KR101582993B1 - 히트파이프와 방열액을 구비한 고효율 엘이디 램프 및 이를 이용한 등기구 - Google Patents

히트파이프와 방열액을 구비한 고효율 엘이디 램프 및 이를 이용한 등기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엘이디 램프 및 그 램프를 구비한 엘이디 등기구에 관한 것으로, 엘이디 램프는 다수의 엘이디(11)들이 평면상으로 장착된 복수의 엘이디 PCB(12, 12', 12")들이 전체적으로 다각형 형태로 결합되고, 상기 각각의 엘이디 PCB(12, 12', 12")들의 배면에는 각각 히트 파이프(15)가 결합되어 있으며, 상기 히트 파이프(15)는 외부로 방열하도록 된 히트 싱크(30)에 연결된 엘이디 모듈 어셈블리(10)를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명에 따른 엘이디 램프는 엘이디들이 장착되는 엘이디 PCB에 대하여 히트 파이프와 외부로 열을 방출하기 위한 히트 싱크를 구비하여 방열 효과가 우수하여 엘이디 수명이 증가되는 효과가 있다. 베이스부를 구비하여 가로등이나 공장등 및 보안등에서의 램프 교체를 간편하고 신속하게 수행할 수 있는 효과가 있으며, 상기 엘이디 PCB들은 수평으로 배치된 엘이디 PCB의 양측 단부에서 각각 엘이디 PCB들을 램프의 용도에 따라 1°내지 150°범위에서 반사갓과 결합함으로써 램프 용도에 따라 적합한 배광 특성을 용이하게 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

히트파이프와 방열액을 구비한 고효율 엘이디 램프 및 이를 이용한 등기구{ HIGH-EFFICIENCY LED LAMP WITH HEAT PIPE AND HEAT-RADIATION LIQUID OF HEAT AND LAMP APPLIANCES}
본 발명은 조명기구용 엘이디 램프에 관한 것으로, 특히 엘이디 광효율과 내구성을 높이기 위한 개선된 방열구조와 소켓 베이스 형태로 등기구에 설치 및 교체를 용이하도록 개선된 엘이디 램프에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 엘이디 램프를 반사갓을 이용하여 가로등, 보안등 및 공장등의 등기구 배광을 구현한 엘이디 등기구에 관한 것이다.
근자에 엘이디 칩셋의 제조비용의 하락과, 저항성 램프에 비교하여 저전력소모 및 발광효율의 우수성으로 엘이디를 램프에 사용하는 추세가 점증하고 있다.
특히, 엘이디 램프는 저항성 램프에 비해 단위 전력 대비 발광 효율이 월등히 높아서 저전압으로도 필요한 광량을 얻을 수 있고 안정성이 뛰어나 기존 저항성 램프를 대신해 가로등, 보안등, 투광등, 신호등 또는 경고등과 같은 공용 표시등에도 엘이디 램프의 사용이 증가되고 있고, 가정에서 사용하는 각종 조명등들도 엘이디 램프로 대체되고 있다. 이러한 엘이디 조명등에는 요구되는 밝기를 얻기 위하여 여러개의 엘이디를 모듈화하여 사용하고 있다.
그러나, 종래의 엘이디 램프는 전력을 빛으로 변환시키는 효율이 좋은 반면에 그 발광부위가 반도체 소자로 이루어져 있으므로 필라멘트를 사용하는 백열등이나 음극선을 이용한 형광등 등의 발광소자에 비해 상대적으로 열에 취약하다는 단점이 있다. 다시 말해서, 엘이디 램프는 장시간 사용시 그 발광소자로부터 발생되는 자체열에 의한 열적 스트레스로 인하여 반도체 소자가 쉽게 열화(degradation)되어 그 성능이 떨어지게 된다.
따라서, 엘이디 램프는 그로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열구조에 대한 개선책이 요망되었다.
또한, 엘이디 램프를 보안등이나 가로등으로 사용하고자 하는 경우에는 하나의 엘이디만으로는 조명을 위한 충분한 조도가 나오지 못하므로 기판에 다수의 엘이디를 실장하고, 렌즈를 사용하는 것이 일반적이다.
이와 같이 보안등이나 가로등으로 사용되는 종래의 엘이디 램프는 반사판에에 다수의 엘이디들이 장착된 복수개의 모듈들을 사용하는데 보수작업시에는 사다리차와 같은 장비를 사용해야 하고 부품의 교체에 시간이 많이 소요되어 램프의 보수유지를 보다 간편하게 할 수 있는 구조 개선이 요망되었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 엘이디 램프에 대한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 엘이디들이 장착된 기판들이 다각형으로 결합되고 방열액와 함께 유리관에 수용되고, 히트파이프가 상기 기판들 각각에 결합됨과 함께 히트파이프의 단부가 히트싱크에 연결되어 개선된 방열효과를 갖는 엘이디 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 엘이디 램프를 반사갓에 소켓 베이스 방식으로 조립되어 엘이디램프의 보수유지를 보다 용이하게 할 수 있도록 개선되고, 기존의 가로등, 보안등 및 공장등기구 대체용으로 사용될 수 있는 엘이디 등기구를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 엘이디 램프는 다수의 엘이디들이 평면상으로 장착된 복수의 엘이디 PCB들이 전체적으로 다각형 형태로 결합되고, 상기 각각의 엘이디 PCB들의 배면에는 각각 히트 파이프가 결합되어 있으며, 상기 히트 파이프는 외부로 방열하도록 된 히트 싱크에 연결된 엘이디 모듈 어셈블리를 포함하여 구성된다.
상기 엘이디 PCB들은 수평으로 배치된 엘이디 PCB의 양측 단부에서 각각 엘이디 PCB들이 램프의 용도에 따라 1°내지 150°범위에서 결합된다.
상기 엘이디 모듈 어셈블리는 유리관 속에 배치되며, 반사갓에 용이하게 설치할 수 있도록 된 베이스를 구비한다.
상기 유리관 속에는 엘이디 모듈 어셈블리의 방열을 위해 비도전성의 방열액을 수용하며, 상기 방열액은 실리콘 오일로 될 수 있다.
상기 엘이디 모듈 어셈블리는 다수의 엘이디들이 평면상으로 장착된 엘이디 PCB들과 그 배면들 각각에 제공된 히트 파이프는 전방캡과 후방캡에 의해 지지되고, 상기 후방캡에 장착된 엘이디 모듈들을 전기적으로 연결하고 전원에 연결하도록 상기 후방캡의 배면측에 엘이디 모듈 기판(PCB)이 제공되어 구성될 수 있다.
상기 히트 싱크는 후방캡과 소정 거리 이격되어 배치된 지지캡에 의해 상기 히트 파이프들과 접촉된 상태로 지지되는 제 1 히트 싱크와, 상기 제 1 히트 싱크와 결합되고 상기 후방캡과 지지캡의 외측 단부에서 제 1 히트파이프를 수용하는 구조로 외부에 제공된 제 2 히트 싱크를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따라 전술한 엘이디 램프를 반사갓에 구비하는 엘이디 등기구가 제공된다.
상기 반사갓은 측면의 가로축의 이심율이 0.85 ~ 0.93, 세로축 이심율이 0.18~0.35 인 것이 바람직하다.
상기 반사갓의 천정면은 요철 형태로 형성하여 난반사를 유발시켜 조명등 바로 밑에서 그림자가 지지 않도록 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 엘이디 램프는 엘이디들이 장착되는 엘이디 PCB에 대하여 히트 파이프와 외부로 열을 방출하기 위한 히트 싱크를 구비하여 방열 효과가 우수하여 엘이디 수명이 증가되는 효과가 있다. 베이스부를 구비하여 가로등이나 공장등 및 보안등에서의 램프 교체를 간편하고 신속하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
상기 엘이디 PCB들은 수평으로 배치된 엘이디 PCB의 양측 단부에서 각각 엘이디 PCB들을 램프의 용도에 따라 1°내지 150°범위에서 결합함으로써 램프 용도에 따라 적합한 배광 특성을 용이하게 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 엘이디 램프에서 엘이디 PCB들의 결합각도를 변경함으로써 가로등이나 공장등 및 보안등에서 필요로 하는 배광 특성을 갖는 엘이디 등기구가 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 엘이디 램프의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 엘이디 램프에서 히트 싱크 커버를 제거한 상태의 사시도.
도 3은 도 1의 구조를 보여주는 단면 사시도.
도 4는 도 1의 엘이디 램프를 구비한 등기구의 개략적인 사시도.
도 5는 도 4의 선 A-A의 방향에서 본 단면도.
도 6 내지 8은 각각 본 발명의 엘이디들이 장착된 기판들의 조립 각도 변화에 따른 보안등, 공장등 및 가로등용 배광곡선과 조명 상태의 사진들이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 3에 있어서, 본 발명의 엘이디 램프는 엘이디 모듈 어셈블리(10)와, 상기 엘이디 모듈 어셈블리를 감싸고 내부에는 엘이디 모듈의 방열을 위해 방열액을 수용하는 유리관(20), 방열을 위하여 상기 엘이디 모듈 어셈블리의 후방에 제공된 히트싱크(30) 및 반사갓에 용이하게 설치할 수 있도록 된 베이스부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 엘이디 모듈 어셈블리(10)는 다수의 엘이디(11)들이 평면상으로 장착된 엘이디 PCB(12, 12', 12")들이 전체적으로 장방형, 사다리꼴 형상과 같은 다각형 또는 원형 형상으로 전방캡(13)과 후방캡(14)에 의해 지지되고, 상기 각각의 엘이디 PCB(12, 12', 12")들의 배면에는 각각 히트 파이프(15)가 결합되어 있으며, 상기 후방캡에 장착된 엘이디 모듈들을 전기적으로 연결하고 전원에 연결하도록 상기 후방캡(14)의 배면측에 엘이디 모듈 기판(PCB)(18)이 제공되어 구성된다. 상기 엘이디 PCB들은 방열을 위한 양호한 열전달 특성을 갖도록 알루미늄 다이캐스팅판 또는 압출물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전후방캡에는 방열책의 누수를 방지하기 위해 실리콘 마감재로 마감되는 것이 바람직하다.
도면에 도시된 실시예에서 상기 엘이디 PCB들은 수평으로 배치된 엘이디 PCB(12)의 양측 단부에서 각각 엘이디 PCB(12',12")들이 사다리꼴 형태로 결합되어 있으나 다른 형태의 다각형 또는 원형으로 될 수도 있으며, 램프의 용도에 따라 1°내지 150°범위에서 필요에 따라 각도를 변경하여 조립될 수 있다. 즉, 램프가 공장용인지, 보안등 또는 가로등용인지에 따라 다른 배광특성이 요구되며, 이것은 반사갓의 특성을 감안하여 엘이디 PCB(12'12")의 각도를 램프 용도에 따라 변경하여 설치하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 엘이디 모듈 어셈블리(10)는 일측 단부가 막히고 타측 단부는 상기 후방캡에 기밀되게 결합된 유리관(20) 속에 배치되고, 상기 유리관 속에는 방열액이 충전되어 엘이디 모듈에서 발생되는 열의 일부가 방열되도록 하고, 상기 방열액은 또한 절연 특성을 갖는 것이어야 하며, 이러한 방열액의 예로서 실리콘 오일을 사용할 수 있다.
상기 히트 싱크(30)는 후방캡(14)과 소정 거리 이격되어 배치된 지지캡(17)에 의해 상기 히트 파이프(15)들과 접촉된 상태로 지지되는 제 1 히트 싱크(31)와, 상기 제 1 히트 싱크와 결합되고 상기 후방캡(14)과 지지캡(17)의 외측 단부에서 제 1 히트파이프를 수용하는 구조로 외부에 제공된 제 2 히트 싱크(32)를 포함하여 구성된다.
이로써 기판들에 장착된 다수의 엘이디 모듈들에서 발생된 열이 히트파이프(15)를 통해 전달되고 히트싱크(31)(32)들을 통해 방열된다. 부연 설명하면, 엘이디 모듈에서 발생된 열에 의해 히트 파이프내에 제공된 예를들어 아세톤과 같은 냉각액이 기화되어 응축구간으로 구성되는 히트 싱크(31)가 있는 곳으로 유동하여 히트싱크(31)에 의해 냉각되어 응축되면서 액화되어 다시 엘이디 모듈이 있는 곳으로 유동하며, 히트 파이프에서 전달된 열은 히트 싱크(31, 32)들에 의해 방열된다.
상기 지지캡(17)의 외측에 절연커버(41))가 제공되고 그 절연커버의 단부에는 반사갓에 탈착가능하도록 장착하고 전기적으로 외부 전원과 연결하기 위한 베이스부(40)가 결합되어 있다.
이로써, 본 발명에 의한 엘이디 램프는 다수의 엘이디 모듈들과 기판에서 발생되는 열이 히트 파이프를 통해 제 1 및 제 2 히트 싱크들을 통해 방열되고, 유리관속의 방열액에 의해 방열됨으로써 효과적인 냉각이 이루어져 엘이디의 수명이 연장된다. 또한, 엘이디 램프는 단부에 베이스부가 제공되어 기존의 가로등, 보안등, 공장등에도 구조적 변경 없이도 사용될 수 있고, 램프 손상시 엘이디 램프를 용이하고 신속하게 교체할 수 있어 가로등이나 보안등에서 종래 보수유지의 어려움이 해소된다.
도 4와 5에 있어서, 도 1 내지 3에 도시되고 설명된 본 발명에 의한 엘이디 램프는 배광특성이 개선된 본 발명에 의한 반사갓(50)에 사용될 수 있다.
조명등용 반사갓에 있어서, 본 출원인이 확인한 바에 의하면, 반사갓의 측면형상에서 가로축 이심율에 대하여 세로축 이심율이 증가하면 조도는 낮아지고, 동일한 세로축 이심율에 대하여 가로축 이심율이 커짐에 따라 조도가 향상되지만, 전체적으로 이심율이 증가되면 조도가 증가되는 반면 확산성이 저하되고, 이심율이 작을수록 확산성은 증가되지만 조도가 낮아지는 점에서 가로축의 이심율은 0.85 ~ 0.93, 세로축 이심율은 0.18~0.35.가 가장 바람직한 것으로 판단된다. 또한, 반사갓의 천정면에 요철부(51)를 형성하여 난반사를 유발시켜 조명등 바로 밑에서 그림자가 지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도 6에서 전술한 본 발명의 엘이디 램프를 상기한 이심율을 적용한 보안등 반사갓에서 나타난 배광곡선으로 부터 넓은 범위에서 전체적으로 밝은 배광 특성으로 보안등에 적합함을 확인할 수 있고, 도 7에서는 공장등에 본 발명의 엘이디 램프를 상기 이심율의 반사갓에 설치한 경우의 배광곡선에서 점광원 형태로 넙은 면적을 균일한 조도로 조사되어 공장등에도 사용될 수 있음을 확인할 수 있으며, 도 8에서, 본 발명의 엘이디 램프를 상기한 반사갓에 적용한 결과 사진과 같이 가로등에 적합한 배광특성을 보임을 확인할 수 있다.
본 발명의 엘이디 램프는 방열특성이 개선되어 수명이 연장되며, 반사갓에 소켓 방식으로 간편하고 신속하게 보수유지를 수행할 수 있으며, 엘이디 모듈들을 장착하는 엘이디 PCB들의 설치 각도를 조정하여 공장등, 보안등, 가로등용의 배광과 같이 여러 분야의 램프에 이용할 수 있다.
10 : 엘이디 모듈 어셈블리 11 : 엘이디
12, 12', 12" : 엘이디 PCB 13 : 전방캡
14 : 후방캡 15 : 히트파이프
17 : 지지캡 18 : 기판
20 : 유리관 30 : 히트싱크
31 : 제 1 히트싱크 32 : 제 2 히트싱크
40 : 베이스부

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  5. 엘이디 모듈 어셈블리(10)와, 상기 엘이디 모듈 어셈블리를 감싸고 내부에는 엘이디 모듈의 방열을 위해 방열액을 수용하는 유리관(20), 방열을 위하여 상기 엘이디 모듈 어셈블리의 후방에 제공된 히트싱크(30) 및 반사갓에 용이하게 설치할 수 있도록 된 베이스부(40)를 구비하고, 상기 유리관내에 비도전성의 방열액이 충전된 엘이디 램프에 있어서,
    상기 엘이디 모듈 어셈블리(10)는 다수의 엘이디(11)들이 평면상으로 장착된 엘이디 PCB(12, 12', 12")들과 그 배면들 각각에 제공된 히트 파이프(15)가 전방캡(13)과 후방캡(14)에 의해 지지되고, 상기 후방캡에 장착된 엘이디 모듈들을 전기적으로 연결하고 전원에 연결하도록 상기 후방캡(14)의 배면측에 엘이디 모듈 기판(PCB)(18)이 제공되며,
    상기 엘이디 모듈 어셈블리(10)는 일측 단부가 막히고 타측 단부는 상기 후방캡(14)에 기밀되게 결합된 유리관(20) 속에 배치되고, 상기 유리관 속에는 방열액이 충전되어 엘이디 모듈에서 발생되는 열의 일부가 히트 파이프(15)내에 제공된 냉각액이 기화되는 동안 방열되며, 또한 기화된 냉각액이 응축구간으로 구성되는 히트 싱크(31)에 의해 냉각되어 응축되면서 액화되어 다시 엘이디 모듈이 있는 곳으로 유동하도록 된 상기 히트 파이프(15)는 외부로 방열하도록 된 히트 싱크(30)에 연결되고,
    상기 히트 싱크(30)는 후방캡(14)과 소정 거리 이격되어 배치된 지지캡(17)에 의해 상기 히트 파이프(15)들과 접촉된 상태로 지지되는 제 1 히트 싱크(31)와, 상기 제 1 히트 싱크와 결합되고 상기 후방캡(14)과 지지캡(17)의 외측 단부에서 제 1 히트파이프를 수용하는 구조로 외부에 제공된 제 2 히트 싱크(32)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.















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KR101034482B1 (ko) 2010-07-13 2011-05-17 주식회사 에이팩 등기구
KR101113278B1 (ko) 2010-04-16 2012-02-24 김재학 엘이디 투광등
JP2013020911A (ja) * 2011-07-14 2013-01-31 Osram-Melco Ltd 発光ダイオードランプ及び照明器具
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