KR101876948B1 - 조명 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 외주면에 제1열전달유로가 형성된 히트싱크, 상기 히트싱크 상면에 형성되고 적어도 하나 이상의 발광소자를 구비하는 발광모듈, 상기 히트싱크 상부에 결합되어 상기 발광모듈을 커버하는 그로브를 포함하되, 상기 그로브의 외주면에는 상기 제1열전달유로에 대응하는 제2열전달유로가 형성된 조명 램프를 제공하여 방열효율을 향상시킬 수 있는 효과 및 방열효율 향상에 따른 조명 램프의 수명단축 방지효과를 갖는다.

Description

조명 램프{ILLUMINATING LAMP}
본 발명은 방열 효율을 향상시킨 조명 램프에 관한 것이다.
LED(Light Emitted Diode) 소자는 화합물 반도체 특성을 이용하여 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시키는 소자로서, 형광등과 달리 수은 등의 유해물질을 사용하지 않아 환경오명 유발원인이 적고, 종래의 광원에 비해 수명이 오래가는 장점을 가지고 있다. 또한, 종래 광원과 비교하여 저전력을 소비하고, 높은 색온도로 인해 시인성이 우수하며 눈부심이 적은 장점을 갖고 있다.
따라서 현재의 조명 램프는 종래의 백열전구나 형광등과 같은 전통적인 광원을 이용하는 형태에서 상술한 LED소자를 광원으로 이용하는 형태로 발전하고 있으며, 근래에 이에 관한 많은 연구개발이 진행되고 있다.
특히 LED 소자를 적용한 조명 램프 분야에서 발광에 수반되는 발열을 방열하기 위한 방열체 구조에 관한 연구가 계속 진행되고 있으며, 이에 따라 방열효율 향상을 위해 한국등록특허 제10-0943074호에 개시된 조명 램프 구조가 제시되었다.
도 1은 상술한 종래의 조명 램프의 방열체 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 조명 램프(1)는 히트싱크(10) 및 히트싱크(10) 상부에 결합된 그로브(Globe, 30)로 이루어져 있다. 여기서 히트싱크(10)는 히트싱크 플레이트(11) 외주면에 형성된 복수의 방열판(13) 구조로 이루어짐으로써, 히트싱크 플레이트(11)상에 실장되는 LED 소자에서 발생되는 열을 방출하게 된다. 그러나 이러한 구조를 갖는 종래의 조명 램프(1)는, 그루브(30)에 열전달 유로가 형성되어 있지 않아, LED 소자의 발열에 따라 발생하는 주위 공기의 흐름이 방열판(13) 사이에 형성된 히트싱크(10) 내부 영역까지 진행하지 못하는 문제점, 이에 따라 열전달에 의한 효율적인 방열이 이루어지지 못하는 문제점이 존재하였다.
한국등록특허 제10-0943074호(2010.02.18.공고)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 외주면에 제1열전달유로가 형성된 히트싱크, 상기 히트싱크 상면에 형성되고 적어도 하나 이상의 발광소자를 구비하는 발광모듈, 상기 히트싱크 상부에 결합되어 상기 발광모듈을 커버하는 그로브를 포함하되, 상기 그로브의 외주면에는 상기 제1열전달유로에 대응하는 제2열전달유로가 형성됨으로써, 방열효율을 향상시킬 수 있는 조명 램프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 조명 램프는, 외주면에 제1열전달유로가 형성된 히트싱크, 상기 히트싱크 상면에 형성되고 적어도 하나 이상의 발광소자를 구비하는 발광모듈, 상기 히트싱크 상부에 결합되어 상기 발광모듈을 커버하는 그로브를 포함하되, 상기 그로브의 외주면에는 상기 제1열전달유로에 대응하는 제2열전달유로가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 이때 특히 제2열전달유로는, 상기 그로브의 외주면 중, 상기 제1열전달유로와 대응하는 위치에 형성됨으로써, 상기 히트싱크와 상기 그로브 결합시 서로 매칭되는 것이 바람직하다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 히트싱크는, 히트싱크 플레이트, 상기 히트싱크 플레이트의 외주면에 종방향으로 형성된 복수의 방열판을 포함하고, 상기 제1열전달유로는 상기 각 방열판 사이에 형성된 오목구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 방열판은 상기 제1열전달유로 사이의 돌출부 에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 그로브는 외주면에 종방향으로 형성된 복수의 돌출구조를 포함하고, 상기 제2열전달유로는 상기 돌출구조 사이에 형성된 오목구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 그로브는, 폴리카보네이트(PC;Polycarbonate), 아크릴, ABS RESIN (Acrylonitrile Butadiene Styrene), 엔지니어링 플라스틱(Enginnering Plastics;EP), 스티렌/아크릴로니트릴(SAN)중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 그로브의 단면 형상은 반구형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 그로브는 접착성 물질을 매개로 상기 히트싱크 상부에 결합될 수 있다.
본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 히트싱크는 열전도율이 우수한 Al, Mg 또는 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 조명 램프에 있어서, 상기 발광모듈은 SMD(surface mount device)모듈 또는 COB(chip on board)모듈 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광모듈에 구비되는 발광소자로서 LED 소자가 이용될 수 있다.
본 발명의 조명 램프는, 전원 공급을 위해 상기 히트싱크 하부에 결합된 소켓을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 히트싱크 내부로의 공기유동을 원활하게 함으로써 열전달면적을 증가시키는 효과 및 이에 따른 방열효율 향상 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 방열효율 향상에 따른 LED 소자의 수명단축을 방지하는 효과 및 이에 따른 조명 램프의 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 조명 램프의 방열체 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 램프의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 램프의 히트싱크 및 그로브를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 램프의 히트싱크 및 그로브를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 종래 구조의 조명 램프 및 본 발명에 따른 조명 램프의 열 유동해석 결과를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 램프의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 조명 램프(2)는 히트싱크(100), 히트싱크(100) 상면에 형성되고 하나 이상의 발광소자(210)를 구비한 발광모듈(200), 히트싱크(100)의 상부에 결합되어 발광모듈(200)을 커버하는 그로브(globe, 300)를 포함하여 이루어지며, 전원 공급을 위하여 히트싱크(100) 하부에는 소켓(socket, 500)이 더 형성되는 것이 바람직하다. 이때 히트싱크(100)의 외주면에는 제1열전달유로(B)가 형성되어 있으며, 히크싱크(100) 상부에 결합되는 그로브(300)의 외주면에는 제1열전달유로(B)에 대응하는 제2열전달유로(A)가 형성되어 있다. 이때 특히 제2열전달유로(A)는, 그로브(300)의 외주면 중, 제1열전달유로(B)와 매칭(matching)되는 위치에 형성됨으로써, 동일한 경로의 유로를 형성하는 것이 바람직하다. 발광모듈(200)에서 발생되는 열에 의한 공기의 대류경로를 서로 일치시킴으로써 가열된 공기의 흐름을 원활하게 하고 열방출효율을 보다 향상시키기 위함이다. 여기서 열전달유로란, 발광모듈(300)의 발열에 따라 발생하는 주위 공기의 대류에 의한 유동이 진행하는 경로를 의미한다.
소켓(500)은 통상적인 구조의 조명 램프용 소켓을 의미하며, 소켓(500)을 통해 전원이 인가되어 발광모듈(200)에 공급되게 된다.
본 발명의 히트싱크(100)는 상면에 발광모듈이 실장되는 히트싱크 플레이트(110) 및 히트싱크 플레이트(110)의 외주면에 형성된 복수의 방열판(170)을 포함하여 이루어진다. 한편, 히트싱크 플레이트(110)의 외주면 중, 방열핀(170) 사이의 공간에는 내측방향으로 오목구조(130)가 형성되어 있으며, 방열핀(170)이 형성된 부분은 외측방향으로 돌출부(150)가 형성되어 있다. 이에 따라 제1열전달유로(B)는 오목구조(130)에 형성되어 발열소자(200)에서 발생한 열에 의해 가열된 공기는 대류에 의해 히트싱크(100)의 내부, 보다 자세하게는 방열판(170) 사이의 공간으로 보다 쉽게 진행할 수 있게 된다. 이에 따라 가열된 공기와 방열판(170)이 접촉하는 면적을 넓힐 수 있게 되어 방열효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 히트싱크(100)는 열전도율이 우수한 Al, Mg 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 다이캐스팅(diecasting) 방식에 의해 제조될 수 있다. 다만 이는 하나의 예시일 뿐이며, 이외에도 높은 열전도율을 갖는 폴리머 재질을 이용하여 사출성형 방식에 의해서도 본 발명의 히트싱크(100)를 제조할 수 있다고 할 것이다.
한편, 히트싱크(100)의 내측에는 수직방향으로 관통된 정공이 형성함으로써, 발광모듈(200)에 전기적으로 접속되는 배선(700)이 배치될 공간을 구비하는 것이 바람직하다.
발광모듈(200)은 기판상에 하나 이상의 발광소자(210)가 실장될 모듈로서, 전원공급시 광을 발산하는 기능을 수행한다. 특히 본 발명에서 발광소자(210)는 LED 소자가 이용되는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 발광모듈(200)의 형태는 발광소자가 탑재된 SMD (Surface Mount Device) 패키지를 기판에 실장한 SMD 모듈 또는 기판(PCB 등)상에 복수의 발광소자를 밀집배치하여 실장한 COB(Chip On Board) 모듈 등의 타입이 이용될 수 있으며, COB 모듈 형태로 이루어짐이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 COB 모듈의 경우, 단일의 발광부를 갖게 되는 바, 고출력의 발광이 가능한 이점을 갖는다. 반면, 발광부에 복수의 발광소자(LED소자)가 밀집 배치되기 때문에 발광소자의 온도가 높이지기 쉽다. 이에 따라 발광소자의 수명이 짧아지는 문제점 및 광출력이 저하되는 문제점이 존재한다. 그러나 본 발명의 조명 램프에 의하면 열전달유로를 형성함에 따라 방열효율을 향상시키는 바, 발광모듈(200)을 COB 모듈로 구성하더라도 안정적인 방열성을 확보할 수 있고 또한 발광소자의 수명단축을 방지하는 효과 및 광출력 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다.
본 발명의 그로브(Globe, 300)는 히트싱크(100)의 상부에 결합되어 발광모듈(200)을 커버하는 역할을 하며, 그로브(300)의 형태는 돔(dome)형상으로 이루어짐으로써 반구형의 단면 형상을 가질 수 있다. 한편 그로브(300)와 히트싱크(100)의 결합은 습기유입을 방지하고 조명 램프의 견고함을 향상시키기 위하여 접착성 물질을 매개로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 나사끼움방식 등 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 결합방식으로 통해 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명의 그로브(300)는 광투과성 및 광확산성이 우수한 합성수지 또는 유리로 형성될 수 있다. 특히 본 발명에 있어서 그로브(300)는 폴리카보네이트(PC;Polycarbonate), 아크릴, ABS RESIN (Acrylonitrile Butadiene Styrene), 엔지니어링 플라스틱(Enginnering Plastics;EP), 스티렌/아크릴로니트릴(SAN)중 어느 하나의 재질을 사출 성형하여 제조됨이 바람직하며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트(PC;Polycarbonate)로 제조될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 그로브(Globe, 300)는 외주면의 내측방향으로 오목구조(330)가 형성되어 있으며, 오목구조(330) 사이의 돌출된 부분에는 외주면을 따라 종방향으로 형성된 복수의 돌출구조(350)가 형성되어 있다. 그리고, 제2열전달유로(A)는 돌출구조(350)사이의 공간인 오목구조(330)에 형성된다. 이에 따라 그로브(300)가 히트싱크(100) 상부에 결합시, 그로브(300)에 형성된 오목구조(330)는 히트싱크(100)에 형성된 오목구조(130)과 매칭된다. 또한 그로브(300)에 형성된 돌출구조(350)는 히트싱크(100)에 형성된 돌출부(150) 및 돌출부(150)에 형성된 방열판(170)과 매칭되어, 결과적으로 히트싱크(100)의 제1열전달유로(B)와 그로브(300)의 제2열전달유로(A)가 매칭되게 된다.
이에 따라 발열소자(200)에서 발생한 열에 의해 가열된 공기는 대류에 의해 그로브(300)에 형성된 제2열전달유로(A) 및 히트싱크(100)에 형성된 제1열전달유로(B)를 따라 히트싱크(100)의 내부, 보다 자세하게는 방열판(170) 사이의 공간으로 보다 쉽게 진행할 수 있게 되며, 결과적으로 가열된 공기와 방열판(170)이 접촉하는 면적을 넓힐 수 있게 되어 방열효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 램프의 히트싱크 및 그로브를 도시한 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 램프의 히트싱크 및 그로브를 도시한 분해 사시도이다.
도 3a 내지 도 4를 참조하면, 도 2에서 상술한 바와 같이 본 발명의 히트싱크(100)는 히트싱크 플레이트(110), 히트싱크 플레이트 외주면에 형성된 복수의 오목구조(130), 오목구조(130) 사이의 돌출부(150)에 형성된 방열판(170)을 포함하여 이루어지며, 제1열전달유로(B)는 오목구조(130)를 따라 형성된다. 그로브(300)는 도 2의 설명에서 상술한 바와 같이 외주면에 복수의 돌출구조(350)가 형성되어 있으며, 돌출구조 사이에 오목구조(330)가 형성되어 있고, 제2열전달유로(A)는 이 오목구조(330)에 형성된다. 또한 그로브(300)는 도 3b에 도시된 바와 같이 내부가 비어있는 반구형상으로 이루어진다.
특히 본 발명의 일 실시예에 따른 그로브(300)는 도3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 외주면에 형성된 오목구조(330) 및 돌출구조(350)가 그로브(300)의 중심부까지 형성되지 않고 일부분까지만 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 그로브(400)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 그로브(300)와는 달리 외주면에 형성된 오목구조(430) 및 돌출구조(450)가 그로브(400)의 중심부까지 연장 형성된 구조로 이루어질 수도 있다. 이외에 그로브(400)의 구조 및 히트싱크(100) 구조는 도 2 내지 도 3b에서 설명한 바와 동일한 바, 생략한다.
도 5는 종래 구조의 조명 램프 및 본 발명에 따른 조명 램프의 열 유동해석 결과를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 종래 구조의 조명 램프의 경우, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 그로브에 돌출구조 및 오목구조가 구비되어 있지 않음에 따라 본원발명의 제2열전달유로가 형성되어 있지 않다. 또한 히트싱크의 외주면에도 오목구조가 형성되어 있지 않음에 따라 히트싱크 측의 열전달유로가 형성되어 있지 않다. 이에 따라 P1 및 P2 부분을 살펴보면, 발열소자에서 발생된 열에 의해 가열된 공기가 방열판 사이의 공간으로 원활하게 진행하지 못함을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 조명 램프는, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 그로브 및 히트싱크에 열전달유로가 형성됨에 따라 방열판 사이의 공간으로 가열된 공기가 원활하게 진입함을 확인할 수 있다.
이에 따르면 본 발명의 조명 램프는 방열면적을 증가시키는 효과 및 방열효율 향상효과를 갖게 됨을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
1, 2: 조명 램프
100: 히트싱크
110: 히트싱크 플레이트
130: 히트싱크의 오목구조
150: 히트싱크의 돌출부
170: 방열판
200: 발광모듈
210: 발광소자
300, 400: 그로브(Globe)
330, 430: 그로브의 오목구조
350, 450: 그로브의 돌출구조
500: 소켓
700: 배선

Claims (12)

  1. 외주면에 제1열전달유로가 형성된 히트싱크;
    상기 히트싱크 상면에 형성되고 적어도 하나 이상의 발광소자를 구비하는 발광모듈;
    상기 히트싱크 상부에 결합되어 상기 발광모듈을 커버하는 그로브; 를 포함하되,
    상기 그로브의 외주면에는,
    상기 제1열전달유로에 대응하는 제2열전달유로가 형성되고,
    상기 히트싱크는,
    외주면의 원주 방향을 따라 복수의 돌출 구조와 복수의 오목 구조가 교대로 형성된 히트싱크 플레이트;
    상기 히트싱크 플레이트의 돌출 구조에 배치되며, 상기 히트싱크 플레이트의 외주면에 종방향으로 형성된 복수의 방열판; 및
    상기 히트싱크 플레이트의 돌출 구조에 형성되며, 상기 히트싱크 플레이트의 외주면에 종방향으로 형성된 복수의 상기 제1열전달유로를 포함하고,
    상기 그로브는 외주면의 원주 방향을 따라 교대로 형성된 복수의 돌출 구조와 복수의 오목 구조를 포함하고,
    상기 그로브의 외주면은 톱니 형상을 갖고,
    상기 제2열전달유로는 상기 그로브의 오목 구조에 형성되며, 상기 그로브의 외주면에 종방향으로 형성되고,
    상기 히트싱크 플레이트의 돌출 구조의 형성 위치는 상기 그로브의 돌출 구조의 형성 위치와 대응되고,
    상기 히트싱크 플레이트의 오목 구조의 형성 위치는 상기 그로브의 오목 구조의 형성 위치와 대응되는 조명 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2열전달유로는,
    상기 그로브의 외주면 중, 상기 제1열전달유로와 매칭되는 위치에 형성된 조명 램프.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열판은,
    상기 제1열전달유로 사이의 돌출부에 형성된 조명 램프.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 그로브는,
    폴리카보네이트(PC;Polycarbonate), 아크릴, ABS RESIN (Acrylonitrile Butadiene Styrene), 엔지니어링 플라스틱(Enginnering Plastics;EP), 스티렌/아크릴로니트릴(SAN)중 어느 하나의 재질로 형성되는 조명 램프.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 그로브의 단면 형상은 반구형으로 형성된 조명 램프.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 그로브는,
    접착성 물질을 매개로 상기 히트싱크 상부에 결합되는 조명 램프.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트싱크는,
    Al, Mg 또는 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 조명 램프.
  10. 청구항 1 , 2, 4 및 6 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광모듈은,
    SMD(surface mount device)모듈 또는 COB(chip on board)모듈인 조명 램프.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 발광소자는 LED 소자인 조명 램프.
  12. 청구항 10에 있어서,
    전원 공급을 위해 상기 히트싱크 하부에 결합된 소켓을 더 포함하는 조명 램프.
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