KR20150105750A - 다면체형 엘이디등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디(LED) 소자를 이용한 산업용 조명등에 관한 것으로, 스테인레스 스틸 재질로 마련되고 소정의 각도로 굴곡되어 다면체 형상으로 마련되는 엘이디 기판; 상기 엘이디 기판 상면에 마련되고, 상기 엘이디 소자가 위치한 부위가 타공되어 상기 엘이디 소자가 외부로 노출되도록 마련되고, 상측면이 광반사 재질로 이루어지는 반사판; 및 내측에 상기 엘이디 기판 및 반사판이 설치되고, 개폐가능하게 상측면에 부착되는 투명 재질의 커버가 마련련되는 케이스를 포함하는 다면체형 엘이디등이 제공된다.
본 발명에 따른 다면체형 엘이디등에 의하면, 스테인레스 재질의 기판에 엘이디 소자가 실장됨으로써 엘이디 소자의 방열이 원활하고, 기판의 소성 가공이 가능하므로 다면체 형상으로 기판을 가공하여 광의 조사범위를 다양하게 변형할 수 있다. 다면체로 가공된 기판은 각 면의 전도성 패턴을 연결하기 위한 커넥터나 전선이 불필요하여 제작이 간편하고, 굴곡 부위의 고장이 원천적으로 차단될 수 있어 차량용, 산업현장용 경광등이나 캐노피등으로 활용될 수 있다. 일반적인 조명등으로 활용할 시에도 기판을 굴곡하여 광조사 범위를 넓힘으로써 더 넓은 면적에 광 조사가 이루어지도록 할 수 있어 경제적이다.

Description

다면체형 엘이디등{Polyhedral LED light}
본 발명은 엘이디(LED) 소자를 이용한 산업용 조명등에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 금속 기판 상에 실장되어 발열 제어를 위한 구성이 불필요하며 습기 및 먼지에 강하여 산업 현장이나 터널 내부 조명으로 사용될 수 있고, 기판의 굴곡 가공이 가능하여 다면체형으로 제공 가능한 조명장치에 관한 것이다.
저전력, 고휘도, 긴 수명 등으로 최근 조명장치에 널리 적용되고 있는 엘이디(LED, Light Emitting Diode) 소자는 일반적으로 에폭시 재질의 PCB(Printed Circuit Board) 상에 엘이디 소자를 실장하여 케이싱됨으로써 제품화되고 있다. 이러한 엘이디 조명 제품은 엘이디 소자에서 발생하는 열로 인해 소자 자체의 열화가 가속되고 시스템 전체에도 고장이 발생할 수 있기 때문에, 발열을 통제하기 위한 다양한 설계가 요구된다.
현재까지 엘이디 소자는 30% 정도의 효율을 가진 것으로 알려져 있으며, 더 높은 광도를 얻기 위해 출력이 높아질수록 발열량도 증가하게 되므로 소자, 기판, 외부 쿨러 등 다양한 단계에서 방열 수단이 마련되고 있다. PCB의 경우 금속 재질을 이용한 고방열 PCB가 적용될 수 있다. 일반적인 PCB는 유리 섬유와 에폭시의 복합 소재로 이루어진 절연층을 가지는 FR-4라고 하는 기판이 쓰이고 있는데, FR-4 기판의 경우 열전도도가 약 0.3W/m-K 정도로 매우 낮아 열이 많이 발생되는 고출력 전자 회로는 열전도도가 우수한 절연층 및 금속 베이스로 이루어지는 metal PCB가 사용되고 있다.
국내 공개 특허 제 10-2012-0021901 호(발명자 : 김동수)는 금속 판넬을 가지는 조명장치로서, 비전도성 막이 코팅되는 금속 판넬과, 금속 판넬에서 비전도성 막 상에 형성되는 전도성 패턴과, 전도성 패턴에 접속하도록 부착되는 발광소자를 포함하도록 한 금속 판넬을 가지 는 조명장치가 제공된다.
상기 인용기술은 제조 공정이 간단하고, 금속 판넬을 사용함으로써 열방출 효율이 뛰어나며, 완전 밀봉된 상태로 제작되어 높은 기밀성을 가짐으로써 실내 및 실외 공간이나 수중에서 조명 또는 표시모듈로 사용될 수 있다. 또한 금속 기판의 특성을 이용한 소성 가공을 통해 평면 광원인 엘이디 소자의 광 조사각을 확대할 수 있어 광 확산을 위한 설계를 감축할 수 있다.
한편 엘이디 조명은 직진성 및 긴 수명에 따른 경제성으로 산업현장에서 유용성이 높고, 먼지나 수분에 상대적으로 강하므로 야외 환경에서 사용되기에 적합하다. 국내 등록특허 제 10-1070393 호(발명자 : 윤성명)는 내부에 다수의 엘이디 형광등이 설치되는 터널등 본체부 상측으로 링크부재를 개재하여 터널등 커버가 개폐 가능토록 설치되며, 상기 터널등 본체부의 상부 일측에는 제1 지지대가 착설되고, 상기 터널등 본체부의 상부 타측에는 제2 지지대가 착설토록 되고, 이때 상기 제1 지지대는, 양측으로 제1 절곡부를 개재하여 터널의 천정에 볼트로 결합토록 볼트 결합홀이 형성되며, 상기 제2 지지대는, 양측으로 상기 제1 지지대의 절곡부 보다 길이가 길게 형성되는 제2 절곡부를 개재하여 터널의 천정에 볼트로 결합토록 볼트 결합홀형성되어 상기 터널등 본체부가 터널의 차량 진입부 방향으로 기울어져 터 널 천정에 설치되며, 상기 터널등 본체부 내부에 설치되는 각각의 엘이디 형광등의 호형 커버 하부 양측에는 결합돌기가 절곡 형성되어, 호형 기판 지지부의 상부 양측 단부에 형성된 커버 결합홈 내부에 슬라이드식으로 결 합되고, 상기 호형 기판 지지부의 커버 결합홈과 대응하는 반대측에는 기판 결합홈이 형성되어, 이에 엘이디가 착설된 엘이디 기판이 슬라이드식으로 결합토록 설치되는 구성으로 이루어진 엘이디 형광등을 이용한 터널등을 제공한다.
상기 비교기술은 터널등 내에 장착되는 LED등이 형광등형으로, 기판이 평면으로 제한됨에 따라 엘이디 소자에 의한 광의 조사 범위가 제한적이고, 광의 조사각을 조절하기 위해 케이스 자체가 설치되는 각도를 조절해야 하므로 설치가 불편하고 다양한 용도로 사용되기 어렵다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 금속 기판 상에 엘이디 소자가 실장되어 방열을 위한 별도의 구성이 불필요하고, 기판을 굴곡 가공함으로써 광의 조사각 및 범위를 자유롭게 조절할 수 있는 다면체형 엘이디등을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 의하면, 스테인레스 스틸 재질로 마련되는 기판 상에 비전도성막이 코팅되고, 상기 비전도성막 상에 전도성 패턴이 형성되며, 상기 전도성 패턴 사이를 연결하도록 실장되는 엘이디 소자로 이루어지고, 소정의 각도로 굴곡되어 다면체 형상으로 마련되는 엘이디 기판; 상기 엘이디 기판 상면에 마련되고, 상기 엘이디 소자가 위치한 부위가 타공되어 상기 엘이디 소자가 외부로 노출되도록 마련되고, 상측면이 광반사 재질로 이루어지는 반사판; 및 내측에 상기 엘이디 기판 및 반사판이 설치되고, 개폐가능하게 상측면에 부착되는 투명 재질의 커버가 마련련되는 케이스를 포함하는 다면체형 엘이디등이 제공된다.
이때 상기 엘이디 기판은, 사각뿔 형태의 다면체로 굴곡되어 마련되고, 네 측면에 실장되는 상기 엘이디 소자에 의해 사면으로 광조사가 가능하도록 마련되는 사면형 엘이디 기판을 더 포함하는 다면체형 엘이디등이 제공된다.
상기 케이스는, 저면부에 벽면 설치를 위한 브라켓이 마련되되, 상기 브라켓은, 상기 케이스의 저면부와 벽면이 소정의 간격으로 이격되도록 마련되는 다면체형 엘이디등이 제공된다.
또한 상기 케이스는, 방진 및 방수 처리가 되도록 이루어지는 다면체형 엘이디등이 제공된다.
본 발명에 따른 다면체형 엘이디등에 의하면, 스테인레스 재질의 기판에 엘이디 소자가 실장됨으로써 엘이디 소자의 방열이 원활하고, 기판의 소성 가공이 가능하므로 다면체 형상으로 기판을 가공하여 광의 조사범위를 다양하게 변형할 수 있다. 다면체로 가공된 기판은 각 면의 전도성 패턴을 연결하기 위한 커넥터나 전선이 불필요하여 제작이 간편하고, 굴곡 부위의 고장이 원천적으로 차단될 수 있어 차량용, 산업현장용 경광등이나 캐노피등으로 활용될 수 있다.
또한 일반적인 조명등으로 활용할 시에도 기판을 굴곡하여 배광 범위를 넓힘으로써 더 넓은 면적에 광이 분포되도록 할 수 있으며, 별도의 확산형 렌즈 설치나 렌즈의 에이밍 등의 작업이 줄어듦으로 경제성을 높힐 수 있고, 경광등, 고천정등, 터널등으로 활용될 수 있어 적용성이 높다.
도 1은 본 발명인 다면체형 엘이디등의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명인 다면체형 엘이디등의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명인 다면체형 엘이디등의 엘이디 기판의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명인 다면체형 엘이디등의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명인 다면체형 엘이디등의 또다른 실시예를 도시한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명인 다면체형 엘이디등의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명인 다면체형 엘이디등의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 엘이디 기판(10), 케이스(110) 및 반사판으로 구성될 수 있다.
엘이디 기판(10)은 스테인레스 스틸 소재의 판으로 마련되는 기판(11)에 비전도성막(12), 전도성 패턴(13), 엘이디 소자(15) 및 보호층(14)이 순서대로 실장됨으로써 마련된다. 기판(11)은 금속 재질로 마련되기 때문에 상면에 비전도성막(12)이 코팅되어야 한다. 비전도성막(12)은 비전도성 페이스트를 스프레이 등으로 분사하여 코팅하고, 오븐에서 400~700℃의 열처리 과정을 거쳐 소결시킴으로써 형성될 수 있다.
전도성 패턴(13)은 엘이디 소자(15)가 솔더링(soldering)이나 와이어본딩(wire bonding)에 의해 접속됨으로써 회로를 형성하게 되는데, 일례로 음극단과 양극단을 가지고, 두 단 사이에 마련되는 전도성 스트립에 엘이디 소자(15)가 연결되어 전류가 이동함으로써 엘이디 소자(15)가 작동하게 된다.
상술한 바와 같이 전도성 패턴(13)에 엘이디 소자(15)가 실장되면, 사용하려는 조명등의 용도에 따라 기판을 소성가공하여 다면체 형상으로 변형을 가할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 기판(11)은 루프(roof) 형상으로 굴곡 가공되어 엘이디 소자의 광 조사각이 커지도록 가공될 수 있다.
엘이디 소자를 이용한 기존의 조명등기구는 엘이디 소자에서 발생되는 빛을 정해진 각도로 확산시키기 위하여 반사판에 마련되는 렌즈들을 일정한 조사 각도로 고정시켜서 사용하게 된다. 엘이디 소자는 발광되는 빛의 직진성이 크고 조사 각도가 좁기 때문에 렌즈를 사용하여 빛을 확산시키게 되나, 각각의 소자에 장착되는 렌즈에 대한 에이밍 작업을 통해 균제도(均齊度, uniformity ratio of illumination)를 얻도록 해야 한다. 여기서 균제도라 함은 일정 공간에서 빛의 균일한 분포 정도를 말하며, 조도 균제도와 휘도 균제도가 있다. 일반적으로 균제도란 주로 조도 균제도를 말하는데, 어떤 면의 조도 값 중 한정된 범위에 있어서의 평균 조도 값에 대한 최소 조도 값의 비로 나타낸다. 즉 엘이디 광원은 큰 직진성과 좁은 조사각으로 인해 확산렌즈를 사용하고, 렌즈에 의해 광이 일정한 범위 내로 조사되도록 함으로써 광이 도달하는 영역에서 빛이 균일하게 분포되도록 해야 한다.
엘이디 소자를 이용한 조명등의 이러한 특성은 엘이디 소자가 평면 기판 상에 실장됨으로써 광원의 조사각을 조절할 수 없기 때문에 발생하는 문제이기도 하다. 따라서 기판(11) 자체를 굴곡 가공하여 엘이디 소자에 의한 광원의 조사 범위를 조절함으로써 확산 렌즈 사용 및 에이밍 등의 구성을 대체하여 경제성을 높힐 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면 다면체형 엘이디 기판(20)을 적용한 천정등(200) 및 경광등(300)의 일 실시예가 도시되어 있다. 천정등(200)과 경광등(300)은 각각 케이스(210, 310), 커버(211, 311) 및 케이스 내의 다면체형 엘이디 기판(20)으로 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이 천정등(200)과 경광등(300)에는 측면이 경사진 육면체형으로 가공된 기판(11)으로 마련되는 다면체형 엘이디 기판(20)이 적용됨으로써, 단일 기판을 사용하고, 넓은 조사범위를 갖는 조명기구를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 기판(11)의 굴곡 가공이 완료되면, 전도성 패턴(13)의 단락이나 쇼트 테스트를 거친 후 보호층(14)을 코팅할 수 있다. 보호층(14)은 절연층의 역할을 하고, 전도성 패턴(13)을 보호하도록 마련될 수 있다. 보호층(14)은 열경화성 수지인 에폭시계 폴리머 또는 실리콘과 열가소성 수지인 폴리비닐 아세테이트 또는 우레탄을 코팅함으로써 이루어질 수 있다.
엘이디 기판(10)의 상면에는 반사판(130)이 설치될 수 있다. 반사판은 엘이디 소자(15)가 위치한 부위가 타공되고 상측면이 광반사 재질로 마련되어 엘이디 소자(15)의 광이 확산될 수 있도록 하는 역할을 한다. 반사판(130)의 상측면 재질은 화이트UV 도료나 패어글래스(pair glass)로 마련될 수 있다. 반사판(130)은 엘이디 기판(10, 20)에 접하도록 마련되므로, 엘이디 기판의 형태에 따라 굴곡 가공되거나, 각각의 굴곡면에 부착되는 다수의 단판들로 구성될 수 있다.
반사판(130)이 부착된 엘이디 기판(10)은 케이스(110) 내측에 설치될 수 있다. 케이스(110)는 방수 및 방진 처리가 되고, 엘이디 기판(10)에 전원을 공급하기 위한 인버터(140)가 내장되도록 마련된다. 도 2를 참조하면, 케이스(110)는 저면에 천정 내지 벽면에 장착되기 위한 브라켓(112)이 용접 등에 의해 접합되어 마련됨으로써, 브라켓(112)과 설치 벽면(미도시)이 볼트 결합됨으로써 고정될 수 있다. 이때 브라켓(112)은 케이스(110)의 저면과 벽면이 일정한 간격으로 이격되도록 높이를 갖게끔 마련됨으로써, 케이스(110) 내부의 열이 원활히 방출되도록 할 수 있다.
또한 케이스(110)의 상측면에는 투명 재질의 커버(111)가 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 커버(111)는 일측이 케이스(110)의 일측에 힌지(h) 결합되고, 타측에 잠금장치(l)가 마련됨으로써 용이하게 개폐가 가능하므로, 엘이디 기판(10)이나 인버터(140)의 이상 시 교체가 용이하다.
본 발명에 따라 제공되는 엘이디등은 산업 현장 및 옥외에서 사용될 수 있으므로, 케이스(110)는 방진 및 방수 처리가 되도록 마련되는 것이 바람직하다. 엘이디 기판(10)은 보호층(14) 및 기판(11)에 의해 전도성 패턴(13) 및 엘이디 소자(15)가 외부 오염으로부터 보호되므로 기본적인 방진 및 방수가 이뤄지지만, 인버터, 연결 케이블 및 커넥터와 반사판(130)은 외부의 먼지 및 물로 오염될 경우 고장이나 기능 저하가 발생할 수 있다. 예컨대 터널등으로 사용될 경우 터널 내에서 발생하는 먼지 및 터널 내부의 청소나 결로로 인해 발생하는 침수에 대한 방수 처리가 필요하다. 이러한 환경에서 전기제품 외함 보호규격(IEC-529 standard)에 따른 방수방진 규격은 IP64로, 먼지의 침투가 완전히 방지되며 임의의 각도로 떨어지는 물이 유해한 영향을 끼치지 않는 수준이 권장된다.
도 3을 참조하면, 이에 따라 케이스(110)의 측면 모서리의 상면, 즉 커버(111)의 가장자리가 접하는 부위에는 실링부재(111a)가 마련될 수 있다. 실링부재(111a)는 고무재질로 마련되어 케이스(110)의 모서리 상면을 따라 매립되어 마련되고, 커버(111)가 닫혔을 시 커버(111)의 저면 가장자리에 밀착됨으로써 커버(111)와 케이스(110) 사이의 틈으로 먼지나 물이 침투되는 것을 방지한다.
이와 같은 본 발명에 따른 다면체형 엘이디등의 작용을 설명하기로 한다.
도 1에 따른 엘이디등(100)에 의하면, 엘이디 기판(10)의 중앙부가 굴곡 가공됨으로써, 일반적인 평면 기판에 실장된 엘이디 소자를 광원으로 하는 조명기구와는 달리 별도의 광학기구 없이도 엘이디 광의 조사각을 넓힐 수 있다. 이는 일반적인 평면 엘이디 조명기구가 둥근 형태의 "램버션(lamnertian)" 배광(配光) 곡선을 가짐으로써 광의 조사범위가 좁은 문제를 해결할 수 있는 수단을 제공한다. 상술한 바와 같이 엘이디 기판(10)을 굴곡시킴으로써 배광 범위가 일반적인 형광등과 같은 "베트윙(bat-wing)" 형태가 되도록 조절할 수 있으며, 배광 범위가 넓어짐으로써 조명기구의 효율적인 사용이 가능하다.
여기에서 배광(light distribution)이라 함은 광원의 광도에 대한 공간분포를 뜻한다. 광원의 공간분포는 광원의 중심을 지나는 평면상의 배광인 수평면 배광과 광원의 연직축을 지나는 연직면 배광으로 분석될 수 있으며, 배광 범위는 수평면 배광과 연직면 배광을 기준으로 한 극좌표로 나타낼 수 있다. 전술한 바 램버션 배광은 이러한 극좌표가 둥근 원형에 가까운 형태로 나타남으로써 광원의 주변부에 도달하는 광량이 상대적으로 부족한 배광 형태라 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스틸 재질의 엘이디 기판(10)의 특성 상 소성 가공이 비교적 자유로우므로, 다양한 각도로 굴곡을 형성함으로써 엘이디 광에 의한 배광 범위를 넓힐 수 있고, 확산렌즈를 사용하지 않으므로 렌즈의 에이밍 조정 등이 불필요하여 생산성 및 조작성이 높다.
또한 기판의 소성 가공이 가능함에 따라 기판을 다양한 형태로 가공할 수 있으며, 이에 따라 다면체형 엘이디 기판(20)을 가공할 수 있으며, 이를 활용하여 도 4 및 도 5에서와 같이 특수 형태의 조명 기구 제작이 가능하며, 다면체의 광원을 단일 기판으로 제작할 수 있으므로 생산 단가를 낮출 수 있으며 고장을 방지할 수 있으며, 스틸 소재의 기판으로 이루어짐에 따라 방열을 위한 구성을 줄일 수 있어 경제적이다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 엘이디 기판 11 : 기판
12 : 비전도성막 13 : 전도성 패턴
14 : 보호층 15 : 엘이디 소자
20 : 다면체형 엘이디 기판
110 : 케이스 111 : 커버
111a : 실링부재 112 : 장착브라켓
130 : 반사판 140 : 인버터
200 : 천정등 300 : 경광등

Claims (4)

  1. 스테인레스 스틸 재질로 마련되는 기판(11) 상에 비전도성막(12)이 코팅되고, 상기 비전도성막(12) 상에 전도성 패턴(13)이 형성되며, 상기 전도성 패턴(13) 사이를 연결하도록 실장되는 엘이디 소자(15)로 이루어지고, 소정의 각도로 굴곡되어 다면체 형상으로 마련되는 엘이디 기판(10);
    상기 엘이디 기판(10) 상면에 마련되고, 상기 엘이디 소자(15)가 위치한 부위가 타공되어 상기 엘이디 소자(15)가 외부로 노출되도록 마련되고, 상측면이 광반사 재질로 이루어지는 반사판(130); 및
    내측에 상기 엘이디 기판(10) 및 반사판(130)이 설치되고, 개폐가능하게 상측면에 부착되는 투명 재질의 커버(111)가 마련되는 케이스(110)를 포함하는 다면체형 엘이디등.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엘이디 기판(10)은,
    사각뿔 형태의 다면체로 굴곡되어 마련되고, 네 측면에 실장되는 상기 엘이디 소자에 의해 사면으로 광조사가 가능하도록 마련되는 다면체형 엘이디 기판(20)을 더 포함하는 다면체형 엘이디등.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(110)는,
    저면부에 벽면 설치를 위한 브라켓(112)이 접합되되, 상기 브라켓(112)은,
    상기 케이스(110)의 저면부와 벽면이 소정의 간격으로 이격되도록 마련되는 다면체형 엘이디등.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(110)는,
    상기 커버(111)의 가장자리가 접하는 측면 모서리 상면에 실링부재(111a)가 마련되는 다면체형 엘이디등.
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