KR20110108046A

KR20110108046A - 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 ｌｅｄ 조명 장치

Info

Publication number: KR20110108046A
Application number: KR1020100027325A
Authority: KR
Inventors: 이효찬; 류향신
Original assignee: 이효찬; 류향신
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-05
Also published as: KR101196353B1

Abstract

본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드에서 발생된 열을 인쇄회로기판을 통하여 1차적으로 전달받는 금속방열판과 이러한 금속방열판으로 전달된 방출열을 2차적으로 전달받는 광물방열판으로 이루어져 서로 상이한 물질로 이루어진 이중 방열수단을 구비함으로써 금속방열판과 광물방열판간의 상대적인 온도 차이에 의해 보다 지속적인 방열효과를 구현할 수 있게 함과 아울러, 광물방열판에 원적외선 물질이나 음이온 발생 소재 또는 향기 발생물질을 함유시켜 방출열을 단순히 공기중에서 냉각시키는 것을 넘어 보다 적극적으로 이용함으로써 방열효율을 향상시키고 원적외선이나 음이온 또는 향기를 발생시켜 보다 편안하고 유익한 조명을 구현할 수 있게 한 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치에 관한 것이다.

Description

천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 ＬＥＤ 조명 장치{LED light apparatus having heat sink using natural minerals}

일반적으로 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 기존의 형광등이나 3파장등의 광원에 비해 수명이 길고 전력소비 대비 발광효율이 높아 종래 조명등을 대체하여 실내외 인테리어 등에의 사용이 증가하고 있다.

그러나 이러한 발광 다이오드는 상술한 많은 이점으로 인하여 이용이 증가하지만 발광 다이오드 구동시 많은 열이 발생하므로 높은 휘도를 요구하는 조명 장치로의 이용이 급격하게 확장되지는 못하고 있는 실정이다.

특히, 근래에 고휘도 발광 다이오드가 제안되면서 휘도의 문제는 해결되어 가지만 열은 더욱 많이 발생하게 되는 문제점 때문에, 종래에는 별도의 히트 싱크를 LED 조명 장치에 설치하여 사용하곤 하였다.

그러나, 이와 같이 별도의 히트 싱크를 설치할 경우 제작비용이 증가하게 됨과 아울러 설치 면적도 증가하게 되고, 기존에 3파장등을 끼우기 위해 설치된 매입장치에의 직접적인 적용이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 LED 조명 장치에는 발광 다이오드에서 발생된 열을 발산시키기 위해 단일의 금속물질로 이루어진 방열판을 이용하곤 하였다. 이와 같이 종래에 이용되던 단일의 금속물질 방열판은 발광 다이오드에서 발생된 열을 공기중에서 냉각시키기 위하여 공기와의 접촉면적을 증가킬 수 있는 많은 요철 구조 등으로 형성하였는데, 그에 따라 LED 조명 장치에 설치되는 발광 다이오드의 개수가 증가하고 고휘도 발광 다이오드가 제안됨에 따라 방출해야 하는 열도 증가하게 되어 방열판의 크기가 점차 커지게 되어 기존 매입등의 자리에 용이하게 설치하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 금속물질 방열판은 단일의 금속물질로 이루어짐이 일반적이었는바, 발광 다이오드에서 전달된 열의 전달 효율이 우수하여 빠른 시간 내에 방열효과를 구현할 수 있는 장점이 있었으나, 단일의 금속물질 내에서 열전도율이 동일하여 장시간 사용시 금속물질 방열판 전체의 온도가 거의 같게 되므로 특정 순간 이후에는 방열효율이 급격히 감소하게 되어 조명 장치를 장시간 사용하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 다이오드에서 발생된 열을 인쇄회로기판을 통하여 1차적으로 전달받는 금속방열판과 이러한 금속방열판으로 전달된 방출열을 2차적으로 전달받는 광물방열판으로 이루어져 서로 상이한 물질로 이루어진 이중 방열수단을 구비함으로써 금속방열판과 광물방열판간의 상대적인 온도 차이에 의해 보다 지속적인 방열효과를 구현할 수 있게 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 광물방열판에 원적외선 물질이나 음이온 발생 소재 또는 향기 발생물질을 함유시켜 방출열을 광물방열판의 내부 구조에서 보다 적극적으로 소비시킴으로써 방열효율을 향상시키고 원적외선이나 음이온 또는 향기를 발생시켜 보다 편안하고 유익한 조명을 구현할 수 있게 한 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치를 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치는, 발광 다이오드를 이용한 LED 조명 장치에 있어서, 전기적으로 연결되어 상기 발광 다이오드에 전원을 공급하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 일면에 설치되는 다수의 발광 다이오드; 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되어 발광 다이오드의 점멸 제어신호를 생성하고 전달하는 LED 제어모듈; 및 상기 인쇄회로기판에 연결되어 발광 다이오드 점등 중 발생된 열을 상이한 물질로 이루어진 방열판 간에 순차적으로 전달하며 방출하는 이중 방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이중 방열수단은, 상기 발광 다이오드의 점등 중 발생된 열을 인쇄회로기판으로부터 1차적으로 전달받는 금속방열판; 및 상기 금속방열판을 둘러싸도록 설치되어 상기 금속방열판으로 전달된 방출열을 2차적으로 전달받아 방출열을 소비하면서 냉각되는 광물방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 발광 다이오드에서 발생된 열이 금속방열판과 광물방열판을 통하여 이루어진 이중 방열수단에서 순차적으로 소비함으로써 보다 지속적인 방열효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광물방열판에서 냉각되는 방출열을 이용하여 원적외선이나 음이온 또는 향기를 발생시킴으로써 보다 편안하고 유익한 조명을 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이중 방열수단의 평단면도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중 방열수단의 평단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치는 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 인쇄회로기판(100)과, 상기 인쇄회로기판의 일면에 설치되는 다수의 발광 다이오드(200)와, 상기 인쇄회로기판에 연결되어 발광 다이오드의 점멸 제어신호를 생성하고 전달하는 LED 제어모듈(300)과, 상기 인쇄회로기판에 연결되어 발광 다이오드 점등 중 발생된 열을 상이한 물질로 이루어진 방열판 간에 순차적으로 전달하며 방출하는 이중 방열수단(400)을 포함하여 구성된다.

상기 인쇄회로기판(100)은 다수의 발광 다이오드가 결합될 수 있는 결합수단이 구비되고, 상기 다수의 발광 다이오드들에 전원을 공급할 수 있도록 전기적으로 연결되어 구성된다.

이때, 상기 인쇄회로기판은 사각형 또는 원형 등 다양하게 이루어질 수 있으나, 기존의 매입등을 대체하기 용이하도록 매입등과 같은 형상을 이루는 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 다수의 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)(200)는 빛이 방출되는 부분이 조명 장치에서 빛을 비추는 방향을 향하도록 상기 인쇄회로기판(100) 일면에 설치되며, 상기 발광 다이오드 조명 장치에서 조사하고자 하는 휘도를 충족시킬 수 있을 정도의 다수개가 설치되어 구성된다.

이때, 상기 발광 다이오드는 다수의 백색 발광 다이오드들만이 인쇄회로기판에 설치되어 구성될 수 있음은 물론, 조사하고자 하는 빛에 일정한 컬러를 부과하여 보다 시각적인 효과를 구현할 수 있도록 인쇄회로기판의 중앙부분에는 다수의 백색 발광 다이오드가 설치되고, 그 둘레에는 컬러 발광 다이오드들이 설치되어 구성될 수도 있다.

이와 같이 발광 다이오드들을 백색만이 아니라 다양한 컬러로 구성함으로써, 빛의 색상 변화에 따라 해당 조명의 영향을 받는 사람의 마음을 편안하게 하거나 움직이게 하는 변화를 야기할 수 있게 된다. 일반적으로 주황색은 온화하고 따스한 느낌을 줄 수 있으며, 초록색은 생명력 있고 깨끗한 느낌을 줄 수 있으며, 파랑색은 차갑지만 시원한 느낌을 줄 수 있으며, 노랑색은 발랄한 느낌을 줄 수 있으므로, 이러한 색을 구현할 수 있는 다수의 컬러 발광 다이오드들을 백색 발광 다이오드들과 함께 설치함으로써, 조명시 적절한 색상 변화를 유도하여 조명의 영향을 받는 사람에게 편안한 마음을 줄 뿐만 아니라 시선을 사로잡는 역동적인 컬러로 조명을 표출하여 홍보효과와 함께 사람의 마음에 영향을 미칠 수 있게 된다.

상기 LED 제어모듈(300)은 상기 인쇄회로기판에 설치된 다수의 백색 또는 컬러 발광 다이오드들에의 전원 공급여부를 제어하는 점멸 제어신호를 생성하는 집적회로(IC)로 구성되며, 상기 발광 다이오드들에서 방출되는 빛의 진행경로를 방해하지 않도록 인쇄회로기판(100)의 다른 일면 측에 설치된다.

이때, 상기 LED 제어모듈(300)은 인쇄회로기판의 다른 일면에 직접 부착될 수도 있으나, 상기 인쇄회로기판에서 발생된 열에 의해 집적회로가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 인쇄회로기판의 다른 일면에서 일정거리 이격되게 설치되고, 상기 LED 제어모듈에서 생성된 제어신호를 전달할 수 있는 전기 전도성이 우수한 금속 등으로 이루어진 제어신호 전달부(310)에 의해 상기 인쇄회로기판(100)과 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 LED 제어모듈(300)은 발광 다이오드의 단순한 점멸만을 제어하는 것을 넘어 시간의 경과나 미리 설정된 프로그램의 진행 순서에 따라 상기 컬러 발광 다이오드들의 순차적 또는 선택적인 점멸을 제어하도록 프로그래밍되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 이중 방열수단(400)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드의 점등 중 발생된 열을 인쇄회로기판(100)으로부터 1차적으로 전달받는 금속방열판(420)과, 상기 금속방열판을 둘러싸도록 설치되어 상기 금속방열판으로 전달된 방출열을 2차적으로 전달받으며 그 방출열에 의해 가열되어 향기 등을 발생시키는 광물방열판(430)을 포함하여 구성된다.

이와 같이, 상기 이중 방열수단(400)은 주된 구성 물질이 상이한 금속방열판(420)과 광물방열판(430)이 서로 접촉된 상태로 이루어지는바, 금속방열판과 광물방열판의 온도차이를 유지하기 용이하므로, 온도가 높은 금속방열판에서 상대적으로 가열이 더디게 되며 온도가 낮은 상태를 유지하게 되는 광물방열판으로의 열전도가 보다 활발히 발생하게 된다. 그에 따라, 단일의 금속물질로만 이루어져 쉽게 동일한 온도에 도달하여 단순한 열전도 현상만으로는 지속적인 방열효과를 구현하기 어려웠던 종래의 방열판보다 작은 크기로 보다 우수하고 지속적인 방열효과를 구현할 수 있게 된다.

이때, 상기 이중 방열수단(400)은 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 인쇄회로기판(100)과 LED 제어모듈(300)로부터 각각 일정거리 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 열전도 효율이 높은 금속 등으로 이루어져 상기 인쇄회로기판(100)에서 금속방열판(420)에 이르도록 연결되는 열 전달부(410)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 열 전달부(410)와 제어신호 전달부(310)의 위치가 특별하게 제한되지는 않으나, 상기 열 전달부(410)가 인쇄회로기판의 외측에 위치하고 상기 제어신호 전달부(310)가 인쇄회로기판의 내측에 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 LED 제어모듈과 이중 방열수단이 인쇄회로기판으로부터 이격된 위치에 설치되므로, 상기 인쇄회로기판(100)과 LED 제어모듈(300)과 이중 방열수단(400)은 각각 일정거리 이격된 층구조를 이루게 된다.

이때, 상기 LED 제어모듈은 인쇄회로기판에 직접 적용될 제어신호를 전송함에 반해, 상기 이중 방열수단은 인쇄회로기판으로부터 제거하고자 하는 열을 전송받게 되므로, 상기 이중 방열수단이 인쇄회로기판으로부터 가장 먼 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 금속방열판(420)은 상기 열 전달부(410)에 연결되어 인쇄회로기판(100)에서 전달되는 방출열을 1차적으로 전달받게 되며, 상기 인쇄회로기판으로부터의 열 전달효율을 증가시킬 수 있도록 열 전도율이 우수한 금속재질로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속방열판(420)은 그 둘레를 감싸는 광물방열판으로의 열 전달 효율을 증가시킬 수 있도록 단일의 판형상보다는 상기 광물방열판에 구비된 광물에의 접촉면적을 증가시킬 수 있는 공간이 내부에 다수개 형성된 선구조로 구성되는 것이 바람직하다. 도 2에서는 상기 금속방열판이 동심원을 이루는 3개의 원형 고리(421)와 이러한 3개의 원형 고리 간에 열전달이 용이하게 이루어지도록 원형 고리 상호간을 연결하는 4개의 연결바(422)가 구비된 형태를 도시하였으나, 이 형상에 제한되지 않고 광물방열판에 접하게 되는 공간이 내부에 다수 개 형성되는 다양한 형상으로 구현될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 금속방열판(420)은 광물방열판 전체면으로의 2차적인 방출열 전달이 균일하게 이루어질 수 있도록, 광물방열판(430)의 중앙에 파묻히게 설치되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 상기 금속방열판의 전면과 후면 및 얇은 측면을 통하여서도 고르게 방출열의 2차적 전달이 이루어질 수 있게 된다.

상기 광물방열판(430)은 내측 중앙에 설치된 금속방열판의 상하 좌우 등 접촉가능한 모든 면을 감싸며, LED 조명 장치가 설치되는 프레임에 설치된다. 이때, 상기 광물방열판(430)은 내부에 금속방열판이 설치될 수 있는 정도의 두께를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

그에 따라 상기 광물방열판(430)은 금속방열판으로 1차 전달된 방출열을 금속방열판과 접촉하는 모든 부분을 통하여 2차적으로 전달받아 금속방열판의 온도를 낮추게 된다. 이와 같이 금속방열판의 온도가 낮아지면 인쇄회로기판으로부터 금속방열판으로의 방출열 전도가 더욱 활발히 이루어지며 우수한 방열효과를 구현할 수 있게 된다.

이때, 상기 광물방열판(430)은 단순히 발광다이오드에서 발생된 열을 외부로 방출시키는데 급급했던 종래의 단일 물질 금속방열판과는 달리 방출시키고자 하는 방출열에 의해 가열됨에 따라 원적외선이나 음이온을 방출하거나 향기를 방출할 수 있는 성분이 함유된 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 광물방열판(430)으로 2차 전달된 방출열은 광물방열판을 이루는 광물질의 내부 구조에서 자체적으로 소모되면서 원적외선이나 음이온을 방출하거나 향기를 방출하는데 자동적으로 사용됨으로써 방열효율을 향상시킴과 아울러, 추가적인 전원을 소모하지 않으면서 인체에 유익한 효과를 구현할 수 있게 된다.

이를 위하여, 상기 광물방열판(430)은 각종 유기물과 미네랄을 다량 함유하고 있고 게르마늄 함량이 풍부하며, 원적외선 방사율이 높아 온열효과가 높은 천연광물인 포졸란(Pozzolan) 활성을 가지는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 포졸란 활성을 가지는 물질로는 화산재나 응회암등의 자연적인 것과 플라이 애쉬(Fly Ash)와 같은 인공적인 것을 이용할 수 있다.

또한, 상기 광물방열판(430)은 방열판을 통하여 외부로 그냥 소비되어 버리는 방출열을 이용하여 음이온을 발생할 수 있는 음이온 소재로 이루어진 물질과, 방출열을 이용하여 은은한 향기를 발생할 수 있는 향기발생물질을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 상기 광물방열판(430)은 포졸란과 음이온 소재 및 향기발생물질 등이 다양한 비율로 배합되어 구성될 수 있음은 물론, 보다 안정적이고 향상된 방열효과를 유지하기 위하여 포졸란 및 국화석이 30~50중량%, 음이온 소재가 20중량%, 황토 및 기타 성분이 50~30중량%로 배합되어 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 음이온 소재는 항살균 세라믹과 탈취 소재인 샤프라이트를 국제적으로 인정된 그레이스(Grace) 공법으로 조성한 천연 음이온 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 그에 따라 초당 600 ico/cc의 음이온이 반영구적으로 방출되게 할 수 있게 된다. 따라서 이러한 음이온 소재가 포함된 LED 조명 장치를 이용할 경우 밝은 조명 뿐만 아니라, 실내공기의 청정감과 함께 원적외선 방출도 함께 체험할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 - 인쇄회로기판 200 - 발광 다이오드
300 - LED 제어모듈 310 - 제어신호 전달부
400 - 이중 방열수단 410 - 열 전달부
420 - 금속방열판 430 - 광물방열판
421 - 원형고리 422 - 연결바

Claims

발광 다이오드를 이용한 LED 조명 장치에 있어서,
전기적으로 연결되어 상기 발광 다이오드에 전원을 공급하는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판 일면에 설치되는 다수의 발광 다이오드;
상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되어 발광 다이오드의 점멸 제어신호를 생성하고 전달하는 LED 제어모듈; 및
상기 인쇄회로기판에 연결되어 발광 다이오드 점등 중 발생된 열을 상이한 물질로 이루어진 방열판 간에 순차적으로 전달하며 방출하는 이중 방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 이중 방열수단은,
상기 발광 다이오드의 점등 중 발생된 열을 인쇄회로기판으로부터 1차적으로 전달받는 금속방열판; 및
상기 금속방열판을 둘러싸도록 설치되어 상기 금속방열판으로 전달된 방출열을 2차적으로 전달받아 방출열을 소비하면서 냉각되는 광물방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제2항에 있어서,
상기 금속방열판은 그 둘레를 감싸는 광물방열판을 이루는 광물과의 접촉면적을 증가시킬 수 있는 공간이 내부에 다수 개 형성된 선구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제3항에 있어서,
상기 금속방열판은 동심원을 이루는 다수 개의 원형 고리와, 이러한 다수 개의 원형 고리 상호간을 연결하는 적어도 하나 이상의 연결바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제3항에 있어서,
상기 금속방열판은 광물방열판 전체면으로의 2차적 방출열 전달이 균일하게 이루어질 수 있게 광물방열판의 중앙에 파묻히도록 설치되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광물방열판은 원적외선 방사율이 높은 포졸란(Pozzolan) 활성을 갖는 천연 광물로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 광물방열판은 방출열에 의해 가열되어 음이온을 발생할 수 있는 음이온 소재나, 방출열에 의해 가열되어 향기를 발생할 수 있는 향기 발생 물질을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제7항에 있어서,
상기 광물방열판은 상기 포졸란 및 국화석이 30~50중량%, 음이온 소재가 20중량%, 황토 및 기타 성분이 50~30중량%로 배합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제8항에 있어서,
상기 음이온 소재는 항살균 세라믹과 탈취 소재인 샤프라이트를 그레이스(Grace) 공법으로 조성한 천연 음이온 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 인쇄회로기판과 LED 제어모듈과 이중 방열수단은 상호 간에 일정 거리 이격된 층구조를 이루며, 상기 LED 제어모듈은 생성된 제어신호를 인쇄회로기판으로 전달하는 금속으로 이루어진 제어신호 전달부에 의해 인쇄회로기판에 연결되고, 상기 이중 방열수단은 상기 인쇄회로기판에서 방출되는 열을 금속방열판으로 전달하는 열 전달부에 의해 인쇄회로기판에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 광물을 이용한 방열수단이 구비된 LED 조명 장치.