소자(720)가 삽입되는 곡면형 요홈(812)이 마련되고 반대쪽은 돔 형상으로 돌출된 볼록렌즈(814)로 구성할 수 있다. 이들 복수의 렌즈(810)들은 한 몸체의 판에 일체로 성형하여 만들기 때문에, 렌즈(810)들의 굴절각도를 렌즈마다 다르게 할 수도 있다. 예컨대 전체 렌즈(810)들이 전체 LED(720)들로부터 나오는 광빔이 특정 영역으로만 집중조사하도록 굴절시키는 굴절각을 갖도록 설계할 수도 있다. 이러한 렌즈배열판(80)을 사용하면 특정 영역에 대해서는 고휘도의 조명이 가능하다.
렌즈배열판(80)은 또한, 복수의 렌즈(810)들을 에워싸면서 이들보다 더 높게 돌출된 테두리(820)를 가진다. 렌즈배열판(80)은 강화유리(320)와 대면하게 설치되는데, 이 돌출테두리(820)가 강화유리(320)와 맞닿으므로 인해 렌즈(810)들과 강화유리(320)는 서로 이격된다. 이에 따라, 공기는 렌즈(810)들과 강화유리(320) 사이의 전체 공간을 자유로이 유동할 수 있다.
어쨌거나 렌즈배열판(80)은 LED소자(720)들이 생성한 열이 머무르는 하부 수납공간(235) 내에 배치되므로, 상당히 고온 상태가 된다. 이런 점을 고려하여 내열성이 우수한 재질로 만든다. 투명성이 우수하면서도 내열변형성이 우수한 재질로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonates: PC)를 들 수 있다. PC는 열변형 온도와 융점이 각각 140℃와 155~156℃로 기존 재료인 메타크릴산 에스테르 중합체(폴리머)에 비해 훨씬 높고, PET는 융점이 이보다 훨씬 더 높은 250℃이다. 렌즈배열판(80)은 PC나 PET를 원료로 사용하여 사출 성형방법으로 만드는 것이 바람직하다.
방열부재(90)는 LED 회로기판(710)의 뒷면에 밀착접촉되어 법선방향으로(하부 수납공간(235)의 위쪽으로) 돌출되어 LED 배열판(70)의 열을 하부 수납공간(235)의 상방으로 신속히 방출해주는 역할을 한다. 당연히 열전도성이 좋은 금속, 예컨대 알루미늄으로 만든다. 방열부재(90)는 예컨대 LED 회로기판(710)과 같은 크기의 알루미늄 방열기판(910)과, 다수의 방열날개(920)들을 포함한다. 방열날개(920)들을 예컨대, 손잡이 부분(922)과 이 손잡이 부분(922)보다 더 높이 돌출된 빗살 부분(924), 그리고 손잡이 부분(922)과 정반대 쪽의 라운드형 돌출부분(926)으로 구성된 빗 모양(comb-type)으로 만든다. 방열날개(920)의 저부에는 직각으로 절곡된 고정날개(922)를 마련한다. 이 방열날개(920)들은 각각이 방열기판(910)에 중심에서 반경 방향으로 약간 벗어난 지점부터 반경 방향으로 방열기판(910)의 가장자리까지 연장되어, 전체 방열날개(920)들은 원주방향으로 등간격 배치를 이루면서 상기 법선방향으로 돌출된다. 방열날개(920)들의 방열기판(910)에 대한 고정방법은 도 5에 예시된 것처럼 고정날개(922)를 방열기판(910) 상면에 접합하는 것이다. 다른 방안으로, 방열기판(910)에 전체 방열날개(920)의 배치위치에 대응되는 지점에 방사상으로 형성된 복수의 슬롯(비도시)을 원주방향을 따라 등간격으로 형성하고, 각 슬롯마다 방열날개(920)를 하나씩 끼움삽입하여 고정날개(922)를 방열기판(910)의 저면에 접합하는 것이다. 어느 방법이건 전체 방열날개(920)들을 방열기판(910)에 직접 접촉시켜 방사상으로 배치된 방열부재(90)를 구성할 수 있다.
렌즈배열판(80) 위에 LED 배열판(70), 그리고 LED 배열판(70) 위에 방열부재(90)를 포갠 상태로 일체로 조립하여 광원모듈(60)을 구성한다. 도 5는 이들 세 구성요소(80, 70, 90)가 상하로 적층되어 하나의 모듈로 조립된 광원모듈(60)의 단면을 나타낸다.
광원모듈(60) 조립체를 구성하기 위해, 렌즈배열판(80)에는 렌즈모양을 닮은 다수의 리브(830)들을 마련하고, LED 회로기판(710)과 방열기판(910)에는 리브(830)들과 대응하는 위치에 다수의 볼트구멍(730, 930)들을 형성한다. 그리고 다수의 볼트(610)를 방열기판(910)과 LED 회로기판(710)에 마련된 볼트구멍(930, 730)들을 통해 리브(830)들에 체결한다. 이 광원모듈(60)의 조립체는 렌즈배열판(80)이 강화유리(320)와 근접 대면하게 강화유리(320) 위에 안치된다.
이렇게 하부 수납공간(235) 내 강화유리(320) 위에 수납된 광원모듈(60) 조립체는 바디커버 프레임(310)에 클램핑하여 고정한다. 이를 위해, 바디커버 프레임(310)의 환형 받침부(314)의 상면에 원주방향을 따라 적어도 4개 이상의 보스(315)가 광원모듈(60) 조립체를 포위하도록 마련한다. 보스(315)의 높이는 대략 광원모듈(60) 조립체의 두께 정도로 하면 된다. 광원모듈(60) 조립체를 이 보스(315)들 안쪽에 안치시킨 상태에서 다수의 클램프(330)를 보스(315)에 체결한다. 체결된 클램프(330)들의 각 단부는 광원모듈(60) 조립체의 가장자리 부분을 강화유리(320) 쪽으로 눌러준다. 이에 의해 광원모듈(60) 조립체는 바디커버 프레임(310)에 일체로 고정된다.
한편, 위와 같은 구성으로 된 LED 조명기구(10)는 방폭 기능을 제공하고, 효율적인 방열 메커니즘과 국지 영역에 대한 집중 조명을 제공할 수 있다.
(가) 방폭 기능
위에서 설명한 것처럼, 램프바디(20)의 환형홈(250)과 바디커버(30)의 수직부(316)는 패킹(252)을 압착하면서 완전히 밀폐된다. 전선(222)이 통과하는 램프바디(20)의 전선공(220)도 예컨대 실리콘으로 완전히 메워 밀폐된다. 바디커버프레임(310)과 경화유리(320)의 접합부도 실리콘 처리를 하여 빈틈이 없다. 이처럼 수납공간(230, 235) 내의 회로모듈(50), 회로모듈커버(40), 그리고 광원모듈(60) 조립체를 완전 포위하는 램프바디(20)와 바디커버(30)가 형성하는 포위구조체는 완벽한 밀폐를 제공한다. 외부에서 수납공간(230, 235) 안으로 가스가 유입되지 못할 뿐만 아니라, 바깥면의 구조 또한 방열날개(212, 214)와 방열편(312)들이 형성되어 있을 뿐 전체적으로 볼록한 형상이어서 외기가 들어와서 잔류할 수 있는 공간을 전혀 제공하지 않는다. 그러므로 완벽한 방폭 기능을 제공할 수 있다.
(나) 방열 작용
LED 조명기구(10)에서 발열원은 LED 배열판(70)과 회로모듈(50)이다. 이 두 구성요소는 각각 독립된 별도의 공간(230, 235)에 격리되어 있다.
LED 배열판(70)에서 발생한 열은 방열부재(90)의 방열기판(910)과 방열날개(920)들을 통해 하부 수납공간(235)의 위쪽으로 발산된다. 그런데 방열부재(90)와 회로모듈커버(40) 사이의 공간에서는 방열날개(920)들의 적절한 배치에 의해 '공기가 방열날개(920)의 중심부에서 상승 -> 회로모듈커버(40)의 저면을 타고 램프바디(20)까지 방사상으로 퍼져나감 -> 방열기판(910)의 상면을 타고 방열날개(920)들 사이를 따라 방사상으로 중심부로 모이는' 공기순환흐름이 강제된다.
구체적으로, 방열날개(920)들의 손잡이 부분(922)이 램프바디(20) 쪽에 배치되고 라운드형 돌출부분(926)이 방열기판(910)의 중심부에 위치하며, 빗살 부분(924)이 위쪽으로 향하게 설치한다. 특히 복수의 방열날개(920)들의 라운드형 돌출부분(926)들이 방열기판(910)의 중심의 소정 넓이의 원형 영역을 포위하도록 배치된다. 이에 의해 그 원형 영역의 상방에 라운드형 돌출부분으로 둘러싸인 원통형 공기통로(940)가 마련된다. 이 원통형 공기통로(940)는 방사상 방열부재들(920) 사이에 마련된 방사상 공기통로(942)들과 연결된다. 방열기판(910) 전 영역에서 걸쳐서 열이 발산하지만, 열발산이 가장 느릴 수밖에 없는 원통형 공기통로(940) 영역의 공기가 가장 고온으로 데워진다. 그 공기는 원통형 공기통로(940)를 타고 위쪽으로 상승하여 회로모듈커버(40)의 저면에 부딪힌 후 회로모듈커버(40) 저면과 복수의 방열날개(920)들 사이의 방사상 공기통로(942)를 따라 방사상으로 퍼져나간다. 그 공기는 램프바디(20)의 입구부 가장자리에 부딪혀 열을 전달하고, 그 입구부에서는 전달받은 열을 외기로 발산한다. 계속해서, 램프바디(20)의 입구부 가장자리에 부딪힌 공기 흐름은 입구 쪽으로 내려온 다음, 다시 방열기판(910)의 표면을 타고 복수의 방열날개(920)들의 측벽들에 의해 형성된 방사상 공기통로(942)를 따라 중심부의 원통형 공기통로(940)로 되돌아온다.
이와 같은 공기순환흐름을 통해 LED 배열판(70)이 생성한 열은 하부 수납공간(235)을 포위하는 램프바디(20)의 입구부에 직접 전달되어 램프바디(20) 외부로 발산된다. 방열날개(214)가 효율적인 열발산에 관여한다. 이러한 냉각 작용에 의해 LED 배열판(70)이 일정 온도 이하로 유지된다.
상부 수납공간(230)에서는 회로모듈(50)에서 열을 생성한다. 또한, 하부 수납공간(235)의 열도 회로모듈커버(40)를 통해 전달된다. 상부 수납공간(230)의 이러한 열은 상부 수납공간(230)을 포위하는 램프바디(20) 부분을 통해 바깥으로 발산된다. 이때, 램프바디(20)에 외면에 마련된 방열날개(212, 214)들이 신속한 방열을 위해 작용한다.
(다) 국지적 집중 조명
렌즈배열판(80)은 금형을 이용한 사출 성형으로 만들 수 있다. 금형 설계 시 렌즈의 위치에 따라 굴절 각도와 방향을 원하는 대로 만들 수 있다. 렌즈배열판(80)이 없으면 넓게 퍼져나갈 LED 소자(720)들의 광빔이 렌즈배열판(80)에 의해 국지 영역으로 집중되게 굴절된다. 그에 따라, 그 국지 영역의 조도는 매우 높게 되어 그 국지 영역에 대한 조명 효율성이 크게 높일 수 있다.
이상에서는 LED 조명기구의 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 위의 설명에 의거하여 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형하거나 개선할 수 있을 것이다.
10: 방폭형 LED 조명기구 20: 램프바디
30: 바디커버 40: 회로모듈커버
50: 회로모듈 60: 광원모듈
70: 렌즈배열판 80: LED배열판
90: 방열부재

Claims (12)

  1. 개방된 입구를 갖고 안쪽에 빈공간을 갖는 금속제 램프바디;
    상기 램프바디의 입구를 덮는 강화유리와, 상기 강화유리의 테두리를 감싸면서 받쳐주면서 금속제 바디커버 프레임을 포함하며, 상기 램프바디의 입구를 막으면서 상기 램프바디에 결합되어 외부로부터 밀폐된 수납공간을 제공하는 바디커버;
    상기 램프바디의 내부의 소정높이에 장착되어 상기 수납공간을 상부 수납공간과 하부 수납공간으로 양분하여 격리하는 회로모듈커버;
    상기 상부 수납공간에 안치되고, 외부에서 제공되는 상용 교류전원을 LED 소자들의 구동에 필요한 직류전원으로 변환하기 위한 회로부품들이 인쇄회로기판에 장착된 회로모듈;
    상기 회로모듈과 전기적으로 연결되어 상기 직류전원을 제공받는 LED회로기판과 상기 LED 회로기판의 앞면에 장착되어 상기 직류전원에 의해 발광하는 복수의 LED 소자들을 포함하는 LED 배열판과, 복수의 렌즈들이 한 몸체의 판을 이루면서 상기 복수의 LED 소자들과 대응되는 위치에서 돌출된 형태로 배치되고 상기 LED 배열판의 앞면에 포개져 상기 복수의 렌즈들이 상기 LED소자들을 하나씩 덮어 상기 LED 소자들로부터의 광빔을 원하는 각도로 굴절시켜주는 렌즈배열판과, 그리고 상기 LED 회로기판의 뒷면에 밀착접촉되어 법선방향으로 돌출되어 상기 LED배열판의 열을 상기 하부 수납공간의 상방으로 신속히 방출하는 금속제 방열부재가 상하로 적층된 하나의 조립체를 이루며, 상기 하부 수납공간 내에 상기 렌즈배열판이 상기 강화유리와 근접 대면하게 수납된 광원모듈을 구비하여,
    상기 수납공간 내의 상기 회로모듈, 상기 회로모듈커버, 상기 광원모듈을 완전 포위하는 상기 램프바디와 상기 바디커버가 형성하는 포위구조체는 외기가 들어와서 잔류할 수 있는 공간을 제공하지 않는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈배열판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonates: PC)를 원료로 사용하여 사출로 만든 사출물인 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 렌즈배열판은 상기 복수의 렌즈들을 에워싸면서 상기 복수의 렌즈들보다 더 높게 돌출된 테두리 가지며, 상기 테두리가 상기 강화유리와 맞닿으므로 인해 상기 복수의 렌즈들과 상기 강화유리 사이는 이격되어 공기의 유동이 가능한 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 렌즈들 각각은 상기 LED 소자와 대면하는 쪽에는 상기 LED 소자가 삽입되는 곡면형 요홈이 마련되고 반대쪽은 돔형상인 볼록렌즈이고, 상기 복수의 렌즈들은 상기 복수의 LED 소자들로부터 나오는 광빔을 국지 면적에 집중 조명하도록 굴절시켜주는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바디커버 프레임은, 상기 강화유리의 테두리 둘레부분을 받쳐주고 서로의 접합면은 밀폐된 환형 받침부와, 상기 받침부의 바깥 테두리에서 수직 상방으로 절곡된 수직부와, 상기 조립체를 상기 강화유리 쪽으로 눌러주는 클램핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방열부재는 상기 LED 회로기판의 뒷면과 열전도가 가능하게 밀착 결합된 금속제 방열기판과, 하부가 상기 방열기판에 직접 접촉되어 있고 상부가 상기 LED 배열판과 상기 회로모듈커버 사이의 공간으로 돌출되어 전체가 방사상 배치를 이루는 금속제로 된 복수의 방열날개들을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 방열날개들의 방사상 배치에 의해, 상기 방열부재와 상기 회로모듈커버 사이의 공간에서 공기가 '상기 복수의 방열날개들의 중심부에서 상승 -> 상기 회로모듈커버의 저면을 타고 상기 램프바디까지 방사상으로 퍼져나감 -> 상기 방열기판의 상면을 타고 상기 복수의 방열날개들 사이를 따라 방사상으로 상기 복수의 방열날개들의 중심부로 모이는 공기순환흐름'이 강제되는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회로모듈커버는 열전도성이 낮은 플라스틱 수지로 만든 것이며, 상기 방열부재가 상방으로 발산한 열은 상기 공기순환흐름을 통해 상기 하부 수납공간을 포위하는 상기 램프바디의 부분에 직접 전달되어 상기 램프바디의 외부로 발산되는 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  9. 제6항에 있어서, 상기 복수의 방열날개들 각각은 손잡이 부분과, 상기 손잡이 부분보다 더 높이 돌출된 빗살 부분, 그리고 상기 손잡이 부분과 정반대 쪽의 라운드형 돌출부분으로 구성된 빗형(comb-type)이며, 상기 복수의 방열날개들은 상기 손잡이 부분이 상기 램프바디 쪽에 배치되고 상기 빗살 부분이 위쪽으로 향하며 상기 라운드형 돌출부분이 상기 방열기판의 중심부에 원통형 빈공간을 형성하도록 설치된 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 램프바디와 상기 바디커버프레임은 바깥 표면에 방열표면적을 넓히기 위한 다수의 돌출부재가 마련된 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회로모듈은 열전도성 몰딩재로 상기 인쇄회로기판 위의 상기 회로부품들을 모두 덮는 몰딩처리를 하여 상기 회로모듈커버의 바닥에 고정된 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
  12. 제11항에 있어서, 상기 열전도성 몰딩재는 실리콘과 규소의 혼합물인 것을 특징으로 하는 밀폐구조로 된 방폭형 LED 조명기구.
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