KR101249609B1 - 히트 싱크가 장착된 눈부심 방지 반사형 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

히트 싱크가 장착된 눈부심 방지 반사형 ｌｅｄ 조명 장치 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 발광 다이오드 ("LED"), LED에 대한 후방 반사 수집 광학계, 및 광 장애 및 눈부심을 최소화하면서 LED로부터 생성되는 효율적인 방열을 조성하는 개선된 히트 싱크 장착 장치를 이용하는 조명 장치가 제공된다. 조명 장치는, 메인 하우징; 상기 메인 하우징 내에 배치되고, 전면 및 후면을 갖는 반사기; 상기 메인 하우징의 일 단부에 열적으로 결합되는 상부 림; 상기 반사기의 전면을 마주 보도록 위치되고, 상기 상부 림에 열적으로 결합되는 열 파이프를 포함하는 열 전도 물체; 상기 열 전도 물체에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는데, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 반사기의 전면으로 지향되도록 상기 반사기의 전면에 바로 마주 보도록 위치된다.

Description

히트 싱크가 장착된 눈부심 방지 반사형 ＬＥＤ 조명 장치{NON-GLARE REFLECTIVE LED LIGHTING APPARATUS WITH HEAT SINK MOUNTING}
이 PCT 출원은 2008년 5월 23일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/055,858호, 2008년 5월 30일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/057,289호, 및 2008년 11월 26일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/118,202호의 35 U.S.C. § 119(e)에 의해 우선권을 청구하며, 이의 모두는 여기서 참조로 포함된다.
이 출원에서는 수개의 특허 및 참고 문헌이 참조된다. 이들 특허 및 참고 문헌의 명세서는 전적으로 이 출원에 참조로 포함된다.
본 발명은 전기 조명 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 특히, 하나 이상의 단일 칩 또는 멀티칩 발광 다이오드 ("LED"), LED에 대한 후방 반사 수집 광학계(collection optics), 및 광 장애 및 눈부심을 최소화하면서 LED로부터 생성되는 효율적인 방열을 조성하는 개선된 히트 싱크 장착 장치를 이용하는 조명 장치에 관한 것이다.
수년 동안, 사람들은 실내 조명 관심사를 다루기 위하여 통상의 백열 또는 형광 조명 장치를 이용하였다. 그러나, 이와 같은 조명 장치는 많은 결점을 갖고 있다. 예컨대, 대중적인 AR111 할로겐 장치는 다음과 같은 결점, 즉 할로겐 전구의 라인 사이트(line sight) 내의 금속 차폐부(metal shield)의 배치, 및 할로겐 전구로부터의 눈부심을 방지할 시의 효율성의 제한으로 인해 비교적 고 전력 소비, 방열의 비효율성을 갖고 있다.
최근에는, 많은 LED 조명 장치는 AR111 할로겐 장치 뿐만 아니라, 다른 통상의 백열 또는 형광 조명 장치을 대신하도록 설계되었다. 전형적으로, 이와 같은 LED 조명 장치에서, LED 광원은 반사기로부터 외부로 발광하는 반사기의 중심에 위치된다. 게다가, 하나 이상의 반사기로부터 외부로 발광하는 다수의 LED를 사용하는 PAR38과 같은 LED 조명 장치가 있다. 이들 구성은 좁은 빔각을 달성할 수 없고, LED 광원으로부터 관찰자들이 차폐되지 않으므로 상당한 눈부심을 생성시킨다. 더욱이, 이들 구성은 열을 비효율적으로 분배하여, 이들 구성에서 고전력의 LED의 사용을 실제 금지시킨다.
이들 문제를 다루기 위해, LED 광원의 방향으로 광을 반사시키는 미러 또는 반사면을 이용하는 기존 방식과 다른 LED 조명 장치가 개시되었다. 예컨대, 명칭이 "열 파이프를 가진 발광 다이오드 반사기 조립체"인 McCullough 등의 미국 특허 제6,976,769호, 명칭이 "후방 반사 LED 광원"인 Jacobson 등의 미국 특허 제7,246,921호, 및 명칭이 "고상 자동차 조명용 열 관리 시스템"인 Magna International Inc.의 PCT 국제 공개 번호 제WO 2006/033998호를 참조한다.
상기의 견지에서, 본 기술 분야를 더욱 개선시킬 필요성이 존재한다. 특히, 눈부심을 제거하거나 감소시키고, 개선된 콤팩트형 열 전도 조립체를 가진 LED 조명 장치에 대한 필요성이 존재하며, 이런 열 도전 조립체는 이와 같은 조립체에 필요로 되는 부품의 수 및 광 경로의 장애를 최소화하면서 (고전력의 LED와 같은) LED로부터 생성되는 효율적인 방열을 갖는다.
본 발명의 양태에 따르면, 조명 장치는, 메인 하우징; 상기 메인 하우징 내에 배치되고, 전면 및 후면을 가진 반사기; 상기 메인 하우징의 일 단부에 열적으로 결합되는 상부 림(top rim); 상기 반사기의 전면을 마주 보도록 위치되고, 상기 상부 림에 열적으로 결합되는 열 파이프를 포함하는 열 전도 물체; 상기 열 전도 물체에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는데, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 반사기의 전면으로 지향되도록 상기 반사기의 전면을 직접 마주 보도록 위치된다. 적어도 하나의 LED로부터 방출되는 광은, 실질적으로 또는 전적으로 반사기의 전면으로 지향되고, 적어도 하나의 LED 및 열 전도 물체를 지나 반사기의 전면에서 실질적으로 또는 완전히 반사된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 열 전도 물체는 실질적으로 S 형상이고, 바 형상(bar-shaped)인 중간 부분 및, 상기 중간 부분에서 연장한 곡면 날개(curved wing) 부분을 포함하며, 이들 곡면 날개 부분의 각각은 상기 상부 림에 결합된다. 열 전도 물체의 중간 부분은 또한 실질적으로 바 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 열 전도 물체는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 상기 상부 림으로 흐르는 열을 위한 경로를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 반사기는 중앙 광축을 가지며, 조명 장치는, 상기 열 전도 물체에 결합되고, 상기 반사기의 중앙 광축에서나 근처에 위치되며, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 열적으로 결합되는 장착 플랫폼을 더 포함한다. 상기 장착 플랫폼은 구리, 알루미늄 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 열 전도 물체는 바 형상인데, 상기 열 전도 물체의 하나 이상의 단부는 상기 상부 림에 열적으로 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 반사기는 중앙 광축을 가지는데, 상기 열 전도 물체의 일 단부는 상기 반사기의 중앙 광축에서나 근처에 위치되고, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 열적으로 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는 상기 열 전도 물체의 적어도 상당한 부분에 결합되는 금속 클래딩을 더 포함한다. 상기 금속 클래딩은 스테인레스 강, 알루미늄, 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 반사기는 쌍곡선, 타원 또는 포물선의 형상이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상부 림은 원형이고, 알루미늄, 구리, 아연 또는 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 메인 하우징은 실질적으로 원추대(frustoconical) 형상이고, (알루미늄, 구리, 아연 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은) 열적 전도성 재료로 만들어진다. 메인 하우징은 하나 이상의 방열 핀을 포함할 수 있다. 상기 메인 하우징은 또한 원통 또는 정육면체 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는 상기 메인 하우징에 결합된 플라스틱 하우징; 및 상기 플라스틱 하우징에 결합된 램프 베이스를 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 램프 베이스는 E26 램프 베이스, GU10 램프 베이스, E27 램프 베이스, 또는 GU24 램프 베이스이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 열적으로 결합되는 장착 플레이트; 및 상기 장착 플레이트 및 상기 열 전도 물체에 열적으로 결합되는 장착 플랫폼을 더 포함한다. 상기 장착 플레이트는 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는 상기 상부 림에 결합되는 유리 커버를 더 포함하는데, 상기 유리 커버는 적어도 외부 환경으로부터 상기 반사기, 상기 열 전도 물체, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 덮는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는, 일반적으로 원추대 형상을 갖는 메인 하우징; 상기 메인 하우징 내에 배치되고, 전면, 후면 및 중앙 광축을 가진 원뿔 형상의 반사기; 상기 메인 하우징에 결합되는 원형 상부 림; 상기 원뿔 형상의 반사기의 전면을 마주 보도록 위치되는 실질적으로 S 형상의 열 파이프로서, 상기 원뿔 형상의 반사기의 중앙 광축에서나 근처에 위치되는 장착 플래폼을 포함하는 중간 부분, 및 상기 중간 부분의 각 단부에 제각기 결합되고, 상기 상부 림 내에 결합되는 2개의 곡면 날개 부분을 포함하는 실질적으로 S 형상의 열 파이프; 상기 장착 플랫폼에 열적으로 결합되고, 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 원뿔 형상의 반사기의 전면으로 지향되도록 상기 원뿔 형상의 반사기의 전면을 직접 마주 보도록 위치되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치는 적어도 하나의 발광 다이오드 및 장착 플랫폼에 결합되는 금속 코어 PCB를 더 포함한다.
본 발명을 예시하기 위해, 도면들은 현재 바람직한 형태를 반영하지만, 본 발명은 도면에 의해 도시된 정확한 형태로 제한되지 않는 것으로 이해된다.
도 1은 본 발명의 양태에 따른 조명 장치의 상부측으로부터의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 조명 장치의 하부측으로부터의 사시도이다.
도 3은 도 3에 도시된 조명 장치의 하부측으로부터의 "X-레이" 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 조명 장치의 상부측으로부터의 단면 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 조명 장치의 하부측으로부터의 단면 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 조명 장치의 단면도이다.
도 7은 (http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Heat_Pipe_Mechanism.png로부터의) 알려진 열 파이프의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 양태에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 조명 장치의 하부측으로부터의 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 조명 장치의 단면 사시도이다.
도 11은 도 8에 도시된 조명 장치의 다른 단면 사시도이다.
도 12는 도 8에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 13은 도 8에 도시된 조명 장치의 분해 단면도이다.
도 14는 본 발명의 양태에 따라 직접 결합된 LED를 가진 열 전도 물체 (클래드형(cladded) 열 파이프)의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 양태에 따라 직접 결합된 LED를 가진 열 전도 물체 (넌클래드형(non-cladded) 열 파이프)의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 양태에 따른 (S 형상의 열 전도 물체를 포함하는) 조명 장치의 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 조명 장치의 측면도이다.
도 18은 도 16에 도시된 조명 장치의 단면 사시도이다.
도 19는 도 16에 도시된 조명 장치의 (금속 클래딩, S 형상의 열 도전 몸체, 장착 플랫폼, 장착 플레이트, 및 LED를 포함하는) 히트 싱크 장착 장치 및 상부 림의 분해 사시도이다.
도 20은 도 16에 도시된 조명 장치의 (유리 커버가 없는) 상부측으로부터의 사시도이다.
도 1-6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양태에 따르면, 조명 장치(1)는 상부 림(3)에 결합되는 반사기(4)를 가지는데, 상기 상부 림(3)은 열 전도 물체(2)에 결합된다. 열 전도 물체(2)는, 클래딩(9)에 의해 클래드되는 열 파이프(8), 및 반사기(4)의 전면과 대향하여 마주 보는 열 전도 물체(2)의 한 측면 상에 위치되는 장착 플랫폼(5)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, LED(6)는 장착 플랫폼(5)에 결합되는 금속 코어 인쇄 회로 기판 ("PCB")(7)에 결합된다. 장착 플랫폼(5)은, 그것이 기존의 조명 장치에 관하여 LED로부터 눈부심 방지 보호를 증대시키는 식으로 (본 발명의 이 양태에서는 원형인) 형상이다.
이런 본 발명의 양태에서, LED(6)는 반사기(4)의 중앙 광축(300)에서나 근처에 배치되고, LED(6)로부터 방출되는 광이 실질적으로 또는 완전히 반사기(4)의 전면으로 지향되도록 위치되며; 이에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 반사기(4)가 LED(6)로부터 방출되는 광을 수집 및 시준(colliminate)하여, LED(6) 및 열 전도 물체(2)를 지나 시준된 광을 반사기(4)로부터 반사시키도록 한다. 열 전도 물체(2)는 평평한 좁은 구조로 인해 반사기(4)로부터 유출하는 반사되고 시준된 광을 조금만 차단한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열 전도 물체(2)의 평평한 좁은 구조는 반사기(4)로부터 유출하는 반사되고 시준된 광에 대한 작은 단면을 생성시킨다.
본 발명의 이런 양태에서, LED(6)로부터 생성되는 열은 조명 장치를 통해 다음의 열 경로: 금속 코어 PCB(7), 장착 플랫폼(5), 클래딩(9), 열 파이프(8), 클래딩(9), 및 상부 림(3) 및 반사기(4)로 이동한다. LED(6)로부터 생성되는 열은 또한 금속 코어 PCB(7), 장착 플랫폼(5), 클래딩(9), 열 파이프(8), 및 상부 림(3) 및 반사기(4)를 통해 이동할 수 있다. 상부 림(3) 및 반사기(4)는 히트 싱크로서 작용한다.
본 발명의 다른 양태는 도 8-13에 도시된다. 특히, 조명 장치(50)는 상부 림(52)에 결합되는 반사기(53)를 포함하는데, 상부 림(52)은 열 전도 물체(51)에 결합된다. 열 전도 물체(51)는, 클래딩(59)에 의해 클래드되는 열 파이프(56), 및 반사기(53)와 대향하여 마주 보는 열 전도 물체(51)의 한 측면 상에 위치되는 장착 플랫폼(54)을 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, LED(55)는 장착 플랫폼(54)에 결합되는 금속 코어 PCB(60)에 결합된다.
본 발명의 이런 양태는 표면적을 최대화하기 위해 하나 이상의 방열 핀(58)을 가져, 방열 용량을 증대시키는 메인 하우징(57)을 포함한다. 상부 림(52), 반사기(53), 및 메인 하우징(57)은 히트 싱크로서 작용하고, 메인 하우징(57)이 제 1 히트 싱크로서 작용한다.
도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 메인 하우징(57)은 반사기 에지(63)에 결합된다. 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 반사기(53)와 메인 하우징(57) 간에는 공기 갭(62)이 있다. 공기 갭(62)의 사이즈는 반사기(53)의 사이즈에 따라 변화할 수 있다. LED(55)로부터 생성되는 열은, 금속 코어 PCB(60), 장착 플랫폼(54), 클래딩(59), 열 파이프(56), 클래딩(59), 및 상부 림(52), 반사기(53) 및 메인 하우징(57)을 통해 이동하는 것을 포함하는 열 경로로 이동한다. 열은 또한 금속 코어 PCB(60), 장착 플랫폼(54), 클래딩(59), 열 파이프(56), 및 상부 림(52), 반사기(53) 및 메인 하우징(57)을 통해 이동할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 도 18-20에 도시된다. 여기서, 조명 장치(500)는, 메인 하우징(501); 전면 및 후면을 가진 반사기(502); 메인 하우징(501)에 결합되는 상부 림(503); 반사기(502)의 전면에 위치되고, 상부 림(503)에 결합되는 열 전도 물체(1000); LED(504)로부터 방출되는 광이 실질적으로 또는 전적으로 반사기(502)의 전면으로 지향되도록 반사기(502)의 전면을 직접 마주 보고 위치되는 LED(504)를 포함한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 열 전도 물체(1000)는 실질적으로 S 형상이고, 바 형상이거나 실질적으로 바 형상인 중간 부분(1001); 및 상기 중간 부분(1001)의 각 단부에서 연장하는 곡면 날개 부분(1002 및 1003)을 포함한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 곡면 날개 부분(1002 및 1003)은 상부 림(503)에 결합되는데, 상부 림(503)은 슬롯(520 및 521)을 가지며, 슬롯(520 및 521)은, 곡면 날개 부분(1002 및 1003)이 제각기 슬롯(520 및 521) 내에 맞도록 하여, 열 전도 물체(1000)와 상부 림(503)의 커플링을 허용한다. 열 전도 물체(1000) 및 상부 림(503)은, 또한 본 기술 분야에서 알려져 있는 납땜, 열 에폭시 또는 어떤 다른 기술을 통해 결합될 수 있으며, 이들 기술은 열 전도 물체(1000)를 상부 림(503)에 결합하기 위해 이용된다.
열 전도 물체(1000)는, 반사기(502)의 중앙 광축에서나 근처에 위치되는 장착 플랫폼(530), 및 장착 플랫폼(530)과 LED(504)의 사이에 결합되는 장착 플레이트(531)를 포함한다. 열 전도 물체(1000)는 또한 중간 부분(1001) 및/또는 곡면 날개 부분(1002 및 1003)의 하나 또는 양방에 위치되는 열 파이프를 포함한다.
금속 클래딩(550)은 열 전도 물체(1000)에 결합될 수 있다. 예컨대, 도 19에 도시된 바와 같이, 열 전도 물체(1000)의 중간 부분(1001)의 상당한 부분은 금속 클래딩(550)에 결합된다. 금속 클래딩(550)은, 전기 케이블 또는 와이어를 고정하고 지향시키는데 이용될 수 있으며, 열 전도 물체(1000)의 중간 부분(1001)을 따라 상부 림(503)에서 LED(504)로 연장하며, 스테인레스 강, 알루미늄, 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부 림(503) 및 캡 림(cap rim)(509)에 결합되는 유리 커버(800)를 더 포함할 수 있다. 유리 커버(800)는, 환경 유해(environmental hazards)로부터 적어도 반사기(502), 열 전도 물체(1000), 장착 플랫폼(530), 장착 플레이트(531) 및 LED(504)를 보호한다. 유리 커버는 또한 도 1-6 및 8-13에서 설명된 본 발명의 양태와 관련하여 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 메인 하우징(501)의 하부단에 결합되는 플라스틱 하우징(700), 및 플라스틱 하우징(700)에 결합되는 램프 베이스(701)(예컨대, E26 램프 베이스, GU10 램프 베이스, E27 램프 베이스)를 포함할 수 있다.
열 전도 물체
도 4 및 11에 도시된 바와 같이, 열 전도 물체(2,51)는, 클래딩(9,59)에 의해 클래드되는 열 파이프(8,56), 및 반사기(4,53)와 대향하여 마주 보는 열 전도 물체(2,51)의 한 측면 상에 위치되는 장착 플랫폼(5,54)을 포함한다. 클래딩(9,59)은 알루미늄, 구리, 흑연 또는 아연과 같은 열적 전도성 재료로 만들어질 수 있고, 장착 플랫폼(5,54)을 포함할 수 있다. 클래딩(9,59)은, 열 파이프(8,56)의 구조적 강도를 증대시키고, 열을 LED(6,55)에서 열 파이프로 전달 및 살포할 시에 도움을 주며, 열을 열 파이프(8,56)에서 상부 림(3,52), 반사기(4,53) 및 메인 하우징(57)과 같은 히트 싱크로 전달 및 살포할 시에 도움을 주는데 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 그리고 도 19에 도시된 바와 같이, 열 전도 물체(1000)는 금속 클래딩(550)에 결합될 수 있다. 금속 클래딩(550)은 열 전도 물체(1000)의 중간 부분(1001)의 상당한 부분을 덮고, 미학적으로 열 전도 물체(1000)와 금속 클래딩(550)의 사이의 전기 케이블 또는 와이어를 고정하고, 및/또는 이와 같은 전기 케이블 또는 와이어를 LED(504)로 지향시키는데 이용된다. 금속 클래딩(550)은 스테인레스 강, 알루미늄, 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
선택적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, LED(91)는 (클래딩(93)의 장착 플랫폼(92)을 통해) 열 전도 물체(90)에 직접 부착될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 열 파이프는 클래드되지 않는다. 예컨대, 도 15는 LED(103)가 장착 플랫폼(102)에 결합되고 나서, 열 파이프(101)에 직접 결합되는 열 전도 물체(100)를 도시한다. 장착 플랫폼(102)은 원통 형상일 수 있고, 열 파이프(101)의 적어도 중심을 부분적으로 또는 완전히 쌀 수 있다.
(열 파이프(8,56,101)와 같은) 열 파이프는 순수 물로 채워지는 상당수의 공동(cavity)을 포함하는 다공성 구리로 만들어질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 열 파이프 내의 물은 열 소스로부터 열 에너지를 흡수할 시에 증기로 증발시킨다. 증발된 물은 이때 증기 공동(vapor cavity)을 따라 열 파이프의 냉각부로 이동한다. 도 7에서 (401)을 참조한다. 여기서, 증기는 빠르게 냉각하여, 유체로 액화하며, 유체는 윅(wick)에 의해 흡수되고, 열 에너지를 방출한다. 도 7에서 (402)를 참조한다. 유체는 이때 내부 공동을 따라 가열된 부분으로 복귀하고 (도 7의 (403) 참조), 상술한 열 사이클로 열 파이프를 반복한다. 열 파이프는 상술한 메카니즘을 이용하여, 열 에너지를 LED에서 상부 림(3,52), 반사기(4,53) 및 메인 하우징(57,501)과 같은 히트 싱크로 전달한다.
열 파이프는 광 흡수를 최소화하기 위해 얇은 스트립으로 (단면 방향으로) 플래튼(flatten)될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 하나 이상의 열 파이프를 가진 열 전도 물체를 포함한다. 다수의 열 파이프에 대해, 각 열 파이프는 반사기의 중앙 광축에서나 근처에 위치되는 (휠 상의 스포크(spoke on a wheel)와 같은) 중심 허브에 연결된다. 이 중심 허브는 하나 이상의 LED를 위한 장착 플랫폼으로서 작용하고, 알루미늄, 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태에서, 열 전도 물체는 반사기의 중앙축까지나 근처까지 연장하고, (도 1의 연결점(900 또는 901), 또는 도 8의 연결점(910 또는 911)과 같은) 하나만의 연결점에서 상부 림에 결합된다. 결과로서, 열 전도 물체는 도 1 및 8의 상부 림의 직경 또는 코드(chord)를 형성하지 않는다. 반사기의 중앙축에서나 근처에서, 열 전도 물체는, 장착 플랫폼에 직접 결합된 LED, 또는 금속 코어 PCB 또는 장착 플레이트에 결합되고나서, 장착 플랫폼에 결합되는 LED를 가진 장착 플랫폼을 포함한다. 본 발명의 이런 선택적 양태는 열 전도 물체에 의해 유발된 광 차단(light blockage)을 감소시켜, 방열 및 눈부심 방지를 증진시키면서, 렌즈 효율을 개선한다.
장착 플랫폼(5,54,102,530)은 알루미늄, 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열적 전도성 재료로 만들어진다. 또한, 상술한 바와 같이, 장착 플랫폼은 기존의 조명 장치에 비해 LED로부터의 눈부심 방지 보호를 증대시킨다. 본 발명에서, LED로부터의 직접 눈부심의 가능성은 제거되거나( 적어도 완화되는데), 그 이유는 (1) LED는 장착 플랫폼에 결합되고, LED로부터 방출되는 광이 실질적으로 또는 전적으로 반사기로 지향되도록 반사기에 직접 마주 보게 위치되고, (2) 장착 플랫폼이 어떤 시야각에서 LED의 직시(direct view)를 방지하는 식으로 형상을 이룬다(예컨대, 원형).
반사기
반사기(4,53,502)는 알루미늄과 같은 열적 전도성 재료로 만들어지고, 히트 싱크로서 작용한다. 선택적으로, 반사기(4,53,502)는는 플라스틱과 같은 비열적 전도성 재료로 만들어질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, LED(6)로부터 방출되는 광은 실질적으로 또는 전적으로 반사기(4)를 향해 지향되는데, 반사기(4)는 LED(6)로부터 방출되는 광을 광 빔으로 시준하고, 이 광 빔을 특정 빔각으로 반사시킨다. 빔각은 2 내지 60 반치폭 (Full Width Half Maximum) ("FWHM")도의 범위일 수 있다. 눈부심을 제거하거나 감소시키기 위해, 본 발명의 반사기(4)는 LED(6)로부터 방출되는 광을 실질적으로 또는 전적으로 수집하여, 직접 눈부심 범위(direct glare zone) (즉, 수직에 대해 대략 45 내지 85 도) 내에서 본 발명의 휘도를 제거하거나 (적어도 완화하는) 식으로 광을 재지향시키도록 설계된다.
반사기(4,53,502)는 여러 광 빔 패턴을 달성하도록 다양한 형상을 취할 수 있다. 그것은 어떤 원뿔 곡선(conic section)에서 형상을 취할 수 있고 (예컨대, 쌍곡선, 타원형 또는 포물선), 단일 또는 여러 조합, 2차원 또는 3차원 형상으로 이용될 수 있다.
LED
LED는 하나 이상의 칩을 가진 LED 모듈일 수 있다. LED는 고전력 LED일 수 있다. 하나 이상의 LED는 본 발명에서 이용될 수 있다.
LED(6,55,504)는 금속 코어 PCB(7,60) 또는 장착 플레이트(531)에 결합된다. 선택적으로, LED(91,103)는 장착 플랫폼(92 및 102)에 결합된다. LED는 금속 코어 PCB, 장착 플레이트, 또는 장착 플랫폼에 납땜될 수 있다. 본 기술 분야에 공지되어 있는 열 페이스트(thermal paste), 열 그리스(thermal grease), 납땜, 리플로 납땜(reflow soldering) 또는 어떤 다른 납땜 재료 또는 기술은 LED를 금속 코어 PCB, 장착 플레이트, 또는 장착 플랫폼에 결합하는데 이용될 수 있다.
금속 코어 PCB 또는 장착 플레이트
본 발명은 금속 코어 PCB (도 3 및 12에 도시된 금속 코어 PCB(7,60) 참조)를 포함한다. 금속 코어 PCB는 LED 회로를 포함하고, 열 전달 매체로서 작용한다. 예컨대, 금속 코어 PCB는 베이스 금속 플레이트 (대략 두께가 0.8 내지 3 mm인 구리 또는 알루미늄), (대략 두께가 0.1 mm인 베이스 금속 플레이트의 상부에 적층되는) 유전체 층, 및 (대략 두께가 0.05 내지 0.2 mm인 유전체 층의 상에 인쇄되는) 구리 회로 트랙을 포함한다.
선택적으로, 도 15 및 16에 도시된 바와 같이, 금속 코어 PCB는, 열 저항을 더 감소시켜, LED 접합 온도를 감소시키고, 최대 LED 전력을 증대시키기 위해 본 발명 내에 포함되지 않는다.
선택적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 장착 플레이트(531)가 이용되는데, 여기서, 장착 플레이트(531)는 LED(504) 및 장착 플랫폼(530)에 결합된다. 장착 플레이트는 구리 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같고, 대략 두께가 0.8 내지 3 mm인 열 전도성 재료로 만들어진다. 본 기술 분야에 공지되어 있는 (나사와 같은) 기계적 기술은 장착 플레이트를 장착 플랫폼에 결합하는데 이용되고, 고 열 전도성을 가진 열 그리스 또는 페이스트는 장착 플레이트와 장착 플랫폼의 사이에 이용될 수 있다.
상부 림 및 캡 림
상부 림(3,52,503)은 알루미늄, 구리 또는 아연 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열 전도성 재료로 만들어진다. 상부 림(3)은 제 1 히트 싱크로서 작용하고 (예컨대, 도 1 참조), 또는 상부 림(52,503)은 제 2 히트 싱크로서 작용한다(예컨대, 도 8 및 18 참조).
도 16 및 18에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유리 커버(800)를 상부 림(503)에 고정시키는데 도움을 주는 캡 림(509)을 포함한다.
메인 하우징, 플라스틱 하우징 및 램프 베이스
메인 하우징(57,501)은 알루미늄, 구리, 아연 또는 어떤 다른 고열 전도 재료와 같은 열 전도성 재료로 만들어진다. 메인 하우징(57,501)은 제 1 히트 싱크로서 작용한다(예컨대, 도 8 및 17 참조). 도 8 및 17에 도시된 바와 같이, 메인 하우징(57,501)은 하나 이상의 핀(58 또는 570)을 가질 수 있고, 및/또는 원뿐형 형상을 취해 방열 용량을 증대시키기 위해 그의 표면적을 증대시킨다. 메인 하우징(57,501)은 실질적으로 원추대 형상일 수 있다. 메인 하우징은 또한 원통 또는 정육면체 형상일 수 있다.
본 발명의 양태에서, 메인 하우징(57,501)의 일 단부는 플라스틱 하우징(700)에 결합되고, 플라스틱 하우징(700)은 램프 베이스(701) (예컨대, E26 램프 베이스, GU10 램프 베이스, E27 램프 베이스, GU24 램프 베이스)에 결합된다. 플라스틱 하우징(700)은 주요 회로 기판을 포함하고, 이와 같은 주요 회로 기판을 메인 하우징(57,501)으로부터 전기적으로 절연시킨다.
당업자는, 메인 하우징이 도 1-6에서 설명된 본 발명의 양태와 관련하여 이용될 수 있고, 플라스틱 하우징(700) 및 램프 베이스(701)는 도 1-6 및 도 8-13에 도시된 본 발명의 양태와 함께 이용될 수 있음을 알게 될 것이다.
여기에서 특정 실시예들이 예시되고 기술되었지만, 당업자는, 다양한 선택적 및/또는 등가 구성이 본 발명의 범주 내에서 도시되고 기술된 특정 실시예로 대체될 수 있음을 알게 될 것이다. 이 출원은 여기서 논의된 특정 실시예의 어떤 적응성 및 변형을 커버하도록 의도된다. 그래서, 본 발명은 청구범위 및 그의 등가에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
3, 52, 503 : 상부 림 4, 53, 502 : 반사기
5, 54, 102, 530 : 장착 플랫폼 6, 55, 504 : LED

Claims (20)

  1. 조명 장치에 있어서,
    메인 하우징(main housing);
    상기 메인 하우징 내에 배치되고, 전면 및 후면을 갖는 반사기;
    상기 메인 하우징의 일 단부에 열적으로 결합되는 상부 림;
    상기 반사기의 전면을 마주 보도록 위치되고, 상기 상부 림에 열적으로 결합되는 열 파이프를 포함하는 열 전도 물체;
    상기 열 전도 물체에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는데, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 반사기의 전면으로 지향되도록 상기 반사기의 전면을 직접 마주 보도록 위치되며,
    상기 열 전도 물체는 S 형상이고, 바 형상인 중간 부분 및, 상기 중간 부분에서 연장하는 곡면 날개 부분을 포함하며, 상기 곡면 날개 부분의 각각은 상기 상부 림에 결합되는, 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 전도 물체는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 상기 상부 림을 향해 흐르도록 열 경로를 제공하는, 조명 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사기는 중앙 광축을 가지며, 상기 조명 장치는
    상기 열 전도 물체에 결합되고, 상기 반사기의 상기 중앙 광축에 위치되며, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 열적으로 결합되는 장착 플랫폼을 더 포함하는, 조명 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 장착 플랫폼은 구리 또는 알루미늄으로 만들어지는, 조명 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 전도 물체에 결합되는 금속 클래딩(cladding)을 더 포함하는, 조명 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 금속 클래딩은 스테인레스 강, 알루미늄 또는 구리로 만들어지는, 조명 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사기는 쌍곡선, 타원 또는 포물선의 형상인, 조명 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 림은 원형이고, 열 전도성 재료로 만들어지는, 조명 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 하우징은 원추대(frustoconical), 원통 또는 정육면체 형상이고, 열 전도성 재료로 만들어지는, 조명 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 하우징은 하나 이상의 방열 핀을 포함하는, 조명 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 메인 하우징에 결합된 플라스틱 하우징; 및
    상기 플라스틱 하우징에 결합된 램프 베이스(lamp base)를 더 포함하는, 조명 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 램프 베이스는 E26 램프 베이스, GU10 램프 베이스, E27 램프 베이스, 또는 GU24 램프 베이스인, 조명 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 열적으로 결합되는 장착 플레이트; 및
    상기 장착 플레이트 및 상기 열 전도 물체에 열적으로 결합되는 장착 플랫폼을 더 포함하는, 조명 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 장착 플레이트는 구리로 만들어지는, 조명 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 림에 결합되는 유리 커버를 더 포함하는데, 상기 유리 커버는 적어도, 외부 환경으로부터 상기 반사기, 상기 열 전도 물체, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 덮는, 조명 장치.
  16. 조명 장치에 있어서,
    원추대 형상을 갖는 메인 하우징;
    상기 메인 하우징 내에 배치되고, 전면, 후면 및 중앙 광축을 가진 원뿔 형상의 반사기;
    상기 메인 하우징에 결합되는 원형 상부 림;
    상기 원뿔 형상의 반사기의 전면을 마주 보도록 위치되는 S 형상의 열 파이프로서, 상기 원뿔 형상의 반사기의 중앙 광축에 위치되는 장착 플래폼을 포함하는 중간 부분, 및 상기 중간 부분의 각 단부에 각각 결합되고, 상기 상부 림 내에 결합되는 2개의 곡면 날개 부분을 포함하는, S 형상의 열 파이프;
    상기 장착 플랫폼에 열적으로 결합되고, 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 원뿔 형상의 반사기의 전면으로 지향되도록 상기 원뿔 형상의 반사기의 전면을 직접 마주 보도록 위치되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는, 조명 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드 및 상기 장착 플랫폼에 결합되는 금속 코어 PCB를 더 포함하는, 조명 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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