KR102523306B1 - 방열성이 향상된 led조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열성이 향상된 LED조명장치로서, 더욱 상세하게는 방열성능을 높여주는 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 상기 히트싱크에 결합되어 상기 히트싱크의 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려서 방열성을 향상시키는 방열보조부재를 구비함으로써, 종래의 LED조명장치의 방열장치에 비해 향상된 방열성을 갖춘, 방열성이 향상된 LED조명장치에 관한 것이다.

Description

방열성이 향상된 LED조명장치{The LED Lighting Apparatus With Improved Heat Radiation}
본 발명은 방열성이 향상된 LED조명장치로서, 더욱 상세하게는 방열성능을 높여주는 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 상기 히트싱크에 결합되어 상기 히트싱크의 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려서 방열성을 향상시키는 방열보조부재를 구비함으로써, 종래의 LED조명장치의 방열장치에 비해 향상된 방열성을 갖춘, 방열성이 향상된 LED조명장치에 관한 것이다.
과거의 조명장치는 나트륨 및 메탈할라이드 방전등과 형광등을 주로 사용하였지만, 기술이 발전함에 따라 종래의 방전등과 형광등에 비해 수명이 더 길고, 밝기가 더 밝으며, 전력 효율까지 더 좋은 LED 등으로 점차 전환되는 추세이다.
이러한 LED를 이용한 조명장치는 일반적으로 PCB기판에 다수개의 LED소자가 실장되어 사용되며, LED소자의 성능이 향상됨에 따라 고온의 열이 발생하게 되어 그 열이 PCB기판에 전달되게 된다. 이와 같이 발생되는 고온의 열은 상기 PCB기판에 실장된 LED소자를 손상시켜 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 PCB기판의 온도를 낮추기 위한 별도의 방열장치가 요구된다.
이에 따라 LED조명장치에서 사용되는 다양한 방열장치에 관한 기술들이 개발되고 있다. 이러한 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1604058호와 같이, LED 조명기구로서, 덮개프레임에 형성되는 복수개소의 통공을 통해 들어오는 빗물이 광원과 방열부재가 일체로 형성되는 LED패키지에 구비된 방열부재의 수냉실에 저장되어 방열기능을 수행하는 기술이 있다. 하지만 이러한 종래 기술은 흘러들어 온 빗물이 LED패키지를 식힌 후 바로 배출되어야 빗물이 증발되면서 빗물에 섞여있는 미세먼지 및 황사 등의 이물질이 방열부재에 남지 않게 되지만, 빗물이 배출될 수 있는 구조에 대해서는 언급하고 있지 않아 유지보수의 관점에서 실제 방열 성능을 기대하기 어렵다.
또 다른 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1707890호와 같이, 방열기능을 갖는 등기구로서, 히트파이프를 내장하여 히트싱크의 방열성을 높인 기술이 있다. 하지만 이러한 종래 기술은 제작 단가가 너무 높고 생산성이 떨어지게 되어 그 실효성이 떨어질 수 있다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1940987호와 같이, 히트싱크가 적용된 LED조명장치용 인쇄회로기판으로서, 회로패턴에 직접 소형 히트싱크를 부착한 기술이 있다. 하지만 이러한 종래 기술은 다수의 소형부재를 정밀하게 부착해야되서 생산성이 떨어지고, LED기판 특성상 특정한 하우징 내에 패키징되는 형태이기 때문에 실사용에서 유의미한 방열성 및 LED소자의 내구성을 기대하기 어렵다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1974957호와 같이, 가로등용 등기구 냉각장치로서, 히트싱크의 발열온도에 따라 방열핀이 외부로 자동 노출되면서 열이 외부로 방출되게 하는 기술이 있다. 하지만 이러한 종래기술은 제작 단가가 높고 구조가 복잡하여 생산성이 떨어지고 유지보수 비용이 많이 소모되는 문제가 발생될 수 있다.
또 다른 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-2237370호와 같이, 공기구멍을 구비한 LED장치로서, 등주로부터 유입되는 찬공기를 등기구에 원활히 흐르게 한 뒤 배출하는 기술이 있다. 하지만 이러한 종래 기술은 널리 사용되는 일반적인 종래 기술에 비해 확실한 방열성능을 보일 수 있으나, 등주부터 등기구까지 종래에 없던 새로운 구조의 가로등 형태이기 때문에 기 설치된 가로등을 교체하는 비용이 상당하다는 단점이 존재한다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-2360022호와 같이, 방수 및 방열 성능을 향상시킨 가로등헤드로서, 헤드 본체와 엘이디 모듈의 금속 피씨비가 서로 밀착되어 열전도율을 높이고, 헤드 본체의 절연 코팅층과 케이블용 고정볼트와 기밀 너트를 통해 수밀성을 확보하여 방열, 방수 성능을 향상시키는 기술이 있다. 하지만 이러한 종래 기술은 완전히 새로운 구조의 LED모듈과 방열구조체를 가져 기 설치된 가로등에 적용하기 위해서는 큰 교체비용이 들어가게 되며, 생산 비용이 높다는 단점이 있다.
따라서, 상술한 종래기술들의 문제점들과 비교하였을 때, 일반적으로 사용되는 조명장치의 방열기술보다 방열성은 뛰어나지만, 기존의 조명장치에서 큰 교체 혹은 기구적 변형 없이 사용할 수 있고, 그 생산비용 및 교체비용이 크게 소모되지 않는 조명장치가 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1604058호 (2016.03.10.) 대한민국 등록특허 제10-1707890호 (2017.02.13.) 대한민국 등록특허 제10-1940987호 (2019.01.16.) 대한민국 등록특허 제10-1974957호 (2019.04.26.) 대한민국 등록특허 제10-2237370호 (2021.04.01.) 대한민국 등록특허 제10-2360022호 (2022.02.03.)
본 발명은 방열성이 향상된 LED조명장치로서, 더욱 상세하게는 방열성능을 높여주는 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 상기 히트싱크에 결합되어 상기 히트싱크의 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려서 방열성을 향상시키는 방열보조부재를 구비함으로써, 종래의 LED조명장치의 방열장치에 비해 향상된 방열성을 갖춘, 방열성이 향상된 LED조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 방열성이 향상된 LED조명장치로서, 복수의 LED소자가 배열되어 있는 기판, 상기 기판에 부착되어 상기 복수의 LED소자를 외부와 차단하는 LED덮개, 방열시트, 전력케이블, 및 상기 기판과 부착되는 방열판과 상기 방열판으로 전도된 열을 발산시키는 복수의 방열핀을 포함하는 히트싱크를 포함하고, 상기 히트싱크의 상단부는 방열코팅액이 코팅되어 방열코팅층이 형성되어 있는, LED모듈; 복수의 LED모듈과 상기 복수의 LED모듈 각각의 전면 혹은 후면에 결합되는 방열보조부재가 설치되고, 상기 LED모듈의 LED소자에서 발광되는 빛이 외부로 노출되는, 관통된 형상의 슬롯을 포함하는 하단케이스와 상기 하단케이스의 상부에 결착되어 돔 형태의 격실을 형성하는 상단케이스로 구성되는 케이스부; 및 상기 복수의 LED모듈 각각의 전면 혹은 후면에 결합되어 상기 슬롯에 2 이상이 구비되고, 상기 하단케이스의 슬롯의 가장자리부위에 나사결합되어 상기 하단케이스에 고정되고, 내부에 공기유로가 구비되어 있고, 상기 하단케이스의 하측의 외부의 공기를 상기 공기유로를 통하여 상기 LED모듈의 복수의 방열핀으로 공급하는 방열보조부재;를 포함하는, LED조명장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 양측면에 공기순환을 위해 타공된 복수의 통공; 상기 하단케이스와의 체결을 위한 결합고리부재; 및 지지대와 하나의 축으로 연결되어 있고, 상기 상단케이스가 상기 하단케이스와 연결된 채로 여닫을 수 있도록 하는 경첩부;를 포함하고, 위로 볼록한 돔 형태의 형상을 가지며, 상기 하단케이스는, 상기 격실로 인입된 우수를 상기 하단케이스의 하측으로 배출할 수 있는 우수배출홀; 상기 결합고리부재와 결합되는 결합부; 복수의 LED모듈과 복수의 방열보조부재가 볼트로 체결되는 모듈체결홀; 및 상기 LED모듈의 기판으로 전력을 공급하는 케이블이 통과되며 상기 지지대의 내부통로와 이어지는 전력케이블홀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 지지대는, 원통형의 형상으로 상기 지지대 내부에는 상기 LED조명장치의 외부로부터 전력을 상기 기판으로 공급하는 케이블이 지나가고, 상기 상단케이스 및 상기 하단케이스와 직접적 혹은 간접적으로 연결되며, 상기 LED조명장치를 고정시키기 위한 지지볼트홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 방열보조부재는, 공기유로를 형성하는 공기유로케이스; 및 상기 LED모듈과 함께 상기 하단케이스의 슬롯의 가장자리부위에 나사결합되기 위한 모듈결합부;를 포함하고, 상기 공기유로케이스는, 상기 하단케이스의 하측으로 향하면서 직사각형의 형태인 공기인입구; 상기 방열보조부재와 결합된 LED모듈의 방열핀으로 향하는 공기배출구; 및 상기 공기인입구에서 상기 공기배출구로 연결되는 통로로서, 상기 통로의 단면적은 상기 공기인입구에서 상기 공기배출구로 갈수록 작아지는 공기유로;를 포함하고, 상기 공기인입구의 면적은 상기 공기배출구의 면적보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 LED모듈은, 상기 기판의 하측면에는 상기 기판과 외부와의 접촉을 차단하는 상기 LED덮개가 부착되고, 상기 기판과 상기 LED덮개의 부착면은 고무패킹부재로 감싸져 상기 기판으로의 침수 및 오염을 방지하고, 상기 기판의 상측면에는 상기 방열시트가 부착되고, 상기 방열시트가 부착된 면의 반대면은 상기 히트싱크의 하측면과 부착되고, 상기 방열시트는 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 히트싱크로 전도시키고, 상기 전력케이블은 상기 기판의 전력공급단자로 연결되고, 상기 히트싱크 및 기판에는 상기 전력케이블이 지나갈 수 있는 구멍이 타공되어 있으며, 상기 히트싱크에 타공된 구멍에는 상기 전력케이블을 감싸는 고무마개로 밀봉되어 상기 기판으로의 침수 및 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 상기 방열코팅액은, 단일벽탄소나노튜브 3중량% 및 바인더 97중량%로 혼합하여 제조하고, 상기 단일벽탄소나노튜브는, 로터리 킬른 회전성 반응기를 이용하여 10 내지 30rpm의 회전속도, 420도의 온도 내에서 산화성 가스를 250cc/min의 공급속도로 100분 동안 열처리함으로써, 탄소불순물의 함량이 15중량%인 단일벽탄소나노튜브에 해당하고, 상기 바인더는, 상기 방열코팅액의 전체 중량에 대하여, 이소프로필알콜이 65중량%, 트리메카플루오르옥틸트리메톡시실란 2중량%, 폴리에스터 수지 30중량%로 구성되고, 상기 히트싱크는 상기 방열코팅액을 스프레이로 도장하여 상온에서 10분간 방치한 후 20분간 120도로 열경화한 뒤 상기 하단케이스에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 히트싱크의 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려서 방열성을 향상시키는 방열보조부재를 구비함으로써, LED모듈에서 발생되는 열을 보다 빠르게 발산시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 전도성을 높이는 방열시트를 사용함으로써, 기판에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 히트싱크로 전달시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열성능을 높여주는 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크를 구비함으로써, 히트싱크로 전도된 열을 보다 효율적으로 공기 중으로 발산시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려주는 방열보조부재를 모두 구비함으로써, 적은 비용으로도 방열성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해, 히트싱크의 크기를 종래의 히트싱크보다 줄여 히트싱크의 경량화를 실현할 수 있고, 그 결과 LED조명장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열보조부재를 통해 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유량 및 유속을 증가시켜, 상기 방열핀 위에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 방열성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우수배출홀과 방열보조부재가 구비됨으로써 본 발명의 케이스부 내부에 쌓인 이물질이 외부로 보다 잘 배출될 수 있고, 그 결과 LED조명장치의 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED조명장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 몇 실시예에 따른 LED모듈과 방열보조부재가 하단케이스에 설치되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED모듈의 각 구성들을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 전면 및 하측면을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED덮개 및 고무패킹부재를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재가 결합된 LED모듈의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재가 결합된 LED모듈의 측단면을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재가 결합된 LED모듈의 후단면을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재가 결합된 LED모듈의 하측면을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열코팅액의 제조방법을 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED조명장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한다.
한편, 이하에서는, 도 1을 참고하여, LED조명장치에서 결합부(2220)가 위치하는 곳을 전면, 지지대(5000)가 위치하는 곳을 후면, 도 1처럼 상단케이스(2100)가 열려있을 때 결합고리부재(2120)가 향하는 방향을 상측, 그 반대방향을 하측으로 정의하며, 이 외의 다른 방향들 또한 상술한 기준 방향을 바탕으로 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방열성이 향상된 LED조명장치로서, 복수의 LED소자(1210)가 배열되어 있는 기판(1200), 상기 기판(1200)에 부착되어 상기 복수의 LED소자(1210)를 외부와 차단하는 LED덮개(1100), 방열시트(1300), 전력케이블(1400), 및 상기 기판(1200)과 부착되는 방열판(1510)과 상기 방열판(1510)으로 전도된 열을 발산시키는 복수의 방열핀(1520)을 포함하는 히트싱크(1500)를 포함하고, 상기 히트싱크(1500)의 상단부는 방열코팅액이 코팅되어 방열코팅층이 형성되어 있는, LED모듈(1000); 복수의 LED모듈(1000)과 상기 복수의 LED모듈(1000) 각각의 전면 혹은 후면에 결합되는 방열보조부재(3000)가 설치되고, 상기 LED모듈(1000)의 LED소자(1210)에서 발광되는 빛이 외부로 노출되는, 관통된 형상의 슬롯(2240)을 포함하는 하단케이스(2200)와 상기 하단케이스(2200)의 상부에 결착되어 돔 형태의 격실을 형성하는 상단케이스(2100)로 구성되는 케이스부(2000); 및 상기 복수의 LED모듈(1000) 각각의 전면 혹은 후면에 결합되어 상기 슬롯에 2 이상이 구비되고, 상기 하단케이스(2200)의 슬롯(2240)의 가장자리부위에 나사결합되어 상기 하단케이스(2200)에 고정되고, 내부에 공기유로(3120)가 구비되어 있고, 상기 하단케이스(2200)의 하측의 외부의 공기를 상기 공기유로(3120)를 통하여 상기 LED모듈(1000)의 복수의 방열핀(1520)으로 공급하는 방열보조부재(3000);를 포함한다.
또한, 상기 상단케이스(2100)는, 양측면에 공기순환을 위해 타공된 복수의 통공(2110); 상기 하단케이스(2200)와의 체결을 위한 결합고리부재(2120); 및 지지대(5000)와 하나의 축으로 연결되어 있고, 상기 상단케이스(2100)가 상기 하단케이스(2200)와 연결된 채로 여닫을 수 있도록 하는 경첩부(2130);를 포함하고, 위로 볼록한 돔 형태의 형상을 가지며, 상기 하단케이스(2200)는, 상기 격실로 인입된 우수를 상기 하단케이스(2200)의 하측으로 배출할 수 있는 우수배출홀(2210); 상기 결합고리부재(2120)와 결합되는 결합부(2220); 복수의 LED모듈(1000)과 복수의 방열보조부재(3000)가 볼트로 체결되는 모듈체결홀(2201); 및 상기 LED모듈(1000)의 기판(1200)으로 전력을 공급하는 케이블이 통과되며 상기 지지대(5000)의 내부통로와 이어지는 전력케이블홀(2230);을 포함하고,
상기 지지대(5000)는, 원통형의 형상으로 상기 지지대(5000) 내부에는 상기 LED조명장치의 외부로부터 전력을 상기 기판(1200)으로 공급하는 케이블이 지나가고, 상기 상단케이스(2100) 및 상기 하단케이스(2200)와 직접적 혹은 간접적으로 연결되며, 상기 LED조명장치를 고정시키기 위한 지지볼트홀(5100)을 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 LED조명장치는 LED모듈(1000); 케이스부(2000); 및 방열보조부재(3000);를 포함한다. 상기 LED모듈(1000)은, 도 3을 참고하여, LED덮개(1100), 기판(1200), 방열시트(1300), 전력케이블(1400), 및 히트싱크(1500)를 포함하며, 상기 히트싱크(1500)는 방열코팅액이 도포되어 방열코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 LED모듈(1000)은 복수의 LED소자(1210)가 배열되어 실장되어 있는 기판(1200); 상기 기판(1200)의 하측면을 덮는 LED덮개(1100); 상기 기판(1200)의 상측면에 부착되고, 상기 기판(1200)과 히트싱크(1500) 사이에 부착되어 상기 기판(1200)에서 발생되는 열을 상기 히트싱크(1500)로 잘 전달할 수 있도록 하는 방열시트(1300); 및 방열판(1510)과 복수의 방열핀(1520)으로 구성되어 상기 기판(1200)에서 발생되는 열을 대기 중으로 잘 발산시킬 수 있도록 하는 히트싱크(1500);를 포함한다. 즉, 상기 LED모듈(1000)은 본 발명의 LED조명장치에서 빛을 발광하는 주체에 해당하고, 상기 LED모듈(1000)에 대한 보다 상세한 설명은 도 3 내지 도 5에 대한 설명에서 후술하도록 한다.
상기 케이스부(2000)는, 복수의 LED모듈(1000)이 장착될 수 있는 하나의 슬롯(2240)을 구비한 하단케이스(2200);와 상기 하단케이스(2200)의 상부에 결착되어 돔 형태의 격실을 형성하는 상단케이스(2100);로 구성된다. 상기 슬롯(2240)은 상기 하단케이스(2200)의 중앙부분에 직사각형 형태로 관통되는 형태를 가지며, 상기 슬롯(2240)의 양측 가장자리 부위에는 상기 LED모듈(1000) 및 방열보조부재(3000)가 나사로 결합될 수 있는 복수의 모듈체결홀(2201)이 일렬로 구비된다.
상기 슬롯(2240)에는 5개 이하의 LED모듈(1000)이 결합될 수 있으며, 상기 LED모듈(1000)은 방열판(1510)의 4개의 면 중 길이가 더 긴 면이 전면 및 후면을 바라본 상태로 일렬로 배열되어 상기 슬롯(2240)에 결합된다. 상기 슬롯(2240)에 결합되는 LED모듈(1000)의 수는, 해당 LED조명장치가 설치되는 장소 및 환경조건에 따라 달라질 수 있다.
만약, 본 발명의 일 실시예로서, 필요한 만큼의 LED모듈(1000) 및 방열보조부재(3000)를 상기 슬롯(2240)의 가장자리 부위에 결합한 뒤 남는 면적이 생기는 경우, 해당 면적은 별도의 가림판(미도시)이 결합되어 상기 남는 면적을 막아 케이스부(2000) 내로 이물질이 들어오는 것을 막을 수 있다. 이 때, 상기 가림판 또한 상기 모듈체결홀(2201)에 나사 결합될 수 있다.
상기 슬롯(2240)의 폭은, 상기 LED덮개(1100)의 4개의 모서리 중 긴 모서리의 길이가 빈틈없이 결합될 수 있는 너비에 해당하는 것이 바람직하며, 상기 LED덮개(1100)가 상기 하단케이스(2200)의 하측면과 긴밀히 결합될수록 LED덮개(1100) 혹은 상기 격실 내부에 벌레 등과 같은 이물질의 유입을 막을 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 하나의 LED모듈(1000)당 각 모서리 부위에 위치하는 총 4개의 모듈체결홀(2201)이 하단케이스(2200)와 나사결합되며, 각 모듈체결홀(2201)에 결합되는 나사는 LED모듈(1000)과 방열보조부재(3000)를 일체하여 결합한다.
상기 하단케이스(2200)의 후면부에는 복수의 우수배출홀(2210)이 구비된다. 상기 우수배출홀(2210)은 상기 상단케이스(2100)에 구비된 복수의 통공(2110); 혹은 상기 상단케이스(2100)와 상기 하단케이스(2200)의 결착된 부위; 등을 통해 상기 격실로 흘러들어 온 우수를 상기 격실의 외부로 배출시킨다. 상기 케이스부(2000)는, 상기 케이스부(2000)의 전면부가 상기 케이스부(2000)의 후면부보다 높은 위치로 기울어진 상태로 설치되기 때문에, 상기 격실 내부로 유입된 우수는 상기 하단케이스(2200)의 후면부로 흐르게 되고, 이를 외부로 배출하기 위해 복수의 우수배출홀(2210)이 구비된다.
상기 격실 내부에 빗물이 고이게 되면 LED소자(1210)의 고장 혹은 전력케이블(1400)의 합선 등을 유발할 수 있기 때문에, 강우 혹은 강설 시 상기 격실 내부로 유입된 물이 빠르게 배출되는 것이 중요하다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 우수배출홀(2210)의 위치는 상기 하단케이스(2200)의 후면부로 한정되지 않으며, 상기 슬롯(2240)을 기준으로 하단케이스의(2200)의 측면 혹은 전면에도 구비될 수 있다. 또한, 도 1에는, 본 발명의 일 실시예로서 4개의 우수배출홀(2210)만이 도시되어 있지만. 실제 구비되는 우수배출홀(2210)의 크기 및 개수를 도 1에 도시된 구성으로 한정하지 않는다.
상기 하단케이스(2200)의 전면부에는 상기 상단케이스(2100)와의 결합을 고정시킬 수 있는 결합부(2220)가 구비된다. 상기 결합부(2220)는 상기 상단케이스(2100)의 전면부에 구비되는 결합고리부재(2120)가 체결될 수 있는 형상을 가진다.
상기 하단케이스(2200)의 후면부에는 지지대(5000)와 연결되는 전력케이블홀(2230)이 구비된다. 상기 전력케이블홀(2230)은 상기 복수의 LED모듈(1000)의 기판(1200)으로 전력을 공급하는 케이블이 통과될 수 있고, 상기 지지대(5000)의 내부통로와 연결되는 홀에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지대(5000)의 내부통로에는 전술한 전력을 공급하는 케이블 외에 계측용, 혹은 통신용 등으로 사용될 수 있는 케이블, 또는 계측용, 혹은 통신용 등으로 사용될 수 있는 전기/전자소자가 구비될 수 있다.
상기 상단케이스(2100)의 양측면에는 복수의 통공(2110)이 배열된 형태로 구비된다. 상기 복수의 통공(2110)은 상기 격실 내의 공기와 상기 격실 외부의 공기와의 순환을 위해 구비된다. 또한 상기 통공(2110)은 양측면에 배치됨으로써, LED조명장치의 좌우에서 불어오는 바람에 대비하여 공기의 저항을 덜 받을 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
상기 상단케이스(2100)의 전면부(상단케이스(2100)와 하단케이스(2200)를 결합했을 때 기준)에는 상기 하단케이스(2200)와의 결합을 고정시킬 수 있는 결합고리부재(2120)가 구비되며, 상기 결합고리부재(2120)는 상단케이스(2100)의 하나의 축으로 고정되어 있어 상하로 열고 닫을 수 있는 힌지운동이 가능한 구조로 구성된다.
상기 상단케이스(2100)의 후면부(상단케이스(2100)와 하단케이스(2200)를 결합했을 때 기준)에는 상기 하단케이스(2200)와 하나의 축으로 연결되는 경첩부(2130)가 구비되고 이를 통해 상기 상단케이스(2100)는 힌지회동할 수 있다. 상기 경첩부(2130)는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하단케이스(2200)와 하나의 축으로 연결되고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 하단케이스(2200) 및 상기 지지대(5000)와 하나의 축으로 연결될 수 있으며, 이는 설계자의 선택사항에 해당한다.
상기 케이스부(2000)의 후면은 지지대(5000)와 직접적 혹은 간접적으로 연결되어 있으며, 지지대(5000)는 등주(미도시)와 상기 케이스부(2000)를 고정한다. 상기 지지대(5000)와 등주는 지지볼트홀(5100)에 나사결합되어 고정되며, 상기 지지대(5000)는 복수의 지지볼트홀(5100)이 구비된다. 한편, 상기 등주는, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 지지대(5000)와 결합되는 시설물에 해당하며, 상기 지지대(5000)는 상기 등주 외에 상기 지지대(5000)가 결합될 수 있는 다른 부재에도 고정되도록 설계 변형 가능하다.
도 2는 본 발명의 몇 실시예에 따른 LED모듈(1000)과 방열보조부재(3000)가 하단케이스(2200)에 설치되는 구성을 개략적으로 도시한다.
개략적으로, 도 2의 (a) 내지 (c) 각각은 LED모듈(1000)과 방열보조부재(3000)가 하단케이스(2200)에 설치되는 각기 다른 실시예를 도시한다.
구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 실시예는, 본 발명의 일 실시예로서, 도 1에 도시된 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 복수의 LED모듈(1000)은 하단케이스(2200)의 슬롯(2240)의 양 측면 가장자리 부위에 나사결합되고, 방열보조부재(3000)는 상기 복수의 LED모듈(1000) 각각의 전면 및 후면 각각에 방열보조부재(3000)가 서로 마주보는 방향(공기 배출구(3130, 도 4 참조)가 마주보는 방향)으로 한 쌍씩 결합되어 해당 LED모듈(1000)과 함께 하단케이스(2200)에 나사결합된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(2240)에 결합되는 복수의 LED모듈(1000) 각각의 전면에만 방열보조부재(3000)가 구비될 수 있다. 이러한 경우, 도 2의 (a)에 도시된 실시예에 비해 방열성은 다소 떨어질 수 있으나, 방열보조부재(3000)의 설치비용 및 LED조명장치의 무게를 줄일 수 있으며, 한정된 슬롯(2240)의 크기에서 보다 많은 LED모듈(1000)을 설치할 수 있는 장점을 발휘할 수 있다. 상기 방열보조부재(3000)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 각각의 LED모듈(1000)의 전면이 아니라 각각의 LED모듈(1000)의 후면에 방열보조부재(3000)를 설치하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(2240)에 결합되는 복수의 LED모듈(1000) 중 가장 전측에 설치되는 LED모듈(1000)의 전면; 및 가장 후측에 설치되는 LED모듈(1000)의 후면; 각각에 설치되어 LED조명장치당 2개의 방열보조부재(3000)가 설치될 수 있다. 이러한 경우, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 실시예에 비해 방열성은 다소 떨어질 수 있으나, 방열보조부재(3000)의 설치비용 및 LED조명장치의 무게를 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이하에서는 도 2의 (a)에 도시된 구성을 기준으로 서술하나, 본 발명의 해당 실시예로 한정하지 않으며, 설계자는 LED조명장치가 설치되는 환경 혹은 조건 등을 고려하여 전술한 다양한 구성 중 적절한 구성을 선택하여 LED모듈(1000) 및 방열보조부재(2000)를 하단케이스(2200)에 설치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED모듈(1000)의 각 구성들을 개략적으로 도시하고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(1500)의 전면 및 하측면을 개략적으로 도시하며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED덮개(1100) 및 고무패킹부재(1600)를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 LED모듈(1000)은, 상기 기판(1200)의 하측면에는 상기 기판(1200)과 외부와의 접촉을 차단하는 상기 LED덮개(1100)가 부착되고, 상기 기판(1200)과 상기 LED덮개(1100)의 부착면은 고무패킹부재(1600)로 감싸져 상기 기판(1200)으로의 침수 및 오염을 방지하고, 상기 기판(1200)의 상측면에는 상기 방열시트(1300)가 부착되고, 상기 방열시트(1300)가 부착된 면의 반대면은 상기 히트싱크(1500)의 하측면과 부착되고, 상기 방열시트(1300)는 상기 기판(1200)에서 발생하는 열을 상기 히트싱크(1500)로 전도시키고, 상기 전력케이블(1400)은 상기 기판(1200)의 전력공급단자(1220)로 연결되고, 상기 히트싱크(1500) 및 기판(1200)에는 상기 전력케이블(1400)이 지나갈 수 있는 구멍이 타공되어 있으며, 상기 히트싱크(1500)에 타공된 구멍에는 상기 전력케이블(1400)을 감싸는 고무마개(1430)로 밀봉되어 상기 기판(1200)으로의 침수 및 오염을 방지한다.
개략적으로, 도 4의 (a)는 히트싱크(1500)의 전면을 도시하고, 도 4의 (b)는 상기 히트싱크(1500)의 하단면을 도시하고, 도 5의 (a)는 LED덮개(1100)를 도시하고, 도 5의 (b)는 고무패킹부재(1600)를 도시한다.
구체적으로, 상기 히트싱크(1500)는 하나의 방열판(1510)과 복수의 방열핀(1520)의 일체로 구성되며, 상기 방열판(1510)의 상측면에 상기 복수의 방열핀(1520)이 수직으로 부착되어 있다. 이하에서는 LED모듈(1000)이 하단케이스(2200)에 결합되는 모양을 기준으로 상기 히트싱크(1500)의 하단부에는 방열판(1510)이 위치하고, 상기 히트싱크(1500)의 상단부는 복수의 방열핀(1520)이 위치하는 것으로 서술한다. 상기 복수의 방열핀(1520) 각각의 양측면에는 복수개의 돌출부 및 오목부를 포함하며, 상기 복수개의 돌출부 및 오목부는 상기 복수의 방열핀(1520) 각각의 양측면에 규칙적으로 서로 상하로 교차하여 형성된다. 이와 같은 형상을 가진 방열핀(1520)은 동일한 부피에서도 더 넓은 표면적을 가질 수 있고 이로 인해, 향상된 방열성을 발휘할 수 있다.
상기 LED덮개(1100), 상기 기판(1200), 및 상기 히트싱크(1500)는 각각에 구비된 체결홀을 통해 서로 결합되며, 상기 방열시트(1300)는, 도 3을 참고하여, 별도의 결합부재 없이 방열판(1510)의 하측면 및 상기 기판(1200)의 상측면에 부착될 수 있다. 더 구체적으로, 도 4를 참고하면, 상기 기판(1200)과 상기 히트싱크(1500)는 방열판(1510)의 하측면에 구비되는 기판체결홀(1512)에 체결되는 나사를 통해 결합되고, 도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 LED덮개(1100)와 상기 히트싱크(1500)는 방열판(1510)의 하측면에 구비되는 덮개체결홀(1511)에 체결되는 나사를 통해 결합된다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 히트싱크(1500)와 상기 LED덮개(1100)가 결합될 때, 도 5의 (b)에 도시되는 고무패킹부재(1600)와 함께 결합될 수 있다. 상기 고무패킹부재(1600)는 도 3을 참고하여, 상기 LED덮개(1100)의 하측면의 가장자리에 결합될 수 있으며, 상기 LED덮개(1100)와 상기 고무패킹부재(1600)는, 전술한 덮개체결홀(1511)에 체결되는 나사를 통해 고무패킹홀(1601)에 체결함으로써 상기 LED덮개(1100)과 함께 히트싱크(1500)에 결합될 수 있다. 상기 고무패킹부재(1600)를 함께 결합함으로써 상기 LED덮개(1100)와 상기 히트싱크(1500)의 결합면의 이음새를 최소화할 수 있으며, 이를 통해 상기 기판(1200)이 구비되는 상기 LED덮개(1100) 내부로 벌레, 우수, 혹은 먼지 등의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 해당 기판(1200) 및 해당 LED소자(1210)의 수명을 보다 오래 유지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 방열판(1510)의 하측면에는 복수의 홀이 타공되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 방열판(1510)의 하측면에는, LED덮개(1100)와의 결합을 위한 나사가 체결되는 복수의 덮개체결홀(1511), 기판(1200)과의 결합을 위한 나사가 체결되는 나사가 체결되는 복수의 기판체결홀(1512), 및 도 1을 참고하여, 하단케이스(2200)의 모듈체결홀(2201)과 나사결합되는 복수의 제1케이스결합홀(1513)이 구비된다. 추가적으로, 상기 방열판(1510)에는 전력케이블(1400)이 관통되는 구멍(1530, 도 3 참고)을 더 포함한다.
상기 구멍(1530)으로 관통되는 전력케이블(1400)은 기판(1200)에 실장된 LED소자(1210)가 발광될 수 있도록 전력을 공급한다. 상기 전력케이블(1400)의 일 끝단은 상기 격실 쪽에 위치하며, 제1커넥터(1410)가 결합되어 있다. 상기 격실 내에는 복수의 LED모듈(1000)에서 나온 복수의 제1커넥터(1410)가 존재하고, 각각의 제1커넥터(1410)와 연결되는 연장케이블이 구비된다. 상기 연장케이블은, 도 1에 대한 설명을 참고하여, 전력케이블홀(2230)을 통과하고, 상기 LED조명장치로 입력되는 전력을 상기 각각의 제1커넥터(1410)를 통해 상기 복수의 LED모듈(1000) 각각으로 공급한다. 상기 LED조명장치로 입력되는 전력은 상기 전력케이블(1400)을 통해 상기 제1커넥터(1410)와 반대편 끝단에 위치한 제2커넥터(1420)를 통해 상기 기판(1200)으로 전달된다. 상기 제2커넥터(1420)는 상기 기판(1200)의 전력공급단자(1220)와 체결된다. 상기 전력케이블(1400)이 상기 기판(1200)과 연결되기 위하여 상기 기판(1200)에도 상기 전력케이블(1400)이 관통되는 구멍이 타공될 수 있다. 상기 히트싱크(1500)에 타공된 구멍(1530)은 상기 전력케이블(1400)에 구비되는 고무마개(1430)로 밀봉된다. 상기 고무마개(1430)로 상기 구멍(1530)을 밀봉함으로써, 상기 격실 내로 유입된 수분이 상기 전력케이블(1400)을 타고 상기 기판(1200)으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
상기 방열시트(1300)는, 도 3 및 도 4의 (b)를 참고하여, 상하 양면에 접착성이 있고 얇은 두께를 가지며, 별도의 결합부재 없이 방열판(1510)의 하측면 및 기판(1200)의 상측면에 부착될 수 있다. 상기 방열시트(1300)의 소재는 흑연, 혹은 그래핀 등과 같이 1 이상의 열전도성이 높은 소재를 혼재하여 사용할 수 있다. 상기 방열시트(1300)를 상기 기판(1200)과 상기 방열판(1510)사이에 부착함으로써, 상기 기판(1200)에서 발생되는 열을 보다 효율적으로 상기 히트싱크(1500)로 전달할 수 있고, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 방열시트(1300)의 모양은 상기 기판(1200)에 실장된 LED소자(1210)의 배열에 기초하여 제작되는 것이 바람직하다. 다시 말해, LED소자(1210)의 바로 윗 부분은 열 발생량이 많기 때문에 볼록한 형상을 가지는 것이 바람직하고, LED소자(1210)가 떨어져 있는 곳은 열 발생량이 적기 때문에, 효율적인 생산성을 위해 오목한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, LED덮개(1100)는 복수의 투광렌즈(1110)와 복수의 방열판체결홀(1101)이 구비된다. 상기 복수의 투광렌즈(1110) 각각은 아래로 볼록한 형상을 가지며, 상기 복수의 투광렌즈(1110) 각각의 위치는 기판(1200)에 실장된 LED소장의 배열위치와 상응되어 형성된다. 상기 투광렌즈(1110)는 상기 LED소자(1210) 각각이 발광하는 빛이 적절한 조사각과 밝기로 조사되도록 한다. 상기 방열판체결홀(1101)은 전술한 바와 같이, 상기 방열판(1510)의 덮개체결홀(1511)과 나사로 결합되어 상기 LED덮개(1100)와 히트싱크(1500)가 체결된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재(3000)가 결합된 LED모듈(1000)의 사시도를 개략적으로 도시하고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재(3000)가 결합된 LED모듈(1000)의 측단면을 개략적으로 도시하고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재(3000)가 결합된 LED모듈(1000)의 후단면을 개략적으로 도시하며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열보조부재(3000)가 결합된 LED모듈(1000)의 하측면을 개략적으로 도시한다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 방열보조부재(3000)는, 공기유로(3120)를 형성하는 공기유로케이스(3100); 및 상기 LED모듈(1000)과 함께 상기 하단케이스(2200)의 슬롯(2240)의 가장자리부위에 나사결합되기 위한 모듈결합부(3200);를 포함하고, 상기 공기유로케이스(3100)는, 상기 하단케이스(2200)의 하측으로 향하면서 직사각형의 형태인 공기인입구(3110); 상기 방열보조부재(3000)와 결합된 LED모듈(1000)의 방열핀(1520)으로 향하는 공기배출구(3130); 및 상기 공기인입구(3110)에서 상기 공기배출구(3130)로 연결되는 통로로서, 상기 통로의 단면적은 상기 공기인입구(3110)에서 상기 공기배출구(3130)로 갈수록 작아지는 공기유로(3120);를 포함하고, 상기 공기인입구(3110)의 면적은 상기 공기배출구(3130)의 면적보다 크다.
구체적으로, 공기유로케이스(3100)와 모듈결합부(3200)로 구성되는 방열보조부재(3000)는, 플라스틱 소재로서, 도 1을 참고하여, 하단케이스(2200)의 슬롯(2240)에 결합되는 LED모듈(1000)의 전면 및 후면에 하나씩 구비된다. 상기 LED모듈(1000)의 전면과 후면에 각각 구비되는 상기 방열보조부재(3000)는 서로 마주보는 형태로 상기 하단케이스(2200)에 결합된다. 한편, 도 6 내지 도 9에 도시되는 방열보조부재(3000)는 설명의 이해를 돕기 위해 LED모듈(1000)의 전면에만 장착된 형태에 해당한다. 이에 반해, 전술한 바와 같이, 이하의 설명에서는 한 쌍의 방열보조부재(3000)가 LED모듈(1000)의 전면 및 후면에 장착되는 것을 기준으로 서술한다.
전술한 바와 같이, 상기 방열보조부재(3000)의 양측단에 위치하는 모듈결합부(3200) 각각에 구비된 제2케이스결합홀(3201)은 각각 상기 히트싱크(1500)의 제1케이스결합홀(1513) 및 상기 하단케이스(2200)의 모듈체결홀(2201)과 나사로 체결된다. 도 7 내지 도 8을 참고하여, 상기 방열보조부재(3000)가 하단케이스(2200)에 결합될 때는, 전면 및 후면에 부착된 방열보조부재(3000) 모두 공기유로케이스(3100)에 구비된 공기배출구(3130)의 방향이 같이 결합되는 LED모듈(1000)의 방열핀(1520) 중앙부를 향하도록 하여 상기 하단케이스(2200)에 결합된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 LED모듈(1000)과 상기 방열보조부재(3000)는 하단케이스(2200)에 결합되고, 본 발명의 일 실시예로서 LED덮개(1100)는 하기 하단케이스(2200)보다 하측으로 살짝 돌출되게 결합되는 것이 바람직하다. 도 8에는 상기 방열보조부재(3000)가 결합된 LED모듈(1000)을 후측에서 바라봤을 때의 단면을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이 공기배출구(3130)에서 배출되는 공기는 상기 방열핀(1520)을 따라 전면 혹은 후면으로 흐르게 된다.
도 7에서는 LED모듈(1000)의 일측면 및 방열보조부재(3000)의 측단면을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 공기유로케이스(3100)는 공기인입구(3110), 공기유로(3120) 및 공기배출구(3130)를 포함한다. 상기 공기인입구(3110)는 하단케이스(2200)의 하측면을 향하는 위치에 구비되고 상기 공기배출구(3130)는 LED모듈(1000)의 방열핀(1520)을 향하는 위치에 구비되며, 상기 공기유로(3120)는 상기 공기인입구(3110)와 상기 공기배출구(3130)를 연결하는 통로에 해당한다.
상기 방열보조부재(3000)는, 상기 공기인입구(3110)의 면적(A1) 즉, 상기 하단케이스(2200)의 하측면에서 바라봤을 때의 면적(A1)이 상기 공기배출구(3130)의 면적(A2) 즉, 상기 방열핀(1520)이 있는 후면에서 바라봤을 때(도 7 기준 우측에서 좌측)의 면적(A2)보다 큰 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 공기유로(3210)의 형태는, 도 7에 도시된 바와 같이, A1에서 A2로 갈수록 점차 단면적이 작아지는 유선형의 겉면을 가지고 단면적이 원형 혹은 타원형인 통로에 해당하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않으며, 설계자의 의도에 따라 다양한 모양의 겉면 및 단면적으로 가지면서 점차 단면적이 작아지는 형태의 통로일 수 있다.
이와 같은 특징으로 인해 상기 공기유로(3120)는 자명하게도 공기인입구(3110)에서부터 상기 공기배출구(3130)로 갈수록 통로의 단면적은 점진적으로 작아지는 형태를 가진다. 상기 방열보조부재(3000)는 이와 같은 형태의 공기유로(3120)를 구비함으로써 얻을 수 있는 효과는 하기에 서술하도록 한다.
베르누이의 법칙에 따르면, 지름이 변하는 벤추리 관(venturi tube) 속을 흐르는 유체에서 관의 지름이 커지든 작아지든 관계없이 관 속에는 항상 들어가고 나가는 양만큼의 유체가 흐른다. 다시 말해, 지름이 점점 작아지는 벤추리 관에서 지름이 큰 부분에서는 유속이 상대적으로 느려지고, 지름이 작은 부분에서는 상대적으로 유속이 빨라지게 되므로, 지름이 큰 부분의 압력이 높아지고, 지름이 작은 부분의 압력은 낮아지게 된다. 그 결과, 지름이 큰 부분에서 지름이 작아지는 부분으로 자연스레 공기의 흐름을 유도할 수 있다.
이와 같은, 베르누이의 법칙을 응용하면, 본 발명의 LED조명장치의 경우, 발광하는 LED소자(1210)가 하측면을 향해 발광하고 있어, 하단케이스(2200)의 하측면의 온도가 상승하고, 이에 반해 상단케이스(2100)가 위치한 부근은 온도는 상대적으로 낮아지게 된다. 대류현상에 의해 LED조명장치 외부의 공기는 상기 LED조명장치의 하측에서 상측으로 이동하는 상승기류를 형성한다. 이 때, 본 발명의 방열보조부재(3000)를 상기 하단케이스(2200)에 결합함으로써, 상기 대류현상으로 발생되는 상승기류를 상기 방열보조부재(3000)의 공기인입구(3110)로 유도할 수 있고, 상기 공기인입구(3110)로 인입된 공기는 통로의 면적이 점차 작아지는 공기유로(3120)를 지나 공기배출구(3130)로 빠르게 빠져나오면서 복수의 방열핀(1520) 사이로 흐르게 되고, 그 결과 히트싱크(1500)에 방사되는 열을 보다 빠르게 공기 중으로 발산시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이와 같이 상기 방열핀(1520)의 전면 및 후면에서 공급되는 공기는 상기 방열핀(1520)의 사이로 흐르면서 온도가 상승하게 된다. 이 때, 상기 방열핀(1520)의 전면 및 후면 각각에 교차되어 형성되는 복수의 볼록부 및 오목부는 상기 방열핀(1520) 사이로 공기가 보다 잘 흐를 수 있도록 돕는 효과를 발휘할 수 있다. 상기 방열핀(1520) 사이로 흐르는 공기는 상기 방열핀(1520)의 중앙부에서 가장 높은 온도가 되어 밀도가 가장 낮아지게 되고, 그 결과 밀도가 낮아진 공기는 상기 격실의 상단부로 상승하게 된다. 상단부로 상승된 공기는 돔 형태의 상단케이스(2100)의 내면을 따라 흘러 상기 상단케이스(2100)의 측면에 위치한 복수의 통공(2110)들을 통해 배출됨으로써 상기 LED모듈(1000)에서 발생되는 열을 냉각할 수 있다.
상기 방열보조부재(3000)는 비교적 단순한 구조와 저렴한 소재를 이용하기 때문에 적은 제작비용으로도 빠르게 제작가능하고, 현재 대한민국에 보급되어 있는 대다수의 LED조명장치에 바로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 다시 말해, 전술한 종래 기술에 비해 적은 비용으로도 상기 격실 내의 공기순환을 촉진시켜 격실 내의 공기를 빠르게 외부로 배출시킴으로써 방열성을 보다 향상시키는 효과를 발휘할 수 있고, 본 발명의 LED조명장치가 아닌 기 설치된 조명장치에 대해서도 적용 가능하여 확장성의 이점을 가진다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예로서, 복수의 방열핀(1520) 사이에 흐르는 공기의 유량 및 유속이 증가되기 때문에, 상기 방열보조부재(3000) 없이, 히트싱크(1500)만 구비된 조명장치에 비해 방열판(1510) 및 방열핀(1520)에 쌓이는 이물질이 적게 쌓이는 효과를 발휘할 수 있다. 일반적인 조명장치의 경우, 조명장치가 작동될 때, 상기 LED모듈(1000)에서 발생되는 전자기장 등에 의해 먼지 등의 이물질이 포집되어 잘 쌓이게 되는데, 상기 LED조명장치가 작동되면 상기 방열핀(1520) 사이로 흐르는 공기의 유량이 많아지기 때문에 상기 방열보조부재(3000)가 없는 조명장치에 비해 상기 이물질이 쌓이는 속도를 늦출 수 있고, 그 결과 유지보수의 이점을 발휘할 수 있다. 또한, 비가 오는 경우, LED조명장치의 격실 내로 인입된 우수가 히트싱크(1500) 내로 흐르게 되면, 상기 히트싱크(1500) 내로 흐른 우수는 상기 방열보조부재(3000)의 공기배출구(3130)를 통해 흘러 나가게 된다. 즉, 상기 히트싱크(1500) 내에 물이 고이는 것을 방지함으로써 히트싱크(1500)의 부식 가능성을 줄일 수 있으며, 상기 히트싱크(1500) 내에 이물질이 쌓이더라도 상기 방열보조부재(3000)를 통해 흘러내려가는 우수를 통해 케이스부(2000) 외부로 배출시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열코팅액의 제조방법을 개략적으로 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 방열코팅액은, 단일벽탄소나노튜브 3중량% 및 바인더 97중량%로 혼합하여 제조하고, 상기 단일벽탄소나노튜브는, 로터리 킬른 회전성 반응기를 이용하여 10 내지 30rpm의 회전속도, 420도의 온도 내에서 산화성 가스를 250cc/min의 공급속도로 100분 동안 열처리함으로써, 탄소불순물의 함량이 15중량%인 단일벽탄소나노튜브에 해당하고, 상기 바인더는, 상기 방열코팅액의 전체 중량에 대하여, 이소프로필알콜이 65중량%, 트리메카플루오르옥틸트리메톡시실란 2중량%, 폴리에스터 수지 30중량%로 구성되고, 상기 히트싱크(1500)는 상기 방열코팅액을 스프레이로 도장하여 상온에서 10분간 방치한 후 20분간 120도로 열경화한 뒤 상기 하단케이스(2200)부에 결합된다.
구체적으로, 상기 히트싱크(1500)에 도장되는 방열코팅층을 형성하는 방열코팅액은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.
먼저 아크방전법을 사용하여 단일벽탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nano Tube, SWCNT)를 합성(S10)한다. 합성한 단일벽탄소나노튜브를 로터리 킬른 회전성 반응기를 이용하여 10 내지 30rpm의 회전속도; 및 섭씨 420도의 온도 내에서 산화성 가스를 250cc/min의 공급속도;로 100분 동안 열처리를 수행(S11)한다. 상기 산화성 가스의 예로는, 아산화질소, 공기, 산소, 이산화염도, 오존, 과산화수소 등이 있다. 전술한 바와 같이 열처리를 수행하면 탄소불순물의 함량이 15중량%인 단일벽탄소나노튜브를 획득(S12)할 수 있다. 상기 단계 S12에서 얻은 단일벽탄소나노튜브에 습윤분산제를 2중량%, 이소프로필알콜을 60중량% 넣은 후, 2시간 동안 비드밀로 분산(S13)시킨다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 습윤분산제로는 Disperbyk-180을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비드밀로 분산시켜 만든 액에 트리메카플루오르옥틸트리메톡시실란을 2중량% 투입하고 100rpm으로 1시간 동안 교반(S14)한다. 상기 단계 S14 이후, 교반한 액에 폴리에스터수지를 30중량%투입하여 100rpm으로 1시간 동안 교반(S15)함으로써 상기 방열코팅액을 제조할 수 있다.
제조된 상기 방열코팅액은 400c/s의 점도를 가지며, 스프레이를 이용하여 상기 히트싱크(1500)의 상단부, 혹은 상기 히트싱크(1500) 전체에 상기 방열코팅액을 도포한 후 10분간 방치 후 섭씨 120도로 20분간 열경화를 진행시킨 후 본 발명의 LED조명장치에 구비될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 과정을 통해 열경화를 마친 후 다른 부재들과 결합하여 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려주는 방열보조부재를 모두 구비함으로써, 적은 비용으로도 방열성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 또한 이와 같은 구성을 통해 종래에 범용적으로 사용되던 방열핀의 길이보다 짧은 방열핀의 길이를 가지는 히트싱크를 사용할 수 있다. 방열핀의 길이는 히트싱크의 방열성을 좌우하는 설계요소로서, 일반적으로 방열판이 길수록 방열성능이 향상되고, 방열판이 짧으면 방열성능이 다소 떨어지지만 무게가 가벼워지고 제작단가가 감소하는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 LED조명장치와 같이, 히트싱크, 방열시트, 및 방열보조부재를 모두 사용함으로써 종래 기술보다 방열성을 향상시켰고, 그 대가로서 종래 기술보다 짧은 방열핀을 가지는 히트싱크를 구비할 수 있어, 종래 기술에 비해 무게가 가볍고 저렴한 히트싱크를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 히트싱크의 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려서 방열성을 향상시키는 방열보조부재를 구비함으로써, LED모듈에서 발생되는 열을 보다 빠르게 발산시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 전도성을 높이는 방열시트를 사용함으로써, 기판에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 히트싱크로 전달시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열성능을 높여주는 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크를 구비함으로써, 히트싱크로 전도된 열을 보다 효율적으로 공기 중으로 발산시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열코팅액이 코팅되어 있는 히트싱크, 열 전도성을 높이는 방열시트, 및 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유입량을 늘려주는 방열보조부재를 모두 구비함으로써, 적은 비용으로도 방열성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해, 히트싱크의 크기를 종래의 히트싱크보다 줄여 히트싱크의 경량화를 실현할 수 있고, 그 결과 LED조명장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열보조부재를 통해 복수의 방열핀 사이에 흐르는 공기의 유량 및 유속을 증가시켜, 상기 방열핀 위에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 방열성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우수배출홀과 방열보조부재가 구비됨으로써 본 발명의 케이스부 내부에 쌓인 이물질이 외부로 보다 잘 배출될 수 있고, 그 결과 LED조명장치의 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1000: LED모듈 1100: LED덮개
1110: 투광렌즈 1101: 방열판체결홀
1200: 기판
1210: LED소자 1220: 전력공급단자
1300: 방열시트
1400: 전력케이블 1410: 제1커넥터
1420: 제2커넥터 1430: 고무마개
1500: 히트싱크
1510: 방열판 1511: 덮개체결홀
1512: 기판체결홀 1513: 제1케이스결합홀
1520: 방열핀
1600: 고무패킹부재 1601: 고무패킹홀
2000: 케이스부
2100: 상단케이스
2110: 통공 2120: 결합고리부재
2130: 경첩부
2200: 하단케이스 2201: 모듈체결홀
2210: 우수배출홀 2220: 결합부
2230: 전력케이블홀 2240: 슬롯
3000: 방열보조부재
3100: 공기유로케이스 3110: 공기인입구
3120: 공기유로 3130: 공기배출구
3200: 모듈결합부 3201: 제2케이스결합홀
5000: 지지대 5100: 지지볼트홀

Claims (6)

  1. 방열성이 향상된 LED조명장치로서,
    복수의 LED소자가 배열되어 있는 기판, 상기 기판에 부착되어 상기 복수의 LED소자를 외부와 차단하는 LED덮개, 방열시트, 전력케이블, 및 상기 기판과 부착되는 방열판과 상기 방열판으로 전도된 열을 발산시키는 복수의 방열핀을 포함하는 히트싱크를 포함하고, 상기 히트싱크의 상단부는 방열코팅액이 코팅되어 방열코팅층이 형성되어 있는, LED모듈;
    복수의 LED모듈과 상기 복수의 LED모듈 각각의 전면 혹은 후면에 결합되는 방열보조부재가 설치되고, 상기 LED모듈의 LED소자에서 발광되는 빛이 외부로 노출되는, 관통된 형상의 슬롯을 포함하는 하단케이스와 상기 하단케이스의 상부에 결착되어 돔 형태의 격실을 형성하는 상단케이스로 구성되는 케이스부; 및
    상기 복수의 LED모듈 각각의 전면 혹은 후면에 결합되어 상기 슬롯에 2 이상이 구비되고, 상기 하단케이스의 슬롯의 가장자리부위에 나사결합되어 상기 하단케이스에 고정되고, 내부에 공기유로가 구비되어 있고, 상기 하단케이스의 하측의 외부의 공기를 상기 공기유로를 통하여 상기 LED모듈의 복수의 방열핀으로 공급하는 방열보조부재;를 포함하고,
    상기 방열보조부재는,
    공기유로를 형성하는 공기유로케이스; 및
    상기 방열보조부재의 양측단에 위치하되, 상기 LED모듈과 함께 상기 하단케이스의 슬롯의 가장자리부위에 나사결합되기 위한 모듈결합부;를 포함하고,
    상기 공기유로케이스는,
    상기 하단케이스의 하측으로 향하면서 직사각형의 형태인 공기인입구;
    상기 방열보조부재와 결합된 LED모듈의 방열핀으로 향하는 공기배출구; 및
    상기 공기인입구에서 상기 공기배출구로 연결되는 통로로서, 상기 통로의 단면적은 상기 공기인입구에서 상기 공기배출구로 갈수록 점진적으로 작아지는 공기유로;를 포함하고,
    상기 공기인입구와 상기 공기배출구의 위치는 서로 수직을 이루어, 상기 공기유로는 상기 공기인입구에서 상기 공기배출구 측으로 휘어진 형상을 가지고, 상기 공기인입구의 면적은 상기 공기배출구의 면적보다 크며,
    상기 방열보조부재는,
    히트싱크의 제1케이스결합홀과 하단케이스의 모듈체결홀에 해당 모듈결합부 각각에 구비된 제2케이스결합홀 각각이 나사로 결합되어 LED모듈과 함께 상기 하단케이스의 슬롯의 가장자리부위에 결합되는, LED조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상단케이스는,
    양측면에 공기순환을 위해 타공된 복수의 통공;
    상기 하단케이스와의 체결을 위한 결합고리부재; 및
    지지대와 하나의 축으로 연결되어 있고, 상기 상단케이스가 상기 하단케이스와 연결된 채로 여닫을 수 있도록 하는 경첩부;를 포함하고,
    위로 볼록한 돔 형태의 형상을 가지며,
    상기 하단케이스는,
    상기 격실로 인입된 우수를 상기 하단케이스의 하측으로 배출할 수 있는 우수배출홀;
    상기 결합고리부재와 결합되는 결합부;
    복수의 LED모듈과 복수의 방열보조부재가 볼트로 체결되는 모듈체결홀; 및
    상기 LED모듈의 기판으로 전력을 공급하는 케이블이 통과되며 상기 지지대의 내부통로와 이어지는 전력케이블홀;을 포함하는, LED조명장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지대는,
    원통형의 형상으로 상기 지지대 내부에는 상기 LED조명장치의 외부로부터 전력을 상기 기판으로 공급하는 케이블이 지나가고, 상기 상단케이스 및 상기 하단케이스와 직접적 혹은 간접적으로 연결되며, 상기 LED조명장치를 고정시키기 위한 지지볼트홀을 포함하는, LED조명장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED모듈은,
    상기 기판의 하측면에는 상기 기판과 외부와의 접촉을 차단하는 상기 LED덮개가 부착되고,
    상기 기판과 상기 LED덮개의 부착면은 고무패킹부재로 감싸져 상기 기판으로의 침수 및 오염을 방지하고,
    상기 기판의 상측면에는 상기 방열시트가 부착되고, 상기 방열시트가 부착된 면의 반대면은 상기 히트싱크의 하측면과 부착되고,
    상기 방열시트는 상기 기판에서 발생하는 열을 상기 히트싱크로 전도시키고,
    상기 전력케이블은 상기 기판의 전력공급단자로 연결되고, 상기 히트싱크 및 기판에는 상기 전력케이블이 지나갈 수 있는 구멍이 타공되어 있으며, 상기 히트싱크에 타공된 구멍에는 상기 전력케이블을 감싸는 고무마개로 밀봉되어 상기 기판으로의 침수 및 오염을 방지하는, LED조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열코팅액은,
    단일벽탄소나노튜브 3중량% 및 바인더 97중량%로 혼합하여 제조하고,
    상기 단일벽탄소나노튜브는,
    로터리 킬른 회전성 반응기를 이용하여 10 내지 30rpm의 회전속도, 420도의 온도 내에서 산화성 가스를 250cc/min의 공급속도로 100분 동안 열처리함으로써, 탄소불순물의 함량이 15중량%인 단일벽탄소나노튜브에 해당하고,
    상기 바인더는,
    상기 방열코팅액의 전체 중량에 대하여, 이소프로필알콜이 65중량%, 트리메카플루오르옥틸트리메톡시실란 2중량%, 폴리에스터 수지 30중량%로 구성되고,
    상기 히트싱크는 상기 방열코팅액을 스프레이로 도장하여 상온에서 10분간 방치한 후 20분간 120도로 열경화한 뒤 상기 하단케이스에 결합되는, LED조명장치.
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