KR20110073677A - 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치는, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열기를 반대 방향으로 배출하기 위해, 하나 또는 다수의 하부냉각홀을 갖는 엘이디 모듈 및, 상기 엘이디 모듈과 결합되며, 상기 하부냉각홀과 하나의 유로를 형성하여, 상기 열기를 냉각시켜 외부로 배출하는 하나 또는 다수의 상부냉각홀을 갖는 방열부재를 포함한다.
엘이디(LED), 조명, 방열, 유로, 냉각홀, 자연대류, 유속, 보조방열

Description

방열구조를 갖는 엘이디 조명장치{LED LIGHTING DEVICE FIXTURE HAVING AN EMISSION OF HEAT}
본 발명은 엘이디(LED) 조명장치에 관한 것으로, 특히 발열부와 방열부를 연결하는 유로를 확보하여 자연대류 속도를 증가시킴과 아울러, 방열면적을 넓혀 열 방출의 효율성을 극대화시킴으로써, 발열부가 구비된 장치의 동작성능을 향상시킬 수 있는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 다이오드형광등(light emitting diode lamp: 이하 엘이디(LED) 조명장치라 함)는, 현재 사용되고 있는 백열등, 형광등들에 비해 단위 전력대비 빛의 효율성이 월등히 높아 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
즉, 엘이디(LED)는 저전압으로도 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 탄소 발생 량이 적어 환경 친화적이고, 열 발생 량이 적어 수명이 긴 장점이 있다. 이와 같은 이유로, 백열등, 형광등들을 대체할 수 있는 조명장치로 널리 사용되고 있는 추세이다.
이러한, 엘이디 조명장치는 그 특성상 일정시간 사용하다 보면, 다수로 설치된 엘이디가 발열하여 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 없게 되고, 지속적으로 사용 하다 보면, 발열량이 점차 적으로 증대되어 엘이디의 수명이 급격히 줄어드는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한, 종래의 엘이디(LED) 조명장치는 엘이디들이 설치된 기판의 후면에 금속(알루미늄 등)으로 이루어진 방열 부재(Heat sink)를 부착하여 열을 외부로 방출하고 있었다. 여기서, 방열부재의 외부에는 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀과, 외기와 내부의 열기를 통과시키기 위한 다수의 홀(Hole: 배출 홀, 대기순환 홀이라고도 함) 등이 형성되어 있다.
이와 같은 종래의 엘이디 조명장치는, 기판의 후면에 부착된 방열부재가 외기와 접촉을 이루면서 열을 외부로 방출시키거나, 조명장치 내부에서 온도차에 의하여 생긴 부력에 의해 자연대류를 일으켜 열을 외부로 방출시키고 있었다.
그러나 종래의 엘이디(LED) 조명장치는, 발열부와 방열부재를 연결하는 외기의 유입 경로 즉, 유로가 형성되어 있지 않고, 단순히 발열부에서 발생하는 열을 접촉방식을 통해서만 방열부재로 전달하는 구조를 가진다.
이와 같은 구조는, 방열부재의 홀들이 형성된 국부에서만 자연대류가 느리게 이루어지고, 발열부에서 발생하는 열이 방열부재로 전달되는 속도가 느리기 때문에 냉각성능이 좋지않다.
또한, 방열부재에 형성된 홀들은, 유속이 발생 될 수 있는 길이로 형성되어 있지 않기 때문에, 열기가 배출되는 과정에서 홀들의 출구 측 부위에 와류나 잠열이 발생하게 되어, 열기가 신속히 배출되지 않고 정체되는 현상이 발생한다.
따라서, 발열부에서 발생하는 열이 외부로 신속히 배출되지 않아 발열부가 지속적으로 가온(加溫) 되는 것을 방지할 수 없게 되고, 이로 인해, 엘이디들과 인근에 배치된 부품들의 수명이 단축되거나 기능이 저하되며, 나아가 장치의 동작성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엘이디 모듈과 방열부재를 연결하는 유로를 확보함으로써, 자연대류가 원활히 이루어질 수 있도록 하여 발열부에서 발생하는 열이 정체되지 않고 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 첫 번째 목적이 있다.
그리고 동일 재질을 갖는 하나의 얇은 금속판을 가공하여 일체형 방열핀들을 형성하고, 다시 일체형 방열핀들을 상향 절곡시켜 방열부재가 하나의 단일구조체를 이루도 함으로써, 방열부재의 제작이 용이하고, 열전달 성능을 향상시킬 수 있는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 두 번째 목적이 있다.
또한, 일정길이의 보조 유로를 형성하는 별도의 보조방열부를 더 적용함으로써, 공기와 열의 배출과정에서 유속(流速)이 발생 되어 자연대류 속도를 더욱 증가시킬 수 있는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 세 번째 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치는, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열기를 반대 방향으로 배출하기 위해, 하나 또는 다수의 하부냉각홀을 갖는 엘이디 모듈 및, 상기 엘이디 모듈과 결합되며, 상기 하부냉각홀과 하나의 유로를 형성하여, 상기 열기를 냉각시켜 외부로 배출하는 하나 또는 다수의 상부냉각홀을 갖는 방열부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부냉각홀은, 제1하부냉각홀과 제2하부냉각홀을 포함하며, 상기 엘이디 모듈은, 하부에 상기 엘이디가 배열되며, 중앙에 상기 제1하부냉각홀이 관통형성되는 엘이디 기판 및, 상기 엘이디 기판의 하부에 결합되어 상기 엘이디의 빛을 렌즈를 통해 확산시키며, 상기 제1하부냉각홀과 연결되도록 상기 제2하부냉각홀이 관통형성되는 집광렌즈부가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 하부냉각홀은, 제3하부냉각홀을 더 갖고, 상기 집광렌즈부의 하부에는, 상기 렌즈가 통과하는 안착홀이 관통형성되며, 상기 제2하부냉각홀과 연결되도록 상기 제3하부냉각홀이 관통형성되는 렌즈커버가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3하부냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어, 외기 유입 및 유출 유로를 형성하는 커버체결구가 더 구비되며, 상기 커버체결구는, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출 형성되며, 상기 제2하부냉각홀과 상기 제1하부냉각홀을 통해 상기 상부냉각홀의 상단엔 걸림 위치되는 것이 바람직하다.
상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 원, 타원, 다각 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 원 형상을 가지며, 또한, 상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 상기 엘이디 기판의 크기에 대비하여, 20~80%의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 보조냉각 홈들은, 상기 엘이디들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열될 수 있고, 상기 보조냉각 홈들의 길이 및 폭은, 엘이디의 발열 량에 따라 설정될 수 있다.
상기 방열부재는, 상기 상부냉각홀이 중앙에 관통형성되는 방열판 및, 상기 방열판에 일체로 절곡 형성되는 하나 또는 다수의 방열핀을 포함하는 것이 바람작하다.
상기 방열핀은, 상기 방열판의 가장자리를 따라 일체로 상향 절곡되며, 상부로 일정길이를 갖는 것이 바람직하다.
그리고 상기 방열핀들은, 상기 방열판의 상면을 기준으로 중앙을 향하여 일정각도 경사지는 것이 바람직하며, 상기 방열핀들의 경사각은, 상기 엘이디 모듈의 발열 량에 따라 선택적으로 절곡하여 가변시키는 것이 바람직하다.
상기 방열핀들은, 상기 상부냉각홀을 통해 유입되는 열기를 외부로 통과시키기 위해, 하나 또는 다수의 보조홀이 더 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 방열핀들은, 서로 일정간격을 갖도록 형성되며, 상기 방열판의 가장자리에는, 방열면적을 넓히기 위해, 상기 방열핀들의 상기 일정간격 사이에는 일체로 상향 연장되는 다수의 보조방열핀이 더 구비될 수 있다. 여기서, 상기 보조방열핀들은, 일 방향으로 다단으로 절곡된 형상과, 양 방향으로 엇갈리게 다단 절곡된 지그재그 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 엘이디 모듈은, 전원공급을 위한 전원 모듈을 포함하며, 상기 전원 모듈은, 단자통과홀이 형성되며, 상기 방열핀들의 상단에 결합되는 상부홀더와, 상기 상부홀더의 하부에 결합되며, 상단에 설치된 접속단자가 상기 단자통과홀을 통해 상부로 노출되게 삽입되는 전원기판 및, 상기 상부홀더의 하부에 결합되며, 상기 전원기판이 외부로 빠지지 않도록 지지하는 하부홀더가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 상부홀더의 측면에는, 다수의 제2걸림돌기가 측부로 돌출 형성되며, 상기 하부홀더의 상단에는, 상기 제1걸림돌기가 암수로 대응삽입될 수 있도록 다수의 걸림홀이 수평으로 관통형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상부홀더의 측면에는, 다수의 삽입돌기가 하향 되게 돌출 형성되며, 상기 방열핀들의 상단에는, 상기 삽입돌기가 암수로 대응삽입되도록 삽입홀이 수직으로 관통형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부홀더의 하부에는, 공기의 흐름을 안내하기 위해, 하부로 갈수록 좁아지지는 안내면이 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 방열핀들의 상부에는, 보조적인 방열과 유속을 발생시키기 위해, 보조유로를 형성하는 보조방열부가 더 결합될 수 있다. 상기 보조방열부는, 상기 보조유로를 수직으로 관통형성하는 하우징 및, 상기 하우징의 하단으로부터 하부로 연장되며, 상기 연장된 단부가 상기 방열핀들과 연결되는 다수의 연결부재가 구비될 수 있다.
상기 방열핀들에는, 관통된 적어도 하나 이상의 체결홀이 형성되며, 상기 연결부재들은, 상기 연장된 단부가 상기 체결홀에 끼움 결합 또는, 체결부재에 의해 관통결합될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 엘이디 기판에는, 하나 또는 다수의 제1관통홀이 더 형성 되고, 상기 방열판에는, 상기 제1관통홀과 연결되는 제2관통홀이 더 형성되며, 상기 제2관통홀과 상기 제1관통홀을 통해 상기 엘이디의 배면에 밀착되는 중공 형상의 열전달부재 및, 상기 열전달부재와 상기 엘이디의 사이에 개재되어 전기적인 접속을 방지하는 차단부재가 더 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 유로를 형성하여 발열부에서 발생하는 열기가 정체하지 않고 외부로 신속히 배출될 수 있도록 함으로써, 발열되는 열에 의해 엘이디 기판에 설치된 엘이디나 인근에 배치된 부품들의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있으며, 나가가 장치의 동작성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 다수의 방열 핀들이 일체로 절곡 형성된 방열부재를 적용함으로써, 열 전달이 용이하여 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 방열부재 자체가 본체와 냉각의 역할을 동시에 수행할 수 있어 엘이디 조명장치의 구조를 단순화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 일정길이의 보조유로를 형성하는 별도의 보조방열부를 더 적용할 경우, 열과 외기가 배출되는 과정에서 유속이 발생하므로 냉각이 더욱 향상되는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 분리사시도, 도 2는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치가 결합된 상태를 도시한 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치가 결합된 상태를 도시한 A-A선 정단면도, 도 4는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 방열부재에 형성된 방열핀들이 펼쳐진 상태를 도시한 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 하부냉각홀과 상부냉각홀에 보조냉각홈이 더 형성된 것을 예시적으로 보여주기 위해, 방열부재를 도시한 저면도이다.
그리고 도 6은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 분리사시도, 도 7은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 평면도, 도 8은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 B-B선 정단면도, 도 9a는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 방열부재에 보조방열핀이 더 부가된 상태를 도시한 사시도, 도 9b는 9a에 따른 보조방열핀이 일 방향으로 다단 절곡된 형상을 도시한 사시도, 도 9c는 도 9a에 따른 보조방열핀이 양 방향으로 엇갈리게 다단 절곡된 형상을 도시한 사시도, 도 10은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 집광렌즈부와 렌즈커버가 일체로 형성된 상태를 도시한 정단면도이다.
또한, 도 11a과 11b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조정명치의 열 배출과정에서 온도분포를 개략적으로 도시한 도면, 도 12a와 도 12b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출 과정에서 유속분포를 개략적으로 도시한 도면, 도 13a은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 온도분포를 개략적으로 도시한 도면, 도 13b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 유속분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치(100)는, 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디(211)가 배열되며, 상기 엘이디(211)들에서 발생하는 열기를 반대 방향으로 배출하기 위한 하나 또는 다수의 하부냉각홀을 갖는 엘이디 모듈(200) 및, 상기 엘이디 모듈(200)과 결합되며, 상기 하부냉각홀과 하나의 유로를 형성하여, 열기를 냉각시켜 외부로 배출하는 하나 또는 다수의 상부냉각홀(311)을 갖는 방열부재(300)를 포함한다. 또한, 엘이디 모듈은, 전원공급을 위한 전원 모듈(400)이 더 포함된다. 여기서, 상기 하부냉각홀은 제1하부냉각홀(212), 제2하부냉각홀(222) 및 제3하부냉각홀(231)을 포함한다.
상기 엘이디 모듈(200)은, 하부에 다수의 엘이디(211)가 배열되며, 중앙에 제1하부냉각홀(212)이 수직으로 관통형성되는 엘이디 기판(210) 및, 상기 엘이디 기판(210)의 하부에 결합되어 엘이디(211)에서 발생되는 빛을 렌즈(221)를 통해 확산시키며, 제1하부냉각홀(212)과 연결되도록 제2하부냉각홀(222)이 수직으로 관통형성되는 집광렌즈부(220)가 구비된다.
여기서, 엘이디 기판(210)의 하부에 설치된 다수의 엘이디(211)들은, 중앙에 형성된 제1하부냉각홀(212)을 중심으로 원주를 따라 등 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
그리고 집광렌즈부(220)의 하부에는, 렌즈커버(230)가 더 구비될 수 있다. 렌즈커버(230)는, 렌즈(221)가 안착 및 통과될 수 있도록 안착홀(233)이 수직으로 관통형성되고, 집광렌즈부(220)의 제2하부냉각홀(222)과 연결(연통)되도록 제3하부냉각홀(231)이 수직으로 관통형성된다.
즉, 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 방열부재(300)의 상부냉각홀(311)은, 외기가 하부로부터 유입되어 상부로 유출될 수 있도록 하나의 수직 유로를 형성한다.
여기서, 상기 안착홀(233)은, 렌즈(221)가 통과할 수 있도록 렌즈(221)의 외주와 동일한 직경 또는 그보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
그리고 렌즈커버(230)의 상면에는, 제3하부냉각홀(231)을 감싸면서 상부로 연장되는 커버체결구(232)가 구비될 수 있다. 상기 커버체결구(232)의 상단에는 외주를 따라 다수의 제1걸림돌기(232a)가 측부로 돌출 형성된다.
상기 제1걸림돌기(232a)는, 제2하부냉각홀(222)과 제1하부냉각홀(212)을 통해 방열부재(300)의 상부냉각홀(311) 상단에 걸림 위치된다. 이로써, 엘이디 기판(210), 집광렌즈부(220) 및 렌즈커버(230)가 방열부재(300)의 하부에 일체로 고정될 수 있다.
또한, 다수의 체결부재(B)를 이용해 렌즈커버(230), 집광렌즈부(220) 및 엘 이디 기판(210)을 방열부재(300)의 방열판(310)에 관통결합할 수도 있다. 즉, 렌즈커버(230)에 커버체결구(232)를 적용할 경우에는, 커버체결구(232)의 내부 중공부가 제3하부냉각홀(231)이 되며, 상기 제3하부냉각홀(231)의 중공부가 외기 유입과 열 배출을 위한 하나의 수직 유로를 형성하게 된다.
이를 위해, 상기 커버체결구(232)의 외경은, 전술한 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 상부냉각홀(311)의 직경과 동일한 형상을 가지는 것이 좋다.
한편, 도 10에 도시한 바와 같이 집광렌즈부(220) 자체가 후술 될 커버체결구(232)에 의해 엘이디 기판(210)의 하부에 결합되어 렌즈와 커버의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 이 경우에는, 설명된 커버체결구가 제2하부냉각홀(222)을 감싸도록 집광렌즈부(220)의 상부에 형성될 수도 있다.
전술된 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 상부냉각홀(311)이 형성하는 유로는, 원 형상인 것이 바람직하지만, 미 도시한 타원, 다각 형상 중 어느 하나로도 형성될 수 있다.
그리고 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 상부냉각홀(311)의 내경은, 엘이디 기판(210)과 집광렌즈부(220)의 외경에 대비하여 6.5%~80%의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 13a와 13b에서와 같이 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 상부냉각홀(311)의 엘이디 기판(210)과 집광렌즈부(220)의 외경에 비하여 6.5%, 22%, 37%, 52% 및 80%의 비율로 각각 형성시킨 후, 각각을 통해 유입되는 외기와 발열부에서 발생하는 열이 상부로 배출되는 상태를 도시하였다.
여기서, 붉은색으로 표시된 부분은 온도(Temperature)가 가장 높은 지점과, 유속(속도: Velocity)이 가장 빠른 지점을 나타내고, 파란색으로 표시된 부분은 온도가 가장 낮은 지점과, 유속이 가장 느린 지점을 나타낸다.
즉, 도 13a를 보면, 공기와 열이 배출되는 과정에서의 상부로 갈수록 온도(Temperature)가 급격히 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 13b을 보면, 상부로 갈수록 유속(Velocity)이 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5에서와 같이 제1, 2, 3하부냉각홀(212, 222, 231)과 상부냉각홀(311)은, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈(340)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 보조냉각홈(340)들은, 엘이디(211)들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열될 수 있으며, 보조냉각홈(340)의 길이 및 폭은, 엘이디(211)의 발열 량에 따라 설정될 수 있다.
즉, 상기 보조냉각홈(340)은 엘이디(211)가 설치된 부위로 방향성을 갖기 때문에, 발열 량이 많은 부위를 집중적으로 냉각시키는 효과가 있다.
전술한 방열부재(300)는, 상부냉각홀(311)이 중앙에 수직으로 관통형성되는 방열판(310) 및, 상기 방열판(310)의 가장자리를 따라 일체로 상향 절곡되어, 상부로 일정길이를 갖는 다수의 방열핀(320)이 구비된다. 이와 같은 방열부재(300)는 알루미늄 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다수의 방열핀(320)들은 서로 간격을 갖는 상태로 배열되거나, 서로 접하는 상태로 배열될 수 있다. 즉, 방열핀(320)들이 서로 간격을 가질 경우에는, 외부로부터 유입되는 공기와 열이 방열핀(320)들의 상부와 측부를 통해 배출 될 수 있다.
반면, 방열핀(320)들이 서로 접하는 경우에는, 방열핀(320)들의 측면을 통해 열 만이 배출될 수 있다. 이 경우, 상기 방열핀들은, 상기 냉각 홀로 유입되는 열기를 외부로 통과시키기 위해, 하나 또는 다수의 보조홀(322)이 더 형성될 수 있다. 즉, 상기 보조홀(322)은 상부냉각홀(330)을 통해 상부로 전달되는 열과 외기가 외부로 용이하게 배출되도록 한다.
그리고 상기 방열핀(320)의 상단에는, 후술 될 전원 모듈(400)이 결합될 수 있도록 삽입홀(321)이 수직으로 관통형성된다. 바람직하게는 방열핀(320)의 상단을 방열판(310)의 중심을 향하도록 절곡하여 수평한 면을 형성하고, 상기 수평한 면 상에 삽입홀(321)을 수직으로 관통형성시킬 수 있다.
또한, 상기 방열핀(320)들은, 방열판(310)의 상면을 기준으로 중앙을 향하도록 일정각도 경사지지게 형성될 수 있다. 그리고 상기 방열핀(320)들의 경사각은, 엘이디 모듈(200)의 발열 량에 따라 선택적으로 절곡하여 가변시킬 수 있다.
방열핀(320)들을 경사지게 형성하는 이유는, 공기가 상부냉각홀(330)를 통해 상부로 이동하는 과정에서, 공기와 방열핀(320) 간의 접촉 면적을 넓힘과 동시에, 열을 상부로 집중시킴으로써 냉각성능을 더욱 향상시키기 위함이다.
한편, 상기 방열판(310)의 가장자리에는, 방열면적을 넓히기 위해 방열핀(320)들이 일정간격을 갖도록 배열하고, 상기 일정간격 사이에 다수의 보조방열핀(322)이 더 구비될 수 있다.
도 9a 내지 9c에 도시한 바와 같이, 상기 보조방열핀(322)은 일 방향으로 다 단으로 절곡된 형상과, 양 방향으로 엇갈리게 다단 절곡된 지그재그 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같은 방열부재(300)는, 도 4에서와 같이 하나의 판 부재를 가공하여 다수의 방열핀(320)을 일체로 형성시킨 후, 다시 상기 방열핀(320)들을 상향 절곡하여 단일 구조체를 이루도록 한다. 즉, 방열부재(300)가 하나의 일체형 몸체를 이루기 때문에, 열이 용이하게 전달될 수 있어 냉각성능이 향상되는 효과가 있다.
전원 모듈(400)은, 상부에 단자통과홀(411)이 형성되며, 방열핀(320)들의 상단에 결합되는 상부홀더(410)와, 상기 상부홀더(410)의 하부에 결합되며, 상단에 설치된 접속단자(421)가 단자통과홀(411)을 통해 상부로 노출되게 삽입되는 전원기판(420) 및, 상기 상부홀더(410)의 하부에 결합되며, 전원기판(420)이 외부로 빠지지 않도록 지지하는 하부홀더(430)가 구비된다.
여기서, 상기 상부홀더(410)의 측면에는, 다수의 제2걸림돌기(412)가 측부로 돌출 형성된다. 그리고 상기 제2걸림돌기(412)의 하부 면에는 상부홀더(410)에 연결된 일측으로부터 외 측으로 상향 되는 경사면(부호 미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 상부홀더(410)와 결합되는 하부홀더(430)의 상단에는, 제2걸림돌기(412)가 암수로 대응삽입될 수 있도록 다수의 걸림홀(431)이 수평으로 관통형성된다.
또한, 상부홀더(410)의 측면에는, 제2걸림돌기(412)와 인접하는 상부에서 측부로 돌출 형성되고, 다시 하향되게 연장되는 다수의 삽입돌기(413)가 더 형성된다.
즉, 하부홀더(430)의 걸림홀(431) 상단이 제2걸림돌기(412)의 하부 면에 형성된 경사면을 따라 슬라이드 되면서 외 측으로 벌어진 후, 경사면이 끝나는 지점에서 탄성 복원력에 의해 복귀되면서 제2걸림돌기(412)가 암수로 대응되게 결합 된다. 이로써, 상부홀더(410)와 하부홀더(430)가 견고히 결합될 수 있다.
또한, 전원 모듈(400)을 방열부재(300)의 상부에 고정할 경우에는, 상부홀더(410)의 삽입돌기(413)를 방열핀(320)들의 상단에 형성된 삽입홀(321)에 삽입하여 결합한다.
한편, 하부홀더(430)의 하부에는, 케이블(미도시)이 통과될 수 있도록 적어도 하나 이상의 케이블통과홀(432)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 전원기판(420)으로부터 연장된 케이블(미도시)이 상기 케이블통과홀(432)을 통해 엘이디 기판(210)에 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 하부홀더(430)의 하부에는 공기의 흐름을 안내하기 위하여, 하부로 갈수록 좁아지지는 안내면(433)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 안내면(433)은 하단이 좁게 형성되기 때문에, 하부로부터 전달되는 공기가 정체되지 않고 신속히 상향 이동될 수 있도록 안내한다.
뿐만 아니라, 상기 방열핀(320)들의 상부에는, 보조적인 방열과 유속을 발생시키기 위해, 보조유로(331a)를 형성하는 보조방열부(330)가 더 결합될 수 있다.
상기 보조방열부(330)는, 보조유로(331a)를 수직으로 관통형성하는 하우징(331) 및, 상기 하우징(331)의 하단으로부터 하부로 연장되며, 상기 연장된 단부가 상기 방열핀(320)들과 연결되는 다수의 연결부재(332)가 구비된다.
여기서, 상기 하우징(331)은 제작의 용이성을 위해 수평으로 다단 절곡하여 다각 함 체 형상으로 제작하는 것이 바람직지만, 그 형상은 한정하지 않고 원, 타원 등과 같이 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
이와 같은 상기 하우징(331)은, 수직으로 일정길이를 갖는 보조유로(331a)가 형성되어 공기와 열이 배출되는 과정에서 유속을 발생시킬 수 있는 구조를 제공함과 아울러 넓은 방열면적을 제공할 수 있다.
다수의 연결부재(332)는, 하우징(331)의 하단에 일체로 형성하거나, 별도의 체결부재(B)를 이용해 착·탈 가능하게 결합할 수 있다. 그리고 상기 연결부재(332)는 길이방향을 적어도 한번 이상 절곡시킴으로써, 전술된 방열핀(320)들과 동일한 경사 면을 이루도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 연결부재(332)들과 방열핀(320)들을 연결하는 첫 번째 방법은, 방열핀(320)들의 길이 상에 관통된 하나 또는 다수의 체결홀을 형성시킨 후, 상기 체결홀에 연결부재(332)들의 연장된 단부를 끼움 결합할 수 있다.
두 번째 방법으로는, 연결부재(332)들의 연장된 단부와 방열핀(320)들에 체결홀을 형성한 후, 상기 체결홀을 통해 별도의 체결부재(B)를 관통결합하여 연결할 수도 있다.
즉, 방열부재(300)의 방열핀(320)들로 전달되는 열은 연결부재(332)들을 통해 하우징(331)으로 전달되어 냉각될 수 있다. 그리고 방열판(310)의 상부냉각홀(311)로부터 상부로 유출되는 공기와, 그에 포함된 열은 하우징(331)의 보조유로(331a)를 따라 외부로 배출된다.
뿐만 아니라, 상기 엘이디 기판(210)에는, 적어도 하나 이상의 제1관통홀(213)이 관통형성되고, 방열판(310)에는, 상기 제1관통홀(213)과 연결되는 제2관통홀(312)이 형성된다.
그리고, 상기 엘이디(211)의 열을 상기 방열판(310)으로 전달하기 위해, 상기 제2관통홀(312)과 상기 제1관통홀(213)을 통해 상기 엘이디(211)의 배면에 밀착되는 열전달부재(240) 및, 상기 열전달부재(240)와 상기 엘이디(211) 사이에 개재되어 전기적인 접속을 차단하는 차단부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 열전달부재(240)는 상단이 외측으로 연장 형성시켜 제1관통홀(213)의 상단에 걸림 위치시킬 수 있다.
그리고 상기 열전달부재(240)는, 열이 잘 전달될 수 있도록 구리 등으로 제작하는 것이 좋으나, 여러 종류의 전도성 금속제를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 차단부재(미도시)는 전기적인 접속을 방지하기 위해 전기가 통하지 않는 합성수지재 등을 이용해 테이프 형상으로 제작할 수 있다.
즉, 상기 열전달부재(240)는 엘이디(211)들과 전기적으로 접속되지 않으면서도, 엘이디(211)들로부터 발생되는 열을 방열판(310)에 바로 전달할 수 있다. 이로 인해 열 배출 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 설명된 본 발명의 엘이디 조명장치(100)는, 방열부재(300)가 엘이디 모듈(200)의 엘이디(211)로부터 발생되는 열을 1차로 냉각시키고, 상기 냉각된 열기를 보조방열부(330)에서 2차로 냉각시킨다. 또한, 열기가 보조유로(331a)를 따라 이동하는 과정에서 유속이 발생하게 되므로 자연대류속도가 증가되어 열이 외부 로 신속히 배출된다.
즉, 도 11a와 11b에 도시한 바와 같이, 방열부재(300)에서 1차로 냉각된 열기는 보조방열부(330)에 전달되어 2차로 냉각되면서 점차 적으로 낮은 온도를 띄게 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 12a와 12b에 도시한 바와 같이, 열과 함께 배출되는 공기는 보조방열부(330)의 하우징(331)을 통과할 때 유속이 빨라지는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 유로를 형성하여 발열부에서 발생하는 열기가 정체하지 않고 외부로 신속히 배출되도록 함으로써, 발열되는 열에 의해 엘이디 기판에 설치된 엘이디나 인근에 배치된 부품들의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있으며, 나가가 장치의 동작성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 다수의 방열 핀들이 일체로 절곡 형성된 방열부재를 적용함으로써, 열 전달이 용이하여 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 방열부재 자체가 본체와 냉각의 역할을 동시에 수행할 수 있어 엘이디 조명장치의 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 일정길이의 보조유로를 형성하는 별도의 보조방열부를 더 적용할 경우, 열과 외기가 배출되는 과정에서 유속이 발생하므로 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치(100)에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변 형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치를 도시한 분리사시도.
도 2는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치가 결합된 상태를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치가 결합된 상태를 도시한 A-A선 정단면도.
도 4는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 방열부재에 형성된 방열핀들이 펼쳐진 상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 하부냉각홀과 상부냉각홀에 보조냉각홈이 더 형성된 것을 예시적으로 보여주기 위해, 방열부재를 도시한 저면도.
도 6은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 분리사시도.
도 7은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에 보조방열부가 더 부가된 상태를 도시한 B-B선 정단면도.
도 9a는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 방열부재에 보조방열핀이 더 부가된 상태를 도시한 사시도.
도 9b는 9a에 따른 보조방열핀이 일 방향으로 다단 절곡된 형상을 도시한 사시도.
도 9c는 도 9a에 따른 보조방역핀이 양 방향으로 엇갈리게 다단 절곡된 형상을 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치의 집광렌즈부와 렌즈커버가 일체로 형성된 상태를 도시한 정단면도.
도 11a과 11b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조정명치의 열 배출과정에서 온도분포를 개략적으로 도시한 도면.
도 12a와 도 12b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출 과정에서 유속분포를 개략적으로 도시한 도면.
도 13a은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 온도분포를 개략적으로 도시한 도면.
도 13b는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치에서 열 배출과정에서 냉각홀의 직경에 따른 유속분포를 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 엘이디(LED) 조명장치 200: 엘이디(LED) 모듈
210: 엘이디(LED) 기판 211: 엘이디(LED)
212: 제1하부냉각홀 213: 제1관통홀
220: 집광렌즈부 221: 렌즈
222: 제2하부냉각홀 230: 렌즈커버
231: 제3하부냉각홀 232: 커버체결구
232a: 제1걸림돌기 233: 안착 홀
240: 열전달부재 300: 방열부재
310: 방열판 311: 상부냉각 홀
312: 제2관통 홀 320: 방열핀
321: 삽입홀 322: 보조홀
322: 보조방열핀 330: 보조방열부
331: 하우징 331a: 보조유로
332: 연결부재 340: 보조냉각홈
400: 전원 모듈 410: 상부홀더
411: 단자통과홀 412: 제2걸림돌기
413: 삽입돌기 420: 전원기판
421: 접속단자 430: 하부홀더
431: 걸림홀 432: 케이블통과홀
433: 안내면 B: 체결부재

Claims (24)

  1. 전원공급에 의해 발광하는 다수의 엘이디가 배열되며, 상기 엘이디들에서 발생하는 열기를 반대 방향으로 배출하기 위해, 하나 또는 다수의 하부냉각홀을 갖는 엘이디 모듈; 및
    상기 엘이디 모듈과 결합되며, 상기 하부냉각홀과 하나의 유로를 형성하여, 상기 열기를 냉각시켜 외부로 배출하는 하나 또는 다수의 상부냉각홀을 갖는 방열부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부냉각홀은, 제1하부냉각홀과 제2하부냉각홀을 포함하며,
    상기 엘이디 모듈은, 하부에 상기 엘이디들이 배열되며, 중앙에 상기 제1하부냉각홀이 관통형성되는 엘이디 기판; 및
    상기 엘이디 기판의 하부에 결합되고, 상기 엘이디의 빛을 렌즈를 통해 확산시키며, 상기 제1하부냉각홀과 연결되도록 상기 제2하부냉각홀이 관통형성되는 집광렌즈부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부냉각홀은, 제3하부냉각홀을 더 포함하며,
    상기 집광렌즈부의 하부에는, 상기 렌즈가 통과하는 안착홀이 관통형성되며, 상기 제2하부냉각홀과 연결되도록 상기 제3하부냉각홀이 관통형성되는 렌즈커버가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈커버의 상면에는, 상기 제3하부냉각홀을 감싸면서 상부로 연장되어 하나의 유로를 형성하며, 상단을 따라 다수의 걸림돌기가 측부로 돌출형성되는 커버체결구가 더 구비되며,
    상기 걸림돌기는, 상기 제2하부냉각홀과 상기 제1하부냉각홀을 통해 상기 상부냉각홀의 상단에 걸림 위치되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 원, 타원, 다각 형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀의 내경은, 상기 엘이디 기판과 상기 집광렌즈부의 외경에 대비하여 6.5%~80%의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 하부냉각홀과 상기 상부냉각홀은, 내주를 따라 다수의 보조냉각홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조냉각홈들은, 상기 엘이디들이 설치된 방향을 따라 선택적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조냉각홈의 길이 및 폭은, 상기 엘이디들의 발열 량에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방열부재는, 상기 상부냉각홀이 중앙에 관통형성되는 방열판; 및
    상기 방열판에 일체로 절곡 형성되는 하나 또는 다수의 방열핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방열핀은, 상기 방열판의 가장자리를 따라 일체로 상향 절곡되며, 상부로 일정길이를 갖는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열핀들은, 상기 방열판의 상면을 기준으로 중앙을 향하여 일정각도 경사지는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  13. 제12항에 잇어서,
    상기 방열핀들의 경사각은, 상기 엘이디 모듈의 발열 량에 따라 선택적으로 절곡하여 가변시키는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방열핀들은, 상기 냉각홀로 유입되는 열기를 외부로 통과시키기 위해, 하나 또는 다수의 보조홀이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 방열핀들은, 서로 일정간격을 갖도록 형성되며,
    상기 방열판의 가장자리에는, 방열면적을 넓히기 위해, 상기 방열핀들의 상기 일정간격 사이에 다수의 보조방열핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 보조방열핀은, 일 방향으로 다단으로 절곡된 형상과, 양 방향으로 엇갈리게 다단 절곡된 지그재그 형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 엘이디 모듈은, 전원공급을 위한 전원 모듈을 더 포함하며,
    상기 전원 모듈은, 단자통과홀이 형성되며, 상기 방열핀들의 상단에 결합되는 상부홀더;
    상기 상부홀더의 하부에 결합되며, 상단에 설치된 접속단자가 상기 단자통과홀을 통해 상부로 노출되게 삽입되는 전원기판; 및
    상기 상부홀더의 하부에 결합되며, 상기 전원기판이 외부로 빠지지 않도록 지지하는 하부홀더;가 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상부홀더의 측면에는, 다수의 제2걸림돌기가 측부로 돌출 형성되며,
    상기 하부홀더의 상단에는, 상기 제2걸림돌기가 암수로 대응삽입될 수 있도록 다수의 걸림홀이 수평으로 관통형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 상부홀더의 측면에는, 다수의 삽입돌기가 하향되게 돌출 형성되며,
    상기 방열핀들의 상단에는, 상기 삽입돌기들이 암수로 대응삽입되도록 삽입홀이 수직으로 관통형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 하부홀더의 하부에는, 공기의 흐름을 안내하기 위해, 하부로 갈수록 좁아지지는 안내면이 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 방열부재의 상부에는, 보조적인 방열과 유속을 발생시키기 위해, 보조유로를 형성하는 보조방열부가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 보조방열부는, 상기 보조유로를 수직으로 관통형성하는 하우징; 및
    상기 하우징의 하단으로부터 하부로 연장되며, 상기 연장된 단부가 상기 방 열핀들과 연결되는 다수의 연결부재;가 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 방열핀들에는, 관통된 하나 또는 다수의 체결홀이 형성되며,
    상기 연결부재들은, 상기 연장된 단부가 상기 체결홀에 끼움 결합 또는, 체결부재에 의해 관통결합되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
  24. 제11항에 있어서,
    상기 엘이디 기판에는, 하나 또는 다수의 제1관통홀이 더 형성되고,
    상기 방열판에는, 상기 제1관통홀과 연결되는 제2관통홀이 더 형성되며,
    상기 제2관통홀과 상기 제1관통홀을 통해 상기 엘이디의 배면에 밀착되는 중공 형상의 열전달부재; 및
    상기 열전달부재와 상기 엘이디의 사이에 개재되어 전기적인 접속을 방지하는 차단부재;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 엘이디 조명장치.
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