KR20210156421A - 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프 - Google Patents

방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백열램프 구조를 가지고 일체로 형성된 유리구 또는 플라스틱구의 내부에 있는 엘이디 모듈 및 엘이디 기판에서 발생한 열을 외부로 효율적으로 방출하여 엘이디 램프의 내구성을 높이기 위한 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프를 제공한다.
본 발명에 따르면 엘이디 모듈 및 전원공급장치로부터 발생된 열을 열대류가 아닌 열전도에 의하여 베이스를 통하여 최대한 방출하기 위하여 상기 내부 공간에 열전도부재를 충진함으로써 밀폐구조의 엘이디 램프의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 기존 글로브, 스템 및 베이스로 이루어진 백열램프를 제조하기 위한 생산설비를 그대로 사용할 수 있음으로 추가적인 공정비용이 발생하지 않음으로 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프{LED LAMP SHAPED AN INCANDESCENT BULB TYPE WITH HEAT DISSIPATION FUNCTION}
본 발명은 엘이디 램프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백열전구 구조를 가지고 형성된 유리구 또는 플라스틱구의 내부에 있는 엘이디 모듈 및 PCB 기판에서 발생한 열을 외부로 효율적으로 방출하여 엘이디 램프의 내구성을 높이기 위한 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프에 관한 것이다.
일반적인 백열전구는 텅스텐으로 이루어진 필라멘트에 전류가 흘러 열과 빛을 발산하여 주위를 밝게 하거나 따뜻하게 할 수 있다. 램프 내부는 헬륨, 아르곤, 질소의 단독 또는 혼합가스로 충전되어 텅스텐 필라멘트의 내구성을 증진시켜 램프의 수명을 오래 유지할 수 있다. 백열전구는 일체로 형성된 유리 또는 플라스틱 재질로 외부 형상을 가지고 이루어져 있으며, 상기 혼합가스를 내부로 충진하기 위한 가스주입구는 상기 외부 형상으로부터 연장되어 형성된다. 백열전구의 외부 형상은 배광방향에 의한 빛을 집중시키거나 퍼뜨려서 간접조명으로 사용하는 용도에 따라 R형, 타원 반사형, PAR형, 보울반사형 등으로 이루어질 수 있다.
백열전구는 가스주입구를 통하여 소정의 가스를 주입한 후 가스주입구를 밀봉함으로써 내부는 외부 공기와 완전히 차단된 상태를 유지한다. 백열전구는 소켓과 전기적으로 연결되는 베이스를 가지며, 상기 베이스는 외부 전원을 인가하기 위한 + 도입선 및 - 도입선이 스템을 통하여 필라멘트에 전기를 공급할 수 있다.
한편 근래에는 에너지를 절감하고, 실내 및 실외 다양한 조명 인테리어를 연출할 수 있는 엘이디 모듈을 이용한 엘이디 램프가 제조되고 있다. 엘이디 램프가 긴 수명을 유지하고는 있으나, 엘이디 모듈 및 엘이디 모듈에 전원을 공급하기 위한 전원 공급장치로부터 발생되는 열에 의하여 엘이디 램프의 기대 수명을 크게 감소시키고 있는 실정이다.
이러한 엘이디 램프의 열방출과 관련하여 대한민국등록특허공보 제10-1032415호의 방사형 방열장치 및 이를 이용한 전구형 LED 조명장치가 개시된다. 상기 선행기술은 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 발생한 열을 방출하기 위하여 몸체의 원통부와 플린지부에 LED 패키지로부터 몸체를 통하여 전도된 열을 방출하기 위한 다수의 방열핀이 형성된 방열장치를 형성하고 있다. 그러나 상기 방열장치는 글로브와 스크류캡사이에 연결되어 외부 형상은 3개의 부분으로 나누어져 상호 끼움결합 또는 나사결합하는 구조이며 방열장치를 제조하는 비용이 더해져 제품원가가 높을 수 밖에 없다.
따라서 백열전구의 외부 형상을 그대로 유지한 상태에서 내부에 엘이디 모듈을 배치하고, 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 발생되는 열을 외부로 효율적으로 방출하여 엘이디 램프의 내구성을 향상시킬 수 있는 새로운 엘이디 램프의 개발이 필요하다 할 것이다.
1. 대한민국등록특허공보 제10-1032415호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 백열전구 구조를 가지고 유리구 또는 플라스틱구의 내부에 있는 엘이디 모듈 및 엘이디 기판에서 발생한 열을 외부로 효율적으로 방출하여 엘이디 램프의 내구성을 높이기 위한 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예인 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프는 램프의 외형을 형성하는 글로브, 가스주입부가 형성된 스템에 지지되어 글로브 내부에 설치되는 엘이디 모듈, 상기 엘이디 모듈에 전기를 공급하기 위한 전원공급부 및 상기 글로브의 일측과 접합되고 소켓과 연결되어 상용전원을 상기 전원공급부로 공급하는 베이스 및 상기 베이스 내면과 전원공급부의 인쇄회로기판(PCB)이 형성하는 내부 공간에 충진되어 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 발생한 열을 베이스를 통하여 외부로 방출하는 열전도부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 열전도부재는 방열실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 열전도부재는 글로브에 베이스가 접합된 후, 베이스 상부에 형성된 개구를 통하여 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 전원공급부의 인쇄회로기판(PCB)에는 가스주입부가 삽입되는 가스주입부 홀이 형성되고, 가스주입부와 인쇄회로기판(PCB)의 가스주입부 홀사이에는 실링부재가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전원공급부와 접합면 사이에 + 전선 및 - 전선을 지지하는 절연시트를 더 포함하고, 상기 절연시트는 중앙에는 가스주입부가 삽입되는 홀이 형성되고, 상기 홀로부터 소정의 방향으로 적어도 하나 이상의 절개선이 형성되어 가스주입부가 상기 홀에 삽입되는 도중 절개판이 가스주입부의 외면에 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 엘이디 모듈 및 전원공급장치로부터 발생된 열을 열대류가 아닌 열전도에 의하여 베이스를 통하여 최대한 방출하기 위하여 상기 내부 공간(S)에 열전도부재를 충진함으로써 밀폐구조의 엘이디 램프에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 방출함으로써 엘이디 램프의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 기존 글로브의 일부분에 비싼 알루미늄 히트싱크와 같은 방열장치를 사용하지 않음에 따라 원가를 절감할 수 있으며, 기존 글로브, 스템 및 베이스로 이루어진 백열전구를 제조하기 위한 생산설비를 그대로 사용할 수 있음으로 추가적인 공정비용이 발생하지 않음으로 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프의 제조 공정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3a 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프의 제조 공정을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 엘이디 램프(1000)는 램프의 외형을 형성하는 글로브(10), 스템(4)에 지지되어 글로브 내부에 설치되는 엘이디 모듈(120), 상기 엘이디 모듈(120)에 전기를 공급하기 위한 전원공급부(100), 상기 글로브의 일측과 접착되고 소켓과 연결되어 상용전원을 상기 전원공급부로 공급하는 베이스(20) 및 상기 베이스 내부 공간에 충진되어 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 발생한 열을 상기 베이스를 통하여 외부로 방출하는 열전도부재(300)를 포함한다.
글로브(10)는 유리구 또는 플라스틱구로 이루어지고, 엘이디 모듈(120)로부터 방출되는 방사되는 빛을 집중하거나 퍼뜨리는 배광방향에 따라 R형, 타원 반사형, PAR형, 보울반사형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 글로브(10)는 내부공간이 외부공간과 분리되는 하나의 일체화된 형상으로 이루어질 수 있다. 글로브(10)는 소정의 유리구의 개구 부분에 엘이디 모듈을 지지하기 위한 스템(4)를 삽입한 후, 상기 개구의 일부분과 스템(4)의 일부분을 접합하여 형성될 수 있으며, 이러한 접합면은 이후 전원공급부(100)가 안착하는 접합면(10a)이 될 수 있다. 또한 글로브(10)의 일부분은 베이스(20)가 접합될 수 있는 베이스 접합면(10b)이 형성될 수 있다. 스템(4)은 중앙에 소정의 길이를 갖는 바형상의 기둥이 형성되고, 상기 기둥의 중앙에는 글로브(10) 내부로 소정의 가스를 주입하기 위한 가스주입부(3)가 형성될 수 있다. 또한 스템(4)은 엘이디 모듈(120)를 지지하기 위한 하부 도입선(5) 및 상부 도입선(6)이 연결되고, 상기 하부 도입선(5) 및 상부 도입선(6)에 각각에 + 전선(1) 및 - 전선(1)이 연결되어 엘이디 모듈(120)에 전기를 공급할 수 있다.
따라서 스템(4)과 연결되는 글로브(10)는 하나의 일체화된 형상을 갖으며, 가스주입구(3a)를 통하여 소정의 가스가 주입된 후 상기 가스주입구(3a)를 밀봉함으로써 글로브 내부는 외부와 완전히 차단된 공간이 형성될 수 있다. 여기서 글로브(10)가 하나의 일체화된 형상을 갖는다는 의미는 글로브 내부는 외부와 공기가 흐를 수 없는 밀폐구조임과 동시에 유리구 또는 플라스틱구가 소정의 일부분에서 분리된 후 분리된 각 부분이 끼움결합, 나사선결합 등에 의하여 연결되는 구조를 가지지 않는다고 이해될 수 있다.
한편 상기 글로브(10) 내부로 주입되는 소정의 가스는 엘이디 모듈로부터 방출되는 열이 내부 대류를 통하여 유리구 표면 또는 베이스(20) 쪽으로의 열전달효율을 높이기 위하여 헬륨, 질소, 아르곤 등의 단일가스 또는 이들을 혼합한 혼합가스로 이루어질 수 있다.
글로브(10)에 엘이디 모듈(120)가 연결된 스템(4)이 접합된 후, 글로브(10)의 입구쪽의 접합면(10a)에는 전원공급부(100)가 안착되어 전원공급부(100)는 글로브(10)에 접합될 수 있다. 상기 전원공급부(100)는 베이스와 연결되는 + 전선(1) 및 - 전선(2)을 통하여 인가되는 상용전원을 엘이디 모듈을 구동할 수 있는 직류로 변환하기 위한 소정의 전자부품들이 실장되어 있는 인쇄회로기판(PCB)으로 이루어질 수 있다. 상기 전원공급부(100)는 인쇄회로기판(PCB) 중앙에 가스주입부(3)가 관통하는 가스주입부 홀(110)이 형성될 수 있다. 전원공급부(100)가 글로브(10)에 연결된 후, 베이스(20)의 끝부분이 글로브의 측부에 형성된 베이스 접합면에 접합되어 베이스(20)와 글로브(10)는 접합될 수 있다. 따라서 베이스(20)의 내면과 전원공급부(100)의 인쇄회로기판(PCB)이 형성하는 내부 공간(S)이 형성되고 상기 내부 공간은 공기(대기)로 채워진 상태가 된다.
한편 엘이디 램프는 엘이디 모듈 및 엘이디 모듈을 구동하기 위한 전원공급장치로부터 발생되는 열에 의하여 내구성이 크게 감소한다는 문제가 있다. 또한 조도를 높이기 위하여 전원공급장치에 큰 전류를 흘려주어야 할 경우, 열에 의한 내구성 문제는 더욱 심각해진다. 특히 본발명과 같이 글로브가 하나의 일체화된 형상(백열전구형상)을 갖는 경우, 글로브 내부의 엘이디 모듈로부터 발생되는 열은 대류에 의하여 유리구 표면으로 방출되거나 전원공급부(100)로 열을 전달할 수 밖에 없으며, 전원공급부(100)로부터 방출되는 열 또한 베이스 내부에서 열대류에 의하여 베이스 표면으로 이동하여 열을 방출할 수 밖에 없는 구조이다. 따라서 엘이디 모듈로부터 발생된 열을 전달받은 전원공급부(100)는 열에 더 영향을 받아 와이어 단선, 전자부품의 불량 등이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 밀폐 구조를 갖는 엘이디 램프에서 내구성을 확보하기는 거의 불가능하다 할 것이다.
본 발명은 엘이디 모듈 및 전원공급장치로부터 발생된 열을 열대류가 아닌 열전도에 의하여 베이스(20)를 통하여 최대한 방출하기 위하여 상기 내부 공간(S)에 열전도부재(300)를 충진함으로써 해결할 수 있다. 열전도부재(300)는 방열실리콘으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 페이스트 형태를 가지고 소정의 공간에 주입하여 충진할 수 있는 다양한 열전도물질로 이루어질 수 있다. 즉 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 방출되는 열은 전원공급부의 기판 및 각 부품들과 접촉하고 있는 열전달부재로 즉시 전도되어 베이스쪽으로 최대한 방열될 수 있다. 따라서 고효율의 방열기능을 갖는 본발명은 밀폐구조의 엘이디 램프의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 기존 글로브의 일부분에 비싼 방열장치를 사용하지 않음에 따라 원가를 절감할 수 있다. 또한 기존 글로브, 스템 및 베이스로 이루어진 백열전구를 제조하기 위한 생산설비를 그대로 사용할 수 있음으로 추가적인 공정비용이 발생하지 않음으로 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 열전도부재(300)는 글로브(10)에 베이스(200)가 접합된 후, 베이스 상부에 형성된 개구(21)를 통하여 주사기 또는 디스펜서 등을 통하여 주입될 수 있다. 엘이디 램프(1000)는 베이스 내부공간(S)에 열전도부재(300)가 충진된 후, 개구(21)를 막음과 동시에 소켓의 접점에 연결되는 마감캡(30)이 베이스 상부에 연결됨으로써 완성될 수 있다. 상기 마감캡(30)은 전도성 재질로 이루어진 리벳으로 이루어질 수 있다.
한편 베이스 내부공간(S)에 열전도부재(300)를 충진시 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 가스주입부 홀(110)과 가스주입부(3)간의 틈사이로 열전도부재(300)가 흘러들어가는 것을 방지하기 위하여 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 가스주입부 홀(110)과 가스주입부(3)간에 형성하는 틈을 메우기 위한 실링부재가 삽입될 수 있다. 상기 실링부재는 오링(O-ring, 도 4의 320 참조)이 삽입될 수 있으나 이에 한정하지 않고, 가스주입부 홀과 가스주입부간에 형성하는 틈을 메우기 위한 페이스트 타입의 실리콘 또는 고무 재질 등의 다양한 실런트로 이루어질 수 있다.
한편 도 3a의 (b) 및 도 3b를 참고하면, 접합면(10a)에 전원공급부(100)를 접합하기 전에 + 전선 및 - 전선이 관통되는 절연시트(310)가 접합될 수 있다. 절연시트(310)는 전원공급부의 인쇄회로기판(PCB)과 연결되는 + 전선 및 - 전선이 움직이지 않도록 지지하여 엘이디 램프 제조공정시 인쇄회로기판(PCB)의 납땜부분과 + 전선 및 - 전선이 접촉되어 단락되는 현상을 방지할 수 있다. 절연시트(310)는 + 전선 및 - 전선을 지지하기 위하여 두 개의 지지홀(322)이 형성되고, 상기 지지홀(322)의 일측은 절연시트(310)의 가장자리와 절개선(321)으로 연결될 수 있다. 따라서 + 전선 및 - 전선 각각은 절연시트(310)의 가장자리로부터 절개선(321)을 따라 가이드되어 지지홀(322)에 안착됨으로써 절연시트(310)에 지지될 수 있다.
또한 절연시트(310)는 중앙에는 가스주입부(3)가 삽입되는 홀(311)이 형성되고, 상기 홀(311)로부터 소정의 방향으로 적어도 하나 이상의 절개선(311a)이 형성될 수 있다. 상기 홀(311)의 직경은 가스주입부(3)의 직경보다 소정의 길이만큼 작게 형성되어 가스주입부(3)가 상기 홀(311)에 삽입되는 도중 절개선(311a)이 절개되고, 이에 따라 형성된 절개판(311b)이 가스주입부(3)의 외면에 부착될 수 있다. 가스주입부(3)의 외면에 부착에 부착된 절개판(311b)은 열전도부재 충진시 글로브 내부로 열전도 부재가 흘러가는 것을 방지할 수 있다. 절연시트(310)는 우수한 강도, 내열성 및 투명성을 갖는 폴리카보네이트 등의 난연성 재질로 이루어질 수 있다. 열전도부재 충진시 글로브 내부로 침투하는 것을 방지하기 위한 절연시트(310) 및 실링부재는 둘 중 어느 하나만이 엘이디 램프에 적용되거나 모두 적용될 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: +전선 2: - 전선
3: 가스 주입부 3a: 가스주입구
4: 스템 10: 글로브
10a: 접합면 10b: 베이스 접합면
20: 베이스 21: 개구
30: 마감캡 100: 전원공급부
110: 가스주입부 홀 120: 엘이디 모듈
300: 열전도부재 310: 절연시트
311a: 절개선 311b: 절개판
321: 절개선 322: 지지홀
320: 오링(o-ring) 1000: 엘이디 램프

Claims (5)

  1. 램프의 외형을 형성하는 글로브(10),
    가스주입부가 형성된 스템(4)에 지지되어 글로브 내부에 설치되는 엘이디 모듈(120),
    상기 엘이디 모듈(120)에 전기를 공급하기 위한 전원공급부(100) 및
    상기 글로브의 일측과 접합되고 소켓과 연결되어 상용전원을 상기 전원공급부로 공급하는 베이스(20) 및
    상기 베이스 내면과 전원공급부의 인쇄회로기판(PCB)이 형성하는 내부 공간에 충진되어 엘이디 모듈 및 전원공급부로부터 발생한 열을 베이스를 통하여 외부로 방출하는 열전도부재(300)를 포함하는 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도부재(300)는 방열실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도부재(300)는 글로브에 베이스가 접합된 후, 베이스 상부에 형성된 개구를 통하여 주입되는 것을 특징으로 하는 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원공급부(100)의 인쇄회로기판(PCB)에는 가스주입부가 삽입되는 가스주입부 홀(110)이 형성되고,
    가스주입부와 인쇄회로기판(PCB)의 가스주입부 홀사이에는 실링부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 방열기능을 갖는 백열전구형 엘이디 램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전원공급부(100)와 접합면(10a) 사이에 + 전선 및 - 전선을 지지하는 절연시트(310)를 더 포함하고,
    상기 절연시트는 중앙에는 가스주입부(3)가 삽입되는 홀(311)이 형성되고, 상기 홀(311)로부터 소정의 방향으로 적어도 하나 이상의 절개선(311a)이 형성되어 가스주입부(3)가 상기 홀(311)에 삽입되는 도중 절개판(311b)이 가스주입부(3)의 외면에 부착되는 것을 특징으로 하는 백열전구형 엘이디 램프.
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