KR20090024345A - 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치 - Google Patents

고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치에 관한 것으로서, 양측단부가 개방된 램프관과; 상기 램프관의 개방된 양측단부 내에 일측단부가 결합되어 방열기능을 하게 되는 한쌍의 히트싱크와; 상기 램프관의 내부에 배치되며 램프관의 양측단부에 결합된 한쌍의 히트싱크에 양측단부가 결합되는 원형 또는 다각형의 열전달부재와; 상기 열전달부재의 외면으로 다수 장착되는 광원용 LED와; 상기 히트싱크의 외측으로 각각 결합되며 접속단자를 갖는 한쌍의 단자케이스와; 상기 LED와 접속단자에 전기적으로 연결되며 LED의 동작제어 및 컨버터 기능을 하는 PCB기판과; 상기 열전달부재의 내부에 삽입 배치시키고 양측단부가 한쌍의 히트싱크에 끼움 삽입되며 내부에 열전달물질을 충진시킨 밀폐구조의 히트파이프가 구비되는 구성을 특징으로 한다.
본 발명은 효율적인 구조배치설계에 의해 열전도율을 크게 높일 수 있어 LED에서 발생되는 열을 빠르게 그리고 많은 열량을 이송 처리할 수 있게 되며, LED의 사용에 따른 방열효율을 극대화시킬 수 있다.
고휘도 LED, 조명장치, 히트싱크, 열전달부재, 히트파이프, 방열

Description

고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치{FLUORESCENT LAMP TYPE LIGHTING DEVICE USING HIGH BRIGHTNESS LED}
본 발명은 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED에서 발생되는 열에 대한 열전도율을 좋게 하여 방열효율을 극대화시킬 수 있도록 하며 조도 향상 및 수명연장을 이끌어낼 수 있도록 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명장치는 빛을 발산함에 따라 주변공간을 밝게 비춰주는 기능을 담당하는 조명기구로서, 백열등이나 형광등, 삼파장 램프가 많이 사용되고 있다.
이러한 조명장치에 있어 현재까지는 형광등의 사용비율이 다른 조명기구에 비해 높은 비중을 차지하고 있으며, 최근에는 자연광에 가까운 빛을 발산하고 사용수명이 높은 장점을 이유로 삼파장 전구 및 램프의 사용이 늘고 있는 추세이다.
하지만, 종래의 형광등 및 삼파장 램프의 조명기구는 환경적 오염문제가 있 고 안정된 방전을 위하여 안정기를 사용하여야 하는 문제점 및, 스타터방식이나 안정기에 좌우되어 조명을 위한 점등까지 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
이러한 문제점들을 개선하기 위하여 근래에는 수명을 향상시킬 수 있고 소비전력이 적어 에너지효율을 크게 향상시킬 수 있는 발광다이오드(LED)를 광원으로 채택한 조명장치가 제시되고 있으며, 이 LED를 광원으로 채택한 조명장치의 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
그런데, LED는 전압을 가하면 열에너지와 빛에너지가 동시에 방출되는 특성을 갖는 것으로서, 조명장치의 구동시 LED에서 발생되는 열을 충분히 감소시켜주지 못하면 열이 빛에너지를 감소시키는 작용을 하게 되므로 LED의 휘도 및 수명을 저하시키게 된다.
즉, LED를 조명장치의 광원으로 사용함에 있어서는 LED에서 발생되는 열에너지의 처리에 상당한 어려움이 있어 발열문제의 어려움을 해결하는데 많은 연구가 집중되고 있다.
본 발명은 LED를 광원으로 사용하여 형광등 형태의 조명장치를 제작하되 장치 내 열전도율을 좋게 하여 방열효율을 극대화시킬 수 있게 하는 구조로 설계함으로써 LED의 발열문제에 따른 어려움을 해소할 수 있도록 하며 LED의 휘도 향상 및 수명 연장을 통해 조명장치의 조도를 향상시키면서 수명을 연장시킬 수 있도록 하 는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 조명을 위한 광원의 점등에 안정기의 사용이 불필요하며 기존 형광등 기구물에도 용이하게 사용할 수 있는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 고휘도 LED를 이용하여 조명장치를 구성함에 있어서, 양측단부가 개방된 램프관과; 상기 램프관의 개방된 양측단부 내에 일측단부가 결합되어 방열기능을 하게 되는 한쌍의 히트싱크와; 상기 램프관의 내부에 배치되며 램프관의 양측단부에 결합된 한쌍의 히트싱크에 양측단부가 결합되는 원형 또는 다각형의 열전달부재와; 상기 열전달부재의 외면으로 다수 장착되는 광원용 LED와; 상기 히트싱크의 외측으로 각각 결합되며 접속단자를 갖는 한쌍의 단자케이스와; 상기 LED와 접속단자에 전기적으로 연결되며 LED의 동작제어 및 컨버터 기능을 하는 PCB기판이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달부재의 내부에 삽입 배치시키고 양측단부가 한쌍의 히트싱크에 끼움 삽입되며 내부에 열전달물질을 충진시킨 밀폐구조의 히트파이프를 더 구비하여 이루어지게 하는 구성을 특징으로 한다.
본 발명은 열전도율이 좋은 재질과 열전도율이 높아지도록 하는 물질의 사용 과 함께 구비되는 구성요소간의 구조를 효율적으로 배치함에 따라 광원으로 사용되는 LED에서 발생되는 열을 빠르게 그리고 많은 열량을 이송 처리하여 외부로 방출시키는 효과가 있으며, 구조적인 배치설계에 의해 열전도율을 크게 높일 수 있어 방열효율을 극대화할 수 있다.
이에 따라 기존에 가장 치명적인 문제로 대두되었던 LED의 발열문제에 따른 어려움을 용이하게 해결할 수 있어 실용성을 높일 수 있으며, 광원으로 사용되는 LED의 휘도 향상 및 수명 연장은 물론 조명장치의 조도 향상 및 수명 연장을 이끌어낼 수 있다.
또한, 본 발명은 형광램프의 형상을 갖되 LED를 광원으로 사용하므로 기존에 안정적인 조명을 위해 사용되던 안정기가 불필요하게 되는 이점을 가지며 기존 형광등 기구물에도 용이하게 사용할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치(100)는 원형 또는 다각형의 파이프 타입으로 양측단부가 개방된 램프관(110)과, 상기 램프관(110)의 개방된 양측단부 내에 일측단부가 결합되어 방열기능을 하게 되는 한쌍의 히트싱크(heat sink)(120)와, 상기 램프관(110)의 내부에 배치되며 램프관(110)의 양측단부에 결합된 한쌍의 히트싱크(120)에 양측단부가 결합되는 원형 또는 다각형의 열전달부재(130)와, 상기 열전달부재(130)의 외면으로 다수 장착되는 광원용 LED(140)와, 상기 히트싱크(120)의 외측으로 각각 결합되며 접속단자(151)를 갖는 한쌍의 단자케이스(150)와, 상기 LED(140) 및 접속단자(151)에 전기적으로 연결되며 LED의 동작제어 및 컨버터 기능을 하는 PCB기판(160)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 상기 열전달부재(130)의 내부에 삽입 배치시키고 양측단부가 한쌍의 히트싱크(120)에 끼움 삽입되며 내부에 열전달물질을 충진시킨 밀폐구조의 히트파이프(170)를 더 포함하는 구성으로 하여 상기 LED(140)에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 이송시킬 수 있도록 하되 많은 양의 열량을 이송 처리할 수 있도록 함이 바람직하다.
부연하면, 상기 히트파이프(170)의 구성을 통해 열전도율을 더욱 좋게 유도함으로써 방열효율을 더욱 높일 수 있도록 한 것이다.
여기서, 상기 히트파이프(170)에 충진되는 열전달물질로는 메탄올, 아세톤, 물 및 수은 등이 사용된다.
상기 램프관(110)은 아크릴 또는 유리재질로 구성할 수 있고 투명 또는 반투명으로 구성할 수 있으며, 내측면에는 형광물질을 도포하여 다양한 색상의 빛을 조명할 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 램프관(110)의 양측단부에는 히트싱크(120)와의 사이에 단열재(180)를 구비하여 상호 비접촉되게 설치함으로써 상기 히트싱크(120)를 통하여 외부로 최종 방출되는 LED(140)에서의 발열이 램프관(110)으로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
나아가, 상기 열전달부재(130)와 히트파이프(170)의 사이에는 서멀 그리스(thermal grease)를 도포하여 서멀 그리스층(미 도시됨)을 형성시킴으로써 열전도율을 강화시킬 수 있도록 구성함이 바람직하다.
상기 히트싱크(120)는 방사상으로 형성된 날개형 방열핀(121)을 가지며, 일측단부에 램프관(110)의 내경에 대응되는 결합부(122)를 형성하여 램프관(110)에 끼움 결합할 수 있도록 구성되며, 일측단부의 중심부에 단턱진 홈부(123)를 형성하여 열전달부재(130) 및 히트파이프(170)를 결합하여 지지할 수 있도록 구성된다. 이때, 히트싱크(120)의 형상은 수정 및 변형될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
상기 열전달부재(130)는 알루미늄재질 또는 열전달속도가 뛰어나고 금속과 거의 같은 열전도성을 지니는 플라스틱재인 열전도성 플라스틱으로 구성하여 열전도율을 높일 수 있도록 구성함이 바람직하다.
상기 LED(140)는 저출력 고휘도 LED를 사용함이 에너지효율 향상을 위해 바람직하다 할 것이다.
상기 단자케이스(150)는 일반적으로 사용되는 형광등 기구물에 본 발명의 조명장치(100)를 사용할 수 있게 하며, 접속단자(151)를 통하여 PCB기판(160) 및 LED(140)에 전원을 공급하게 된다.
상기 PCB기판(160)은 광원으로 사용되는 다수 LED(140)의 동작제어 및 접속단자로부터 공급되는 교류전원을 직류로 바꾸어주는 컨버터 기능을 위한 회로패턴을 갖는 것으로, 연결선(W)을 통해 단자케이스(150)의 접속단자(151) 및 LED(140)와 전기적으로 연결 구성되며, 상기 열전달부재(130)의 상면에 배치되거나 또는 상 기 단자케이스(150)의 내부에 배치하여 구성할 수 있다.
이때, 상기 PCB기판(160)을 단자케이스(150)의 내부에 배치하게 되면, 램프관(110)의 내부 용적률을 크게 할 수 있으며 LED(140)의 점등에 의한 발열에 대해서 PCB의 회로 및 PCB기판에 탑재되는 소자의 손상을 방지하고 안정된 동작특성 및 제어를 실행하게 할 수 있다.
또한, 단자케이스(150)측에 PCB기판(160)을 배치함으로써 PCB기판에 탑재되는 소자에서 발생되는 열을 상기 히트싱크(120)를 통하여 외부로 바로 배출시킬 수 있어 안정된 동작특성을 가능하게 하며, LED(140)의 점등상태시 PCB기판(160)에 의한 그림자 형성을 방지되게 할 수 있다.
상기 단자케이스(150)의 내부에 PCB기판(160)을 배치하는 경우에는 단자케이스(150)의 길이 또는 크기를 크게 변형할 수 있다.
나아가, 본 발명의 조명장치(100)는 디밍(dimming) 제어 또는 선택적 점등이 가능하도록 설계하여 조도를 제어할 수 있도록 구성함이 바람직하며, 적외선통신부 또는 무선통신부(미 도시됨)를 구성함에 의해 리모컨 제어가 가능하도록 구성함이 바람직하다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 조명장치는 일반적으로 사용되는 형광등 기구물 등 형광등용 콘센트가 있는 기구물에 장착하여 사용할 수 있으며, 접속단자(151)를 통하여 PCB기판(160) 및 LED(140)에 전원이 공급된다.
이때, PCB기판(160)에서는 접속단자(151)를 통하여 공급된 교류전원을 직류로 전환하고 전환된 직류전원을 LED(140)에 인가하게 된다.
조명을 위한 LED(140)를 점등시, 광원의 LED(140)에서 발생되는 열은 열전도율이 좋은 재질로 구성한 열전달부재(130)에 의해 램프관(110)의 내부에 형성된 열기류(熱氣流)를 양측부로 분산되어 이송되어지고 열전달부재(130)의 양측단부에 위치된 히트싱크(120)로 유도되면서 방사상의 방열핀(121)을 통해 외부로 방출된다.
이때, 알루미늄재질 또는 열전도성 플라스틱으로 구성된 열전달부재(130)에 의해 양측부로 분산 이송되는 LED(140)의 발열은 열전달부재(130)의 내부에 설치한 열전달물질이 충진된 히트파이프(170)에 의해 열 이송이 진전되고 많은 양의 열량을 이송 처리하여 외부로 방출하게 된다.
또한, 열전달부재(130)와 히트파이프(170)의 사이에 형성시킨 서멀 그리스층(미 도시됨)에 의해 양측단부로의 열전달 및 외부측으로의 열 방출을 가속화할 수 있게 된다.
따라서, LED(140)의 사용에 따른 가장 치명적인 문제로 대두되었던 LED의 발열문제에 따른 어려움을 용이하게 해결할 수 있어 실용성을 높일 수 있고 응용범위를 넓힐 수 있으며, 광원으로 사용되는 LED의 휘도 향상 및 수명 연장을 도모할 수 있게 됨은 물론 조명장치의 조도 향상 및 수명 연장을 이끌어낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 실시예의 조명장치를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 도 1의 조립상태도.
도 3은 본 발명에 의한 조명장치의 요부 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 조명장치에 있어 히트싱크의 구성을 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 본 발명 조명장치 110: 램프관
120: 히트싱크 121: 방열핀
130: 열전달부재 140: LED
150: 단자케이스 151: 접속단자
160: PCB기판 170: 히트파이프
180: 단열재

Claims (6)

  1. 고휘도 LED를 이용하여 조명장치를 구성함에 있어서,
    양측단부가 개방된 램프관과;
    상기 램프관의 개방된 양측단부 내에 일측단부가 결합되어 방열기능을 하게 되는 한쌍의 히트싱크와;
    상기 램프관의 내부에 배치되며 램프관의 양측단부에 결합된 한쌍의 히트싱크에 양측단부가 결합되는 원형 또는 다각형의 열전달부재와;
    상기 열전달부재의 외면으로 다수 장착되는 광원용 LED와;
    상기 히트싱크의 외측으로 각각 결합되며 접속단자를 갖는 한쌍의 단자케이스와;
    상기 LED와 접속단자에 전기적으로 연결되며 LED의 동작제어 및 컨버터 기능을 하는 PCB기판이 구비되는 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재의 내부에 삽입 배치시키고 양측단부가 한쌍의 히트싱크에 끼움 삽입되며 내부에 열전달물질을 충진시킨 밀폐구조의 히트파이프가 구비되는 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 램프관의 양측단부에는 히트싱크와의 사이에 단열재를 구비하여 상호 비접촉되게 설치함에 의해 상기 히트싱크를 통하여 외부로 최종 방출되는 LED에서의 발열이 램프관으로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재와 히트파이프의 사이에는 서멀 그리스를 도포하여 서멀 그리스층을 형성시킴에 의해 열전도율을 강화할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달부재는 알루미늄재질 또는 열전도성 플라스틱으로 구성하여 열전도율을 높일 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 PCB기판은 단자케이스의 내부에 배치 구성하여 램프관의 내부용적을 키우는 효과 및 PCB기판에서 발생되는 열을 상기 히트싱크를 통하여 외부 배출시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치.
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