KR20140107860A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20140107860A KR1020130021977A KR20130021977A KR20140107860A KR 20140107860 A KR20140107860 A KR 20140107860A KR 1020130021977 A KR1020130021977 A KR 1020130021977A KR 20130021977 A KR20130021977 A KR 20130021977A KR 20140107860 A KR20140107860 A KR 20140107860A
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 비절연 재질의 제1 방열부와 절연 재질의 제2 방열부를 포함하는 방열체; 및 상기 방열체 상에 배치되고, 적어도 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈;을 포함하고, 상기 제1 방열부는 상기 광원 모듈이 배치되는 상부와, 상기 제2 방열부 내부에 배치된 하부를 포함하고, 상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 분리가 제한된다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 재래식 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시 예는 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 내전압 특성을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 제조 비용을 절감할 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 강도를 개선할 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 외관 품질을 개선할 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 스크랩을 감소시킬 수 있는 조명 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 난연 등급을 만족시킬 수 있는 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 비절연 재질의 제1 방열부와 절연 재질의 제2 방열부를 포함하는 방열체; 및 상기 방열체 상에 배치되고, 적어도 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈;을 포함하고, 상기 제1 방열부는 상기 광원 모듈이 배치되는 상부와, 상기 제2 방열부 내부에 배치된 하부를 포함하고, 상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 분리가 제한된다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 발광 소자가 배치된 기판; 및 제1 방열부와, 상기 제1 방열부의 열 전도율보다 낮은 열 전도율을 갖는 제2 방열부를 포함하는 방열체;를 포함하고, 상기 제1 방열부는 상기 기판이 배치되는 상부와, 상기 제2 방열부에 의해 둘러싸인 하부를 포함하고, 상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 일체이다.
실시 예에 따른 조명 장치를 사용하면, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 내전압 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 강도를 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 외관 품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 스크랩을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 난연 등급을 만족시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 분해 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도.
도 6은 제2 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 사시도.
도 8은 도 6에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도.
도 9는 도 6에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도.
도 10은 도 6에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도.
도 11은 제3 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 분해 사시도.
도 13은 도 11에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 분해 사시도.
도 14는 도 11에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도.
도 15는 도 11에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도.
도 16 및 도 17은 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도 18 및 도 19는 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열체가 핀(pin)을 가질 때의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도 20은 도 6에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도 21은 도 11에 도시된 제3 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치를 설명한다.
제1 실시 예
도 1은 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 분해 사시도이며, 도 4는 도 1에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 조명 장치는, 커버(100), 광원 모듈(200), 방열체(300), 전원 제공부(400) 및 소켓(500)을 포함할 수 있다. 이하에서, 각 구성 요소들을 구체적으로 설명하도록 한다.
<커버(100)>
커버(100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 개구(130)를 갖는다.
커버(100)는 광원 모듈(200)과 광학적으로 결합한다. 예를 들어, 커버(100)는 광원 모듈(200)에서 방출된 광을 확산, 산란 또는 여기 등을 시킬 수 있다.
커버(100)는 방열체(300)와 결합한다. 이를 위해, 커버(100)는 결합부(110)를 가질 수 있다. 결합부(110)는 방열체(300)와 결합될 수 있다. 결합부(110)는 방열체(300)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 형상의 체결구조를 가질 수 있다. 방열체(300)의 나사산 구조와 결합부(110)의 나사홈 구조에 의해, 커버(100)와 방열체(300)의 결합이 용이할 수 있고, 작업성이 향상될 수 있다.
커버(100)의 재질은 광원 모듈(200)에서 방출되는 광에 의한 사용자의 눈부심 방지를 위해, 광 확산용 PC(폴리카보네이트)일 수 있다. 뿐만 아니라 커버(100)는 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나일 수도 있다.
커버(100)의 내면은 부식처리되고 외면은 소정의 패턴이 적용되어 광원 모듈(200)에서 방출되는 광을 산란시킬 수 있다. 따라서, 사용자의 눈부심을 방지할 수 있다.
커버(100)는 후 배광을 위해 블로우(blow) 성형으로 제작될 수 있다.
<광원 모듈(200)>
광원 모듈(200)은 소정의 광을 방출하는 발광 소자(230)를 포함한다.
광원 모듈(200)은 방열체(300) 상에 배치되며, 광원 모듈(200)은 기판(210)과 기판(210) 상에 배치된 발광 소자(230)를 포함할 수 있다.
기판(210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 기판(210)은 투명 또는 불투명의 수지로서 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다. 여기서, 상기 수지는 상기 회로 패턴을 가진 얇은 절연 시트(sheet)일 수 있다.
기판(210)의 표면은 빛을 효율적으로 반사하는 재질이거나, 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 코팅될 수 있다.
발광 소자(230)는 복수로 기판(210)의 일 면 위에 배치될 수 있다. 발광 소자(230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드(Lighting Emitting Diode) 칩(chip)이거나 자외선 광(Ultraviolet light)를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드는 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있다.
발광 소자(230)는 HV(High-Voltage) LED 패키지일 수 있다. HV LED 패키지 내의 HV LED 칩은 DC 전원으로 구동되며, 20 볼트(V)보다 큰 전압에서 턴온된다. 그리고, HV(High-Voltage) LED 패키지는 대략 1W 수준의 높은 소비전력 갖는다. 참고로, 종래의 일반적인 LED 칩은 2 내지 3(V)에서 턴온된다. 발광 소자(230)가 HV LED 패키지이면, 대략 1W 수준의 높은 소비전력을 갖기 때문에, 적은 수량으로 기존과 동일 또는 유사한 성능을 가질 수 있는바, 실시 예에 따른 조명 장치의 생산 비용을 낮출 수 있다.
발광 소자(230) 상에는 렌즈가 배치될 수 있다. 렌즈는 발광 소자(230)를 덮도록 배치된다. 이러한 렌즈는 발광 소자(230)로부터 방출하는 광의 지향각이나 광의 방향을 조절할 수 있다. 렌즈는 반구 타입으로서, 빈 공간 없이 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투광성 수지일 수 있다. 투광성 수지는 전체적으로 또는 부분적으로 분산된 형광체를 포함할 수도 있다.
발광 소자(230)가 청색 발광 다이오드일 경우, 투광성 수지에 포함된 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
투광성 수지에 황색 계열의 형광체만을 포함되도록 하여 자연광(백색광)을 구현할 수 있지만, 연색지수의 향상과 색온도의 저감을 위해 녹색 계열의 형광체나 적색 계열을 형광체를 더 포함할 수 있다.
투광성 수지에 여러 종류의 형광체들이 혼합된 경우, 형광체의 색상에 따른 첨가 비율은 적색 계열의 형광체보다는 녹색 계열의 형광체를, 녹색 계열의 형광체보다는 황색 계열의 형광체를 더 많이 사용할 수 있다. 황색 계열의 형광체로는 가넷계의 YAG, 실리케이트계, 옥시나이트라이드계를 사용하고, 녹색 계열의 형광체로는 실리케이트계, 옥시나이트라이드계를 사용하고, 적색 계열의 형광체는 나이트라이드계를 사용할 수 있다. 투광성 수지에 여러 종류의 형광체들이 혼합된 것 이외에도, 적색 계열의 형광체를 갖는 층, 녹색 계열의 형광체를 갖는 층 및 황색 계열의 형광체를 갖는 층이 각각 별개로 나뉘어 구성될 수 있다.
<방열체(300)>
방열체(300)는 광원 모듈(200)로부터 방출되는 열을 전달받아 방열한다. 또한, 방열체(300)는 전원 제공부(400)에서 방출되는 열을 전달받아 방열할 수 있다.
방열체(300)는 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)를 포함할 수 있다. 제1 방열부(310)의 재질은 제2 방열부(330)의 재질과 서로 상이하다.
제1 방열부(310)는 비절연 재질이고, 제2 방열부(330)는 절연 재질일 수 있다. 제1 방열부(310)가 비절연 재질이면 광원 모듈(200)로부터 방출되는 열을 빠르게 방열할 수 있고, 제2 방열부(330)가 절연 재질이면 방열체(300)의 외면이 절연체가 되므로, 내전압 특성을 향상시킬 수 있고, 사용자를 전기 에너지로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 제1 방열부(310)의 재질은 알루미늄, 구리 및 마그네슘 등과 같은 금속 재질일 수 있고, 제2 방열부(330)는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), ABS(Acrylonitrile(AN), Butadiene(BD), Styrene(SM)) 등과 같은 수지 재질일 수 있다. 여기서, 수지 재질의 제2 방열부(330)는 금속 분말(metal powder)을 포함할 수 있다. 제2 방열부(330)가 수지 재질이면, 방열체 전체가 금속 재질인 종래의 것보다 외관 성형이 더 쉽고, 종래의 방열체의 도장 또는 아노다이징(Anodizing) 처리로 인한 외관 불량이 발생되지 않는 이점이 있다.
제1 방열부(310)를 구성하는 재료의 열 전도율(W/(mk) or W/m℃)은 제2 방열부(330)를 구성하는 재료의 열 전도율보다 클 수 있다. 제1 방열부(310)에 광원 모듈(200)이 배치되므로, 제1 방열부(310)의 열 전도율이 제2 방열부(330)의 열 전도율보다 큰 것이 방열 성능을 향상시키기에 유리하기 때문이다. 예를 들어 제1 방열부(310)는 열 전도율이 큰 알루미늄일 수 있고, 제2 방열부(330)는 제1 방열부(310)의 열 전도율보다 낮은 열 전도율을 갖는 PC일 수 있다. 여기서, 제1 방열부(310)가 알루미늄으로, 제2 방열부(330)가 PC로 제한되는 것은 아니다.
제1 방열부(310) 상에 광원 모듈(200)이 배치되며, 제1 방열부(310)의 일 부분은 제2 방열부(330) 내부에 배치된다.
좀 더 구체적으로, 제1 방열부(310)는 상부(311)와 하부(313)를 포함할 수 있다.
상부(311)는 평평한 판 형상으로서, 상부(311) 상에 광원 모듈(200)의 기판(210)이 배치되어 광원 모듈(200)로부터 직접 열을 전달받는다. 그리고, 상부(311)는 광원 모듈(200)로부터의 전달받은 열을 외부로 방출되거나 하부(313)로 전달할 수 있다. 상부(311)의 형상은 평평한 판 형상으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상부(311)의 형상은 중심부가 위로 또는 아래로 볼록한 판일 수도 있고, 반구형의 판일 수도 있다. 또한, 상부(311)의 형상은 원형이 아닌 다각형 또는 타원 형태 등 다양한 형태일 수 있다.
상부(311)는 제2 방열부(330)의 일면 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상부(311)는 제2 방열부(330)의 일면과 직접 접촉되도록 배치될 수 있다.
상부(311)와 광원 모듈(200)의 기판(210) 사이에는 광원 모듈(200)로부터의 열이 상부(311)로 빠르게 전도되기 위한 방열판(미도시) 또는 방열 그리스(grease)가 배치될 수 있다.
하부(313)는 제2 방열부(330) 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 하부(313)는 제2 방열부(330)의 제1 수납부(331)에 배치될 수 있다. 하부(313)가 제2 방열부(330)의 제1 수납부(331)에 배치되면, 금속 재질의 하부(313)가 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 외관에 배치되지 않기 때문에, 전원 제공부(400)에서 발생되는 전기 에너지로부터 사용자를 보호할 수 있다. 기존의 조명 장치의 방열체는 그 전체가 금속 재질이고, 기존의 조명 장치의 외관도 금속인 관계로, 내부 전원 제공부에 의한 전기 에너지가 사용자에게 영향을 끼칠 수 있었다.
또한, 하부(313)는 제2 방열부(330)에 의해 둘러싸인 것일 수 있다. 하부(313)가 제2 방열부(330)에 의해 둘러싸이면, 금속 재질의 하부(313)가 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 외관에 배치되지 않기 때문에, 전원 제공부(400)에서 발생되는 전기 에너지로부터 사용자를 보호할 수 있다.
하부(313)는 속이 빈 원통으로서, 폭은 상단부에서 하단부로 갈수록 줄어드는 형상일 수 있다. 또한, 하부(313)는 제2 방열부(330)의 측부의 길이 방향을 따라 소정의 길이를 가질 수 있다. 하부(313)의 폭이 상단부에서 하단부로 갈수록 줄어드는 경우, 하부(313)이 폭이 상단부에서 하단부로 갈수록 일정한 구조보다 방열 면적이 더 넓기 때문에, 방열 성능이 더 향상될 수 있다.
하부(313)의 형상은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 방열부(330)의 측면(335)의 형상에 대응하고, 하부(313)는 제2 방열부(330)의 측면(335)에 인접하여 배치될 수 있다. 하부(313)의 형상이 제2 방열부(330)의 측면(335)의 형상에 대응하고, 하부(313)가 측면(335)에 인접하여 배치되면, 하부(313)에서부터 측면(335)까지의 방열 패스(path)가 짧기 때문에, 방열체(300)의 방열 성능이 더욱 향상될 수 있다.
제1 방열부(310)의 하부(313)의 두께는 1.0 T(mm) 이상 2.0 T 이하일 수 있다. 제1 방열부(310)의 하부(313)의 두께가 1.0 T 이상 2.0 T 이하일 때, 하부(313)의 성형성이 가장 좋은 이점이 있다. 즉, 하부(313)의 두께가 1.0 T 보다 얇거나 2.0 T 보다 두꺼우면, 하부(313)를 가공하기 어렵고 하부(313)의 형상을 그대로 유지하기 어려운 문제가 있다.
제2 방열부(330)의 측부의 두께, 즉 제2 방열부(330)의 측면(335)에서 제1 방열부(310)의 하부(313)의 외면까지의 거리는 0.5 T 이상 2.0 T 이하일 수 있다. 제2 방열부(330)의 측부의 두께가 0.5 T 보다 얇으면, 제1 방열부(310)의 하부(313)과 외부의 방열 패스(path)가 얇아지므로 내전압 특성이 악화되는 문제와 난연 등급(grade)을 맞추기 어려운 문제가 있고, 제2 방열부(330)의 측부의 두께가 2.0 T 보다 두꺼워지면 방열체(300)의 방열 성능이 떨어지는 문제가 있다.
제1 방열부(310)의 하부(313)의 두께와 제2 방열부(330)의 측부의 두께의 비는 1:1 이상 2:1 이하일 수 있다. 제1 방열부(310)의 하부(313)의 두께가 제2 방열부(330)의 측부의 두께보다 얇으면, 방열체(300)의 방열 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 제1 방열부(310)의 하부(313)의 두께가 제2 방열부(330)의 측부의 두께의 2배를 초과하면, 내전압 특성이 악화되는 문제가 있다.
하부(313)의 길이는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 방열부(330)의 측부의 상단에서부터 하단까지 연장될 수도 있고, 제2 방열부(330)의 측부의 상단에서 중간부까지만 연장될 수도 있다. 따라서, 하부(313)의 길이가 도면에 도시된 것으로 한정되지 않는다. 하부(313)의 길이가 길면 길수록 방열 성능은 더욱 향상될 수 있다.
하부(313)의 외면 또는 내면 중 적어도 하나 이상에는 핀(pin) 또는 엠보싱(embossing) 구조가 추가로 배치될 수 있다. 하부(313)에 핀 또는 엠보싱 구조가 배치되면, 하부(313) 자체의 표면적이 넓어지므로, 방열 면적이 넓어지는 이점이 있다. 방열 면적이 넓어지면, 방열체(300)의 방열 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 엠보싱 구조는 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체로 형성될 때 더 유리할 수 있다.
상부(311)와 하부(313)는 일체일 수 있다. 본 명세서에서, 상부(311)와 하부(313)가 일체라는 의미는, 상부(311)와 하부(313)가 각각 별개로서, 상부(311)와 하부(313)의 결합부위가 용접이나 접착 등의 방식으로 연결된 것이 아니라, 상부(311)와 하부(313)가 물리적인 끊김 없이 하나로 연속된 것을 의미한다. 상부(311)와 하부(313)가 일체이면, 상부(311)와 하부(313) 사이의 접촉 저항이 거의 0에 가깝기 때문에, 상부(311)에서 하부(313)로의 열 전달율이 상부와 하부가 일체가 아닌 경우보다 더 좋은 이점이 있다. 또한, 상부(311)와 하부(313)가 일체이면, 이 둘을 서로 결합하기 위한 공정, 예를 들면, 프레스 공정 등이 필요하지 않기 때문에 제조 공정상의 비용 절감의 이점이 있다.
제1 실시 예에 따른 조명 장치의 제1 방열부(310), 즉 상부(311)와 하부(313)는 방열 성능이 우수한 알루미늄(Al)을 프레스(press), 스피닝(spinning) 및 압출(extrude) 공정을 통해 일체로 제작할 수 있다.
제2 방열부(330)는 커버(100)와 함께 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 외관을 형성하며, 제1 방열부(310)와 전원 제공부(400)를 수납할 수 있다.
제2 방열부(330) 내부에는 제1 방열부(310)가 배치된다. 구체적으로, 제2 방열부(330)는 제1 방열부(310)의 상부(311)와 하부(313)를 수납하는 제1 수납부(331)를 가질 수 있다. 또한, 제2 방열부(330)는 전원 제공부(400)를 수납하는 제2 수납부(333)를 가질 수 있다.
여기서, 제2 수납부(333)는, 기존의 조명 장치의 방열체의 수납부와 달리, 비절연의 수지 재질이므로, 제2 수납부(333)에 수납되는 전원 제공부(400)를 비절연 PSU로 사용할 수 있다. 비절연 PSU는 절연 PSU보다 단가가 더 낮기 때문에, 실시 예에 따른 조명 장치의 제조 비용을 낮출 수 있다.
제2 방열부(330)의 측면(335)에는, 핀(pin) 또는 엠보싱(embossing) 형상이 형성될 수 있다. 이러한 핀 또는 엠보싱 형상은 제2 방열부(330)의 측면(335) 면적을 넓히므로, 방열체(300)의 방열 성능이 향상될 수 있다.
제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)는 일체로 형성된 것일 수 있다. 또한, 서로 결합된 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)는 분리가 제한될 수 있다. 구체적으로, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)는 소정의 공정의 결과에 의해, 서로 고착된 상태이다. 따라서, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)는 서로 분리되기 어렵다. 여기서, 도 2 내지 도 3은 설명의 편의를 위해, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)를 분리시킨 것임에 유의해야 한다. 본 명세서에서, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체로 형성된다, 혹은 분리가 제한된다는 의미는, 어떠한 힘에 의해서도 서로 분리되지 않는다는 의미가 아니라, 인간의 힘보다 상대적으로 큰 소정의 힘, 예를 들면 기계적인 힘에 의해 분리는 가능하지만, 만약 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 상기 소정의 힘에 의해 분리되었다면, 다시 이전의 결합된 상태로 되돌리기 어렵다는 의미로 이해해야 한다.
제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체로 형성된 것이면, 또는 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 분리되는 것이 제한되면, 금속 재질의 제1 방열부(310)와 수지 재질의 제2 방열부(330) 사이의 접촉 저항이, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체이지 않은 경우보다 더 낮아질 수 있다. 접촉 저항이 더 낮아지므로, 종래의 방열체(전체가 금속 재질로 이루어진 것)와 동일 또는 유사한 방열 성능을 확보할 수 있다. 또한, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체이면, 제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)가 일체이지 않은 경우보다 외부 충격에 의한 수지 재질의 제2 방열부(330)의 파손이나 손상을 더욱 줄일 수 있다.
제1 방열부(310)와 제2 방열부(330)를 일체로 형성하기 위해, 인서트(insert) 사출 가공 방법을 이용할 수 있다. 인서트 사출 가공 방법은, 사전에 제작된 제1 방열부(310)를 제2 방열부(330)를 성형하기 위한 금형(틀)에 넣은 후, 제2 방열부(330)를 구성하는 재료를 용융하여 상기 금형에 넣고 사출하는 방법이다.
<전원 제공부(400)>
전원 제공부(Power Supply Unit, 400)는 지지기판(410)과, 상기 지지기판(410) 상에 장착되는 다수의 부품(430)을 포함할 수 있다. 상기 다수의 부품(430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
앞서 상술한 바와 같이, 전원 제공부(400)는 제2 방열부(330)의 제2 수납부(333)를 정의하는 내벽들이 절연 재질, 예를 들어 수지 재질이므로, 비절연 PSU일 수 있다. 전원 제공부(400)가 비절연 PSU이면, 전체 조명 장치의 제조 비용을 낮출 수 있다.
<소켓(500)>
소켓(500)은 방열체(300)의 하단부에 결합되고, 전원 제공부(400)와 전기적으로 연결된다. 소켓(500)은 외부 AC 전원을 전원 제공부(400)에 전달한다.
소켓(500)은 기존의 백열 전구의 소켓과 동일한 크기와 형상일 수 있다. 소켓(500)이 기존의 백열 전구의 소켓과 동일한 크기와 형상이기 때문에, 제1 실시 예에 따른 조명 장치는 기존의 백열 전구를 대체할 수 있다.
제2 실시 예
도 6은 제2 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 8은 도 6에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 9는 도 6에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도이고, 도 10은 도 6에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도이다.
도 6 내지 도 10에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치에서, 도 1 내지 도 5에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치와 동일한 구성요소는 동일한 도면 번호를 사용하였다. 따라서, 도 6 내지 도 10에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치에서, 도 1 내지 도 5에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치와 동일한 구성요소의 구체적인 설명은 앞서 설명한 것으로 대체하기로 하고, 이하에서는 방열체(300')를 구체적으로 설명한다. 방열체(300')를 설명함에 있어서, 제1 실시 예에 따른 방열체(300)와 구별되는 부분을 중심으로 설명하고, 제1 실시 예에 따른 방열체(300)가 갖는 특성은 제2 실시 예에 따른 방열체(300')도 그대로 포함하는 것으로 이해해야 한다.
방열체(300')는 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330')를 포함한다. 제1 방열부(310')는 상부(311')와 하부(313')를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 방열부(330')는 제1 수납부(331'), 상면(332'), 제2 수납부(333') 및 측면(335')을 포함할 수 있다. 제2 방열부(330')의 측면(335')에는 바깥으로 돌출 또는 연장된 방열핀(335a')이 배치될 수 있다.
제1 방열부(310')의 상부(311')와 제2 방열부(330')의 상면(332') 상에 광원 모듈(200)의 기판(210)이 배치된다.
상부(311')의 상면은 제2 방열부(330')의 상면(332')과 소정의 단차가 없을 수 있다. 상부(311')의 상면이 제2 방열부(330')의 상면(332')과 소정의 단차가 없으면, 상부(311')의 측면들도 제2 방열부(330')와 직접 접촉한다. 따라서, 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330') 사이의 접촉 면적이 늘어나므로, 방열체(300') 전체적으로 보았을 때, 방열 성능이 향상될 수 있다.
제1 방열부(310')의 하부(313')는 상단부에서 하단부로의 폭이 일정한 원통 형상을 가질 수 있다. 이러한 원통 형상의 하부(313')은 파이프(pipe) 가공 방법을 통해 제조할 수 있다.
하부(313')가 원통 형상이므로, 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330')는 일체로 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 제1 방열부(310')는 제2 방열부(330')와 서로 분리할 수 있다. 구체적으로, 제1 방열부(310')가 제2 방열부(330')의 제1 수납부(331')에 끼워지는(혹은 삽입되는) 방법으로 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330')를 결합시킬 수도 있다.
그러나, 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330') 사이의 접촉저항을 낮추기 위해서, 제1 방열부(310')와 제2 방열부(330')는 제1 실시 예에서 상술한 인서트 사출 가공 방법을 사용하여 일체로 형성될 수도 있다.
제3 실시 예
도 11은 제3 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 조명 장치를 위에서 바라본 분해 사시도이고, 도 13은 도 11에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 분해 사시도이고, 도 14는 도 11에 도시된 조명 장치에서 커버와 방열체만의 단면 사시도이고, 도 15는 도 11에 도시된 조명 장치에서 방열체만의 단면도이다.
도 11 내지 도 15에 도시된 제3 실시 예에 따른 조명 장치에서, 도 6 내지 도 10에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치와 동일한 구성요소는 동일한 도면 번호를 사용하였다. 따라서, 도 11 내지 도 15에 도시된 제3 실시 예에 따른 조명 장치에서, 도 6 내지 도 10에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치와 동일한 구성요소의 구체적인 설명은 앞서 설명한 것으로 대체하기로 하고, 이하에서는 방열체(300'')를 구체적으로 설명한다. 방열체(300'')를 설명함에 있어서, 제2 실시 예에 따른 방열체(300')와 구별되는 부분을 중심으로 설명하고, 제2 실시 예에 따른 방열체(300')가 갖는 특성은 제3 실시 예에 따른 방열체(300'')도 그대로 포함하는 것으로 이해해야 한다.
방열체(300'')는 제1 방열부(310'')와 제2 방열부(330'')를 포함한다. 제1 방열부(310'')는 상부(311'')와 하부(313'')를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 방열부(330'')는 제1 수납부(331''), 상면(332''), 제2 수납부(333'') 및 측면(335'')을 포함할 수 있다. 제2 방열부(330'')의 측면(335'')에는 바깥으로 돌출 또는 연장된 방열핀(335a'')이 배치될 수 있다.
제1 방열부(310'')의 상부(311'')는, 도 6 내지 도 10에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치의 제1 방열부(310')의 상부(311')와 상이하다. 구체적으로, 제3 실시 예에 따른 상부(311'')는 원통 형상의 하부(313'')의 바깥방향으로 돌출되고, 제2 실시 예에 따른 상부(311')는 원통 형상의 하부(313')의 내측 또는 중심방향으로 돌출된다.
제3 실시 예에 따른 상부(311'')를 포함하는 방열체(300'')는, 제2 실시 예에 따른 상부(311')를 포함하는 방열체(300')보다 방열 성능이 더 좋다. 왜냐하면, 제3 실시 예에 따른 상부(311'')의 표면적이 제2 실시 예에 따른 상부(311')의 표면적보다 넓고, 열을 바깥으로 방열하기 더 용이한 구조이기 때문이다. 따라서, 제3 실시 예에 따른 상부(311'')는 광원 모듈(200)이 고출력인 경우에 사용하는 것이 좋다.
반면에, 제2 실시 예에 따른 상부(311')를 포함하는 제1 방열부(310')의 가공비는, 제3 실시 예에 따른 상부(311'')를 포함하는 제1 방열부(310'')의 가공비보다 더 저렴하다. 왜냐하면, 제2 실시 예에 따른 상부(311')를 포함하는 제1 방열부(310')의 제조 공정이 제3 실시 예에 따른 상부(311'')를 포함하는 제1 방열부(310'')의 제조 공정보다 더 쉽고, 제2 실시 예에 따른 상부(311')의 체적이 제3 실시 예에 따른 상부(311'')의 체적보다 작기 때문이다. 따라서, 제2 실시 예에 따른 상부(311')는 광원 모듈(200)이 저출력인 경우에 사용하는 것이 좋다.
시뮬레이션 효과
도 16 및 도 17은 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 16은 도 2에 도시된 전원 제공부(400)가 있는 경우이고, 도 17은 전원 제공부(400)가 없는 경우이다.
시뮬레이션 결과는 Mentor Graphics사의 FloEFD S/W가 이용되었으며, 냉각 방식은 자연 대류 방식이고, 환경 온도는 상온(25℃)이다.
발광 소자는 LED PKG로서, 3030PKG(Vf=6.2V/PKG) 6 개(ea)를 사용하였고, 기판은 MPCB (Al5052 1.0T, Cu 1oz, 1Layer)이고, 기판과 방열체 사이에 방열 그리스(Thermal grease)(1.5W/mK)를 사용하였으며, 제1 방열부(310)는 Al5052 (140W/mK)를 사용하였고, 제2 방열부(330)는 PC (0.2W/mK)를 사용하였고, 전원 제공부(400)의 효율(PSU Efficiency)은 88%이었다.
도 16 및 도 17에서, 방열체의 최대 폭은 57.4mm, 높이는 60mm으로 가정하였고, 제1 방열부의 두께는 1.5T, 최대 폭은 52.2mm, 높이는 39.5mm로 가정하였다.
도 16에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 대략 74.8도(℃) 이고, 도 17에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 69.3도(℃) 이다.
도 16 및 도 17의 시뮬레이션 결과에 의하면, 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치는 Tsolder max가 70-80도(℃) 이내 이므로, 에너지스타의 LM-80 시험에 만족함을 확인할 수 있다.
도 18 및 도 19는 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열체가 핀(pin)을 가질 때의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 18은 도 2에 도시된 전원 제공부(400)가 있는 경우이고, 도 19는 전원 제공부(400)가 없는 경우이다.
도 18 및 도 19에서, 방열체의 최대 폭은 57.4mm, 높이는 69.2mm으로 가정하였고, 제1 방열부의 두께는 1.5T, 최대 폭은 51.9mm, 높이는 45.9mm로 가정하였다.
도 18에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 대략 72.2도(℃) 이고, 도 19에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 66.8도(℃) 이다.
도 18 및 도 19의 시뮬레이션 결과에 의하면, 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열체에 핀이 추가되면, 방열 성능이 더 좋아짐을 확인할 수 있다. 또한, Tsolder max가 70-80도(℃) 이내 이므로, 에너지스타의 LM-80 시험에도 만족함을 확인할 수 있다.
도 20은 도 6에 도시된 제2 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과이고, 도 21은 도 11에 도시된 제3 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 20에서, 방열체의 최대 폭은 57.4mm, 높이는 66mm으로 가정하였고, 제1 방열부의 두께는 1.5T, 최대 폭은 27mm, 높이는 46mm로 가정하였다. 도 21에서, 방열체의 최대 폭은 57.4mm, 높이는 66mm으로 가정하였고, 제1 방열부의 두께는 1.5T, 최대 폭은 44mm, 높이는 46mm로 가정하였다.
도 20에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 대략 88.3도(℃) 이고, 도 21에서 발광 소자의 솔더(solder)에서 측정된 최고 온도(Tsolder max)가 83.3도(℃) 이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제2 및 제3 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능이 제1 실시 예에 따른 조명 장치의 방열 성능보다 떨어지지만, 제1 방열부(310', 310'')의 사이즈 변경과 방열체(300', 300'')의 핀 구조를 최적화하면, 방열 성능을 개선할 수 있음을 확인하였다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 커버
200: 광원 모듈
300, 300', 300'': 방열체
400: 전원 제공부
500: 소켓

Claims (12)

  1. 비절연 재질의 제1 방열부와 절연 재질의 제2 방열부를 포함하는 방열체; 및
    상기 방열체 상에 배치되고, 적어도 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 방열부는 상기 광원 모듈이 배치되는 상부와, 상기 제2 방열부 내부에 배치된 하부를 포함하고,
    상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 분리가 제한되는, 조명 장치.
  2. 발광 소자가 배치된 기판; 및
    제1 방열부와, 상기 제1 방열부의 열 전도율보다 낮은 열 전도율을 갖는 제2 방열부를 포함하는 방열체;를 포함하고,
    상기 제1 방열부는 상기 기판이 배치되는 상부와, 상기 제2 방열부에 의해 둘러싸인 하부를 포함하고,
    상기 제1 방열부와 상기 제2 방열부는 일체인, 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 방열부의 상부는 평평한 판이고,
    상기 제1 방열부의 하부는 속이 빈 원통인 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원통은 상단부에서 하단부로 갈수록 그 폭이 줄어드는 구조를 갖는 조명 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 원통은 상단부에서 하단부로 갈수록 그 폭이 일정한 구조를 갖는 조명 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 방열부의 상부는 상기 제1 방열부의 하부의 상단부에서 바깥방향으로 연장된 조명 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 방열부의 상부는 상기 제1 방열부의 하부의 상단부에서 상기 원통의 중심방향으로 연장된 조명 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 방열부의 하부는 외면 또는 내면 중 적어도 하나 이상에 형성된 핀 또는 엠보싱 구조를 더 포함하는 조명 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 방열부는 금속 재질이고, 상기 제2 방열부는 수지 재질인 조명 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 방열부는 금속 분말을 더 포함하는 조명 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방열체 내부에 배치되고, 상기 발광 소자로 전원을 제공하는 전원 제공부를 더 포함하고,
    상기 전원 제공부는 상기 제2 방열부의 수납부에 배치된 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전원 제공부는 비절연 전원 제공부인 조명 장치.
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