KR101931642B1 - 자연대류형 방열구조를 갖는 led조명기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중앙에 제 1 대류홀이 형성되는 PCB기판과 상기 PCB기판의 일면에 실장되는 다수의 LED소자와 상기 PCB기판의 이면에 면접촉되도록 상면이 PCB기판과 동일한 평판으로 이루어지고 상기 평판의 상면으로부터 연장된 면이 하향 절곡되어 갓 형태를 이루며 상기 평판의 중앙에 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하는 제 2 대류홀이 형성되어 상기 평판부분이 PCB기판의 이면에 볼트결합되는 히트싱크; 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하도록 중앙에 제 3 대류홀이 형성되어 상기 LED소자 및 PCB기판을 외부로부터 보호하도록 상기 히트싱트 저면에 결합되는 투명재질의 커버; 상기 커버의 내측 바닥에 결합되어 상기 PCB 기판에 실장된 다수의 LED소자를 각각 수용하는 투광홀더; 상기 LED소자에 전원을 공급하도록 상기 히트싱크의 상면 중앙을 가로질러 배치되되, 상기 히트싱크의 대류홀을 막지 않도록 양측단부가 하향 절곡되어 상기 히트싱크의 대류홀과 이격되게 결합되는 전원케이스; 상기 전원케이스의 상단부 양측에 힌지결합되어 각도가 조절되는 설치용 브라켓;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED조명기구를 제공한다.

Description

자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구{LED Lighting Apparatus Having Heat Dissipation Structure of Natural Convection Type}

본 발명은 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 LED소자에서 발생되는 열에 의해 데워진 더운 공기가 위로 올라가면 더운 공기의 자리에 차가운 공기가 유입되어 공기의 순환이 이루어지는 자연대류현상을 유도하여 방열효율을 상승시키는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구에 관한 것이다.

일반적으로 LED조명기구를 구성하는 핵심요소인 LED소자는 전기에너지를 공급받아 빛을 발산하며 이때 빛과 함께 높은 열도 또한 발산한다. 그리고, 구동시 발생하는 열은 LED소자의 열화를 가속화시키므로 조명기구 외부로 열을 충분히 방출할 수 있도록 설계되어야 LED조명기구의 신뢰성을 확보할 수 있다.

여기서, 열 방출은 LED소자에서 PCB를 거쳐 방열기구물까지의 전도과정을 거쳐 전달되고 최종 방열체에서 공기중으로 복사의 형태로 발산된 후 대류에 의해 공기중으로 퍼진다. 그리고, 열에너지는 항상 온도가 높은쪽에서 낮은쪽으로 전이되며 온도차가 클수록 더 효과적으로 열이 전달되는 특징이 있어 복사에 의해 방출된 열이 빠르게 대류되어 공기중으로 퍼지도록 해야 높은 방열효과를 얻을 수 있다.

LED조명기구에서 히트싱크로 방열을 하는 방식은 크게 수동형 냉각방식(Passive cooling)과 능동형 냉각방식(Active cooling)으로 나뉜다.

수동형 냉각방식(Passive cooling)은 열 방출을 위하여 통상적으로 사용되고 있는 방식으로서, 방열체 자체의 전도 및 복사를 통하여 자연 대류에 의해 열이 분산되는 방식이다.

그리고, 능동형 냉각방식(Active cooling)은 히트싱크에 전기모터에 의한 팬(fan) 또는 맴브레인 등을 부착하여 강제 대류를 일으켜 높은 온도의 공기를 강제로 퍼지게 하고 끊임없이 차가운 공기가 강제로 공급되도록 하는 방식이다.

여기서, 강제대류에 의한 능동형 냉각방식은 방열효과가 우수한 반면, 전기모터(또는 맴브레인)를 구동하기 위한 별도의 장치가 필요하며, 비용 상승과 팬의 마찰수명에 의한 고장 등이 잦아 통상 LED조명기구에는 잘 사용되지 않는다.

그리고, LED조명기기의 대부분을 차지하고 있는 수동형 냉각방식은 능동형 냉각 방식에 비해 방열효율이 떨어지기 때문에 방열효율을 조금이라도 더 높이기 위해 조명기구의 외관을 금속성 방열체로 제작하거나, 별도의 방열체를 조명기구에 부착하여 열 발산에 효과적이게 제작하여야 한다.

보다 자세히 설명하면 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 조명기구 자체의 형상을 방열핀이 있는 다이케스팅 히트싱크(10)로 제작하거나, (b)에 도시된 바와 같이 공기의 접촉면을 최대한 넓게 가져서 복사방출을 증가시킬 수 있도록 다수의 방열핀이 압출 성형된 알루미늄 히트싱크(10)를 부착하여 조명기구를 제작하거나, (c)에 도시된 바와 같이 얇은 판금형 방열핀을 만들어 끼워 조립한 형태의 히트싱크(10)를 추가로 부착하여 조명기구를 제작하게 된다.

그러나, 상기의 수동형 냉각방식은 다수의 방열핀이 구비된 히트싱크를 제작하기 위한 부품비용, 금형비용, 조립비용 등의 증가로 제작비용이 높아지고, 구조가 복잡하며, 부피가 커서 무거운 문제점이 있다.

따라서, 가볍고, 단순하면서 저렴한 히트싱크의 구조를 적용하여 능동형 냉각 방식 수준의 높은 방열효과를 얻을 수 있는 새로운 방열구조를 갖는 LED 조명기구의 개발이 절실히 요구되고 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1554507호 (2015.09.15)

(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1340411호 (2013.12.13)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,

본 발명의 목적은 PCB기판을 외부로부터 보호하도록 히트싱트 저면에 결합되는 투명재질의 커버 및 다수의 LED소자를 각각 수용하는 투광홀더를 구비하여 LED소자의 광학적인 투광효율을 증대시키고, LED소자 각각을 외부로부터 안전하게 보호하여 LED소자의 수명을 증대시키는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 제공하는 데 있다

본 발명의 다른 목적은 PCB기판의 중앙에 제 1 대류홀이 형성되고, 갓 형상의 히트싱크 중앙에 제 2 대류홀이 형성되며, 커버의 중앙에 제 3 대류홀이 형성되어 LED소자 주변의 공기를 효과적으로 모아 제 1, 제 2, 제 3 대류홀을 통해 고온의 공기가 상승할 때 갓 내부의 저기압을 유발하여 상대적으로 기압이 높아진 주변의 찬 공기가 갓 내부로 유입되게 유도함으로써 방열효과를 증대시키는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 히트싱크 상면에 구비되는 전원케이스가 히트싱크 상면을 가로질러 배치되되, 양측단부가 하향 절곡되어 히트싱크의 대류홀을 막지 않게 장착됨으로써 방열효과를 증대시킬 뿐만 아니라 중심을 확보하여 설치의 안전성을 확보하게 되는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 제공하는 데 있다

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED 조명기구는 중앙에 제 1 대류홀이 형성되는 PCB기판과 상기 PCB기판의 일면에 실장되는 다수의 LED소자와 상기 PCB기판의 이면에 면접촉되도록 상면이 PCB기판과 동일한 평판으로 이루어지고 상기 평판의 상면으로부터 연장된 면이 하향 절곡되어 갓 형태를 이루며 상기 평판의 중앙에 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하는 제 2 대류홀이 형성되어 상기 평판부분이 PCB기판의 이면에 볼트결합되는 히트싱크; 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하도록 중앙에 제 3 대류홀이 형성되어 상기 LED소자 및 PCB기판을 외부로부터 보호하도록 상기 히트싱트 저면에 결합되는 투명재질의 커버; 상기 커버의 내측 바닥에 결합되어 상기 PCB 기판에 실장된 다수의 LED소자를 각각 수용하는 투광홀더; 상기 LED소자에 전원을 공급하도록 상기 히트싱크의 상면 중앙을 가로질러 배치되되, 상기 히트싱크의 대류홀을 막지 않도록 양측단부가 하향 절곡되어 상기 히트싱크의 대류홀과 이격되게 결합되는 전원케이스; 상기 전원케이스의 상단부 양측에 힌지결합되어 각도가 조절되는 설치용 브라켓;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, ,상기 히트싱크의 상면과 PCB기판은 볼트 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 커버의 내측 바닥에는 볼트체결홀이 일정간격으로 형성되고, 상기 볼트체결홀에는 상기 히트싱크의 상면과 상기 PCB기판을 관통하는 볼트가 체결되어 상기 히트싱크와 PCB기판과 커버가 볼트 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버의 내측 바닥에는 후크형태 돌부가 일정간격으로 형성되고, 상기 히트싱크의 저면에는 상기 후크형태의 돌부가 삽입되어 고정되는 홈부가 구비되며, 상기 돌부와 홈부의 결합으로 상기 커버가 히트싱크의 저면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전원케이스 상단부 양측에는 고정편이 구비되고, 상기 고정편에는 설치용 브라켓이 힌지 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 설치용 브라켓에는 각도가 조절되도록 힌지를 중심으로 다수의 구멍이 배열되고, 상기 고정편에는 상기 구멍과 대응되는 위치에 고정용 돌기가 구비되며 상기 고정용 돌기가 선택적으로 끼워지는 구멍의 위치에 따라 상기 설치용 브라켓의 각도가 조절되는 것을 특징으로 하며, 상기 고정용 돌기는 고정편에 형성된 홈 내에 삽입되고 상기 홈 내의 스프링에 탄지되어 외력이 가해지면 홈 내로 인입되고 외력이 제거되면 홈 외로 돌출되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 설치용 브라켓의 중앙에는 걸이용 고리가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트싱크의 상면 양측에는 상면의 복사열을 방열시키기 위한 방열 핀이 일정간격으로 배열되는 것을 특징으로 하며, 상기 방열핀은 양측에서 중앙을 향할수록 높이가 점차적으로 높아져 돔 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, LED소자가 실장되는 PCB기판과 히트싱크 중앙에 대류홀을 형성하여 LED소자 주변의 고온의 공기가 히트싱크 상면의 복사열로 인한 고온의 공기와 함께 상승하도록 유도하고 히트싱크 상면을 포함한 LED소자 주변에 저온의 공기가 유입되게 하여 자연대류현상을 유발시킴으로써 능동형 냉각방식 수준의 높은 방열효과를 얻게 되는 효과가 있다.

또한, PCB기판을 외부로부터 보호하도록 히트싱트 저면에 결합되는 투명재질의 커버 및 다수의 LED소자를 각각 수용하는 투광홀더를 구비함으로써 LED소자의 광학적인 투광효율을 증대시킬뿐만 아니라 LED소자 각각을 외부로부터 안전하게 보호하여 LED소자의 수명을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 전원케이스가 대류홀을 막지 않은 폭으로 대류홀의 중앙을 가로질러 배치되되, 전원케이스의 저면이 대류홀과 이격되도록 양측 단부가 하향 절곡되어 대류홀을 막지 않게 장착됨으로써 방열효과를 증대시킬 뿐만 아니라 설치시 중심을 확보하여 설치의 안전성을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 고정편의 고정용 돌기가 설치용 브라켓의 힌지를 중심으로 형성된 다수의 구멍에 선택적으로 끼워져 설치용 브라켓의 각도를 조절할 수 있음으로써 설치의 용이성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 능동형 냉각방식과 같이 전기모터나 맴브레인 등 냉각구동을 위한 별도의 장치가 필요 없게 되므로 제작비용이 저렴해지고, 팬의 마모나 고장 등이 발생하지 않아 유지비용을 절감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 수동형 냉각방식과 같이 별도의 복잡한 구조의 방열체를 부착하지 않아도 되므로 방열체를 제작하기 위한 부품비용, 금형비용, 조립비용 등을 절감시킬 수 있고, 구조가 단순해지며, 가벼워서 사용의 편의성 및 실용성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 수동형 냉각방식의 LED조명기구에 부착되는 히트싱크의 예를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 위에서 바라본 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 아래에서 바라본 저면 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 분해하여 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 도시한 결합단면도.
도 6은 전원케이스의 고정편에 각도 조절가능하게 결합되는 설치용 브라켓의 결합관계를 도시한 요부확대도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구의 히트싱크 상면에 다수의 방열핀이 일정간격으로 배열된 상태를 도시한 사시도.
도 8의 (a)는 대류홀을 통해 히트싱크의 하부에 머무는 고온의 공기가 히트싱크 상면의 복사열로 인한 고온의 공기와 함께 상승하고, 도 8의 (b)는 더운 공기가 머물렀던 자리에 저온의 공기가 유입되어 공기의 순환이 이루어지는 과정을 도시한 개념도.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.

도 2 내지 도 5를 참고로 하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구의 구성 및 결합관계를 설명하고, 도 6을 참고로 하여 설치용브라켓의 각도조절 구조를 설명하며, 도 7을 참고로 하여 히트싱크 상면에 구비되는 방열핀을 설명한다. 또한, 도 8을 참고로 하여 공기의 순환 및 자연대류현상을 유도하는 대류홀의 기능을 설명한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구는 PCB기판(100), LED소자(200), 히트싱크(300)를 포함하여 구성된다.

먼저, PCB기판(100)은 도우넛 형태로 기판의 중앙에 제 1 대류홀(400a)이 형성된다.

그리고, 제 1 대류홀(400a)이 형성된 PCB기판(100)의 일면에는 다수의 LED소자(200)가 실장되어 배열된다.

그리고, PCB기판(100)의 이면에는 LED소자(200)에서 발산된 열을 흡수하는 히트싱크(300)가 결합된다.

히트싱크(300)는 PCB기판(100)에 면접촉되도록 상면이 PCB기판(100)과 동일한 평판으로 이루어지고, 평판의 중앙에는 제 1 대류홀(400a)의 중심선상에 위치되어 제 1 대류홀과 비슷한 크기를 갖는 제 2 대류홀(400b)이 형성된다. 그리고 평판의 상면으로부터 연장된 면이 하향 절곡되어 경사진 측면을 형성하여 갓 형태를 갖는다.

또한, 히트싱크(300)는 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어져 LED소자(200)에서 발생된 열을 효율적으로 발산한다.

그리고, 히트싱크(300)의 상면과 PCB기판(100)에는 LED소자(200) 사이사이로 관통되는 체결공(310,110)이 형성되고, 히트싱크와 PCB기판은 체결공(310,110)에 체결되는 볼트(500)에 의해 결합된다.

이에 더하여 히트싱크(300)의 저면에는 LED소자(200) 및 PCB기판(100)을 보호하는 커버(600)가 결합된다.

커버(600)는 LED빛이 통과되도록 렌즈 또는 투광재질로 이루어지며, 커버(600)의 중앙에는 제 1 대류홀(400a)의 중심선상에 위치되는 제 3 대류홀(400c)이 형성된다.

여기서, PCB기판의 제 1 대류홀(400a), 히트싱크의 제 2 대류홀(400b), 커버의 제 3 대류홀(400c)은 모두 대류홀(400)을 의미한다.

그리고, 커버(600)의 내측 바닥면에는 PCB기판(100)에 실장된 다수의 LED소자(200)를 각각 수용하는 투광홀더(610)가 일체로 성형될 수 있다.

또한, 커버(600)는 히트싱크(300)의 저면에 결합되기 위해 커버(600)의 내측 바닥면에 히트싱크 및 PCB기판의 체결공(310,110)과 대응되는 볼트체결홀(620)이 형성되고, 볼트체결홀(620)에는 히트싱크(300)의 상면과 PCB기판(100)을 관통하는 볼트(500)가 체결되어 히트싱크(300)와 PCB기판(100)과 커버(600)가 볼트(500) 결합될 수 있다. 이때, 볼트(500)는 커버(600)의 외측으로 돌출되지 않고 볼트체결홀(620) 내에서 체결된다.

이외에도, 도면에는 도시되지는 않았지만 커버는 히트싱크의 저면에 결합되기 위해 커버의 내측 바닥면에 후크형태 돌부가 형성되고, 히트싱크의 저면에는 후크형태의 돌부가 삽입되어 고정되는 홈부가 구비되어 돌부와 홈부의 결합으로 커버가 히트싱크의 저면에 결합될 수도 있다. 이때, PCB기판에는 돌부와 홈부에 대응하여 관통공이 형성될 수 있다.

이에 더하여 히트싱크(300)의 상면에는 LED소자(200)에 전원을 공급하는 전원케이스(700)가 장착된다. 이때, 전원케이스(700)는 히트싱크의 대류홀(400)을 막지 않도록 장착된다.

여기서, 전원케이스(700)는 히트싱크의 대류홀(400)을 막지 않은 폭으로 대류홀(400)의 중앙을 가로질러 배치되고, 하향 절곡된 양측단부가 히트싱크(300)의 상면에 결합되어 저면이 대류홀(400)과 이격되는 상태가 된다. 즉, 전원케이스(700)는 대류홀(400)을 막지 않은 폭과 대류홀(400)로부터 이격되는 공간을 형성하여 대류홀(400)로 통과되는 공기를 막지 않게 된다.

이에 더하여 전원케이스(700) 상면에는 설치용 브라켓(800)이 결합된다.

설치용 브라켓(800)을 결합하기 위해 전원케이스(700) 상단부 양측에는 고정편(710)이 구비되고, 고정편(710)에는 설치용 브라켓(800)의 양단이 힌지(720) 결합되어 좌,우 회전이 가능하게 결합된다. 이때, 설치용 브라켓(800)의 중앙에는 필요에 따라 걸이용 고리(810)가 더 결합될 수도 있다.

또한, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 설치용 브라켓(800)의 양측에는 힌지(720)를 중심으로 다수의 구멍(820)이 배열되고, 고정편(710)에는 구멍(820)과 대응되는 위치에 고정용 돌기(730)가 구비되며, 고정용 돌기(730)가 선택적으로 끼워지는 구멍(820)의 위치에 따라 설치용 브라켓(800)의 각도가 조절될 수 있다.

이때, 고정용 돌기(730)는 고정편(710)에 형성된 홈(731) 내에 삽입되고, 홈(731)에 내장된 스프링(732)에 탄지되어 외력이 가해지면 홈(731) 내로 인입되고 외력이 제거되면 홈(731) 외로 돌출되는 구조를 갖는다.

즉, 고정용 돌기(730)에 외력을 가하면 고정용 돌기(730)가 구멍(820)으로부터 빠져나와 설치용 브라켓(800)의 각도를 조절할 수 있고, 선택된 각도의 구멍(820)에 고정용 돌기(730)가 위치되어 외력이 제거되면 고정용 돌기(730)가 구멍에 삽입되어 설치용 브라켓(800)의 각도를 고정시키게 된다.

이와 같이 설치용 브라켓(800)은 힌지를 중심으로 회전반경을 따라 배열된 다수의 구멍(820)에 선택적으로 끼워지는 고정용 돌기(730)를 통해 자유롭고 간편하게 각도를 조절할 수 있게 된다.

이에 더하여 도 7에 도시된 바와 같이 히트싱크(300)의 상면 양측에는 상면의 복사열을 방열시키기 위한 방열핀(900)이 더 구비될 수 있다.

방열핀(900)은 히트싱크(300)의 상면 중앙을 가로질러 장착되는 전원케이스(700)를 기준으로 좌우 양측에 배열되되, 히트싱크의 대류홀(400)을 막지 않게 배열된다.

또한, 방열핀(900)은 공기와 접촉되는 면적이 최대한 크도록 판 형상으로 구비되고, 판 형상의 방열핀(900)은 히트싱크의 양측에서 중앙을 향할수록 높이가 점차적으로 높아져 돔 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 방열핀(900)의 형상이나 높이는 다양하게 구비될 수 있으며, 판 형상, 돔 형태로 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성되는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, LED소자(200)에 전원이 공급되면, 전기에너지를 받은 LED소자(200)는 빛을 발산하게 되며, 이때 빛과 함께 높은 열을 발산한다.

그리고, 발산된 열은 PCB기판(100)를 거쳐 히트싱크(300)에 전달되고 아울러 LED소자(200) 주변의 온도를 높인다. 즉, 열에 의해 LED소자(200) 주변의 공기가 데워져 히트싱크(300)의 갓 내부에는 더운 공기가 머무르게 되고, 열을 전달받은 히트싱크(300) 상면에는 복사열이 발생한다.

이어, 히트싱크(300) 갓 내부의 고온의 공기는 상승되어 히트싱크의 대류홀(400)을 통해 외부로 방출되고 아울러 히트싱크 상면의 복사열로 인한 고온의 공기도 상승되어 외부로 방출된다.

그리고, 고온의 공기가 머물렀던 자리 즉, 히트싱크(300) 상면과 LED소자(200) 주변에 저기압이 형성되어 저온의 공기가 유입된다.

도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 히트싱크(300) 갓 내부의 고온의 공기는 대류홀(400)을 통해 상승하여 갓 내부를 빠져나가면서 갓 내부에 저기압을 유발하고, 상대적으로 기압이 높아진 주변의 찬 공기가 저기압 상태의 갓 내부로 유입되는 것이다.

그리고, 갓 내부로 유입된 찬 공기는 LED소자에서 발산된 열에 의해 다시 데워져 고온의 공기가 되고, 고온의 공기는 다시 대류홀(400)을 통해 상승하여 외부로 방출됨과 동시에 다시 고온의 공기 자리에 찬 공기가 유입되는 것으로 공기의 순환이 이루어진다.

공기의 흐름은 고온에서 저온으로, 고압에서 저압으로 이동하게 되는데, 히트싱크 중앙의 대류홀(400)이 고압의 공기가 상승하여 방출될 수 있도록 유도하는 기능을 하게 됨으로써 LED소자(200) 주변에 새로운 저온의 공기가 끊임없이 공급되고, LED소자(200) 주변의 고온의 공기는 끊임없이 상승되는 자연 대류현상을 유발시키게 된다.

이하에서는 대류홀이 없는 갓형 히트싱크가 적용된 LED조명기구(비교 예)와 대류홀이 있는 갓형 히트싱크가 적용된 LED조명기구(본 발명의 실시 예)를 제작한 후 온도실험을 하였다.

(비교 예)

다수의 LED소자가 실장되는 PCB기판의 이면에 열을 흡수하는 갓 형상의 히트싱크를 결합하되, PCB기판과 히트싱크에는 대류홀을 형성하지 않고 제작하였다.

(본 발명의 실시 예)

다수의 LED소자가 실장되는 PCB기판의 이면에 열을 흡수하는 갓 형상의 히트싱크를 결합하되, PCB기판과 히트싱크 중앙에는 자연대류현상을 유발시키는 대류홀을 형성하여 제작하였다.

(실험)

비교 예와 실시 예는 동일한 LED를 사용하였으며, 동일한 구동조건에서 비교 예의 조명기구와 실시 예의 조명기구를 일정시간 구동시킨 후 각 조명기구의 LED소자와 히트싱크 상면의 온도를 측정하였다. 그리고 온도측정결과를 <표 1>에 나타내었다.

구분	LED1 온도	LED2 온도	LED3 온도	히트싱크 상면온도
비교 예(대류홀이 없는 히트싱크가 적용된 LED조명기구)	51.5℃	52.2℃	50.6℃	51.4℃
실시 예(대류홀이 있는 히트싱크가 적용된 LED 조명기구	44.1℃	44.7℃	43.1℃	43.7℃
온도차	7.4℃	7.5℃	7.5℃	7.7℃

<표 1>에 나타낸 바와 같이 비교 예는 LED 1의 온도가 51.5℃, LED 2의 온도가 52.2℃, LED 3의 온도가 50.6℃, 히트싱크 상면온도가 51.4℃로 측정되어 모두 50℃를 넘는 반면, 실시 예는 LED 1의 온도가 44.1℃, LED 2의 온도가 44.7℃, LED 3의 온도가 43.1℃, 히트싱크 상면온도가 43.7℃로 측정되었다.

즉, 실시 예(대류홀이 있는 히트싱크가 적용된 LED 조명기구)의 온도가 비교 예(대류홀이 없는 히트싱크가 적용된 LED조명기구)의 온도에 비해 7.4℃,∼7.7℃ 낮게 측정되었으며, 대류홀에 의해 온도하락 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명은 LED소자가 실장되는 PCB기판과 히트싱크 중앙에 대류홀을 형성하여 LED소자 주변의 고온의 공기가 히트싱크 상면의 복사열로 인한 고온의 공기와 함께 상승하도록 유도하고 히트싱크 상면을 포함한 LED소자 주변에 저온의 공기가 유입되게 하여 자연대류현상을 유발시킴으로써 능동형 냉각방식 수준의 높은 방열효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 능동형 냉각방식과 같이 전기모터나 맴브레인 등 냉각구동을 위한 별도의 장치가 필요 없게 되므로 제작비용이 저렴해지고, 팬의 마모나 고장 등이 발생하지 않아 유지비용을 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 수동형 냉각방식과 같이 별도의 복잡한 구조의 방열체를 부착하지 않아도 되므로 방열체를 제작하기 위한 부품비용, 금형비용, 조립비용 등을 절감시킬 수 있고, 구조가 단순해지며, 가벼워서 사용의 편의성 및 실용성을 향상시키게 된다.

또한, 갓 형상의 히트싱크는 LED소자 주변의 공기를 효과적으로 모아 대류홀을 통해 고온의 공기가 상승할 때 갓 내부의 저기압을 유발하여 상대적으로 기압이 높아진 주변의 찬공기가 갓 내부로 유입되게 유도함으로써 방열효과를 증대시키게 된다.

또한, 히트싱크 상면에 다수의 방열핀이 더 구비됨으로써 히트싱크 상면의 복사열을 빠르게 방출시킬 수 있게 되고, 아울러 방열효율을 더욱 증대시키게 된다.

또한, 설치용 브라켓의 각도를 자유롭게 조절할 수 있어 설치의 용이성을 향상시키게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

100: PCB기판 200: LED 소자
300: 히트싱크 110,310: 체결공
400: 대류홀 400a: 제 1 대류홀
400b: 제 2 대류홀 400c: 제 3 대류홀
500: 볼트 600: 커버
610: 투광홀더 620: 볼트체결홀
700: 전원케이스 710: 고정편
720: 힌지 730: 고정용 돌기
731: 홈 732: 스프링
800: 설치용 브라켓 810: 걸이용 고리
820: 구멍 900: 방열핀

Claims (10)

1. 중앙에 제 1 대류홀이 형성되는 PCB기판과 상기 PCB기판의 일면에 실장되는 다수의 LED소자와 상기 PCB기판의 이면에 면접촉되도록 상면이 PCB기판과 동일한 평판으로 이루어지고 상기 평판의 상면으로부터 연장된 면이 하향 절곡되어 갓 형태를 이루며 상기 평판의 중앙에 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하는 제 2 대류홀이 형성되어 상기 평판부분이 PCB기판의 이면에 볼트결합되는 히트싱크; 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 대응하도록 중앙에 제 3 대류홀이 형성되고, 상기 제 3 대류홀의 외측으로 상기 PCB 기판에 실장된 다수의 LED소자를 각각 수용하는 투광홀더가 구비되어 상기 LED소자 및 PCB기판을 외부로부터 보호하도록 상기 히트싱트 저면에 결합되는 투명재질의 커버; 상기 LED소자에 전원을 공급하도록 상기 히트싱크의 상면 중앙을 가로질러 배치되되, 상기 히트싱크의 대류홀을 막지 않도록 양측단부가 하향 절곡되어 상기 히트싱크의 대류홀과 이격되게 결합되는 전원케이스; 상기 전원케이스의 상단부 양측에 힌지결합되어 각도가 조절되는 설치용 브라켓; 상기 전원케이스 양측으로 상기 히트싱크의 상면에 구비되어 상기 히트싱크의 복사열을 방열시키는 방열핀; 및 상기 설치용 브라켓의 중앙에 구비되는 걸이용 고리;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 커버의 내측 바닥에는 볼트체결홀이 일정간격으로 형성되고, 상기 볼트체결홀에는 상기 히트싱크와 상기 PCB기판을 관통하는 볼트가 체결되어 상기 히트싱크와 PCB기판과 커버가 결합되며,
   상기 전원케이스는 상단부 양측에 고정편이 구비되고, 상기 설치용 브라켓은 상기 고정편에 힌지 결합되고 상기 힌지를 중심으로 다수의 구멍이 형성되며, 상기 고정편에는 상기 구멍과 대응되는 위치에 고정용 돌기가 구비되되, 상기 고정용 돌기는 고정편에 형성된 홈 내의 스프링에 탄지되어 외력이 가해지면 홈 내로 인입되고 외력이 제거되면 홈 외로 돌출되는 구조를 통해 선택적으로 끼워지는 상기 구멍의 위치에 따라 상기 설치용 브라켓의 각도가 조절되며,
   상기 방열핀은 양측에서 중앙을 향할수록 높이가 점차적으로 높아져 돔 형태를 이루는 것을 특징으로 하며,
   중앙을 관통하는 상기 PCB기판의 제 1 대류홀과 상기 히트싱크의 제 2 대류홀과 상기 커버의 제 3 대류홀을 통해 상기 히트싱크 상면의 복사열로 인한 공기와 함께 상기 LED소자 주변의 고온 공기가 상승하도록 유도하고 상기 LED소자 주변의 고온 공기가 상승할 때 갓 내부에 저온의 공기가 유입되게 유도하여 방열효과를 극대화시키는 것을 특징으로 하는 자연대류형 방열구조를 갖는 LED조명기구.
   
   
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