KR101332334B1

KR101332334B1 - 엘이디 조명등의 방열구조 및 그것이 적용된 발광방열모듈

Info

Publication number: KR101332334B1
Application number: KR1020130013461A
Authority: KR
Inventors: 송규섭; 김광수; 안영훈; 함현욱
Original assignee: 주식회사 에이팩
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-11-22
Also published as: US20140218942A1

Abstract

본 발명은 엘이디 조명등의 방열구조 및 그것이 적용된 발광방열모듈에 관한 것이다.
본 발명의 엘이디 조명등 방열구조는, 엘이디모듈이 설치되는 조명박스의 하부에 결합되어 조명박스의 하부를 차단하도록 되어 있고, 조명박스의 내부로 외부 공기가 소통되도록 통풍홀이 천공되어 있는 채반형상의 히트싱크에 엘이디모듈이 설치되어 엘이디모듈에서 발생되는 열이 히트싱크를 통해 방출되도록 된 구조이다.
따라서 방열효율이 우수하고 종래 설치되어 있는 메탈램프 조명등의 구성요소 교체를 최소화하면서 엘이디 조명등화 할 수도 있는 특징이 있다.

Description

엘이디 조명등의 방열구조 및 그것이 적용된 발광방열모듈{COOLING STRUCTURE FOR LED LIGHTING DEVICE AND LIGHT EMITTING MODULE HAVING THE SAME}

본 발명은 발광수단인 엘이디에서 발생되는 열을 빠르게 방출하여 에너지 효율성과 발광효율이 저하되는 것을 방지하기 위한 엘이디 조명등의 방열구조에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode))는 P형과 N형 반도체의 접합 구조를 가지고, 전력을 인가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭(bandgap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전자 소자이다.

엘이디는 반응 시간이 일반 전구에 비하여 빠르고, 소비전력이 일반전구에 비해 20%수준으로 낮으며, 고효율의 조명수단으로 널리 사용되고 있다.

최근에는 가로등이나 주차장 등에 설치되는 투광등과 같은 조명등의 발광수단으로 엘이디를 사용하는 엘이디 조명등도 실용화되고 있다.

한국 특허등록 제10-0974942호 등에는 조명등의 한 종류인 엘이디 가로등의 구조에 대하여 제시되어 있다.

그런데 엘이디는 빛을 발산할 때 매우 높은 열을 발생시키며, 이러한 열이 축적될 경우 발광효율 및 에너지 효율성이 저하된다.

특히, 조명등에 사용되는 고출력 엘이디는 매우 높은 열을 발생시켜 빠르게 가열되기 때문에 신속한 방열을 통해 열을 낮추어줄 필요성이 있다.

종래의 엘이디 조명등에도 엘이디에서 발생되는 열을 빠르게 방출하여 높은 온도상태가 되는 것을 방지하기 위한 방열구조가 적용되어 있다.

그러나 종래 엘이디 조명등의 방열구조는 단순히 조명박스 내에 빛을 발산하도록 엘이디가 설치되어 있는 엘이디모듈(1)이 위치되고, 엘이디모듈(1)의 상부에 방열용 히트싱크(2)(Heat sink)가 위치된 구조로 되어 있었다.

또, 히트싱크(2)는 외부로 노출되어 있는 구조로 되어 있었다.

따라서 종래의 조명등에 구비된 방열구조는 방열효과가 기대에 미치지 못하고 시간이 경과될수록 히트싱크(2)의 방열핀과 방열핀 사이에 이물질이 끼는 등의 이유로 방열효과가 저하되는 문제점이 있었다.

또, 가로등과 같은 조명등은 초저녁부터 작동하는 경우가 많은데 이것은 엘이디 조명등에 구비된 히트싱크(2)가 낮에 태양광에 의해 상당히 높은 온도로 가열된 상태에서 엘이디가 발광하는 결과로 이어지기 때문에 발광효율 및 에너지 효율성이 기대에 미치지 못하는 문제점을 발생시켰다..

한편, 종래의 메탈램프 조명등을 엘이디 조명등화 할 때 기둥과 암을 제외한 대부분의 구성요소를 교체하고 있어 상당히 많은 비용이 소요되어 경제적 부담이 가중되는 문제점이 있었다.

또, 단순히 메탈램프만을 엘이디모듈로 교체하는 경우에는 방열효율이 매우 낮아 효율성이 기대에 미치지 못하는 문제점이 발생되었다.

한국 특허등록 제10-0974942호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 방열효율이 우수하여 발광효율 및 에너지 효율성이 우수하고, 종래 설치되어 있는 조명등의 구성요소 교체를 최소화하면서 엘이디 조명등화 할 수도 있는 엘이디 조명등의 방열구조 및 그것이 적용된 엘이디 조명등용 발광방열모듈을 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 조명박스의 하부에 결합되어 조명박스의 하부를 차단하는 채반 형상(다수 개의 홀을 갖는 용기 형상)의 히트싱크에 엘이디모듈이 설치된 방열구조를 갖도록 함으로써 방열효율이 우수하고 종래 설치되어 있는 조명등의 구성요소 교체를 최소화하면서 엘이디 조명등화 할 수도 있는 엘이디 조명등용 발광방열모듈을 제공할 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 엘이디 조명등 방열구조는, 조명박스의 하부에 결합되어 조명박스의 하부를 차단하도록 되어 있고, 외부 공기가 안쪽으로 소통되도록 측면과 하부에 통풍홀이 천공되어 있는 채반 형상의 히트싱크에 엘이디모듈이 설치되어 엘이디모듈에서 발생되는 열이 히트싱크를 통해 방출되도록 된 구조이다.

본 발명의 방열구조는, 조명박스의 하부에 결합되어 조명박스의 하부를 차단하는 채반 형상의 히트싱크에 엘이디모듈이 설치된 방열구조이므로 방열효율이 우수하고 종래 설치되어 있는 조명등의 구성요소 교체를 최소화하면서 엘이디 조명등화 할 수도 있는 특징이 있다.

특히, 히트싱크의 통풍홀을 통해 외부의 공기가 히트싱크의 안쪽으로도 소통되므로 방열효과가 우수한 특징이 있다.

또, 엘이디모듈에 접촉되거나 엘이디모듈 주변에 위치되는 부분과 엘이디모듈에서 멀어지는 방향을 향해 연장되어 엘이디모듈의 열을 히트싱크의 여러 지점으로 분산시키는 열전달체를 갖는 경우 방열효율이 더욱 우수한 특징이 있다.

도 1은 종래의 엘이디 가로등을 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명의 엘이디 조명등 방열구조를 설명하기 위한 본 발명의 발광방열모듈의 사시도
도 3은 도2에 도시된 발광방열모듈을 하부에서 본 사시도
도 4는 본 발명의 엘이디 조명등 방열구조를 설명하기 위한 본 발명의 발광방열모듈의 단면도
도 5는 본 발명의 엘이디 조명등 방열구조를 설명하기 위한 본 발명의 발광방열모듈의 평면도
도 6은 본 발명의 발광방열모듈이 조명박스와 결합된 상태를 설명하기 위한 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 엘이디 조명등에서 빛을 발산하는 구성요소인 엘이디모듈로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 엘이디 조명등의 방열구조에 관한 것이다.

따라서 통상의 엘이디 조명등 방열구조에서와 같이 열을 방출하도록 되어있는 히트싱크(20)를 갖는다.

그런데 본 발명은 방열효율이 우수하여 발광효율 및 에너지 효율성이 우수하고, 종래 설치되어 있는 메탈램프 조명등의 구성요소 교체를 최소화하면서 엘이디 조명등화 할 수도 있는 엘이디 조명등의 방열구조 및 그것이 적용된 엘이디 조명등용 발광방열모듈을 제공하려는 목적을 갖는다.

이를 위한 본 발명의 히트싱크(20)는, 조명박스(5)의 하부에 결합되어 조명박스(5)의 하부를 차단하도록 되어 있다.

또, 외부 공기가 안쪽으로 소통되도록 통풍홀(21)이 천공되어 있는 채반형상을 이룬다.

이러한 히트싱크(20)에 엘이디모듈(10)이 설치되어 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)를 통해 방출되도록 하는 방열구조를 갖는 것이다.

이러한 구조는 통풍홀(21)을 통해 외부공기가 히트싱크(20)의 안쪽으로 소통되는 것이기 때문에 방열효율이 우수하다.

또, 여름철 강한 태양광이 히트싱크(20)에 강하게 지속적으로 조사되지는 못하므로 태양광에 의해 조명등이 구동을 시작하는 초저녁까지 히트싱크(20)가 매우 높은 온도로 가열되어 있는 현상을 방지할 수 있다.

또, 빗물 등에 포함된 이물질이 쌓이면서 히트싱크(20)의 방열효율이 저하되는 것도 방지된다.

이러한 이유 등으로 인해 방열효율이 매우 우수한 결과를 얻을 수 있다.

또, 메탈램프 조명등과 같이 기존에 설치되어 있는 조명등의 조명박스(5)를 교체할 필요없이 조명박스(5) 내의 멜탈램프 등 일부 구성요소만 제거한 후 본 발명의 히트싱크(20)와 엘이디모듈(10)만을 교체하여 설치하면 엘이디 조명등으로 바뀌는 것이므로 경제성도 매우 우수하다.

본 발명의 히트싱크(20)는 열전달 효율이 우수한 알루미늄 등의 재질로 이루어진 타공판을 절곡하는 등의 방법으로 제작할 수도 있는 것이기에 제조가 용이한 특징도 있다.

본 발명에 있어서, 히트싱크(20)를 통한 방열효율이 더욱 우수하도록 하기 위해서는 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)에 고르게 확산되고, 이러한 열의 확산이 빠르게 이루어지도록 할 필요성이 있다.

이를 위하여 엘이디모듈(10)에 접촉되거나 엘이디모듈(10) 주변에 위치되는 부분을 가지며, 엘이디모듈(10)에서 멀어지는 방향을 향해 연장되어 엘이디모듈(10)의 열을 히트싱크(20)의 여러 지점으로 분산시키는 부분을 갖는 열전달체(30)를 더 구비할 수 있다.

이러한 열전달체(30)는 엘이디모듈(10)을 가로지르는 형태로 위치되는 것이 열전달 효율이 우수하며, 가늘은 여러 개의 열전달체(30)를 통해 엘이디모듈(10) 주변의 열을 히트싱크(20)에 고르게 확산시키는 것이 바람직하다.

이러한 열전달체(30)로는 히트파이프 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 구성요소인 히트싱크(20)에 형성되는 통풍홀(21)은 히트싱크(20)의 측면 중 좌, 우, 전, 후의 모든 방향 및 하부에 모두 천공되어 있는 것이 방열효율이 우수하다.

물론, 통풍홀(21)은 각각의 방향에 다수 개 형성되는 것이 좋다.

방열효율을 고려할 때 조명박스(5)는 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)의 상부로 상승할 수 있는 내부공간(5a)을 갖는 형태로 구현하는 것이 좋다.

즉, 엘이디모듈(10)의 상부에 공간(조명박스(5)의 내부공간(5a))이 존재함으로써 엘이디모듈(10)이 가열되는 것을 더욱 방지하는 것이다.

내부공간(5a) 없이 엘이디모듈(10)의 상부가 막혀 있는 경우 방열이 원활하지 못하여 문제가 될 수 있는 것이다.

본 발명은 발광을 위한 엘이디모듈(10)과 방열을 위한 히트싱크(20)가 일체화된 발광방열모듈(100)을 만들어 유통시키는 것도 가능한 구조이다.

즉, 조명박스(5)의 하부에 결합되어 조명박스(5)의 하부를 차단하도록 되어 있고, 외부 공기가 안쪽으로 소통되도록 통풍홀(21)이 천공되어 있는 채반 형상의 히트싱크(20)에 엘이디모듈(10)이 설치되어 있는 발광발열모듈(100)이 되도록 하는 것이다.

한편, 전술한 설명에서 본 발명의 방열구조는 여름 철의 강한 태양광에 의해 히트싱크(20)가 가열되는 것이 방지된다고 설명하였다.

그러나 태양광에 의해 히트싱크(20)가 가열되고 이로 인해 엘이디 조명등의 효율이 낮아지는 것을 더욱 방지할 필요성이 있다.

즉, 태양광이 강하고 낮이 긴 여름철 등에는 태양광이 히트싱크(20)의 일부에 조사되어 초저녁에도 히트싱크(20)의 온도가 높을 수 있다.

이것은 히트싱크(20)가 열전달 효율이 우수한 알루미늄 재질 등으로 이루어지기 때문에 태양광을 받아 쉽게 가열될 수 있기 때문이다.

이와 같이 히트싱크(20)가 가열되어 있는 초저녁에 엘이디모듈(10)이 발광할 경우 에너지 효율성이 낮아질 뿐만 아니라 엘이디모듈(10)의 수명에도 악영향을 미친다.

또, 히트싱크(20)가 가열되어 있는 초저녁에 엘이디모듈(10)이 발광하면 히트싱크(20)는 상당히 오랜 시간 동안 높은 온도를 유지할 수밖에 없어 어두워진 상태에서도 발광효율이 저하되어 기대에 미치지 못하는 발광성능을 보이는 시간이 길다.

따라서 태양광에 의해서 히트싱크(20)가 가열되는 것을 더욱 방지할 필요성이 있다.

이를 위해 히트싱크(20)의 외측에는 태양광이 히트싱크(20)에 전달되는 것을 방지하는 차광체(40)를 위치시킬 수 있다.

그러나 차광체(40)가 통풍을 방해하거나 이물질의 제거를 방해하지 않아야 하므로 차광체(40)는 메쉬 형태로 구현하는 것이 좋다.

첨부된 도면에서 엘이디모듈(10)은 히트싱크(20)의 안쪽 중앙부에 위치된 엘이디모듈설치홀(22)에 설치되어 엘이디모듈(10)의 일부가 외부에 노출된 구조로 되어 있다.

이러한 구조는 엘이디모듈(10)의 일부가 외부공기와 직접 열교환되어 방열효과가 향상되는 구조이다.

1. 엘이디모듈
2. 히트싱크
5. 조명박스
5a. 내부공간
10. 엘이디모듈
20. 히트싱크
21. 통풍홀
22. 엘이디모듈설치홀
30. 열전달체
40. 차광체
100. 발광방열모듈

Claims

엘이디모듈(10)을 사용하는 엘이디 조명등의 방열구조에 있어서,
조명박스(5)의 하부에 결합되어 조명박스(5)의 하부를 차단하도록 되어 있고, 외부 공기가 안쪽으로 소통되도록 측면과 하부에 통풍홀(21)이 천공되어 있는 채반 형상의 히트싱크(20)에 엘이디모듈(10)이 설치되어 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)를 통해 방출되도록 된, 엘이디 조명등의 방열구조.
제 1항에 있어서,
상기 엘이디모듈(10)에 접촉되거나 엘이디모듈(10) 주변에 위치되는 부분을 가지며, 엘이디모듈(10)에서 멀어지는 방향을 향해 연장되어 엘이디모듈(10)의 열을 히트싱크(20)의 여러 지점으로 분산시키는 부분을 갖는 열전달체(30)가 더 구비 된, 엘이디 조명등의 방열구조.
제 1항에 있어서,
상기 히트싱크(20)의 외측에는 태양광이 히트싱크(20)에 전달되는 것을 방지하는 메쉬 형태의 차광체(40)가 위치되어 있는, 엘이디 조명등의 방열구조.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통풍홀(21)은 히트싱크(20)의 측면 중 좌, 우, 전, 후 모든 방향에 천공되어 있는, 엘이디 조명등의 방열구조.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명박스(5)는 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)의 상부로 상승할 수 있는 내부공간(5a)을 갖는, 엘이디 조명등의 방열구조.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 엘이디 조명등의 방열구조가 적용된 엘이디 조명등.
조명박스(5)의 하부에 결합되어 조명박스(5)의 하부를 차단하도록 되어 있고, 외부 공기가 안쪽으로 소통되도록 측면과 하부에 통풍홀(21)이 천공되어 있는 채반 형상의 히트싱크(20)에 엘이디모듈(10)이 설치되어 엘이디모듈(10)에서 발생되는 열이 히트싱크(20)를 통해 방출되도록 되어 있는, 엘이디 조명등의 방열구조가 적용된 발광발열모듈.