KR101412749B1 - 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 - Google Patents

이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈; 상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액; 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 방지하는 몰딩부를 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치에 관한 것이다.

Description

이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 {LED LIGHTING FIXTURE WITH BLOCKING ALIEN SUBSTANCE}
본 발명은 방열 성이 뛰어나며, 외부물질의 침투를 방지하여 장치의 성능 및 수명을 향상시키는 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치에 관한 것이다.
전력 사용량이 현저하게 늘어나고 있는 상황에서 백열등은 더 이상 인류에게 큰 도움을 주지 못하고 있다. 백열등에 비해 적은 전력으로 백열등보다 우수한 광도를 낼 수 있는 LED (Light-Emitting Diode) 조명장치가 주목받고 있다. 특히, 전력소비가 효율적인 것뿐만 아니라 백열등 제조시 사용되는 환경파괴 물질을 LED조명 제조시에는 사용할 필요가 없으므로 더욱 각광을 받고 있는 것이 사실이다.
그러나, LED 조명 장치에도 여전히 문제점은 있다. 백열등에 비해 전력 효율과 광 효율이 우수하지만, 여전히 방열 문제는 해결해야 할 과제로 남아 있다. LED 조명장치에서 방열 문제는 발광 다이오드 패키지 자체의 수명을 단축 시킬 뿐만 아니라, LED에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈의 수명을 단축시켜 결국 LED 조명장치의 수명을 단축시키게 되는 문제가 있기에 이를 해결하기 위한 노력이 계속 이어져 왔다.
LED의 방열 문제를 해결하기 위하여 수냉식 방열 구조를 제안되고 있으나, 이 경우, 방열액이 기판이나 LED와 화학적으로 반응하여 오히려 LED의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. 또한, 최종적으로 LED 및 전원 공급 모듈에서 발생되는 열은 외계로 방출되어야 하는데, 방열액이 열전도성이 낮은 하우징에 채워지는 경우, 하우징의 열 전도성이 낮기 때문에, LED 및 전원 공급 모듈이 오랜 시간 동안 높은 온도의 분위기에서 동작하게 되는 문제점이 생길 수 있다.
또한, 최근 LED 조명은 가정조명, 사무실 조명, 공장조명, 가로등, 집어등, 경관조명, 레저시설용 조명, 축사조명, 어업조명, 해양탐사조명 등 다양한 분야에서 여러 가지 응용제품으로 사용되고 있다. 특히, 습기가 많은 가축의 축사나 레저시설에 조명등을 설치한 경우 조명기기 안으로 습기가 스며들어 LED의 수명이 단축되거나 전기불량이 발생할 가능성이 상당히 많다.
유사한 예로 바다 속을 탐사하는 해저탐사나 바다 밑에서 어업을 하기 위해 사용되는 조명기기 등도 습기나 물이 조명 기기안으로 스며들어 조명 기기가 파손되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, 전기 절연성 및 방열 효율이 우수한 절연 방열액을 포함하는 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 습기가 많은 장소나 바닷속 같은 특수한 공간에서도 습기가 습며드는 것을 방지하는 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 도출된 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈과, 상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 방지하는 몰딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 발광 다이오드 모듈의 일단에 부착되어 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동 가능한 밀봉부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 밀봉부와 상기 몰딩부 사이에는 상기 밀봉부가 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동가능한 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 밀봉부에는 상기 발광 다이오드 모듈의 일단에 형성되어 상기 밀봉부를 관통하는 전원단자 및 상기 전원단자에 연결된 제 1 전선이 수용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 밀봉부는 실리콘, 천연고무, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 몰딩부는
상기 발광다이오드 모듈에 연결된 상기 제 1 전선이 통과되고, 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부; 및
상기 제 1 몰딩부 일측에 형성되어 상기 제 1 전선과 상기 제 1 전선에 연결된 제 2 전선의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용되는 제 2 몰딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 제 1 몰딩부는 상기 하우징과 동일한 재질로 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 제 2 몰딩부는 에폭시, 천연고무, 실리콘, 우레탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 제 1 몰딩부 및 하우징은 열 전도성 수지로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 열 전도성 수지는,
폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 아크릴로스티렌, 폴리스티렌, 투명 ABS 중 적어도 하나를 포함하는 투광성 수지재; 및
포타시움계-GLC, 실리카, MgO, MgFr, 및 CaCo3 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 전도성 분자 및 CNT, 그라핀, 글래스 파우다, 칼슘 포스페이트, 멜라민 파우다 중 적어도 하나를 포함하는 제 2 전도성 분자를 포함하는 열전도성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 발광 다이오드 모듈의 기판에 부착되어 발광다이오드 패키지 및 전원 공급 모듈에서 발생한 열을 방출하는 방열판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 복수의 돌출 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 발광다이오드 모듈에 설치된 발광 다이오드 패키지와 전원공급모듈 사이에 접촉되도록 형성되는 방열판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈과, 상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액 및 상기 발광 다이오드 모듈 일단에 부착되어 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동 가능한 밀봉부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 하우징의 일단에는 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 방지하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 몰딩부는
상기 발광다이오드 모듈에 연결된 제 1 전선이 통과되고, 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부; 및
상기 제 1 몰딩부 일측에 형성되어 상기 제 1 전선과 상기 제 1 전선에 연결된 제 2 전선의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용하는 제 2 몰딩부를 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 밀봉부와 몰딩부가 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 내에 설치되어 외부로부터 습기, 먼지 등을 완벽하게 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 몰딩부는 제 1 몰딩부 및 제 2 몰딩부로 구성되어 차례로 습기 또는 먼지의 유입을 방지함으로써 더욱 치밀하게 습기가 침투되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 방열액을 통해 발광부에서 발생한 열을 보다 빨리 배출하는 함으로써 발광 다이오드의 수명 더 나아가 조명기기의 수명을 연장할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 하우징 및 발광다이오드 모듈을 도시한 측 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 하우징을 구성하는 열 전도성 수지의 열 전도성을 설명하기 위한 설명도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예인 전구형 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도
이하, 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는을 갖는 발광 다이오드 조명장치에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 하우징 및 발광다이오드 모듈을 도시한 측 단면도이다. 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈(20)과, 상기 하우징(10) 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액(30)과, 상기 하우징(10)의 일단에 형성되어 외부물질이 상기 하우징(10) 내로 유입되는 것을 방지하는 몰딩부(50)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 공동구조를 가지며, 그 내부에 방열액(30)을 가둘 수 있도록 밀폐되어 있고, 재질은 열방출이 우수하고, 외부 충격에 잘 견딜 수 있는 열 전도성 수지로 이루어진다. 여기서 열 전도성 수지에 대해서는 후술하기로 한다.
조명장치의 조명특성에 따라 하우징(10)의 내부 또는 외부에 광 확산 코팅을 하거나 광 확산 필름을 부착할 수 있다. 또한, 광 확산을 위해 하우징(10)의 표면에 나노패턴을 형성할 수 있다. 벌브형 하우징에 광 확산 필름을 부착하면 외부 충격시 유리의 비산을 최소화할 수 있다.
발광 다이오드 모듈(20)에는 다수 개의 발광 다이오드 패키지(21)가 장착될 수 있다. 발광 다이오드 패키지(21)(LED 패키지, 또는 엘이디 패키지로 혼용한다)는 전기 에너지를 빛에너지를 전환하는 반도체 소자를 포함한다. LED는 반도체 장치로, 모든 반도체는 내부 구조의 불순물(미량의 화학 첨가물로 인해 발생) 때문에 전류를 전도하는 다양한 능력을 보유한다. N타입 불순물은 반도체에 여분의 전자를 추가하고 P타입 불순물은‘정공’을 생성한다. 음전기를 띤 입자인 전자는 자연적으로 전자가 많은 곳(음성)에서 전자가 적은 곳(양성)으로 이동하게 된다. 다이오드 내부에는 N타입 물질이 P타입 물질 옆에 놓이며, 이 둘은 전극 사이에 위치하면 이러한 구조는 전류가 N타입 쪽 전극으로부터 P타입 쪽 전극으로 한 방향으로만 흐르게 한다. 정공으로 빠지는 순간 전자는 광자의 형태로 에너지를 내보내며, 그 결과 전자들이 다이오드의 한쪽에서 다른 쪽으로 움직일 때 빛이 발산된다. 반도체에 사용된 물질의 종류에 따라 다양한 빛의 파장들이 생성되어 광을 조사하게 된다.
이러한 발광 다이오드 소자를 하나 이상 구비하는 발광 다이오드 패키지(21)는 조명 특성에 맞게 PCB (Printed Circuit Board) 혹은 FPCB (Flexible Printed Circuit Board), COB (Chip on Board) 등 다양한 종류의 기판에 실장될 수 있다.
발광 다이오드 패키지(21)에 사용되는 LED는 발광원으로 백색 LED를 주로 사용하나, 조명 특성에 따라 적색, 청색, 녹색을 개별적 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.
렌즈(미도시)는 발광 다이오드 패키지(21) 전면에 장착되며 발광 다이오드 패키지(21)로부터 나온 빛을 조명 특성에 따라 모으거나 확산하는 기능을 갖는다. 렌즈(미도시)는 플라스틱으로 제조되며 광 확산을 위해 제조된 렌즈(미도시) 표면에 광학용 필름을 부착이거나 광 확산제 코팅, 광 확산용 나노 패턴을 적용하여 사용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전원 공급 모듈(100)은 조명장치 외부로부터 공급되는 교류 전원을 발광다이오드 패키지(21)의 특성에 맞게 직류 전원으로 공급해 주는 장치로 교류-직류 변환기와 일정한 직류 전압을 공급해 주는 정류 회로 및 상기 직류 전압의 전류량을 조절하여 빛의 밝기를 조절할 수 있는 디밍 회로로 구성될 수 있다.
또한, 발광 다이오드 패키지(21) 자체에 교류를 직류로 변환해 주는 컨버터 기능이 포함되어 있다면 상기 전원공급모듈(100)이 따로 구비되지 않아도 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 밀봉부(40)는 상기 발광다이오드 모듈(20)의 일 측에 부착되어 상기 투광성 절연 방열액(30)의 팽창 또는 수축에 의해 이동 가능하게 형성될 수 있다.
상기 밀봉부(40)는 하우징(10) 내측에 밀착되어 형성되고, 방열액(30)이 밀봉부(40) 밖으로 새어나가지 않도록 가두는 기능을 하고, 온도 변화에 의해 방열액(30)이 팽창되는 경우 하우징(10)의 내측에 밀착되어 하우징(10) 내벽과 마찰력을 이루며 미세하게 이동 가능하게 된다. 방열액(30)의 팽창압력이 하우징(10) 내벽과 밀봉부(40)와의 마찰력 보다 작으면 밀봉부(40)가 움직이지 않게 되고, 만약 방열액(30)의 팽창압력이 하우징(10) 내벽과 밀봉부(40)와의 마찰력보다 크다면 밀봉부(40)가 서서히 움직이게 된다. 물론 이때 방열액(30)은 밀봉부(40) 밖으로 새어나가지 않는다.
상기 밀봉부(40)와 상기 몰딩부(50) 사이에는 밀봉부(40)가 상기 방열액(30)의 팽창 또는 수축에 의해 이동할 수 있는 공간(41)이 형성될 수 있다. 만약 상기 공간(41)이 형성되지 않는다면 방열액(30)의 팽창 압력에 의해 밀봉부(40)가 이동을 할 수 없게 되므로 결국 하우징(10) 자체가 압력을 받아 파손되는 현상이 발생 될 수 있다.
여기서, 방열액(30)의 온도가 - 80℃ ~ 100℃ 정도로 변화할 경우에도 밀봉부가 팽창 또는 수축에 의해 충분히 이동할 수 있도록 공간이 형성된다.
또한, 상기 밀봉부(40)에는 상기 발광다이오드 모듈(30)의 일단에 형성되어 상기 밀봉부(40)를 관통하는 전원단자(60) 및 상기 전원단자(60)에 연결된 제 1 전선(61)이 수용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉부(40)는 상기 발광다이오드 모듈(30) 일단에 형성된 전원단자(60)에 관통되어 끼워질 수 있고, 상기 밀봉부(40)가 끼워진 후 상기 전원단자(60)는 상기 제 1 전선(61)과 용접 등에 의해 연결되고, 이어서 상기 밀봉부(40)가 상기 전원단자(60) 및 제 1 전선(61)의 접점부를 수용하도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 밀봉부(40)는 방열액(30)을 가두는 기능과 함께 상기 전원단자(60)와 제 1 전선(61)의 접점부가 외부의 습기와 접촉하는 것을 막아줄 수 있다.
상기 밀봉부(40)는 절연성이 우수한 실리콘, 천연고무, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 몰딩부(50)는 상기 발광다이오드 모듈(20) 일단에 형성된 전원단자(60)에 연결되는 제 1 전선(61)을 수용하고, 외부물질이 상기 하우징(10)내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부(51)와 상기 제 1 몰딩부(51) 일측에 형성되어 상기 제 1 전선(61)과 상기 제 1 전선(61)에 연결된 제 2 전선(62)의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용하는 제 2 몰딩부(52)를 포함할 수 있다. 여기서, 외부물질은 습기, 먼지 등 상기 하우징(10)내부에 유입되어 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치에 마이너스 영향을 미칠 수 있는 물질을 포함한다.
여기서, 상기 제 1 전선(61) 및 제 2 전선(62)은 각각 +(양)극과 -(음)극으로 나누어져 외부전원에 의해 전기가 흐르도록 연결된다.
상기 제 1 몰딩부(51)는 하우징(10)내에 형성되고, 하우징(10)과의 결합력을 높이기 위해 하우징(10)과 동일한 재질로 만들어질 수 있다. 하우징(10)과 다른 재질로 제 1 몰딩부(51)가 만들어지면 이종 재질로 인해 하우징(10)과 제 1 몰딩부(51)와 결합력이 떨어질 수 있다. 이와 같이, 상기 제 1 몰딩부(51)와 하우징(10)과의 높은 결합력으로 인해 외부의 습기가 1차적으로 하우징(10) 내의 발광다이오드 모듈(20)로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 몰딩부(51) 및 하우징(10)은 열 전도성 수지로 형성될 수 있고, 열 전도성 수지는 후술하기로 한다.
한편, 상기 제 2 몰딩부(52)는 제 1 몰딩부(51) 일 측에 형성되고, 상기 발광 다이오드 모듈(20)의 전원단자(60)에 연결된 제 1 전선(61)과 외부전원에서 연결된 제 2 전선(62)의 접점부를 수용하게 된다. 따라서, 상기 제 2 몰딩부(52)는 제 1 전선(61)과 제 2 전선(62)의 접점부가 외부 습기 또는 먼지와 접촉하는 것을 방지하고, 또한 하우징(10) 내로 습기 또는 먼지가 침투하는 것을 2차적으로 차단하게 된다.
상기 제 2 몰딩부(52)는 절연성이 우수한 에폭시, 천연고무, 실리콘, 우레탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이 중에서도 특히, 절연성이 우수하며 가격이 저렴한 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 도 1을 보면, 본 발명의 일 시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 하우징(10)에 발광다이오드 모듈(20)이 설치되고, 상기 발광 다이오드 모듈(20) 주위에 방열액(30)이 채워지고, 발광 다이오드 모듈(20)의 일 측에 전원단자(60) 및 제 1 전선(61)의 접점부를 수용하는 밀봉부(40)가 형성되고, 상기 밀봉부(40)의 일 측에 습기침투를 방지하는 제 1 몰딩부(51) 및 제 2 몰딩부(52)가 형성되고, 상기 제 2 몰딩부(52)의 일단에는 상기 제 2 몰딩부(52)를 감싸는 캡(70)이 형성되고, 상기 캡(70)을 관통하는 제 2 전선이 케이블(80) 안에 수용되어 외부 전원에 연결될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 상기 발광 다이오드 모듈(20)의 기판(22)에 방열판(90)이 부착되어 발광다이오드 패키지(21) 및 전원 공급 모듈(100)에서 발생한 열을 외부로 방출하게 할 수 있다. 발광 다이오드 패키지(21) 및 전원 공급 모듈(100)에서 발생한 열은 주로 방열액(30)을 이용하여 방출을 할 수 있으나, 방열액(30)으로도 다 방출하지 못한 열을 상기 방열판(90)을 사용하여 방출함으로써 효율적으로 열을 외부로 방출할 수 있다.
상기 방열판(90)은 복수의 돌출 구조로 형성될 수 있다. 돌출구조는 방열판의 발열 면적을 최대로 늘리기 위한 모양으로 방열판이 절곡되어 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열판(90)은 발광다이오드 모듈(20)에 설치된 발광 다이오드 패키지(21)와 전원공급모듈(100) 사이에 접촉되도록 형성되어 발광 다이오드 패키지(21) 및 전원공급모듈(100)에서 발생하는 열을 빠르게 방열액(30)으로 방출하게 된다. 이때 방열판(90)의 형상은 방열 효율을 높이기 위해 표면적을 최대로 넓게 형성한다.
상기 방열판(90)은 넓은 평판형으로 형성될 수 있고, 상기 발광 다이오드 패키지(21)의 하측 면에 직접 부착되어 방열량을 최대로 높이기 위한 구조로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 하우징 형태는 벌브(전구)형으로 형성될 수 있다. 벌브형의 하우징(10)의 일단에는 밀봉부(40), 제 1 몰딩부(51), 제 2 몰딩부(52)가 각각 형성되어 위에서 설명한 바와 같이 외부물질이 하우징 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 밀봉부(40), 제 1 몰딩부(51) 및 제 2 몰딩부(52)는 베이스 부(11) 내측에 가압방식으로 형성될 수 있다.
위에서 설명한 하우징(10)의 형상은 직관형, 벌브형에 한정된 것은 아니고, 그 외의 다양한 형상으로 구성되어 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예의 하우징(10)에 사용되는 투광성 열전도성 수지의 열전도성을 높이는 이유에 대하여 도 3을 통해 상세하게 설명하도록 한다. 도 3은, 본 발명의 일 실시 예인 발광 다이오드 조명 기기의 하우징을 이루는 열전도성 재료의 열전도성을 설명하기 위한 도면들이다. 여기서 A는 투광성 베이스 수지의 분자이고, B는 제 1 전도성 분자, C는 제 2 전도성 분자이다. 여기서 포타시움계-GLC, 실리카, MgO, MgFr, 및 CaCo3 가 제 1 전도성 분자에 포함되고, CNT, 그라핀, 글래스 파우다, 칼슘 포스페이트, 및 멜라민 파우다는 제 2 전도성 분자에 포함된다.
일반적으로 플라스틱 소재는 도 3의 왼쪽 도면과 같은 분자 구조를 가지게 된다. 이에 따라, 분자 사이에 공극이 많고. 이 공극으로 인하여 열전도성이 매우 낮아지게 된다. 즉, 공극에 존재하는 공기 또는 진공상태는 열전도도가 매우 낮기 때문에 전체적으로 열전도도가 매우 낮다. 예컨대, 통상적인 폴리머(플라스틱) 소재의 열전도도는 0.15~0.32 Kcal/Min·℃ 정도에 불과하다.
본 발명의 일 실시 예인 열 전도성 수지는 도 3의 오른쪽 도면과 같이, 베이스 수지 분자 사이의 공극에 유리 섬유와 열 전도성 분자가 채워지게 되어서, 공극이 매우 적어지게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 열 전도성 수지의 열전도도는 50-80 Kcal/Min·℃의 열전도도를 갖게 된다. 이는 상기 일반적인 폴리머 소재의 열전도도보다 수백 배 높은 열전도도를 갖는 것이다 (다만 구리(332Kcal/Min·℃)나 알루미늄(250Kcal/Min·℃)보다는 다소 낮다).
또한 상기 그 분자 크기가 상이한 제 1 전도성 분자와 제 2 전도성 분자를 모두 이용하게 되기 때문에 그라프팅 중합시의 분산에 대해서도 완전히 고분자(베이스 부재)에 안착시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 광투과율, 파장의 변화, 헤이즈(Haze)등의 소멸 간섭에 대하여 매우 안정적이게 된다.
이와 더불어, 본 발명의 일 실시 예인 방열액에 의해 냉각시키는 수냉식을 채택하고 있기 때문에, 구리나 알루미늄보다 열 전도성이 낮은 열 전도성 수지를 사용하더라도 충분한 방열 효율을 유지할 수 있게 된다.
이하에서는 상술한 열 전도성 수지의 구성 성분에 대하여 설명하도록 한다. 열전도성 수지는 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명 기기의 하우징을 이루는 소재로서, 그 내부에 채워지는 방열액에 의하여 흡수된 열을 방출하는 열전달 매체이다.
이러한 투광성 열 전도성 수지는 다음과 같은 요건을 만족하여야 한다.
1. 투명하고 굴절율이 높을 것(투과율 97% 이상)
2. 외부환경에 노출되므로, 안정적인 가스 배리어(gas barrier)를 가진 분자구조로 이루어진 소재일 것(즉, 가스차단율이 높은 소재)
3. 제조하기 쉽고(가공 용이성이 높음), 경제성이 있을 것
4. 내화학성과 내약품성이 있을 것 (방열액 및 외부 대기 오염물질과의 반응성이 낮으며, 또한 해안에 위치하는 경우를 대비하여 염해 등에 내구성이 우수할 것)
5. 경도가 비교적 높을 것 (스크레치 등에 의한 Haze 현상을 일으키기 어려운 것)
6. 강도가 높은 것 (장치의 안전성)
7. 열전도도가 높은 것(방열액에 대한 냉각 효과가 높을 것)
8. 투명상태에서 난연성이 있을 것
9. 온도변화 및 외부 환경의 온도 변화에 수축 팽창율이나 휨성이 적을 것
10. 사출 혹은 압출에 의하여 대량생산이 가능한 것
11. 형광등과 같은 광 확산 효과를 구현할 때, 광 확산제를 컴파운딩이 가능하거나, 표면에 빛을 산란/확산/증폭/휘도의 은폐 또는 통제를 시킬 수 있도록 광량 코팅이 가능할 것.
이상과 같은 요건을 만족하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열 전도성 수지는, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 아크릴로스티렌, 폴리스티렌, 투명 ABS 중 하나 이상을 포함하는 투광성 수지재 및 포타시움계-GLC, 실리카, MgO, MgFr, 및 CaCo3 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 전도성 분자 및 CNT, 그라핀, 글래스 파우다, 칼슘 포스페이트, 멜라민 파우다 중 적어도 하나를 포함하는 제 2 전도성 분자를 포함하는 열 전도성 물질을 포함할 수 있다.
여기서 첨가제는 열 전도성을 높일 뿐 아니라 난연성 및 굴절율 통제가 가능하다.
보다 구체적으로 설명드리면,
(1) 상기 열 전도성 물질은 투광성 수지재의 공극을 메우기 때문에 열 전도성이 투광성 수지재에 비하여 1.3배에서 20배 이상 상승한다.
(2) 또한, 굴절율 통제가 가능하다.
(3) 난연성이 높아진다. 즉, 상기 첨가제로 인하여 난연성이 개선되어서, 전기/전자제품의 형식 승인이 가능하게 된다.
이를 위하여, 상기 투광성 수지재는, 85~99 중량% 포함하고, 상기 열전도성 물질은 1~10 중량% 포함하게 됩니다. 투광성 수지재가 85 중량% 이하인 경우에는 투광성이 급격히 낮아지는 문제점이 있으며, 열전도성 물질이 10중량% 이상 넘는 경우에도 투광성이 급격하게 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, LED 및 전원 공급 모듈에서 발생되는 열이 방열액에 의해 흡수된 후, 열전도도가 상대적으로 높은 투광성 열전도성 수지로 이루어지는 하우징에 의해 그 열이 외계로 방출되기 때문에, 우수한 방열 효과를 가지게 된다. 더욱이, 상기 하우징의 상부에 리브 형태의 방열 핀을 형성함으로써, 방열 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.
투광성 절연 방열액(30)은, 상기 하우징(10) 내의 발광 다이오드 패키지(21) 및 전원 공급 모듈(100)을 침지시켜서 상기 발광 다이오드 패키지(21) 및 상기 전원 공급 모듈(100)로부터 발생되는 열을 방열시키는 기능을 한다. 절연 방열액(30)은 전원 공급 모듈(100)와 발광 다이오드 패키지(21)로부터 발생하는 열을 하우징(10) 외부로 방열하고 발광 다이오드 패키지(21)로부터 방출된 빛을 하우징(10) 밖으로 방출하는 기능을 갖는다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 밀봉부와 몰딩부가 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 내에 설치되어 외부로부터 습기, 먼지 등을 완벽하게 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 몰딩부는 제 1 몰딩부 및 제 2 몰딩부로 구성되어 차례로 습기 또는 먼지의 유입을 방지함으로써 더욱 치밀하게 습기가 침투되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 방열액을 통해 발광부에서 발생한 열을 보다 빨리 배출하는 함으로써 발광 다이오드의 수명 더 나아가 조명기기의 수명을 연할 수 있게 된다.
상기와 같이 설명된 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법으로 한정되어 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 하우징
20 : 발광 다이오드 모듈 (LED 모듈)
21: 발광 다이오드 패키지 (LED PKG)
22: 기판
30 : 방열액
40 : 밀봉부
41: 공간
50 : 몰딩부
51 : 제 1 몰딩부
52 : 제 2 몰딩부
60 : 전원단자
61 : 제 1 전선
62 : 제 2 전선
70 : 캡
80 : 케이블

Claims (16)

  1. 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈;
    상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액; 및
    상기 하우징의 일단에 형성되어 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 방지하는 몰딩부; 및
    상기 발광 다이오드 모듈의 일단에 부착되어 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동 가능한 밀봉부를 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부와 상기 몰딩부 사이에는 상기 밀봉부가 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동가능한 공간이 형성되는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부에는 상기 발광 다이오드 모듈의 일단에 형성되어 상기 밀봉부를 관통하는 전원단자 및 상기 전원단자에 연결된 제 1 전선이 수용되는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 실리콘, 천연고무, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부는
    상기 발광다이오드 모듈에 연결된 제 1 전선이 통과되고, 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부; 및
    상기 제 1 몰딩부 일측에 형성되어 상기 제 1 전선과 상기 제 1 전선에 연결된 제 2 전선의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용되는 제 2 몰딩부를 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 몰딩부는 상기 하우징과 동일한 재질로 만들어진, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 몰딩부는 에폭시, 천연고무, 실리콘, 우레탄 중 하나 이상을 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 몰딩부 및 하우징은 열 전도성 수지로 형성되는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 전도성 수지는,
    폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 아크릴로스티렌, 폴리스티렌, 투명 ABS 중 적어도 하나를 포함하는 투광성 수지재; 및
    포타시움계-GLC, 실리카, MgO, MgFr, 및 CaCo3 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 전도성 분자 및 CNT, 그라핀, 글래스 파우다, 칼슘 포스페이트, 멜라민 파우다 중 적어도 하나를 포함하는, 제 2 전도성 분자를 포함하는 열전도성 물질을 포함하는 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 모듈의 기판에 부착되어 발광다이오드 패키지 및 전원 공급 모듈에서 발생한 열을 방출하는 방열판을 더 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방열판은 복수의 돌출 구조로 형성되는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드 모듈에 설치된 발광 다이오드 패키지와 전원공급모듈 사이에 접촉되도록 형성되는 방열판을 더 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  14. 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈;
    상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 방출하는 투광성 절연 방열액;
    상기 발광 다이오드 모듈 일단에 부착되어 상기 투광성 절연 방열액의 팽창 또는 수축에 의해 이동 가능한 밀봉부를 포함하는, 이물질 차단기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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