KR20120011686A

KR20120011686A - Ｌｅｄ조명유닛

Info

Publication number: KR20120011686A
Application number: KR1020100073706A
Authority: KR
Inventors: 김태균
Original assignee: 김태균
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-08
Also published as: KR101135856B1

Abstract

본 발명은 구조가 간단하면서도 제작비용이 절감되고 중량을 줄여서 외부 전원을 배전작업 없이 그대로 사용할 수 있어서 설치비용이 절감됨은 물론 설치편의성이 향상되며, 방열이 보다 효과적으로 이루어지도록 한 LED조명유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 방열판(20)과 그 측면에 히트싱크(30)가 일체로 형성되도록 합성수지(11)로 사출성형되며 그 표면에는 금속층(12)이 도금된 방열몸체부(10)와, 상기 방열몸체부(10)의 방열판(20)에 형성된 금속층(12)을 상호 전기적으로 접속되지 않도록 된 제1 및 제2영역(12a, 12b)로 분리 이격시키는 비전도라인(40)과, 내부 또는 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받아서 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 서로 다른 전극이 형성되도록 전원을 인가하는 전원인가부(50)와, 양단부가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 각각 전기적으로 접속되도록 설치되는 LED(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

Description

ＬＥＤ조명유닛{LED lighting unit}

본 발명은 LED조명유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 간단하면서도 제작비용이 절감되고 중량을 줄여서 외부 전원을 배전작업 없이 그대로 사용할 수 있어서 설치비용이 절감됨은 물론 설치편의성이 향상되며, 방열이 보다 효과적으로 이루어지도록 한 LED조명유닛에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시키고, 전자와 정공이 접합면에서 결합하면서 빛을 발하는 소자이다. 이러한 LED는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있으므로, 가전제품, 리모콘, 전광판 및 각종 자동화기기 등에 사용되며, 친환경적이고 수명 및 내구성이 우수하여 다양한 조명장치로 응용되고 있다. 한편, LED의 상기와 같은 특성으로 인해 기존에 사용되고 있는 백열전구 등의 조명장치가 LED를 이용한 조명장치로 대체되고 있는 실정이다.

이러한 LED를 이용한 조명장치는 보통 천장 등에 설치되어 실내공간을 조명하게 된다. 이때, 상기 LED는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)에 직접 실장하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device; SMD) 방식으로 만들어지며, 이러한 LED소자는 상기 PCB에 복수개가 정렬 배치된 형태로 사용된다. 그리고, 상기의 PCB는 소정형상의 몸체에 장착되어 조명등케이스에 설치되는데, LED소자의 성능이 향상됨에 따라 PCB상에서 고온의 열이 방출된다. 그런데, 이 고온의 열은 LED소자의 발광 성능과 수명을 떨어뜨리게 되므로, 별도의 방열장치를 갖추어야만 한다.

이에 따라, LED를 이용한 조명장치는 상기 PCB가 설치되는 몸체를 제작함에 있어서, 몸체에 복수개의 방열핀이 일체로 형성되도록 제작함으로써, LED소자에서 방출되는 열을 신속하게 배출할 수 있게 되었다. 하지만, 상기와 같이 복수개의 방열핀이 형성된 몸체는 주로 알루미늄을 다이캐스트 방식으로 제작하게 되는데, 제작비용이 비교적 비싼 편일 뿐만 아니라 이러한 제조방법으로 제작된 몸체의 방열핀은 두께가 필름과 같이 얇게 형성되지 않기 때문에, 이와 같은 방열핀은 동일공간 대비 방열면적이 적어서 열을 신속하게 방출하는데 한계가 있다. 또한, 상기 PCB는 LED소자에서 방출되는 열을 몸체를 통해 방출하기 위해서 보통 알루미늄에 니켈이나 크롬을 도금하여 제작되는데, 몸체와 PCB가 모두 금속으로 이루어져서 비교적 무게가 많이 나가게 되므로, 상기 몸체가 장착되는 조명등케이스도 부피가 커지거나 강성을 지니도록 별도로 제작되어야만 하기 때문에, 기존의 조명장치에 사용되고 있던 형태의 조명등케이스에 LED소자가 장착된 몸체만을 대체할 수 없어서 설치비용이 증가되는 문제가 있다. 또한, 무게가 많이 나가서 낙하시에는 안전상의 문제도 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서도 제작비용을 절감하고, 무게를 현저하게 감소시켜서 기존 조명장치의 외부케이스 등을 그대로 사용할 수 있어서 설치비용을 절감하고 설치편의성을 향상시킬 뿐만 아니라 방열이 보다 효과적으로 이루어지도록 하여 LED의 기능을 향상시키고 수명을 연장할 수 있는 LED조명유닛을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 방열판(20)과 그 측면에 히트싱크(30)가 일체로 형성되도록 합성수지(11)로 사출성형되거나 또는 세라믹으로 제조되며 그 표면에는 금속층(12)이 도금된 방열몸체부(10)와, 상기 방열몸체부(10)의 방열판(20)에 형성된 금속층(12)을 상호 전기적으로 접속되지 않도록 된 제1 및 제2영역(12a, 12b)로 분리 이격시키는 비전도라인(40)과, 내부 또는 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받아서 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 서로 다른 전극이 형성되도록 전원을 인가하는 전원인가부(50)와, 양단부가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 각각 전기적으로 접속되도록 설치되는 LED(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 LED(60)는 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 면접촉되게 설치되거나 또는 PCB에 실장되어 PCB가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 접합되게 설치되는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 LED(60)가 면접하는 방열몸체부(10)의 방열판(20) 부위에는 상하로 관통하는 방열공(23)이 형성된 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방열몸체부(10)의 하단에는 상기 전원인가부(50) 및 외부 전원부(80)에 전기적으로 접속되는 접속플러그(70)가 구비된 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방열몸체부(10)의 둘레부(14)는 다각 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 방열판(20)과 히트싱크(30)가 일체로 이루어지도록 합성수지(11)로 사출하고 그 표면에 금속층(12)을 도금한 방열몸체부(10)를 제작하고, 비전도라인(40)에 의해 분리 이격되며 서로 다른 전극이 형성된 제1 및 제2영역(12a, 12b)으로 이루어진 방열판(20)의 금속층(12)에 LED(60)가 전기적으로 접속되게 설치되도록 구성함으로써, LED(60)에서 발생되는 열이 금속층(12)을 따라 신속하게 방출되면서도 종래 알루미늄을 다이캐스트로 제작하는 것에 비해 제작비용이 절감되고 제품의 무게가 현저히 감소됨으로써 설치편의성이 향상되고 낙하시 안전성이 향상되는 효과가 있다. 더욱이, 상기 LED(60)가 방열판(20)의 금속층(12)에 면접하게 구성함으로써, 열전도율을 향상시켜서 LED(60)에서 발생되는 열이 금속층(12)을 통해 보다 신속하게 방출되는 효과가 있다. 또한, 상기 금속층(12)이 종래 사용되던 알루미늄보다 열전도율이 훨씬 우수한 구리나 은 등으로 형성됨으로써, LED(60)에서 발생되는 열을 더욱 더 신속하게 방출시킬 수 있어서 LED(60)의 효율을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 상기 LED(60)와 면접하는 방열몸체부(10)에는 상하로 관통된 방열공(23)이 형성됨으로써, LED(60)에서 방출되는 열이 금속층(12)을 매개하지 않고 방열공(23)을 통해 보다 신속하게 방출되는 효과가 있다. 그리고, 상기 방열몸체부(10)에 외부 전원부(80)에 접속되는 접속플러그(70)가 구비되어, 종래 사용되던 조명등케이스 이외에도 전원부(80)가 형성된 다양한 공간에도 사용될 수 있어서 설치를 위해 별도로 배전작업을 할 필요가 없어서 설치작업이 매우 편리하다.

한편, 방열몸체부(10)의 둘레부(14)를 다각 형상으로 형성하여 복수개의 방열몸체부(10)가 인접 배치될 때 상기 둘레부(14)들이 서로 면접함으로써 각 방열몸체부(10)의 히트싱크(30)도 면접하게 되므로, 점유공간을 줄이면서도 외관을 미려하게 할 수 있을 뿐만 아니라 일측 방열몸체부(10)에서 좀 더 많은 열이 발생할 경우 인접된 방열몸체부(10)의 히트싱크(30)를 통해서도 열을 방출시킬 수 있어서 열을 보다 신속하게 방출할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 상기 LED(60)를 PCB에 실장하여 PCB를 방열판(20)의 금속층(12)에 접합시킴으로써, LED(60)의 효율을 좀 더 높일 수 있을 뿐만 아니라 LED(60)를 좀 더 용이하게 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LED조명유닛의 일실시예를 도시한 사시도
도 2는 상기 실시예의 측단면도
도 3은 상기 실시예의 사용상태도
도 4는 상기 실시예의 다른 사용상태도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 LED조명유닛의 바람직한 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 상기 실시예의 측단면도이며, 도 3은 상기 실시예의 사용상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 LED조명 유닛은 합성수지(11)로 사출성형되며 표면에는 금속층(12)이 도금된 방열몸체부(10)와, 상기 방열몸체부(10)의 상면에 형성된 금속층(12)을 상호 전기적으로 접속되지 않도록 된 제1 및 제2영역(12a, 12b)으로 분리 이격시키는 비전도라인(40)과, 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 서로 다른 전극이 형성되도록 전원을 인가하는 전원인가부(50)와, 양단부가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 각각 전기적으로 접속되는 LED(60)를 포함하여 구성된다.

상기 방열몸체부(10)는 LED(60)에서 방출되는 고열에 견딜 수 있도록 내열성이 뛰어난 합성수지(11)로 사출성형되거나 또는 열전도성이 우수한 세라믹으로 성형되며, 바람직하게는 내열성이 우수한 합성수지(11)인 PPS(Poly Phenylene Sulfide), LCP(Liquid Crystal Polymer), NORYL수지 및 울템이 사용될 수 있다. 또한, 전열성 향상을 위해 상기 합성수지(11)에 질화알미늄이 첨가될 수 있다. 이와 같이 사출성형된 합성수지(11)의 표면에 금속층(12)이 도포된다. 이때, 도시된 바와 같이, 상기 방열몸체부(10)는 상부의 방열판(20)과, 이 방열판(20)의 측면에 복수개의 히트싱크(30)가 일체로 형성되도록 사출된 것으로, 도 3의 측단면도에서와 같이, 방열판(20)의 하측에는 하단이 개방된 중공부(13)가 형성되도록 상기 히트싱크(30)는 상하로 길게 형성된다.

또한, 상기 방열판몸체부(10)의 상단 둘레부(14)는 다각형으로 이루어지는데, 사각 또는 육각으로 이루어져서 인접된 방열몸체부(10)와 면접하도록 구성된다. 이에 따라, 여러 개의 방열몸체부(10)를 조밀하게 배치할 수 있게 된다. 한편, 상기 방열판몸체부(10)의 둘레부(14)가 상기와 같은 형상으로 이루어지더라도 히트싱크(30)의 형상이 크게 변형되는 것은 아니므로 방열기능이 저하되지는 않는다.

그리고 한편, 상기 방열판(20)의 금속층(12)은 열전도율과 전기전도율이 우수한 구리(Cu), 은(Ag), 크롬(Cr) 등으로 구성된다. 이때, 상기의 재료 중에서 하나를 선택하여 합성수지(1)에 도금할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 재료 중 둘 이상이 층을 형성하도록 도금할 수도 있다. 예를 들면, 합성수지(11)와 접하는 기초도금층과, 열전달 등의 기능을 수행하는 기능도금층 및 부식방지 등을 위한 외관도금층으로 구성될 수 있다. 기초도금층은 합성수지(11)와 접착력이 뛰어난 니켈(Ni), 기능도금층은 구리(Cu) 또는 은(Ag), 외관도금층은 크롬(Cr) 또는 은(Ag)이 사용될 수 있다. 또한, 금속층(12)은 기초도금층과 기능도금층만으로도 구성될 수 있을 뿐만 아니라 기능도금층만으로 구성될 수도 있다. 이때, 상기 크롬(Cr)은 전기전도율이 낮기 때문에, 크롬(Cr)이 금속층(12) 중 외관도금층을 이루게 될 때에는 크롬(Cr)층을 벗겨낸 상태에서 기능도금층의 구리(Cu) 또는 은(Ag)에 LED(60)가 면접촉되도록 설치된다. 외관도금층인 크롬(Cr)을 벗겨내는 방법은 레이저를 이용하거나 또는 고속가공기(Numerical Control)를 회전시켜서 가공하는 방법이 있으며, 크롬(Cr)을 도금하기 전에 마스킹 등을 이용하여 도금이 되지 않게 할 수도 있다.

한편, 상기 방열판(20)의 제2영역(12b)의 외측 가장자리에는 상하로 관통된 복수개의 관통공(24)이 형성된다. 그리고, 상기 방열몸체부(10)의 개방된 하단에는 외부의 전원부(80)에 전기적으로 접속되는 접속플러그(70)가 구비되며, 이 접속플러그(70)는 후술할 전원인가부(50)와 전기적으로 접속된다. 이때, 상기 접속플러그(70)는 방열몸체부(10)의 하단에 일체로 형성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 접속플러그(70)가 방열몸체부(10)와 별체로 형성되어 방열몸체부(10)의 개방된 하단에 착탈되도록 구성된 것을 예시하였으며, 이에 따라 방열몸체부(10)의 중공부(13)에 구비된 후술할 전원인가부(50)의 점검 및 교체를 용이하게 할 수 있게 된다.

상기 비전도라인(40)은 상기 방열판(20)에 형성된 금속층(12)을 중앙의 제1영역(12a)과, 이 제1영역(12a)의 둘레에 배치되는 제2영역(12b)으로 분리 이격시키는 것으로, 제1영역(12a)과 제2영역(12b)은 전기적으로 접속되지 않도록 구성된다. 이때, 상기 비전도라인(40)은 상기 금속층(12)이 제1 및 제2영역(12a, 12b)으로 나누어지도록 레이저를 이용하여 금속층(12)의 소정부위를 제거함으로써 형성된다.

상기 전원인가부(50)는 내부 또는 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받아서 방열몸체부(10)의 제1영역(12a)과 제2영역(12b)에 서로 다른 전극이 형성되도록 전원을 인가하는 것으로, 방열몸체부(10)의 중공부(13)에 배치되며 상단은 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 전기적으로 접속되고 하단은 접속플러그(70)와 전기적으로 접속된다. 본 실시예에서는 전원인가부(50)에 의해 상기 제1영역(12a)에 (＋)전극(51), 제2영역(12b)에는 (－)전극(52)이 인가된 것을 예시하였다. 그리고, 본 실시예에서는 상기 전기인가부(50)는 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받도록 구성된 것을 예시하였지만, 경우에 따라서는, 외부 전원부(80) 없이 방열몸체부(10) 내부에 별도의 배터리가 내장되는 등 전원인가부(50)는 내부 전원부(80)로부터 전원을 공급받을 수도 있을 것이다.

한편, 도시된 바와 같이, 상기 비전도라인(40)은 폐루프를 형성하는 것이 바람직하며, 이때, 비전도라인(40)에 의해 제1영역(12a)이 최소화되도록 형성함으로써, 사용자가 방열몸체부(10)를 교체 및 점검할 때 제2영역(12b)의 연장부인 방열몸체부(10)의 측면을 손으로 잡더라도 제1영역(12a)에 신체 일부가 거의 접하지 않으므로 전기가 통하지 않아서 감전의 우려가 없다.

상기 LED(60)는 양단부가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 각각 전기적으로 접속되도록 설치되는데, LED(60)가 제1 및 제2영역(12a, 12b)과 면접촉되도록 설치된다. 상기와 같이 면접촉은 납땜 등의 방식을 이용할 수 있다. 이때, 상기 LED(60)가 면접하는 방열몸체부(10)의 제2영역(12b)에는 방열공(23)이 상하로 관통 형성되어, LED(60)에서 방출되는 열이 방열공(23)을 통해 보다 신속하게 방출될 수 있는 장점이 있다. 한편, 도시하진 않았지만, 복수개의 LED(60)가 소자 형태로 PCB에 실장되고, 이 PCB가 방열판(20)의 금속층(12)에 접합될 수 있다. 이때, PCB와 금속층(12)은 열전도성 접착제에 의해 접합되거나 납땜 또는 볼트에 의해 접합될 수 있다. 또한, 상기 PCB에는 상기 전원부(80)에서 공급된 전원이 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 형성된 전극을 통해 LED(60)에 통전되도록 회로가 구성된다. 그리고, 상기 PCB는 알루미늄으로 이루어져서 LED(60)에서 방출되는 열이 금속층(12)을 통해 신속하게 방출될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명 LED조명유닛의 작동과정 및 사용상태를 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 3에서와 같이, 방열몸체부(10)의 접속플러그(70)가 외부 전원부(80)에 접속된 상태이며, 백열전구와 같은 조명등케이스(1)를 그대로 사용하면서 그 내부에 본 발명 LED조명유닛이 설치될 수 있다. 상기와 같은 상태에서, 전원인가부(50)가 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받아서 방열몸체부(10)의 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 서로 다른 전극을 인가시킴으로써, 양단부가 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 면접하는 LED(60)가 발광하게 된다. 이때, LED(60)에서 발생되는 고열은 제2영역(12b)을 따라 히트싱크(30)까지 전도되어 히트싱크(30)를 통해 신속하게 방출된다. 또한, 상기 LED(60)에서 발생되는 열이 제2영역(12b)이라는 매개체를 통하지 않고 방열몸체부(10)의 제2영역(12b)에 형성된 방열공(23)을 통해 직접 방출된다.

한편, 도 4는 본 발명 LED조명유닛의 사용상태의 다른 예를 보인 평면도로서, 3개의 LED조명 유닛이 함께 사용되는 것을 예시하였는데, 백열전구보다 부피가 큰 할로겐램프의 조명등케이스(1)에 적용될 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 3개의 방열몸체부(10)를 방열몸체부(10)의 상단 둘레부(14)가 서로 면접하도록 배치함으로써, 방열몸체부(10)의 상부에서 볼 때 벌집모양을 이루게 된다. 이때, 각 방열몸체부(10)의 히트싱크(30)끼리 면접촉을 이루게 되므로, 일측 방열몸체부(10)에서 보다 많은 열이 발생할 경우 열이 덜 발생된 방열몸체부(10)의 히트싱크(30)까지 이용하여 열을 방출할 수 있어서 열을 보다 신속하게 방출할 수 있는 장점이 있다. 또한, 복수개의 방열몸체부(10)를 인접되게 배치할 때 불필요한 공간을 줄여서 점유공간을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 외관도 미려해지는 장점이 있다.

이와 같이 구성된 본 발명 LED조명유닛은 LED(60)가 설치되는 방열판(20)과 히트싱크(30)가 일체로 형성되도록 합성수지(11)로 사출성형한 방열몸체부(10)의 표면에 금속층(12)을 도금함으로써, 종래 다이캐스트 방식으로 제작하는 것에 비해 비용이 절감됨은 물론 히트싱크(30)가 보다 얇게 형성되어 방열면적이 넓어지므로 방열효과를 증진시킬 수 있는 장점이 있다. 더욱이, 상기 금속층(12)을 구리(Cu)로 형성함으로써 종래 알루미늄에 비해 열전도도가 더욱 우수하여 방열효과를 좀 더 증진시킬 수 있다. 또한, LED(60)가 면접하는 방열판(20)에는 상하로 관통된 방열공(23)이 형성되어, LED(60)에서 발생된 열이 방열판(20)을 매개하지 않고 방열공(23)을 통해 직접 방출되므로, 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims

방열판(20)과 그 측면에 히트싱크(30)가 일체로 형성되도록 합성수지(11)로 사출성형되며 그 표면에는 금속층(12)이 도금된 방열몸체부(10)와, 상기 방열몸체부(10)의 방열판(20)에 형성된 금속층(12)을 상호 전기적으로 접속되지 않도록 된 제1 및 제2영역(12a, 12b)로 분리 이격시키는 비전도라인(40)과, 내부 또는 외부 전원부(80)로부터 전원을 공급받아서 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 서로 다른 전극이 형성되도록 전원을 인가하는 전원인가부(50)와, 양단부가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 각각 전기적으로 접속되도록 설치되는 LED(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛.
제1항에 있어서, 상기 LED(60)는 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 면접촉되게 설치되거나 또는 PCB에 실장되어 PCB가 상기 제1 및 제2영역(12a, 12b)에 접합되게 설치되는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LED(60)가 전기적으로 접속되도록 설치되는 방열몸체부(10)의 방열판(20) 부위에는 상하로 관통되는 방열공(23)이 형성된 것을 특징으로 하는 LED조명유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방열몸체부(10)의 하단에는 상기 전원인가부(50) 및 외부 전원부(80)에 전기적으로 접속되는 접속플러그(70)가 구비된 것을 특징으로 하는 LED조명유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방열몸체부(10)의 둘레부(14)는 사각 또는 육각 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 LED조명유닛.