KR20120011690A

KR20120011690A - 방열판 직결식 렌즈를 사용한 ｌｅｄ 무영등

Info

Publication number: KR20120011690A
Application number: KR1020100073711A
Authority: KR
Inventors: 장석주; 김효준; 정동수
Original assignee: 제이더블유중외메디칼 주식회사
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-08
Also published as: WO2012023123A1; KR101676703B1

Abstract

본 발명은 렌즈를 이용하여 LED와 기판 및 방열판을 동시에 조립함으로 조립 생산성이 향상되고 렌즈가 방열판의 접평면과 이루는 수직 각도의 정밀성을 향상시키며 LED의 방열을 용이하게 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등에 관한 발명이다.
이를 위해 본 발명에 따른 무영등은, LED 소자, 렌즈, 기판 및 방열판을 포함하는 LED 무영등에 있어서, 상기 기판 및 방열판에는 결합 홈이 형성되고, 상기 렌즈는 LED 소자가 인입될 수 있는 홈이 형성된 본체, 상기 기판 및 방열판에 형성된 결합 홈에 인입될 수 있도록 돌출 형성된 결합부, 상기 본체의 기판 접합 측에 형성되어 상기 결합부가 상기 결합 홈에 인입되는 것을 멈추도록 지지하는 지지부로 구성되며, 상기 렌즈의 결합부의 일 끝단에 체결되어 렌즈를 고정하기 위한 고정부; 를 포함하고, 상기 렌즈의 결합부가 상기 기판과 방열판에 형성된 결합 홈을 관통하여 상기 고정부와 체결됨으로 렌즈, 기판 및 방열판이 일체로서 결합 되는 것을 특징으로 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등을 제공한다.

Description

방열판 직결식 렌즈를 사용한 ＬＥＤ 무영등{LED Shadowless Lamp Using Lens Direct Connecting Heat Sink}

본 발명은 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 렌즈를 이용하여 LED와 기판 및 방열판을 동시에 조립함으로 조립 생산성이 향상되고 렌즈가 방열판의 접평면과 이루는 수직 각도의 정밀성을 향상시키며 LED의 방열을 용이하게 하는 무영등에 관한 발명이다.

일반적으로 종래의 조명장치의 광원으로는 백열등, 형광등, 수은등 또는 나트륨등을 주로 사용하였다. 그러나 종래의 상기 광원들은 밝기에 비하여 에너지 소비가 크고, 짧은 수명으로 인해 시간에 따른 광량 저하가 급격하여 잦은 교체가 요구되는 단점이 있었다. 또한, 내부에 수은가스를 사용하고 있으므로 폐기시 환경오염이 발생하는 심각한 문제점을 안고 있었다.

이에 최근에는 기존의 조명기구를 대체하여 발광다이오드(Light-Emitting Diode, 이하 'LED'라 한다.)가 각광을 받고 있다. LED는 반영구적으로 다른 광원에 비해 수명이 길뿐만 아니라, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환되는 높은 광 변환효율을 가지며, 전력소모가 적어 에너지 효율이 우수하고 전기료 절감이 가능한 광원이다. 또한 필라멘트나 수은 등의 각종 유해물질이 사용되지 않으므로 기존의 백열등이나 형광등, 할로겐램프를 대체할 수 있는 친환경적인 광원이다.

특히, 이러한 LED의 장점으로 인해 수술실에서 사용되는 무영등도 기존의 할로겐 램프에서 LED로의 교체가 이루어지고 있다. 무영등이란 시술자의 머리, 팔 등에 의해 발생하게 되는 그림자를 보상하여 시술을 원활하게 할 수 있도록 도와주는 조명장치를 말한다.

한편, LED는 기판에 하나 또는 다수의 LED 소자를 실장한 LED 기판 모듈의 형태로 사용한다. 상기 기판으로는 PCB(Printed Circuit Board)가 사용될 수 있는데 상기 PCB는 기판상에 회로가 프린트되어 있는 것으로서, 알루미늄판과 같은 메탈 기판을 사용해 방열성능을 높인 메탈 PCB, 열전도율이 높은 세라믹을 주요 뼈대로 사용하여 방열성능을 높인 세라믹 PCB 등이 사용될 수 있다. 또한, LED 소자의 발광시 발생하는 열로 인해 반도체 소자인 LED 소자의 수명이 현저하게 단축될 수 있기 때문에, 일반적으로 LED 소자가 실장된 기판의 배면에 별도의 방열판이 구비되도록 구성되어 있다.

첨부된 도 9는 종래의 LED 소자(600)와 렌즈(700), 기판(800) 및 방열판(900)이 결합 된 LED 기판 모듈의 구조를 나타내고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 종래의 LED 기판 모듈은 LED 소자(600)와 렌즈(700)를 기판(800)에 먼저 결합한 후 상기 기판(800)을 방열판(900)에 결합하는 방식으로 이루어졌다.

이때, 상기 렌즈(700)와 기판(800)은 접착 물질을 이용한 접착(도 9(a)) 또는 기판(800)에 형성된 홈(802)과 렌즈의 걸림쇠(702) 간의 체결(도 9(b))을 이용하여 결합하였다. 또한, 상기 기판(800)과 방열판(900)의 결합은 방열판(900)에 형성된 다수의 돌출부(910)에 기판(800)이 볼트(810)로 체결되는 구조를 가지고 있었다.

그러나, 이와 같은 종래의 LED 기판 모듈의 경우 LED 소자(600)가 설치된 기판(800)에 방열판(900)을 추가로 부착하는 구조이기 때문에 전체 구성이 복잡해지고 제조비용이 증가하게 되는 단점이 있었다. 또한, 전체적인 LED 기판 모듈의 두께가 두꺼워지게 되며, 결합 구조상 기판(800)과 방열판(900)과의 직접적인 접촉 면적이 작아서 방열 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

한편, 본 발명에서 정의되는 렌즈는 LED 소자에서 발생한 빛을 모아주거나 퍼지게 하는 역할을 수행하는데, 상기 렌즈의 배향된 각도에 따라 상기 LED 소자에서 발생한 빛의 조사 각도가 결정될 수 있다.

이때, 무영등의 집광(Focusing)성능을 향상시키기 위해서는 기존의 평판형태의 방열판이 아닌 곡면 형태의 방열판을 사용할 필요가 있는데, 기존의 방열판과 기판, 기판과 렌즈 간의 결합 구조를 사용하게 되면 렌즈가 방열판과 직접 결합하지 않고 기판을 통해 간접적으로 결합하기 때문에 렌즈가 방열판의 부착면과 정확하게 수직을 이루도록 조정하기가 어려웠다.

즉, LED 무영등의 광 조사각도는 렌즈의 배향 각도에 따라 결정되고, 상기 렌즈의 배향 각도는 곡면 형태의 방열판을 사용할 경우 렌즈가 결합 된 기판의 굴곡에 따라 결정되는데, 기판과 방열판의 곡면이 정확하게 일치하지 않을 수 있기 때문에 렌즈가 각 결합위치에서 방열판의 접평면과 정확하게 수직을 이루지 못하고 비틀어짐으로 정확한 집광이 어려울 수 있었다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 렌즈를 이용하여 LED 소자와 기판 및 방열판을 동시에 조립함으로 LED 기판 모듈의 결합구조를 간단히 하려는 목적을 가지고 있다.

또한, 곡면을 이루는 방열판을 사용하는 경우에도 렌즈와 방열판과의 직교 각도의 정밀성을 향삼시킴으로 집광 성능을 향상시키려는 목적을 가지고 있다.

또한, 기판과 방열판이 직접적으로 접촉하여 넓은 접촉 면적을 갖게 함으로 LED 기판 모듈의 방열을 용이하게 하려는 목적을 가지고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등은, LED 소자를 포함하는 무영등에 있어서, 상기 LED 소자가 인입될 수 있는 홈이 형성된 본체, 상기 본체에서 렌즈가 기판의 일 면과 접합 되는 측에 형성된 지지부, 상기 지지부에서 상기 렌즈가 기판 및 방열판과 결합 되는 방향으로 연장되는 결합부를 포함하는 렌즈; 상기 렌즈의 결합부가 관통할 수 있는 결합 홈이 형성된 기판; 일 면이 상기 기판의 타 면과 접합하며 상기 렌즈의 결합부가 관통할 수 있는 결합 홈이 형성된 방열판; 및 상기 방열판의 타 면에서 방열판의 결합 홈을 관통하는 상기 결합부의 일 측에 체결되어 상기 렌즈를 고정하는 고정부; 를 포함하며, 상기 렌즈의 결합부가 상기 기판과 방열판에 형성된 결합 홈을 관통하여 상기 고정부와 체결됨으로 렌즈, 기판 및 방열판이 일체로서 결합 되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 렌즈는 각 결합 위치에서의 방열판의 접평면과 수직을 이루도록 결합 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 지지부는 원형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합부 끝단의 외측면에는 나사산이 형성되며, 상기 고정부는 너트인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등에 의하면, 렌즈를 이용하여 LED 소자와 기판 및 방열판을 동시에 조립함으로 LED 기판 모듈의 결합구조가 간단해지며 생산성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 곡면을 이루는 방열판과 결합하는 경우에도 렌즈와 방열판과의 직교 각도를 정밀하게 유지할 수 있게 되어 집광(Focusing) 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 기판과 방열판의 접촉 면적이 넓어지고 LED 기판 모듈의 두께가 얇아짐으로 인해 LED 기판 모듈의 방열을 용이하게 하고, 이를 통해 LED의 수명을 강화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈의 구조를 나타내는 사시도 및 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정부로서 너트를 나타내는 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 렌즈, 기판, 방열판 및 고정부가 결합 되는 모습을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈, 기판, 방열판 및 고정부가 결합 된 모습을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무영등의 외관을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무영등 및 LED 결합 모듈을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무영등의 상면을 나타내는 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무영등의 저면을 나타내는 분해 사시도.
도 9는 종래 기술에 따른 LED 기판 모듈의 구조를 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(200) 및 고정부의 구조를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 렌즈(200)는 본체(210), 지지부(220) 및 결합부(230)로 구성될 수 있다. 상기 본체(210)에는 LED 소자(100)가 인입될 수 있는 홈(212)이 형성되어 있으며, 상기 본체의 일 측에는 지지부(220) 및 결합부(230)가 형성되어 있다.

상기 지지부(220)는 하기 설명하는 바와 같이 기판 및 방열판에 형성된 결합 홈에 상기 결합부(230)가 관통하여 렌즈와 기판 및 방열판이 결합할 때, 기판의 일 측면과 접촉하여 걸리게 되어 렌즈(200)의 결합 방향 진행을 멈추도록 지지해준다.

한편, 상기 고정부로는 바람직하게는 너트, 클립 또는 패스너(fastner) 등이 사용될 수 있는데, 도 2는 상기 고정부의 일 실시예로 너트(240)의 모습을 나타내고 있다. 본 발명에서 상기 고정부로 너트(240)가 사용될 경우에는 본 발명의 결합부(230) 끝단의 외측면에 상기 너트(240)와 결합하기 위한 나사산이 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 너트(240)는 내측면에 나사산이 형성되어 상기 결합부(230)와 나사 결합할 수 있다.

상기 결합부(230)는 바람직하게는 적어도 두 개의 돌출된 조각(230a, 203b)으로 이루어질 수 있다. 상기 적어도 두 개의 돌출 형성된 결합부(230a, 230b)는 측면에 공간을 형성하며, 이를 통해 렌즈(200)와 결합하는 기판이 상기 렌즈(200) 내부에 위치한 LED 소자(100)와도 접합 된 상태를 유지할 수 있게 해준다.

첨부된 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 렌즈(200), 기판(300), 방열판(400) 및 너트(240)가 결합 되는 구조를 나타내고 있다. 상기 기판(300) 및 방열판(400)에는 상기 렌즈(200)에 형성된 결합부(230)의 형상과 일치하게 각각 결합 홈(330, 430)이 형성될 수 있다.

상기 렌즈(200)에 형성된 결합부(230a, 230b)는 상기 기판(300)에 형성된 결합 홈(330a, 330b) 및 상기 방열판(400)에 형성된 결합 홈(430a, 430b)을 관통하여 상기 방열판(400)의 반대 면에서 너트(240)와 나사 결합 될 수 있다. 이때 본 발명의 지지부(220)는 상기 렌즈(200)의 본체(210)가 상기 기판(300)과 접합 되는 측에 형성되어, 상기 결합부(230a, 230b)가 상기 기판(300) 및 방열판(400)의 결합 홈에 인입되는 것을 멈추도록 지지한다. 한편, 상기 설명한 바와 같이, 상기 렌즈(200)를 고정하기 위한 고정부로는 상기 너트(240)에 한정하지 않으며, 클립, 패스너(fastner) 또는 다른 공지의 고정수단이 사용될 수 있다.

상기 결합부(230) 외측의 나사산은 바람직하게는 상기 지지부(220)로 부터 일정 간격 떨어진 곳에 형성될 수 있는데, 상기 간격은 상기 결합부(230)에 기판(300) 및 방열판(400)이 인입되기 위한 두께만큼 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 결합부(230)는 원호 모양의 단면을 갖는 적어도 두 개의 돌출된 조각(230a, 230b)으로 이루어질 수 있는데, 상기 결합부가 원호 모양의 단면을 가질 때 하기 설명하는 바와 같이 곡면 형태를 갖는 방열판에서도 렌즈(200)가 기판(300) 및 방열판(400)에 유격 없이 정확하고 견고하게 결합할 수 있게 된다.

한편, 상기 고정부로 너트(240)가 사용되지 않고 클립, 패스너 등이 사용될 경우에는 상기 결합부가 원호 모양의 단면이 아닌 기타 다른 형태로 돌출 형성되는 것도 가능하다. 또한, 상기 돌출 형성된 결합부(230) 조각의 개수 및 이에 대응되는 기판과 방열판에 형성된 결합 홈(330, 430)의 개수는 도 3에 나타난 바와 같이 두 개로 한정하지 않으며, 본 발명의 목적을 만족하는 범위 내에서 다수의 조각으로 얼마든지 변경 가능하다.

상기와 같은 구성을 통해 본 발명은 렌즈(200)와 기판(300) 간의 결합 및 기판(300)과 방열판(400) 간의 결합을 위한 별도의 결합 수단이 필요하지 않고, 렌즈(200)를 통해 기판(300)과 방열판(400)을 한 번에 결합함으로 결합 구조가 간단해지는 LED 기판 모듈을 제공한다. 또한, 상기 기판(300)과 방열판(400) 간의 접촉 면적이 넓어짐으로 인해 방열 성능이 증대되어 LED 소자의 수명을 연장할 수 있는 LED 기판 모듈을 제시한다.

첨부된 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무영등(500)의 구조를 나타내고 있다. 상기 무영등(500)은 다수의 LED를 내부에 포함할 수 있는데, 도 6을 참조로 하면 기판(300) 상에 배치된 LED 소자(100)는 렌즈 본체(210)에 형성된 홈(212) 내부에 위치하게 된다. 상기 렌즈(200)는 지지부(220)를 통해 기판(300)의 한쪽 면과 접촉하여 지지 되며, 상기 지지부에서 연장된 결합부(230)는 기판(300) 및 방열판(400)을 관통하여 방열판의 반대 면에서 너트(240)와 결합함으로 렌즈(200)를 기판(300) 및 방열판(400)에 고정할 수 있다.

한편, 무영등의 집광(Focusing) 성능을 향상시키기 위해서는 기존의 평판형태의 방열판 대신에 도 6에 나타난 바와 같이 곡면 형태의 방열판(400)을 사용할 수 있다. 상기 곡면 형태의 방열판(400)은 일정한 초점을 향해 LED 소자(100)의 광이 집광 되도록 함으로 무영등의 집광(Focusing) 성능을 향상시킬 수 있는데, 이때 곡면 형태의 방열판(400)에 결합 되는 개별 렌즈(200)의 정확한 수직 결합이 중요하다.

도 6을 참조로 하면 본 발명에 따른 렌즈는 곡면을 이루는 방열판(400)에 대하여도 방열판(400)과 이루는 수직 각도를 정확하게 유지하고, 다수의 LED 소자(100)에서 나오는 광을 하나의 초점으로 정확하게 집광 되도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 렌즈(200)는 다수의 렌즈(200)가 각각 개별적으로 방열판(400)과 직접 결합 될 수 있는 구조이므로, 곡면을 이루는 방열판(400)에 있어서도 각 렌즈(200)가 결합 위치에서 방열판(400)의 접평면과 이루는 직교 각도의 정밀성이 향상될 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 곡면 형태의 방열판에 있어서 방열판(400)과 렌즈(200)의 수직 결합의 정밀도를 향상시키기 위하여 지지부(220)가 원형을 이루도록 할 수 있다. 상기와 같이 방열판(400)이 곡면을 이루게 되면 상기 방열판(400)과 접촉하는 부분이 평면으로 이루어진 지지부(220)를 갖는 렌즈(200)의 경우 렌즈(200)와 방열판(400) 간의 밀착 및 고정이 어렵게 되며, 이에 따라 렌즈(200)와 방열판 간(400)의 정확한 수직 결합이 어렵게 될 수 있다.

이때 본 발명의 실시예에 따라 원형으로 이루어진 지지부(220)를 사용하게 되면, 상기 지지부(220)의 외측에 형성된 원형의 모서리를 따라 상기 지지부(220)가 곡면 형상의 방열판(400)에 밀착된 상태로 렌즈(200)를 지지할 수 있으며, 본 발명에 따른 렌즈(200)가 평판형 방열판뿐만 아니라 곡면형 방열판에서도 방열판(400)과 정확한 수직 결합을 이룰 수 있게 된다.

첨부된 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무영등(500)의 상면을, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무영등(500)의 저면을 나타내고 있다. 본 발명의 실시예에 따라 무영등(500)의 LED 소자는 무영등(500)의 저면에 배치될 수 있으며, 렌즈의 결합부(230)는 기판 및 방열판(400)을 관통하여 무영등의 상면에서 고정부(230)와 결합될 수 있다. 한편, 무영등(500)의 저면에 배치된 LED 소자는 렌즈의 본체(210)가 둘러싸고 있으며, 상기 무영등(500)의 저면은 미관상 기판 등을 가리도록 커버(410)가 적용될 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈(200)는 다수의 렌즈(200)가 각각 개별적으로 방열판(400)과 직접 결합 되는 구조이며 상기 렌즈(200)의 지지부(220)가 원형을 이룸으로, 평판형 방열판뿐만 아니라 곡면을 이루는 방열판(400)에 있어서도 렌즈(200)와 방열판(400)과의 직교 각도 정밀성이 향상될 수 있다. 이처럼 개별 렌즈(200)가 곡면을 이루는 방열판(400)에서도 비틀어지지 않고 정확하게 접촉 면과 수직을 이룸으로 방열판(400)의 곡면이 이루는 초점을 향해 LED 광이 정확하게 집광 되도록 하여 집광 성능이 향상된다.

또한, 기판(300)과 방열판(400)을 렌즈(200)를 통해 한번에 결합함으로 기판(300)과 방열판(400)의 접촉 면적이 넓어지고 LED 기판 모듈의 방열이 용이하게 되어 LED의 수명을 강화시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

100 : LED 소자 200 : 렌즈
210 : 본체 212 : 홈
220 : 지지부 230 : 결합부
240 : 너트 300 : 기판
400 : 방열판 330, 430 : 결합 홈
500 : 무영등

Claims

LED 소자, 렌즈, 기판 및 방열판을 포함하는 LED 무영등에 있어서,
상기 기판 및 방열판에는 결합 홈이 형성되고,
상기 렌즈는 LED 소자가 인입될 수 있는 홈이 형성된 본체, 상기 기판 및 방열판에 형성된 결합 홈에 인입될 수 있도록 돌출 형성된 결합부, 상기 본체의 기판 접합 측에 형성되어 상기 결합부가 상기 결합 홈에 인입되는 것을 멈추도록 지지하는 지지부로 구성되며,
상기 렌즈의 결합부의 일 끝단에 체결되어 렌즈를 고정하기 위한 고정부; 를 포함하고,
상기 렌즈의 결합부가 상기 기판과 방열판에 형성된 결합 홈을 관통하여 상기 고정부와 체결됨으로 렌즈, 기판 및 방열판이 일체로서 결합 되는 것을 특징으로 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등.
청구항 1에 있어서,
상기 렌즈는 각 결합 위치에서의 방열판의 접평면과 수직을 이루도록 결합 되는 것을 특징으로 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등.
청구항 1에 있어서,
상기 지지부는 원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등.
청구항 1에 있어서,
상기 결합부 끝단의 외측면에는 나사산이 형성되며, 상기 고정부는 너트인 것을 특징으로 하는 방열판 직결식 렌즈를 사용한 LED 무영등.