KR20130113056A - Led lighting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an LED lighting device.
LED(Light Emitting Diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 발광 원리는 전계 발광(Electroluminescence)으로 전계에 의해 전자와 정공을 주입하여 그 재결합에 따라 발광하도록 하는 것이다.A light emitting diode (LED) is a semiconductor device that emits light when a voltage is applied in a forward direction. The principle of light emission is electroluminescence, which injects electrons and holes by an electric field and emits light upon recombination.
이러한 LED를 이용한 조명 장치는 여타의 조명 장치인 형광등, 할로겐 램프, 백열등 등과 비교하여, 저전력을 소모하고 빠른 응답 속도를 가지며 친환경적이고 효율이 높은 장점이 있으므로, 최근 LED 조명 장치의 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.Compared to other lighting devices such as fluorescent lamps, halogen lamps and incandescent lamps, the LED lighting device consumes low power, has a fast response speed, and is environmentally friendly and has high efficiency. The trend is active.
그러나 LED는 높은 출력이 요구되는 경우 많은 열이 발생되어 이러한 열을 LED 조명 장치의 외부로 방출시키기 위한 방열 수단이 구비될 필요가 있으며, LED의 열을 효과적으로 방출시키기 못하는 경우 LED 조명 장치의 수명과 성능이 크게 저하되는 단점을 지니고 있다.However, LEDs need to be provided with heat dissipation means to generate a lot of heat when high power is required, and to dissipate this heat to the outside of the LED lighting device. The disadvantage is that performance is greatly reduced.
일반적으로 흔히 접할 수 있는 LED 램프는 도 1에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(Heat Sink)와 같은 방열 면적이 큰 열전도 매체를 이용하여 LED에서 발생하는 열을 열전도시킨 후 LED 램프 내외부의 공기 순환을 통해 LED에서 발생하는 열을 외기로 방출하는 방열 구조를 채용하고 있다.In general, LED lamps that are commonly encountered, as shown in Figure 1, by using a heat conducting medium having a large heat dissipation area such as heat sink (Heat Sink) heat conduction heat generated from the LED after the air circulation inside and outside the LED lamp It adopts heat dissipation structure that emits heat generated from LED to outside air.
그런데, 이와 같은 LED 램프 내외부의 공기 순환을 통한 방열 구조의 경우 열전도만을 통한 방열 구조보다 방열 효율이 높을 수는 있으나, 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 램프 내부로 유입되어 LED 램프의 수명과 성능이 저하될 수 있다.
By the way, in the case of the heat dissipation structure through the air circulation inside and outside the LED lamp, the heat dissipation efficiency may be higher than the heat dissipation structure only through the heat conduction, but foreign substances such as dust contained in the outside air are introduced into the LED lamp, Performance may be degraded.
본 발명은 LED 조명 장치의 내부를 외기와 차단하여 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 LED 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.
The present invention is to provide an LED lighting device that can block the inside of the LED lighting device to the outside air to prevent foreign matters such as dust contained in the outside into the LED lighting device.
본 발명의 일 측면에 따르면, LED, LED에 전원을 공급하는 전원부, LED에 의해 발생하는 열을 냉각시키는 방열부, LED, 전원부 및 방열부를 감싸는 커버 및 커버가 외기와 차단되도록 커버를 감싸는 하우징을 포함하는 LED 조명 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, the LED, the power supply unit for supplying power to the LED, the heat dissipation unit for cooling the heat generated by the LED, the cover surrounding the cover and the cover surrounding the LED, the power supply unit and the heat dissipation unit and the outside to cover the housing Provided is an LED lighting device comprising.
여기서, 커버는 통기홀이 형성된 베이스를 포함하고, 방열부는 일측에 개구부가 형성되고 타측이 베이스와 결합되며, 내측에 통기홀과 개구부를 연결하는 공기유동 통로가 형성되어 공기유동 통로 내부로 유입되는 공기의 유동을 가이드하는 가이드부재를 포함하며, LED는 가이드부재의 외측에 배치되어, 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열될 수 있다.Here, the cover includes a base formed with a ventilation hole, the heat dissipation portion is formed with an opening on one side and the other side is coupled to the base, an air flow passage for connecting the ventilation hole and the opening is formed inside the air flow passage It includes a guide member for guiding the flow of air, the LED is disposed on the outside of the guide member, it may be radiated by the air flowing through the air flow passage.
방열부는 공기유동 통로 내부로 유입되는 공기의 유동을 촉진시키는 공기순환수단 및 공기유동 통로 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하며, 공기순환수단은 온도센서에 의해 감지되는 온도가 기설정된 한계값 이상인 경우 작동될 수 있다.The heat dissipation part may further include an air circulation means for promoting the flow of air introduced into the air flow passage and a temperature sensor for sensing a temperature inside the air flow passage, and the air circulation means has a preset limit of the temperature detected by the temperature sensor. If it is above the value, it can be activated.
방열부는 히트싱크(heat sink)를 포함하며, LED에서 발생하는 열을 히트싱크(heat sink)로 전달할 수 있다.The heat dissipation part includes a heat sink, and may transfer heat generated from the LED to the heat sink.
LED 조명 장치는 커버와 하우징 사이에 설치되어 하우징 내부 공기의 유동을 촉진시키는 공기순환수단을 더 포함할 수 있다.The LED lighting device may further include an air circulation means installed between the cover and the housing to promote the flow of air in the housing.
그리고, 커버는 통기홀이 형성된 베이스를 포함하고, 방열부는 양면에 각각 제1삽입홈 및 제2삽입홈이 형성되고 중심부가 개방된 판상 구조로 형성되는 서멀베이스, 공기의 유출입이 가능하도록 공기유동 통로가 형성되어 서멀베이스의 중심부에 결합되는 제1방열부 및 서멀베이스에서 제1방열부가 결합된 반대 방향으로 서멀베이스의 외주면에 결합되는 제2방열부를 포함하고, LED는 제1삽입홈에 적층되는 인쇄회로기판 및 제2삽입홈에 실장되는 LED칩을 포함하며, LED칩은 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열될 수 있다.
The cover includes a base having a vent hole, and the heat dissipation part has a first insertion groove and a second insertion groove formed on both surfaces thereof, and a thermal base formed of a plate structure having an open central portion. A passage is formed and includes a first heat dissipation unit coupled to the center of the thermal base and a second heat dissipation unit coupled to the outer circumferential surface of the thermal base in the opposite direction to which the first heat dissipation unit is coupled in the thermal base, and the LED is stacked in the first insertion groove. It includes a printed circuit board and an LED chip mounted in the second insertion groove, the LED chip may be radiated by the air flowing through the air flow passage.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 조명 장치의 내부가 하우징에 의해 외기와 차단되어 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the interior of the LED lighting device is blocked by the housing and the outside can be prevented from entering the interior of the LED lighting device foreign matters, such as dust contained in the outside air.
도 1은 종래의 LED 램프의 방열 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T2) 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 서멀베이스를 상세히 나타낸 도면.1 is a view showing a heat dissipation structure of a conventional LED lamp.
2 is a view showing an LED lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing the relationship between the area A and the surface temperature T2 at which convective heat transfer takes place in the LED lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view showing an LED lighting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing an LED lighting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
6 is a view showing in detail the thermal base in the LED lighting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, an embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and duplicated thereto The description will be omitted.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T2) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an LED lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention. 3 is a view showing the relationship between the area A and the surface temperature T2 where convective heat transfer takes place in the LED lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 LED(100), 전원부(200), 방열부(300), 커버(400) 및 하우징(500)을 포함한다. 여기서, 커버(400)는 베이스(410)를 포함할 수 있고, 방열부(300)는 가이드부재(310), 공기순환수단(320) 및 온도센서(330)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
이 경우, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 하우징(500)을 제외한 나머지 구성만으로도 일반적인 LED 램프로서의 기능을 수행할 수 있다. 그러나, 하우징(500)이 없는 경우 상술한 바와 같이 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 램프의 내부로 유입되어 LED 램프의 수명과 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.In this case, the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위한 방안으로, 하우징(500)을 통해 외기와 차단되어 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 LED 조명 장치(1000)를 제공한다.Therefore, the present invention is a method for overcoming the above problems, the
LED(100)는 전기 에너지를 이용하여 광을 발산하는 부분으로, 인쇄회로기판(도 5의 120) 및 LED칩(도 5의 110)을 포함하는 구성이거나, 패키지 기판과 이에 실장되어 패키징된 LED칩(도 5의 110)으로 구성되는 LED패키지일 수 있다. 이 경우, LED(100)의 종류, 개수 및 배치는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.The
전원부(200)는 LED(100)에 전원을 공급하는 부분으로, 교환방식 전원 공급 장치(SMPS; switching mode power supply) 등과 같이 LED 조명 장치(1000)에 적용될 수 있는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.The
이 경우, 전원부(200)는 가이드부재(310)의 공기 유동 통로에 위치되도록 적어도 일부가 가이드부재(310)의 내측에 수용될 수 있다. 이로 인해, 전원부(200)에서 발생되는 열은 공기 유동 통로를 통해 유동되는 공기를 통해 외부로 효과적으로 방출될 수 있다. 상술한 바와 같이 공기 유동 통로에는 지속적인 공기의 유동이 형성되므로, 전원부(200)가 과열되어 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.In this case, at least a part of the
방열부(300)는 LED(100)에 의해 발생하는 열을 냉각시키는 부분으로, 열전도 내지 열대류 현상을 이용한 다양한 방열 구조를 포함할 수 있다. 여기서, 방열부(300)는 가이드부재(310)를 포함할 수 있고, 공기순환수단(320) 및 온도센서(330)를 더 포함할 수 있다.The
가이드부재(310), 공기순환수단(320) 및 온도센서(330)에 대한 자세한 설명은 후술한다.The detailed description of the
커버(400)는 LED(100), 전원부(200) 및 방열부(300)를 감싸는 부분으로, LED 조명 장치(1000)의 내부를 일차적으로 보호하기 위한 것일 수 있다. 여기서, 커버(400)는 베이스(410)를 포함할 수 있다. 베이스(410)에 대한 자세한 설명은 후술한다.The
이 경우, 커버(400)는 LED(100), 전원부(200) 및 방열부(300)를 보호할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 재질로 이루어 질 수 있고, 커버(400)의 전부 또는 일부는 LED(100)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 커버(400)는 디퓨전 렌즈(diffusion lens) 등을 포함하여 LED(100)에서 발산되는 광을 확산시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
하우징(500)은 커버(400)가 외기와 차단되도록 커버(400)를 감싸는 부분으로, LED 조명 장치(1000)의 내부를 외기와 차단하여 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치(1000)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.The
이 경우, 하우징(500)은 커버(400)를 보호할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 재질로 이루어 질 수 있고, 하우징(500)의 전부 또는 일부는 LED(100)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 하우징(500)은 디퓨전 렌즈(diffusion lens) 등을 포함하여 LED(100)에서 발산되는 광을 확산시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
또한, 하우징(500)은 적어도 두 개의 부분으로 분리 가능하며, 각 부분이 결합되어 전체적으로 밀폐되도록 하기 위한 결합부(510)가 형성될 수 있다. 또한, 하우징(500) 중 어느 하나의 부분에는 전원부(200)와 연결되는 소켓(520)이 형성될 수 있다.In addition, the
베이스(410)는 커버(400)의 일부분으로, 가이드부재(310)와 결합된다. 베이스(410)에는 가이드부재(310)의 공기유동 통로와 연결되는 통기홀이 형성된다. LED(100)에서 발생된 열은 이러한 공기유동 통로와 통기홀을 통해 커버(400)의 외부로 방출될 수 있다. 이러한 베이스(410)는 알루미늄 등의 금속과 같이 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있거나, 합성 수지 등과 같은 절연 물질로 이루어질 수 있다.The
가이드부재(310)는 LED(100)의 방열에 필요한 공기유동 통로를 제공할 수 있다. 즉, 가이드부재(310)의 일측에는 개구부가 형성되고, 가이드부재(310)의 타측은 베이스(410)와 결합되며, 가이드부재(310)의 내측에는 이들 개구부와 통기홀을 연결하는 공기유동 통로가 형성될 수 있으므로, 이에 따라 개구부 또는 통기홀로 유입되는 공기는 공기유동 통로를 따라 유동을 형성할 수 있게 된다.The
이 경우, LED(100)는 가이드부재(310)의 외측에 배치되어, 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열될 수 있다.In this case, the
구체적으로, 가이드부재(310)의 개구부를 통하여 내부의 빈 공간인 공기유동 통로로 유입된 공기는, LED(100)에서 발생되어 가이드부재(310) 내벽을 통해 전달되는 열로 인해 가열되어 자연적으로 상승하여 통기홀로 배출된다.Specifically, the air introduced into the air flow passage, which is an empty space therein, through the opening of the
그리고 이와 같이 공기유동 통로 내부의 공기가 상승하면, 빈 공간을 채우기 위하여 가이드부재(310)의 개구부를 통하여 상대적으로 차가운 공기가 유입된다. 즉, 가이드부재(310)의 개구부를 통하여 상대적으로 차가운 공기가 유입되고, 유입된 공기가 LED(100)에 의해 가열되어 배출되는 공기의 유동이 지속적으로 발생하게 된다.As the air inside the air flow passage rises as described above, relatively cool air flows in through the opening of the
이 경우, 가이드부재(310)는 베이스(410)와 유사하게 열전도율이 우수한 금속(예를 들어 알루미늄) 등의 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
그리고 본 실시예의 경우 가이드부재(310)에는 LED(100)에서 발생되는 광의 적어도 일부를 반사시켜 확산시키는 반사면이 형성될 수 있다. 즉, 가이드부재(310)의 외부 면은 광을 확산시키는 반사판으로 이용될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the
한편, 방열 성능을 더욱 높일 수 있도록, 가이드부재(310)의 공기 유동 통로 상에는 LED(100)에서 발생되는 열을 흡수하여 공기 유동 통로를 통해 유동하는 공기로 방출하는 방열부재가 추가로 설치될 수도 있다.On the other hand, in order to further increase the heat dissipation performance, a heat dissipation member may be additionally installed on the air flow passage of the
이러한 방열부재로서, 세관형으로 형성되어 작동 유체가 주입되는 진동세관형 히트파이프가 이용될 수 있다. 구체적으로, 방열부재는 가이드부재(310)의 LED(100) 측 내벽에 접촉하여 열을 전달받는 열전달부 및 열전달부로부터 이격되어 열전달부에서 흡수된 열을 발산하는 열발산부를 구비하는 히트파이프 루프가 반복적으로 배치되어 이루어질 수 있다.As such a heat dissipation member, a vibrating tubular heat pipe which is formed in a tubular shape and into which a working fluid is injected may be used. Specifically, the heat dissipation member is a heat pipe loop having a heat transfer part for contacting the inner wall of the
즉, 복수의 히트파이프 루프는 공기 유동 통로 내부 공간의 LED(100) 측 부분과 이로부터 상측으로 이격된 부분을 반복적으로 왕복하는 나선형 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 한정된 공간에서 방열에 필요한 표면적이 최대한 확보될 수 있으므로, 복수의 히트파이프 루프의 나선 구조 사이의 공간을 통하여, 공기는 자유롭게 이동하면서 LED(100)의 열을 흡수할 수 있다.That is, the plurality of heat pipe loops may have a spiral structure that repeatedly reciprocates between portions of the
또한, 복수의 히트파이프 루프는 가이드부재(310)의 중심축을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 즉, 나선형 구조를 갖는 복수의 히트파이프 루프가 환형으로 말아짐으로써 열발산부가 방사상으로 배치될 수 있다.In addition, the plurality of heat pipe loops may be disposed radially about the central axis of the
다시 말해, 방열을 수행하는 열발산부가 환형 구조의 중심축을 중심으로 방사상으로 배치된다. 따라서, 방열에 필요한 공기의 유동이 자유롭게 되어 보다 높은 효율의 방열이 이루어질 수 있다.In other words, the heat dissipation unit that performs heat dissipation is disposed radially about the central axis of the annular structure. Therefore, the flow of air required for heat dissipation can be freed and heat dissipation with higher efficiency can be achieved.
공기순환수단(320)은 공기유동 통로 내부로 유입되는 공기의 유동을 촉진시키는 부분으로, 공기순환수단(320)을 통해 커버(400) 내외부간의 공기 순환 속도를 조절할 수 있다. 이 경우, 공기순환수단(320)은 팬(fan)과 같이 날개 등을 통해 공기를 흡입하거나 발산할 수 있는 장치를 모두 포함할 수 있다.The air circulation means 320 is a portion for promoting the flow of air introduced into the air flow passage, it is possible to adjust the air circulation rate between the inside and outside the
온도센서(330)는 공기유동 통로 내부의 온도를 감지하는 부분으로, 공기순환수단(320)의 구동 여부를 조절하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 공기순환수단(320)은 온도센서(330)에 의해 감지되는 온도가 기설정된 한계값 이상인 경우 작동될 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 가이드부재(310) 내부로 유동하는 공기의 온도가 증가되는 경우에만 공기순환수단(320)이 작동될 수 있다.The
이와 같은 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는, LED(100)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다. 이하, 식 1, 표 1 및 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)가 LED(100)에서 발생하는 열을 냉각시키는 과정에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
The
- 식 1 -Equation 1
Q = h·A·(T2-T1)Q = h · A · (T2-T1)
Q : 열량Q: Calories
h : 대류 열전달 계수h: convective heat transfer coefficient
A : 대류 열전달이 일어나는 면적A: Area where convective heat transfer takes place
T1 : 유체 온도T1: fluid temperature
T2 : 표면 온도
T2: surface temperature
식 1은 뉴턴의 냉각법칙(Newton’s law of cooling)으로, 대류 열전달 과정에서의 열량(Q), 대류 열전달 계수(h), 대류 열전달이 일어나는 면적(A), 표면 온도(T2) 및 유체 온도(T1)간의 관계를 규정하고 있다.Equation 1 is Newton's law of cooling: heat in convective heat transfer (Q), convective heat transfer coefficient (h), area in which convective heat transfer occurs (A), surface temperature (T2), and fluid temperature ( The relationship between T1) is specified.
여기서, 대류 열전달되는 열량(Q)를 크게 하기 위해서는 두 가지의 방법을 고려할 수 있다. 첫째는 대류 열전달 계수(h)를 증가시키는 것으로, 예를 들어 강제 순환 수단을 통하여 유체의 속도를 증가시키는 방법이다. 그리고, 두번째는 대류 열전달이 일어나는 면적(A)을 증가시키는 방법이다.Here, two methods may be considered in order to increase the amount of heat Q transmitted convection. The first is to increase the convective heat transfer coefficient h, for example to increase the velocity of the fluid via forced circulation means. The second is to increase the area A in which convective heat transfer occurs.
본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)의 경우, 상술한 바와 같이 가이드부재(310)에 의해 공기의 대류가 일어나며, 이 과정에서 LED(100)에서 발생하는 열을 하우징(500)의 표면으로 전달할 수 있다.In the case of the
한편, 가이드부재(310)만으로 LED(100)에서 발생하는 열을 충분히 하우징(500)의 표면으로 전달할 수 없는 경우에는, 공기순환수단(320) 및 온도센서(330)에 의해 공기의 강제 대류가 일어나며, 이 과정에서 LED(100)에서 발생하는 열을 하우징(500)의 표면으로 충분히 전달할 수 있다.On the other hand, when the heat generated from the
여기서, LED(100)의 소비전력(W)이 커질수록 강제 대류 열전달을 통해 하우징(500)의 표면으로 전달하여야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 공기순환수단(320) 및 온도센서(330)를 이용하여 하우징(500) 내부에서 강제 대류되는 공기의 속도를 증가시켜, LED(100)에서 발생하는 열을 하우징(500)의 표면으로 원활하게 전달할 수 있다.Here, as the power consumption W of the
한편, 하우징(500)의 표면과 외기와의 온도차에 따라 하우징(500)의 표면 외부에서는 공기의 자연 대류가 유도되며, 이 과정에서 하우징(500) 표면의 열을 냉각시킬 수 있다.Meanwhile, natural convection of air is induced outside the surface of the
여기서도 역시, LED(100)의 소비전력(W)이 커질수록 자연 대류 연전달을 통해 냉각시켜야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 하우징(500)의 표면적을 적절히 선택하는 것을 통해 자연 대류 열전달이 일어나는 면적(A)를 크게 하여, 하우징(500) 표면의 열을 원활히 냉각시킬 수 있다.
Here too, as the power consumption W of the
표 1은 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T2)와의 관계를 실험적으로 측정한 결과이다. 그리고 도 3에 이 결과를 도시하였다.Table 1 is an experimental result of measuring the relationship between the area (A) and the surface temperature (T2) in which convective heat transfer occurs in the
이 경우, LED(100)는 소비전력(W)이 125W인 것을 사용하였고, 유체 온도(T1)인 외기의 온도는 24℃로 설정한 상태로 실험을 실시하였다.In this case, the
표 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 대류 열전달이 일어나는 면적(A)이 증가할수록 하우징(500)의 표면 온도(T2)는 감소하는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 3, it can be seen that the surface temperature T2 of the
이러한 실험 결과를 토대로 살펴 볼 때, LED 조명 장치(1000)는 최초 제작시에 적용된 LED(100)의 소비전력(W)을 변경하지 않는 것이 일반적이므로, 하우징(500)의 표면적을 적절히 선택하면 하우징(500)의 표면 온도(T2)를 허용 범위 내로 조절할 수 있음을 알 수 있다.Based on the experimental results, since the
특히, LED(100)에서 발생하는 열이 약 150℃임에 비추어 볼 때, 대류 열전달이 일어나는 하우징(500)의 표면적을 400㎟ 정도로 선택하여도 LED 조명 장치(1000)의 수명과 성능에는 문제가 없음을 알 수 있다.In particular, considering that the heat generated from the
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an LED lighting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는 LED(100), 전원부(200), 방열부(300), 커버(400) 및 하우징(500)을 포함하고, 커버(400)와 하우징(500) 사이에 설치되는 공기순환수단(321)을 더 포함할 수 있으나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 달리 방열부(300)가 히트 싱크(340)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
히트싱크(340)는 LED(100)에서 발생하는 열을 전달받아 공기중으로 방출하는 부분으로, LED(100)의 발광면과 반대면에 설치될 수 있다. 이 경우, 히트싱크(340)는 공기 접촉 면적을 늘이기 위해서 다수의 요철 형태로 형성될 수 있다. 또한, 히트싱크(340)는 가이드부재(310)와 유사하게 열전도율이 우수한 금속(예를 들어 알루미늄) 등의 재질로 이루어질 수 있다.The
공기순환수단(321)은 커버(400)와 하우징(500) 사이에 설치되어 하우징(500) 내부 공기의 유동을 촉진 시키는 부분으로, 히트싱크(340)를 통한 하우징(500) 내부 공기의 유동만으로 방열 성능이 부족한 경우에 강제 대류를 일으켜 방열 성능을 높이기 위한 것이다.Air circulation means 321 is installed between the
한편, 도 4에서는 공기순환수단(321)이 하우징(500) 내부의 일측에 설치된 구성을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 양측 이상에 설치될 수도 있는 등, 복수의 공기순환수단(321)이 하우징(500) 내에서 다양하게 배치될 수 있다.Meanwhile, although FIG. 4 illustrates a configuration in which the air circulation means 321 is installed on one side of the inside of the
본 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)의 경우, 상술한 바와 같이 LED(100)에서 발생하는 열을 히트싱크(340)로 전도시킨 후, 이러한 열을 하우징(500) 내부의 공기 순환에 의해 하우징(500)의 표면으로 전달할 수 있다.In the case of the
한편, 히트싱크(340)만으로 LED(100)에서 발생하는 열을 충분히 하우징(500)의 표면으로 전달할 수 없는 경우에는, 공기순환수단(321)에 의해 공기의 강제 대류가 일어나며, 이 과정에서 LED(100)에서 발생하는 열을 하우징(500)의 표면으로 충분히 전달할 수 있다.On the other hand, if the heat generated from the
여기서, LED(100)의 소비전력(W)이 커질수록 강제 대류 열전달을 통해 하우징(500)의 표면으로 전달하여야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는 공기순환수단(321)을 이용하여 하우징(500) 내부에서 강제 대류되는 공기의 속도를 증가시켜, LED(100)에서 발생하는 열을 하우징(500)의 표면으로 원활하게 전달할 수 있다.Here, as the power consumption W of the
한편, 하우징(500)의 표면과 외기와의 온도차에 따라 하우징(500)의 표면 외부에서는 공기의 자연 대류가 유도되며, 이 과정에서 하우징(500) 표면의 열을 냉각시킬 수 있다.Meanwhile, natural convection of air is induced outside the surface of the
여기서도 역시, LED(100)의 소비전력(W)이 커질수록 자연 대류 연전달을 통해 냉각시켜야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는 하우징(500)의 표면적을 적절히 선택하는 것을 통해 자연 대류 열전달이 일어나는 면적(A)를 크게 하여, 하우징(500) 표면의 열을 원활히 냉각시킬 수 있다.Here too, as the power consumption W of the
본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는, 방열부(300)가 히트 싱크(340)를 포함하는 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 구성이 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.In the
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명에 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 서멀베이스를 상세히 나타낸 도면이다.5 is a view showing an LED lighting apparatus according to a third embodiment of the present invention. 6 is a view showing in detail the thermal base in the LED lighting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치(3000)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 동일 또는 유사한 구성을 포함하나, 방열부(300)가 서멀베이스(350), 제1방열부(360) 및 제2방열부(370)를 포함할 수 있다.5 and 6, the
서멀베이스(350)는 열전도성 재질, 예를 들어 알루미늄으로 이루어져, LED칩(110)에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 방열부(300)의 일부로서 기능할 수 있다. 이 경우, 서멀베이스(350)는 양면에 각각 제1삽입홈(351) 및 제2삽입홈(353)이 형성되고 중심부가 개방된 판상 구조로 형성될 수 있다.The
제1방열부(360)는 공기의 유출입이 가능하도록 공기 유동 통로가 형성되어 서멀베이스(350)의 중심부에 결합될 수 있고, 제2방열부(370)는 서멀베이스(350)에서 제1방열부(360)가 결합된 반대 방향으로 서멀베이스(350)의 외주면에 결합될 수 있다.The first
구체적으로, 제1방열부(360) 및 제2방열부(370)는 각각 서멀베이스(350)의 중심부와 외주면에 결합되어 전체가 하나의 방열부(300) 기능을 수행하는 부분이다. 즉, 제1방열부(360)의 일측에는 개구부가 형성되고 타측은 서멀베이스(350)의 중심부와 결합되며, 제2방열부(370)의 일측은 베이스(410)와 결합되고 타측은 서멀베이스(350)의 외주면과 결합될 수 있다.Specifically, the first
이로 인해, 제1방열부(360) 및 제2방열부(370)의 내측에는 개구부와 베이스(410)의 통기홀을 연결하는 공기유동 통로가 형성될 수 있으므로, 개구부 또는 통기홀로 유입되는 공기는 공기유동 통로를 따라 유동을 형성할 수 있게 된다.As a result, since an air flow passage connecting the opening of the first
이 경우, LED칩(110)은 서멀베이스(350)에 실장되어, 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열될 수 있다. 구체적으로, 제1방열부(360)의 개구부를 통하여 내부의 빈 공간인 공기유동 통로로 유입된 공기는, LED칩(110)에서 발생되어 서멀베이스(350)를 통해 전달되는 열로 인해 가열되어 자연적으로 상승하여 베이스(410)의 통기홀로 배출된다.In this case, the
그리고 이와 같이 공기유동 통로 내부의 공기가 상승하면, 빈 공간을 채우기 위하여 제1방열부(360)의 개구부를 통하여 상대적으로 차가운 공기가 유입된다. 즉, 제1방열부(360)의 개구부를 통하여 상대적으로 차가운 공기가 유입되고, 유입된 공기가 LED칩(110)에 의해 가열되어 배출되는 공기의 유동이 지속적으로 발생하게 된다.When the air inside the air flow passage rises as described above, relatively cool air flows in through the opening of the first
이 경우, 제1방열부(360) 및 제2방열부(370)는 서멀베이스(350)와 유사하게 열전도율이 우수한 금속(예를 들어 알루미늄) 등의 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the first
인쇄회로기판(120)은 제1삽입홈(351)에 적층되고, LED칩(110)은 제2삽입홈(353)에 실장될 수 있다. 이 경우, LED칩(110)은 적어도 하나가 와이어(130) 등의 전기적 연결 수단을 통해 인쇄회로기판(120)의 회로 패턴에 연결될 수 있고, 각각의 LED칩(110)도 서로 와이어(130) 등의 전기적 연결 수단으로 연결되어 전체의 LED칩(110)이 인쇄회로기판(120)의 회로 패턴에 전기적으로 연결될 수 있다.The printed
한편, 도 6에서는 하나의 인쇄회로기판(120)이 서멀베이스(350)에 적층된 구성을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 인쇄회로기판(120)의 개수와 배치를 다양하게 선택할 수 있다.Meanwhile, although FIG. 6 illustrates a configuration in which one printed
본 실시예에 따른 따른 LED 조명 장치(3000)는, 상술한 바와 같이 LED칩(110)에서 발생하는 열을 서멀베이스(350)로 전도시킨 후, 이러한 열을 공기유동 통로를 통한 하우징(500) 내부의 공기 순환에 의해 하우징(500)의 표면으로 전달할 수 있다.As described above, the
특히, 본 실시예에 따른 따른 LED 조명 장치(3000)는, 상술한 구조를 통해 공기유동 통로를 통한 공기 순환이 더욱 효율적으로 일어날 수 있으므로, 별도의 공기순환수단(도 2의 320)을 포함하지 않고서도 높은 방열 성능을 구현할 수 있다.In particular, the
본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치(3000)는, 방열부(300)가 서멀베이스(350), 제1방열부(360) 및 제2방열부(370)를 포함하는 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 구성이 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
In the
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
100: LED
110: LED칩
120: 인쇄회로기판
130: 와이어
200: 전원부
300: 방열부
310: 가이드부재
320, 321: 공기순환수단
330: 온도센서
340: 히트싱크
350: 서멀베이스
351: 제1삽입홈
353: 제2삽입홈
360: 제1방열부
370: 제2방열부
400: 커버
410: 베이스
500: 하우징
510: 결합부
520: 소켓
1000, 2000, 3000: LED 조명 장치100: LED
110: LED chip
120: printed circuit board
130: wire
200: power supply
300: heat dissipation unit
310: Guide member
320, 321: air circulation means
330: temperature sensor
340: heatsink
350: thermal base
351: first insertion groove
353: second insertion groove
360: first heat dissipation unit
370: second heat dissipation unit
400: cover
410: base
500: housing
510: coupling part
520: socket
1000, 2000, 3000: LED lighting device
Claims (6)
상기 LED에 전원을 공급하는 전원부;
상기 LED에 의해 발생하는 열을 냉각시키는 방열부;
상기 LED, 상기 전원부 및 상기 방열부를 감싸는 커버; 및
상기 커버가 외기와 차단되도록 상기 커버를 감싸는 하우징;
을 포함하는 LED 조명 장치.
LED;
A power supply unit supplying power to the LED;
A heat dissipation unit for cooling the heat generated by the LED;
A cover surrounding the LED, the power supply unit, and the heat dissipation unit; And
A housing surrounding the cover to block the outside air from the cover;
LED lighting device comprising a.
상기 커버는 통기홀이 형성된 베이스를 포함하고,
상기 방열부는
일측에 개구부가 형성되고 타측이 상기 베이스와 결합되며, 내측에 상기 통기홀과 상기 개구부를 연결하는 공기유동 통로가 형성되어 상기 공기유동 통로 내부로 유입되는 공기의 유동을 가이드하는 가이드부재를 포함하며,
상기 LED는 상기 가이드부재의 외측에 배치되어, 상기 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
The cover includes a base formed with a ventilation hole,
The heat-
An opening is formed at one side and the other side is coupled to the base, and an air flow passage connecting the vent hole and the opening is formed at an inner side thereof to include a guide member for guiding the flow of air introduced into the air flow passage. ,
The LED is disposed on the outside of the guide member, the LED lighting device, characterized in that the heat radiation by the air flowing through the air flow passage.
상기 방열부는
상기 공기유동 통로 내부로 유입되는 공기의 유동을 촉진시키는 공기순환수단 및
상기 공기유동 통로 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하며,
상기 공기순환수단은 상기 온도센서에 의해 감지되는 온도가 기설정된 한계값 이상인 경우 작동되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
3. The method of claim 2,
The heat-
Air circulation means for promoting the flow of air introduced into the air flow passage;
Further comprising a temperature sensor for sensing the temperature inside the air flow passage,
The air circulation means is activated when the temperature detected by the temperature sensor is more than a predetermined threshold value LED lighting device.
상기 방열부는 히트싱크(heat sink)를 포함하며,
상기 LED에서 발생하는 열을 상기 히트싱크(heat sink)로 전달하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
The heat dissipation unit includes a heat sink,
LED lighting device, characterized in that for transferring the heat generated from the LED to the heat sink (heat sink).
상기 커버와 상기 하우징 사이에 설치되어 상기 하우징 내부 공기의 유동을 촉진시키는 공기순환수단;
을 더 포함하는 LED 조명 장치.
5. The method of claim 4,
Air circulation means installed between the cover and the housing to promote flow of air in the housing;
LED lighting device further comprising.
상기 커버는 통기홀이 형성된 베이스를 포함하고,
상기 방열부는
양면에 각각 제1삽입홈 및 제2삽입홈이 형성되고 중심부가 개방된 판상 구조로 형성되는 서멀베이스,
공기의 유출입이 가능하도록 공기유동 통로가 형성되어 상기 서멀베이스의 중심부에 결합되는 제1방열부 및
상기 서멀베이스에서 상기 제1방열부가 결합된 반대 방향으로 상기 서멀베이스의 외주면에 결합되는 제2방열부를 포함하고,
상기 LED는
상기 제1삽입홈에 적층되는 인쇄회로기판 및
상기 제2삽입홈에 실장되는 LED칩을 포함하며,
상기 LED칩은 상기 공기유동 통로를 통해 유동하는 공기에 의해 방열되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
The cover includes a base formed with a ventilation hole,
The heat-
A thermal base having a plate-like structure in which a first insertion groove and a second insertion groove are formed on both surfaces thereof, and a central portion thereof is opened;
A first heat dissipation unit formed with an air flow passage to allow air to flow in and out and coupled to a central portion of the thermal base;
A second heat dissipation unit coupled to an outer circumferential surface of the thermal base in an opposite direction to which the first heat dissipation unit is coupled to the thermal base;
The LEDs
A printed circuit board stacked on the first insertion groove;
It includes an LED chip mounted in the second insertion groove,
The LED chip is characterized in that the heat radiated by the air flowing through the air flow passage.
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