KR101478293B1 - 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치 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 발광 다이오드 모듈에 부착되어 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 전달하는 방열판; 상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈 및 상기 방열판에서 전달된 열을 흡수하여 상기 하우징으로 전달하는 투광성 절연 방열액; 상기 하우징 내부의 일측이 밀봉되도록 설치되어 외부물질의 유입을 차단하는 몰딩부; 및 상기 몰딩부와의 사이에 소정의 공간부가 형성되도록, 상기 발광 다이오드 모듈과 상기 몰딩부 사이에 설치되어 상기 투광성 절연 방열액을 밀봉하고, 상기 투광성 절연 방열액의 팽창에 따라 상기 공간부 방향으로 이동 가능한 밀봉부;를 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치에 관한 것이다.

Description

이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치 {LED LIGHTING FIXTURE WITH DOUBLE HEAT-RADIATING FUNCTION}
본 발명은 방열액과 방열판을 혼합하여 사용함으로써 방열효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이중 방열 기능을 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 단축시킬 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 방열문제를 해결하기 위해 두가지 방법이 사용되고 있다. 하나는 방열판을 이용한 공랭식이고, 다른 하나는 방열액을 이용한 수냉식이다.
공랭식은 LED 조명장치의 방열을 위해 금속 및 열전도성 방열판을 LED칩 후면에 부착하여 LED에서 발생하는 열을 공기 중으로 방출하는 것이다. 그러나 공랭식은 LED를 열로부터 보호하기 위하여 지나치게 크고 무거운 방열판을 필요로 하고 결과적으로 방열이 효율적이지 못한 단점이 있다. 가장 문제가 되는 점은 LED 열원과 접하는 방열판의 접촉 면적이 한정되어 있다는 것이다. 또한 금속 방열판의 경우 주로 다이캐스팅을 통해 제조되어 금속 방열판 가격이 높기 때문에 LED 조명장치의 폭넓은 보급에 저해가 되고 있다.
수냉식은 LED 조명장치의 방열을 위해 액상 고분자 화합물에 LED 패키지와 전원공급모듈을 담그어 LED 패키지와 전원공급모듈에서 발생하는 열을 공기 중으로 방출하는 것이다. 수냉식은 공랭식에 비해 LED 열원과 접하는 방열판의 접촉 면적이 넓어 방열 총량 개념에서 우수하고, 습기와 먼지에 의해 발생되는 LED 칩 손상을 막을 수 있으며, 제조 가격이 저렴한 것이 장점이다. 그러나 LED 패키지와 전원공급모듈에서 발생하는 열을 순간적으로 방열하는 양이 공랭식에 비해 적어 LED의 수명이 상대적으로 단축되는 단점을 갖고 있다. 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.
결과적으로 발광 다이오드의 칩에 열이 축적됨으로써 광효율 및 수명감소를 가져오며, 이것을 보완하기 위해 방열액을 담은 용기가 커지게 되고 따라서 사용되는 방열액의 양이 많아짐에 따라 조명기기 크기가 증가하고 제조 비용이 상승한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, 방열판 및 방열액을 혼합하여 방열효율을 향상시키기 위한 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 발광 다이오드 및 전원공급회로로부터 발생하는 열이 특히 문제가 되는 발광 다이오드 조명기기에 있어서, 방열판과 방열액을 혼합하여 사용함으로써 방열 효율을 높임과 동시에 먼지, 습기, 정전기, 내전압에 따른 발광 다이오드 칩의 손상을 방지하며, 제조 단가를 낮추어 경제성이 높은 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 도출된 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광다이오드 조명장치는 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈; 상기 발광 다이오드 모듈에 부착되어 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 전달하는 방열판; 상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈 및 상기 방열판에서 전달된 열을 흡수하여 상기 하우징으로 전달하는 투광성 절연 방열액; 상기 하우징 내부의 일측이 밀봉되도록 설치되어 외부물질의 유입을 차단하는 몰딩부; 및 상기 몰딩부와의 사이에 소정의 공간부가 형성되도록, 상기 발광 다이오드 모듈과 상기 몰딩부 사이에 설치되어 상기 투광성 절연 방열액을 밀봉하고, 상기 투광성 절연 방열액의 팽창에 따라 상기 공간부 방향으로 이동 가능한 밀봉부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 복수의 돌출구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 복수회 절곡시켜 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판의 끝단은 핀 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 상기 발광 다이오드 모듈에 설치된 발광 다이오드 패키지 일 측에 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 판 모양으로 형성되며, 상기 방열판의 일측은 전원공급모듈에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 알루미늄, 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 열 전도성 고분자 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 방열판은 아노다이징 또는 산화피막 방식으로 표면 처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 하우징은 전구형, 원통형, 직관형, 촛대형, 평판형 중 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 투광성 절연 방열액은 디메틸 실리콘 오일, 메틸 패닐 실리콘 오일, 폴리 메틸 하이드로겐 실록산 및 테트라 브로모 에탄 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 밀봉부는 고분자 수지로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 몰딩부는, 상기 발광 다이오드 모듈에서 인출된 전선 및 외부 전원에서 인출된 전선이 연결되어 수용되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 몰딩부는
상기 발광 다이오드 모듈에 연결된 전선을 수용하고, 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부; 및
상기 제 1 몰딩부 일 측에 형성되어 상기 발광 다이오드 모듈 및 외부전원으로부터 인출된 전선들의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용하는 제 2 몰딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 일 태양에 의하면, 상기 제 1 몰딩부는 상기 하우징 내에 형성되고, 상기 하우징과 동일한 재질로 만들어질 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 하우징은 그 외 측에 상기 하우징으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판을 더 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 발광 다이오드 모듈에서 발생한 열은 순차적으로 열전도에 의해 방열판을 거쳐 방열액으로 전달되고, 방열판에서 전달된 열은 방열액 자체의 열 순환을 통해 더욱 효과적으로 하우징 밖으로 방출되어 진다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 발광 다이오드 및 전원공급회로로부터 발생하는 열이 특히 문제가 되는 발광 다이오드 조명기기에 있어서, 방열판과 방열액을 혼합하여 사용함으로써 방열 효율과 광효율을 높임과 동시에 먼지, 습기, 정전기, 내전압에 따른 발광 다이오드 칩의 손상을 방지하며, 제조 단가를 낮추어 경제성이 높은 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치를 손쉽게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 방열판 혹은 방열액을 개별적으로 사용하는 경우보다 발광 다이오드에서 발생하는 열을 효율적으로 방열할 수 있기 때문에 발광 다이오드의 광효율이 좋아지고 결과적으로 발광 다이오드 조명기기의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시 예인 발광 다이오드 조명 장치에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치 단면도이다. 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 이중 방열 기능을 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 발광 다이오드 모듈(20)에 부착되어 상기 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열을 전달하는 방열판(90)과, 상기 하우징(10) 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈(20) 및 상기 방열판(90)에서 전달된 열을 흡수하는 투광성 절연 방열액(30)을 포함할 수 있다.
하우징(10)은 공동구조를 가지며, 그 내부에 방열액(30)을 가둘 수 있도록 밀폐되어 있고, 재질은 열 방출이 우수하고, 외부 충격에 잘 견딜 수 있는 열 전도성 수지 또는 유리로 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.
또한, 하우징(10)은 유리 또는 열 가소성 수지가 사용될 수 있다. 열가소성 수지는 가격이 저렴하고 작업성이 우수하여 많이 사용된다.
하우징(10)의 형상은 전구형 (벌브형), 원통형, 직관형, 촛대형 및 평판형 중 하나로 형성될 수 있고, 앞에서 나열한 모양 이외에도 다양한 형태의 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(10)의 일 측에는 상기 발광 다이오드 모듈(20)이 방열액(30)에 함침되도록 상기 발광 다이오드 모듈(20)을 지지하는 지지대(110)가 형성된다. 상기 지지대(110)는 전원공급선(120)이 따로 구비되지 않은 경우 전원 공급선(120)의 기능을 할 수 있다.
또한, 하우징(10) 내부에는 온도변화에 따른 방열액(30)의 팽창을 고려하여 일정 부피의 공기층 또는 진공층이 형성될 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.
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 실장 될 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.
도 1 및 도 2 에 도시된, 렌즈(21-1)는 발광 다이오드 패키지(21) 전면에 장착되며 발광 다이오드 패키지(21)로부터 나온 빛을 조명 특성에 따라 모으거나 확산하는 기능을 갖는다. 렌즈(21-1)는 플라스틱으로 제조되며 광 확산을 위해 제조된 렌즈(21-1) 표면에 광학용 필름을 부착이거나 광 확산제 코팅, 광 확산용 나노 패턴을 적용하여 사용한다.
또한, 전원 공급 모듈(100)은 조명장치 외부로부터 공급되는 교류 전원을 발광다이오드 패키지(21)의 특성에 맞게 직류 전원으로 공급해 주는 장치로 직류 전원 공급모듈의 경우, 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 있고, 교류 전원 공급 모듈의 경우, 저항과 서지회로, 디밍회로로 구성될 수 있다.
또한, 교류 발광 다이오드 패키지를 사용하는 경우라면, 상기 전원 공급 모듈(100)이 별도로 구비되지 않아도 된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예인 방열판(90)은 상기 발광 다이오드 모듈(20)에 부착되어 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열을 투광성 절연 방열액(30)으로 전달시킬 수 있다. 상기 방열판(90)에서 방출되는 열과 상기 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열은 상기 투광성 절연 방열액(30)이 흡수하여 하우징(10) 외부로 방출될 수 있다. 이와 같이, 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생한 열을 방열판(90)과 방열액(30)을 통해 이중으로 방출함으로써 열 방출 효율이 더욱 높아지게 된다.
상기 방열판(90)은 단면이 복수의 돌출구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 방열판(90)은 복수 회 절곡되어 형성될 수 있다. 이와 같이, 복수의 돌출구조로 형성되면 방열액(30)과의 접촉 면적이 넓어지게 되어 방열효과가 높아진다. 열 방출량은 방열판의 표면적에 비례하여 증가하게 된다. 따라서, 절곡되는 모양이나 돌출되는 구조는 방열면적을 최대로 크게 한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열판(90)은 열을 방출을 용이하게 하기 위해 그 끝단이 핀(fin)형상으로 형성될 수 있다. 핀(fin) 형상이란 물고기의 지느러미 모양으로 끝이 아주 얇게 형성된 것으로, 열 방출이 잘 이루어질 수 있는 구조이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 방열판(90)은 상기 발광 다이오드 모듈(20)에 설치된 발광 다이오드 패키지(21)에 직접 부착될 수 있다. 상기 방열판(90)은 상기 발광 다이오드 패키지(21)의 하측 또는 측면에 부착되어 발광 다이오드 패키지(21)에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방열판(90)은 상기 발광 다이오드 모듈(20)의 기판 하측 또는 측면에 부착되어 발광 다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
여기서, 상기 방열판(90)과 상기 발광 다이오드 모듈(20) 또는 상기 발광 다이오드 패키지(21)를 접착시킬 경우, 열 전도성 접착층(열 전도성 본드 : thermal bond)을 통해 접착시키기 때문에 방열판(90)과 발광 다이오드 모듈(20) 또는 발광 다이오드 패키지(21) 사이에 공극이 생기지 않는다. 그러므로, 발광 다이오드 모듈(20) 또는 발광 다이오드 패키지(21)로부터 방열판(90)으로의 열전도 효율이 높아지게 되어 열의 방출이 원활하게 이루어진다.
방열판(90)은 방열 성능이 우수한 금속재료를 포함할 수 있는데, 특히 가격이 저렴하고, 손쉽게 구할 수 있는 알루미늄 또는 구리 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 방열판(90)은 비금속 재료도 포함할 수 있고, 그 중에서도 열 전도성이 우수한 열 전도성 고분자 수지를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 방열판(90)은 전원 공급 모듈(100)과 전기적 접촉 시 통전이 될 수 있으므로 방열판 표면은 아노다이징, 산화피막 등의 방식으로 표면 처리하여 절연체로 만들어질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 방열구조의 또 다른 실시 예로 하우징(10)의 외 측에 또 다른 방열판(130)이 부착될 수 있고, 이는 고출력 LED 램프에 적용하는 것으로 방열액(30) 및 하우징(10)에 쌓인 잠열을 하우징(10) 밖으로 효율적으로 방열하기 위한 것이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시 예인 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 방열구조의 또 다른 실시 예로 방열판(90)은 외측이 돌출구조가 아닌 평평한 판 형상으로 이루어지고, 방열판(90)의 일 측은 전원공급모듈(100)에 의해 지지되고, 타 측은 발광 다이오드 패키지(21) 하측에 부착되어 발광 다이오드 패키지(21) 및 전원공급모듈(100)에서 발생하는 열을 방열액(30)으로 빠르게 전달할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)은 발광 다이오드 모듈(20)을 포함하고, 그 일단에는 방열액(30)이 외부로 빠져나가지 못하게 밀봉하는 베이스 부(11)가 구비될 수 있다. 상기 베이스 부(11)의 모양은 나선형, 핀형, 일반 전선용 등 다양하게 형성될 수 있다. 베이스 부(11)의 재질은 사용 용도에 따라 일반 소켓에 사용하는 경우, 전기 전도도가 높은 금속재료로 형성될 수 있고, 방수용으로 사용할 경우에는 플라스틱과 같은 수지재료로 형성될 수 있다.
도 4에 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.
또한, 상기 밀봉부(40)는 상기 발광다이오드 모듈(20)의 일단에 형성되어 상기 밀봉부(40)를 관통하는 전원단자(60) 및 상기 전원단자(60)에 연결된 제 1 전선(61)을 포함할 수 있다. 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. 밀봉부(40)는 고분자 재료를 성형하여 제조하는데 일반적으로 실리콘, 고무 등을 사용하고, 경도는 10 ∼ 50HB 사이의 것을 사용한다. 밀봉부(40)는 투광성 절연 방열액(30)의 열팽창 또는 열수축에 의해 하우징(10) 내에서 이동 가능하고, 열팽창 또는 열수축에 의해 팽창 혹은 수축된 방열액의 부피를 흡수할 수 있도록 모양이 변형 가능하다.
도 4에 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, 외부로부터 습기를 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 외부의 이물질로 부터 접촉하는 것을 차단하는 제 2 몰딩부(52)를 포함할 수 있다.
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)와의 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 포함하게 형성된다. 따라서, 상기 제 2 몰딩부(52)는 제 1 전선(61)과 제 2 전선(62)의 접점부가 외부 습기와 접촉하는 것을 방지하고, 또한 하우징(10) 내로 습기가 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 4을 보면, 본 발명의 일 시 예인 발광다이오드 조명장치는 하우징(10)에 발광다이오드 모듈(20)이 설치되고, 상기 발광 다이오드 모듈(20) 주위에 방열액(30)이 채워지고, 발광 다이오드 모듈(20) 일 측에 전원단자(60) 및 제 1 전선(61)의 접점부를 포함하는 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 1 및 제 2 몰딩부(51,52)를 감싸는 캡(70)이 형성되고, 상기 캡(70)을 관통하는 전선이 케이블(80) 안에 포함되어 외부 전원에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 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. 따라서 방열액(30)은 방열성, 투광성, 전기 절연성이 모두 갖추어야 한다.
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. 따라서 방열액(30)은 방열성, 투광성, 전기 절연성이 모두 갖추어야 한다.
한편, 본 발명에서 사용되는 방열액(30)은 폴리디메틸 실록산(Polydemetylsiloxane)계 중 스트레이트 성격의 디메틸실리콘오일(dimetylsilicon oil), 메틸페닐실리콘 오일(methylphenyl silicon oil) 또는 폴리메틸 하이드로젠 실리콘(Polymethyl hydrogen siloxane) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 이용되는 방열액 및 방열판의 열 방출 실험값에 대해 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 방열액(30)은 폴리디메틸 실록산 (Polydemetyl siloxane)계 중 스트레이트 성격의 디메틸 실리콘오일(dimetylsilicon oil), 메틸페닐 실리콘 오일(methylphenyl silicon oil) 또는 폴리메틸 하이드로젠 실리콘 (Polymethyl hydrogen siloxane) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 고굴절 특성을 갖는 경우, 테트라 브로모 에탄(tetra bromo ethane)을 더 포함할 수 있다.
<실험>
LED 램프는 길이 90mm, 내경21.6mm, 외경 24mm 실린더 형상을 갖는다. 실시 예에서 하나는 LED 모듈과 방열액으로 구성되어 있고, 다른 하나는 LED 모듈, 방열판, 방열액으로 구성되어 있다. LED 모듈은 소비전력이 4.5W인 아크리치 AC LED 칩을 사용하였다. 4.5W AC LED 칩의 고유 색온도는 25도에서 6500K 이고, 고유 연색성은 65Ra이다. 밀봉부는 실리콘을 사용하였다. 베이스는 E26을 사용하였다. 방열액은 실록산과 실리카, 그래핀, CNT를 합성한 GNC #5.7을 사용하였고 방열액의 양은 23ml이다. 방열판은 알루미늄을 압출하여 돌출 형상으로 제작되었고, 열전도성 접착제를 사용하여 LED 칩 후면에 접착시켰다. 하우징은 석영유리튜브를 사용하였고, 하우징 내에 LED 모듈, 방열판, 방열액, 전원회로를 모두 넣었다. 시험값은 LED 칩이 열적, 광학적으로 안정화되는 시점을 기준으로 하기 위해 램프를 점등 후 120분이 경과되었을 때 측정한 값이다. 실험실 온도는 24도이다. 시험은 다운라이트 상태로 하였고, 온도 측정 지점은 LED 칩 주변이다. 광특성은 LED 칩으로 부터 1m 아래로 떨어진 지점에서 적외선 온도측정기와 코니카 미놀타 CL-500A 조도 스펙트로포토메타계를 사용하여 측정하였다.
구분 LED+방열판+방열액 LED+방열액
온도( o C ) 59 55
조도 ( lx ) 571 373
색온도 (K) 6,407 9,196
연색성( Ra ) 68 77
표 2는 방열판과 방열액 이용한 이중 방열효과 실시 예이다.
상기 표 2로부터 방열판과 방열액이 있는 이중 방열 기능을 갖는 LED 램프가 방열액만 있는 LED 램프보다 방열을 잘 시키고, 결과적으로 광효율이 좋아짐을 볼 수 있다. 즉, 이중 방열 기능을 갖는 LED 램프의 색온도와 연색성이 LED 칩 고유의 사양과 유사하고, 조도의 경우, 방열액만 있는 LED 램프보다 1,5배 높음을 알 수 있다.
상기와 같이 설명된 발광 다이오드 조명 장치는 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
11 : 베이스 부
20 : 발광 다이오드 모듈 (LED 모듈)
21: 발광 다이오드 패키지 (LED PKG)
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
100 : 전원공급모듈
110: 지지대

Claims (18)

  1. 외부 전원과 전기 접속을 할 수 있는 전원 단자를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되는 발광 다이오드 모듈;
    상기 발광 다이오드 모듈에 부착되어 상기 발광 다이오드 모듈에서 발생하는 열을 전달하는 방열판;
    상기 하우징 내에 채워져 상기 발광 다이오드 모듈 및 상기 방열판에서 전달된 열을 흡수하여 상기 하우징으로 전달하는 투광성 절연 방열액;
    상기 하우징 내부의 일측이 밀봉되도록 설치되어 외부물질의 유입을 차단하는 몰딩부; 및
    상기 몰딩부와의 사이에 소정의 공간부가 형성되도록, 상기 발광 다이오드 모듈과 상기 몰딩부 사이에 설치되어 상기 투광성 절연 방열액을 밀봉하고, 상기 투광성 절연 방열액의 팽창에 따라 상기 공간부 방향으로 이동 가능한 밀봉부;를 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 복수의 돌출구조로 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 복수회 절곡시켜 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판의 끝단은 핀 형상으로 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 발광 다이오드 모듈에 설치된 발광 다이오드 패키지 일 측에 부착되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방열판은 판 모양으로 형성되며, 상기 방열판의 일측은 전원공급모듈에 의해 지지되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 알루미늄, 구리 중 적어도 하나를 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 열 전도성 고분자 수지를 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 아노다이징 또는 산화피막 방식으로 표면 처리되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 전구형, 원통형, 직관형, 촛대형, 평판형 중 하나로 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광성 절연 방열액은 디메틸 실리콘 오일, 메틸 패닐 실리콘 오일, 폴리 메틸 하이드로겐 실록산 및 테트라 브로모 에탄 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 고분자 수지로 형성되는, 이중방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부는,
    상기 발광 다이오드 모듈에서 인출된 전선 및 외부 전원에서 인출된 전선이 연결되어 수용되도록 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 몰딩부는
    상기 발광 다이오드 모듈에 연결된 전선을 수용하고, 외부물질이 상기 하우징 내로 유입되는 것을 차단하는 제 1 몰딩부; 및
    상기 제 1 몰딩부 일 측에 형성되어 상기 발광 다이오드 모듈 및 외부전원으로부터 인출된 전선들의 접점이 외부물질에 노출되지 않도록 수용하는 제 2 몰딩부를 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 몰딩부는 상기 하우징 내에 형성되고, 상기 하우징과 동일한 재질로 만들어진, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 몰딩부 및 하우징은 열 전도성 수지로 형성되는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 그 외 측에 상기 하우징으로 부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판을 더 포함하는, 이중 방열 기능을 갖는 발광 다이오드 조명장치.
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