KR101286698B1 - 방열구조를 개선한 led 램프 - Google Patents

방열구조를 개선한 led 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 램프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열구조를 개선하여 방열효과가 우수한 LED 램프에 관한 것이다.
본 발명의 방열구조를 개선한 LED 램프는 저면에 LED 모듈이 장착된 방열판과, 방열판의 상면에 설치되어 상기 방열판으로부터 열을 전달받는 열전달체와, 열전달체의 주위에 방사상으로 배치되어 상기 열전달체로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 방열핀들을 구비하고, 상기 열전달체는 외주면에 상기 방열핀들이 결합하는 중공구조의 하우징과, 상기 하우징의 내주면에 접촉되도록 상기 하우징의 내부에 설치되는 중공구조의 방열파이프와, 상기 방열파이프의 내부에 설치되며 상기 방열파이프보다 열전도율이 낮은 소재로 형성되어 상기 방열판으로부터 전달되는 열이 상기 방열파이프의 바깥 방향으로 흐르도록 유도하는 코어부재를 구비한다.

Description

방열구조를 개선한 LED 램프{LED lamp improved radiant heat}
본 발명은 LED 램프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열구조를 개선하여 방열효과가 우수한 LED 램프에 관한 것이다.
일반적으로 조명을 위해 사용되는 등기구는 형광등, 백열등 이외에 공장등, 가로등, 보안등과 같은 다양한 형태로 사용되고 있다. 최근 전력 소모량이 적으면서 사용 수명이 반 영구적으로 제공되는 등의 장점 때문에 엘이디(LED)를 이용한 등기구가 많이 사용되고 있다.
엘이디를 이용한 등기구는 주로 다수의 엘이디가 실장된 기판을 이용하여 조명을 행하되, 상기 엘이디의 발생열이 높아 장치의 부하가 심각하게 발생하므로 소비 전력을 높이는데 한계가 있어 실제 이용상의 제약을 갖는 문제점이 있었다. 이 때문에 종래 엘이디를 이용한 등기구는 방열 구조를 기본적으로 채택하고 있다.
종래에는 엘이디 광원으로부터 방출시키기 위해 방열핀이나 방열돌기와 같은 구조의 방열구조를 취하거나, 각 방열핀이나 방열돌기에 요철부 등을 형성하여 방열면적을 넓힘으로써 공기와의 접촉면적을 확대하여 방열 성능을 높이고자 하고 있다.
대한민국 공개특허 제 1020120126286호에는 엘이디 조명등이 개시되어 있다. 상기 개시된 엘이디 조명등은 엘이디를 수용하는 내부공간이 형성되어 있는 방열케이스와, 방열케이스의 상부에 연결되는 방열파이프와, 방열파이프의 내부에 수용되어 엘이디로 전원을 인가하는 전원공급부와, 방열파이프의 외주면부에 부착되어 방열케이스로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 보조 방열부를 포함한다.
상기 엘이디 조명등은 복수의 방열판으로 열을 전달하는 방열파이프의 내부가 비어 있어 방열효과가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 엘이디 조명등은 엘이디의 소비전력에 따라 보조방열부의 크기를 조절할 수 있도록 보조방열부와 파이프가 분리될 수 있는 구조를 가진다. 하지만, 이러한 방법은 보조방열부 전체를 바꿔야 하므로 교환작업이 불편하고, 다양한 크기의 보조방열부를 제작하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 엘이디 모듈로부터 발생된 열을 방사상으로 형성된 방열핀으로 전달하는 열전달체의 구조를 개선하여 방열효과를 향상시킬 수 있는 LED 램프를 제공하는 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 열전달체로부터 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열핀의 개수를 엘이디 모듈의 열량에 따라 간편하게 조절할 수 있는 LED 램프를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방열구조를 개선한 LED 램프는 저면에 LED 모듈이 장착된 방열판과; 상기 방열판의 상면에 설치되어 상기 방열판으로부터 열을 전달받는 열전달체와; 상기 열전달체의 주위에 방사상으로 배치되어 상기 열전달체로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 방열핀들;을 구비하고, 상기 열전달체는 외주면에 상기 방열핀들이 결합하는 중공구조의 하우징과, 상기 하우징의 내주면에 접촉되도록 상기 하우징의 내부에 설치되는 중공구조의 방열파이프와, 상기 방열파이프의 내부에 설치되며 상기 방열파이프보다 열전도율이 낮은 소재로 형성되어 상기 방열판으로부터 전달되는 열이 상기 방열파이프의 바깥 방향으로 흐르도록 유도하는 코어부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 코어부재는 물유리로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 방열핀들은 공기의 유동성을 증대시키기 위한 다수의 통기홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 LED 모듈에서 발생되는 열량에 따라 상기 방열핀들의 개수를 조절할 수 있도록 상기 방열핀들을 상기 하우징에 탈부착이 가능하도록 결합시키는 핀결합수단;을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 핀결합수단은 상기 각 방열핀의 가장자리가 결합할 수 있도록 상기 하우징의 외주면에 상하로 길게 형성된 다수의 삽입슬롯과, 상기 하우징의 상부 외주면에서 상기 하우징의 바깥 방향으로 수평하게 형성되어 상기 삽입슬롯에 결합된 방열핀의 상부를 지지하는 상부지지패널과, 상기 하우징의 하부 외주면에서 상기 하우징의 바깥 방향으로 수평하게 형성되어 상기 삽입슬롯에 결합된 방열핀의 하부를 지지하는 하부지지패널을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 방열핀이 상기 삽입슬롯을 따라 상하로 이동가능하도록 상기 방열핀의 가장자리에 상하로 길게 형성되어 상기 삽입슬롯에 삽입되는 더브테일 형상의 걸림부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 엘이디 모듈로부터 발생된 열을 방열핀으로 전달하는 열전달체의 내부에 열전도율이 낮은 코어부를 형성하여 열의 전달을 열전달체의 바깥 방향으로 유도함으로써 방열효과가 우수하다.
또한, 핀결합수단에 의해 각각의 방열핀을 하우징에 탈부착 가능하도록 결합시키므로 엘이디 모듈에서 발생되는 열량에 따라 방열핀의 개수를 간편하게 조절할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 램프의 측면도이고,
도 2는 도 1의 분리사시도이고,
도 3은 도 1의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 4는 도 1의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방열구조를 개선한 LED 램프에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 LED 램프는 크게 LED 모듈(1)이 장착된 방열판(10)과, 방열판(10)으로부터 열을 전달받는 열전달체와, 열전달체로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 방열핀(70)을 구비한다.
방열판(10)은 원판 형상으로 이루어진다. 방열판(10)은 동이나 알루미늄 등의 금속 소재 또는 열 전도율이 우수한 세라믹 소재로 만들어질 수 있다. 방열판(10)의 저면에는 LED 모듈(1)이 장착된다. LED 모듈(1)은 발광다이오드(LED)와, 발광다이오드가 특정패턴으로 표면 실장된 PCB기판(3)으로 이루어진다. LED 모듈(1)은 수지(2)로 몰딩되어 있다. 도시되지 않았지만 LED 모듈(1)은 전원과 전기적으로 연결된다. 방열판(10)의 저면에 장착되는 LED 모듈(1)은 링 형태의 고정브라켓트(5)와 고정나사(6)에 의해 후술할 하부지패널(50)에 고정된다.
조명용으로 이용하는 발광다이오드는 통상적으로 고휘도의 광을 조사하므로 작동시 고온의 열이 생성된다. 발광다이오드에서 발생하는 고온의 열은 방열판(10)으로 전달된다. 방열판으로 전달된 열은 열전달체를 통해 방열핀(70)으로 전달된다.
열전달체는 방열판(10)의 상면에 설치된다. 열전달체는 원기둥 형상으로 이루어진다. 이 외에도 열전달체는 사각, 오각 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 열전달체는 방열판(10)으로부터 열을 전달받아 방열핀(70)으로 열을 전달하는 역할을 하다.
방열핀(70)은 열전달체의 주위에 방사상으로 배치된다. 방열핀(70)은 다수가 일정한 간격으로 배치된다. 방열핀(70)은 열 전도율이 좋은 알루미늄이나 동 소재로 만들어질 수 있다.
방열핀(70)으로 열을 효과적으로 전달하기 위해 본 발명에서 열전달체는 열전도율이 서로 다른 3가지의 소재를 이용하여 형성한다.
가령, 열전달체의 일 예로 원통형의 하우징(40)과, 하우징(40) 내부에 설치된 원통형의 방열파이프(20)와, 방열파이프(20)의 내부에 설치된 봉 형상의 코어부재(30)로 이루어진다. 따라서 열전달체의 중심에는 코어부재(30)가 위치하고, 코어부재(30)의 바깥에는 방열파이프(20)가 위치하고, 방열파이프(20)의 바깥에는 하우징(40)이 위치한다. 이와 같이 열전달체는 도 3에 잘 나타난 것처럼 하우징(40), 방열파이프(20), 코어부재(30)가 동심원상으로 배치되는 구조를 갖는다.
하우징(40)은 알루미늄 소재를 이용하여 원통형으로 형성된다. 하우징(40)은 상부 및 하부가 개방되고 내부가 비어있는 중공구조이다. 하우징(40)의 하단부는 방열판(10)의 상면과 접촉된다.
방열파이프(20)는 원통형으로 형성된다. 바람직하게 방열파이프(20)는 하우징(40)보다 더 높은 열전도율을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 소재의 예로 동(copper) 소재를 이용할 수 있다. 동은 알루미늄보다 열전도율이 더 높다.
방열파이프(20)는 내부가 비어 있는 중공구조이다. 방열파이프(20)의 하부는 막혀 있고 상부는 개방되어 있다. 방열파이프(20)는 하우징의 내부에 삽입되어 설치된다. 방열파이프(20)는 하우징(40) 내부에 설치된 상태에서 외주면이 하우징(40)의 내주면에 접촉되어 있다. 그리고 방열파이프(20)의 하단부는 방열판(10)의 상면과 접촉된다.
코어부재(30)는 방열파이프(20)의 내부에 설치된다. 코어부재(30)는 원기둥 형상으로 형성된다. 코어부재(30)의 직경은 방열파이프의 내경과 동일하거나 약간 작다. 코어부재(30)는 방열파이프(20)보다 열전도율이 낮은 소재로 형성된다. 또한, 코어부재(30)는 하우징(40)보다 열전도율이 더 낮다. 바람직하게 코어부재(30)의 소재로 물유리를 이용할 수 있다. 가령, 이산화규소(SiO2)함량 30 내지 35중량%, 점도 600CP(20℃)인 물유리를 이용할 수 있다.
물유리를 이용하여 방열파이프(20) 내부에 코어부재(30)를 형성하기 위한 방법의 일 예로, 액상의 물유리를 방열파이프(20)의 내부에 채운 후 고온의 열(600~800℃)을 가해 소결시켜 물유리를 고체상태로 경화시킨다. 물유리는 비용이 매우 저렴한 소재라는 점에서 열전도율이 낮은 다른 소재에 비해 비용면에서 매우 유리하다. 또한, 방열파이프에 액체상태의 물유리를 채운 후 열을 가해 고체상태로 경화시킬 수 있으므로 방열파이프(20)의 형상이 복잡하더라도 내부에 꽉 차게 코어부재(30)를 형성시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 물유리를 소결시킨 코어부재 는 내부에 많은 기공이 형성되므로 열전도율을 더욱 낮출 수 있다.
물유리 소재로 형성된 코어부재(30)는 동 소재로 만들어진 방열파이프(20)에 비해 열전도율이 매우 낮다. 이러한 코어부재(30)는 방열파이프(20) 내부에 설치되므로 방열파이프(20)의 내부를 통해 열이 전달되는 것을 최대한 억제시킨다. 따라서 대부분의 열은 코어부재(30)를 둘러싸는 방열파이프(20)를 따라 방열파이프(20)의 바깥 방향으로 흐른다. 방열파이프(20)를 따라 확산되는 열은 하우징(40)을 통해 방열핀(70)으로 전달된다.
이와 같이 본 발명은 방열판(10)으로부터 전달된 열은 코어부재(30)보다 열전도율이 훨씬 더 높은 방열파이프(20)를 따라 확산되는 구조를 가지므로 방열핀을 통한 열 방출효과가 우수하다.
하우징(40)에 결합된 방열핀(70)은 사각의 얇은 판으로 이루어진다. 방열핀(70)은 다수가 하우징(40)의 외주면에 결합되어 하우징(40)을 중심으로 하는 방사상을 이룬다.
방열핀(70)에는 다수의 통기홀(75)이 형성되는 것이 바람직하다. 통기홀(75)은 LED 모듈에서 발생하는 열량에 의해 적당한 크기와 갯수로 조절될 수 있다. 통기홀(75)은 하우징(40) 주위에서 공기의 유동성을 증대시켜 방열효과를 향상시킨다.
한편, 본 발명은 LED 모듈에서 발생되는 열량에 따라 방열핀들(70)의 개수를 자유롭게 조절할 수 있도록 핀결합수단이 구비된다. 핀결합수단에 의해 방열핀(70)은 하우징(40)에 용이하게 탈부착이 가능하다.
도시된 핀결합수단은 각 방열핀(70)의 가장자리가 결합할 수 있도록 하우징의 외주면에 상하로 길게 형성된 다수의 삽입슬롯(45)과, 하우징(40)의 상부 외주면에서 하우징(40)의 바깥 방향으로 수평하게 형성되는 상부지지패널(60)과, 하우징(40)의 하부 외주면에서 하우징(40)의 바깥 방향으로 수평하게 형성되는 하부지지패널(50)로 이루어진다.
각 삽입슬롯(45)은 하우징(40)의 상단에서 하단까지 연속되도록 형성된다. 삽입슬롯들(45)은 하우징(40)의 외주면에 등간격으로 형성된다. 삽입슬롯(45)은 하우징(40)의 바깥에서 내측으로 진행할수록 폭이 점진적으로 넓어지는 더브테일(dovetail) 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
각 방열핀(70)의 가장자리는 삽입슬롯(45)에 삽입되어 하우징(40)에 결합된다. 이를 위해 방열핀(70)의 일측 가장자리에는 삽입슬롯(45)에 삽입되는 걸림부(77)가 마련된다. 걸림부(77)는 방열핀(70)의 가장자리에 상하로 길게 형성된다. 걸림부(77)는 삽입슬롯(45)의 형상과 대응되는 더브테일 형상으로 이루어진다. 따라서 방열핀(70)의 걸림부(77)는 삽입슬롯(45)을 따라 상하로 이동이 가능하다. 이러한 걸림부(77)와 삽입슬롯(45)의 구조에 의해 방열핀(70)이 하우징(40)의 바깥 방향으로 잡아당겨도 하우징(40)으로부터 방열핀(70)이 이탈되지 않는다 .
상부지지패널(60)은 하우징(40)과 일체로 형성될 수 있다. 상부지지패널(60)은 하우징(40)의 삽입슬롯(45)에 결합된 방열핀(70)의 상부를 지지하는 역할을 한다. 상부지지패널(60)에는 나사홈이 형성되어 있어 볼트에 의해 회로박스(80)와 결합된다. 회로박스(80)에는 전원 케이블선이 외부로부터 연장되어 연결된다. 회로박스(80)와 LED모듈(1)은 전기적으로 연결된다.
하부지지패널(50)은 하우징(40)의 하부에 탈부착이 가능하도록 하우징(40)에 결합된다. 하부지지패널(50)은 삽입슬롯(45)에 결합된 방열핀(70)의 하부를 지지하는 역할을 한다. 하우징(40)의 중앙에는 원형의 삽입홀이 형성된다. 삽입홀에는 상술한 방열판(10)이 배치된다. 고정나사(6)는 LED모듈(1)의 고정브라켓트(5)와 하우징(50)에 형성된 관통홀을 순차적으로 통과하여 하우징(40)의 하단부에 나사결합된다. 하부지지패널(50)은 하우징(20)에 방열핀(70)을 모두 결합시킨 후 하우징(20) 하부에 고정나사(6)로 결합된다.
하부지지패널(50)에는 도 1에 나타난 것처럼 반사갓(9)이 결합될 수 있다.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: LED모듈 10: 방열판
20: 발열파이프 30: 코어부재
40: 하우징 50: 하부지지패널
60: 상부지지패널 70: 방열핀

Claims (6)

  1. 저면에 LED 모듈이 장착된 방열판과;
    상기 방열판의 상면에 설치되어 상기 방열판으로부터 열을 전달받는 열전달체와;
    상기 열전달체의 주위에 방사상으로 배치되어 상기 열전달체로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 방열핀들;을 구비하고,
    상기 열전달체는 외주면에 상기 방열핀들이 결합하는 중공구조의 하우징과, 상기 하우징의 내주면에 접촉되도록 상기 하우징의 내부에 설치되는 중공구조의 방열파이프와, 상기 방열파이프의 내부에 설치되며 상기 방열파이프보다 열전도율이 낮은 소재로 형성되어 상기 방열판으로부터 전달되는 열이 상기 방열파이프의 바깥 방향으로 흐르도록 유도하는 코어부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코어부재는 물유리로 형성된 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 방열핀들은 공기의 유동성을 증대시키기 위한 다수의 통기홀이 형성된 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 LED 모듈에서 발생되는 열량에 따라 상기 방열핀들의 개수를 조절할 수 있도록 상기 방열핀들을 상기 하우징에 탈부착이 가능하도록 결합시키는 핀결합수단;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 핀결합수단은 상기 각 방열핀의 가장자리가 결합할 수 있도록 상기 하우징의 외주면에 상하로 길게 형성된 다수의 삽입슬롯과, 상기 하우징의 상부 외주면에서 상기 하우징의 바깥 방향으로 수평하게 형성되어 상기 삽입슬롯에 결합된 방열핀의 상부를 지지하는 상부지지패널과, 상기 하우징의 하부 외주면에서 상기 하우징의 바깥 방향으로 수평하게 형성되어 상기 삽입슬롯에 결합된 방열핀의 하부를 지지하는 하부지지패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 방열핀이 상기 삽입슬롯을 따라 상하로 이동가능하도록 상기 방열핀의 가장자리에 상하로 길게 형성되어 상기 삽입슬롯에 삽입되는 더브테일 형상의 걸림부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 개선한 LED 램프.


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KR1020130046678A KR101286698B1 (ko) 2013-04-26 2013-04-26 방열구조를 개선한 led 램프

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