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KR101580735B1 - 조명 장치 - Google Patents

조명 장치 Download PDF

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KR101580735B1
KR101580735B1 KR1020140052911A KR20140052911A KR101580735B1 KR 101580735 B1 KR101580735 B1 KR 101580735B1 KR 1020140052911 A KR1020140052911 A KR 1020140052911A KR 20140052911 A KR20140052911 A KR 20140052911A KR 101580735 B1 KR101580735 B1 KR 101580735B1
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KR
South Korea
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led
heat sink
heat
lighting
illumination
Prior art date
Application number
KR1020140052911A
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KR20150125469A (ko
Inventor
이영규
이석영
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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Publication of KR20150125469A publication Critical patent/KR20150125469A/ko
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Abstract

실시예의 조명 장치는, LED 소자들이 마련된 LED 모듈; 상기 LED 모듈이 내부에 마련되고, 상기 LED 모듈과 대향되는 측이 개방되는 형상을 갖는 조명 바디; 및 상기 조명 바디에 마련된 상기 LED 모듈을 방열시키기 위해 상기 LED 모듈측에 부착되는 히트 싱크;를 포함하고, 상기 히트 싱크는 일측이 개방되고, 타측은 폐쇄된 형상으로 이루어지고, 상기 히트 싱크의 개방된 일부는 상기 조명 바디에 결합된다.
제안되는 바와 같은 실시예의 조명 장치에 의해서, LED 소자에서 발생되는 고온의 열이 반사판의 역할을 수행하는 조명 바디의 형상을 따라 용이하게 방열될 수 있으며, 이로 인하여 조명 장치의 효과적인 방열 뿐만 아니라 히트 싱크를 단순화 및 소형화할 수 있으며, 나아가 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

Description

조명 장치{LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 조명 장치에 대한 것으로서, 광원에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시키는 것이 가능하여 장치의 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치에 대한 것이다.
LED 소자를 광원으로 하는 조명은 소비전력이 낮고 그 수명기간이 길기 때문에, 점차 시장에 침투하는 속도가 빨라지고 있다. 그 중에서도, 최근 주목받고 있는 것이 자동차의 차재 LED 조명과, 건물 등의 분야의 매립 조명에서도 LED 조명으로의 전환이 이루어지고 있다.
그러나, 이러한 LED 조명의 광원인 LED 소자는 열에 매우 약하고, 허용 온도를 초과하면 발광 효율이 저하될 수 있다. 그리고, LED 소자의 수명이 줄어들게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, LED 소자의 발광시에 열을 주위의 공간으로 방열할 필요가 있으며, 이 때문에 LED 조명에는 큰 사이즈의 히트 싱크가 구비되어 있다.
LED 조명용 히트 싱크에는, 합금을 재료로 한 다이캐스트 타입으로 이루어져 있으며, 특허문헌 1에는 이러한 히트 싱크의 예가 개시되어 있다. 개시된 히트 싱크는 LED 광원이 정면측에 배치되는 기판부와, 기판부의 배면측에 간격을 두고 돌출하는 복수 개의 평행으로 배치된 핀부를 갖고 있다. 그리고, 기판부 및 핀부가 방사면 역할을 수행하고, 넓은 방사 면적을 얻을 수 있기 때문에, 방열의 향상을 도모하고자 하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술들은 광원인 LED 소자의 후면에 마련되는 방열판 또는 방열핀의 형상 개선을 통하여, 방열 면적을 증가시키고 있으나, 이러한 방법으로는 조명 장치의 전체 사이즈가 더 커지게 되는 문제점이 있다.
예를 들어, 10W급 LED 소자의 경우, 발광 후 5분 이내에 120도에 달하는 열이 발생한다. 그리고, LED 소자를 다수개 배열하여 500W급의 고출력 LED 조명 장치를 구현하는 경우에는, 효과적인 방열의 가능여부에 따라 조명 장치의 수명이 수년 내지 수십년의 차이가 발생할 수 있다.
(특허문헌 1) JP2010-278350 A
본 발명은 LED 소자로부터 발생된 빛의 진행을 가이드하는 반사판에 의하여 방열이 이루어질 수 있는 조명 장치를 제안하고자 한다.
그리고, 조명 장치의 몸체를 이루는 조명 바디에 의하여 방열이 이루어지기 때문에, 방열을 위하여 갖추어야 할 장치의 구성을 단순화할 수 있는 조명 장치를 제안하고자 한다. 즉, 종래에는 방열 효율을 높이기 위하여, 히트 싱크의 표면적 증가시키거나 대형화하였으나, 히트 싱크를 소형화하더라도 충분히 방열이 가능한 조명 장치를 제안하고자 한다.
실시예의 조명 장치는, LED 소자들이 마련된 LED 모듈; 상기 LED 모듈이 내부에 마련되고, 상기 LED 모듈과 대향되는 측이 개방되는 형상을 갖는 조명 바디; 및 상기 조명 바디에 마련된 상기 LED 모듈을 방열시키기 위해 상기 LED 모듈측에 부착되는 히트 싱크;를 포함하고, 상기 히트 싱크는 일측이 개방되고, 타측은 폐쇄된 형상으로 이루어지고, 상기 히트 싱크의 개방된 일부는 상기 조명 바디에 결합된다.
제안되는 바와 같은 실시예의 조명 장치에 의해서, LED 소자에서 발생되는 고온의 열이 반사판의 역할을 수행하는 조명 바디의 형상을 따라 용이하게 방열될 수 있으며, 이로 인하여 조명 장치의 효과적인 방열 뿐만 아니라 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시예의 조명 장치가 구조물 내에 설치된 경우의 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 실시예의 조명 장치의 측면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 실시예의 조명 장치를 분해한 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 실시예의 조명 장치 내에 수용되는 광원 모듈의 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 실시예의 광원 모듈을 분해한 모습을 보여주는 도면이다.
도 6과 도 7은 본 실시예의 조명 장치에 의하여 방열이 이루어지는 모습을 보여주기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
본 발명과 관련되는 이동 단말기의 설명에 사용되는 접미수 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 실시예의 조명 장치가 구조물 내에 설치된 경우의 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 실시예의 조명 장치의 측면을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예의 조명 장치(100)는, LED 모듈이 수용된 조명 바디(110)와, 상기 조명 바디(110)의 후방(도면에서는 상측 방향)에 마련되는 히트 싱크(120)와, 조명 장치(100)가 구조물(10)에서 위치가 고정되도록 하는 위치 고정 클립(180)을 포함한다.
그리고, 상기 조명 바디(110)의 전방(도면에서는 하측 방향)에 위치하는 보호 커버(190)를 포함한다.
상기 조명 바디(110)는 조명 장치의 몸체를 형성하고, 내부에 수용된 LED 소자로부터 발생된 빛의 진행을 가이드하는 반사판의 역할을 수행한다.
특히, 상기 조명 바디(110)는 LED 소자들로부터 발생되는 열을 효과적으로 방열시키는 역할을 수행하며, 열전도율이 높은 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어져 효과적으로 방열이 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 조명 바디(110)의 형상이 LED 소자로부터 멀어질수록 그 사이즈(또는 직경)가 점차 증가하도록 이루어지기 때문에, 열전도가 빠른 속도로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는, 첨부되는 도면과 함께 더 자세하게 살펴보기로 한다.
한편, 상기 위치 고정 클립(180)은 조명 바디(110)의 단부 일측에 결합가능하고, 탄성력에 의하여 조명 장치가 구조물(10)로부터 위치가 벗어나지 않도록 한다.
즉, 상기 위치 고정 클립(180)들을 조명 바디(110)측으로 힘을 가한 상태에서, 상기 조명 장치(100)를 벽이나 천정과 같은 구조물(10) 내에 위치시킨 경우에, 상기 위치 고정 클립(180)이 조명 바디(110)로부터 멀어지는 방향으로 탄성이 작용하므로, 조명 장치의 위치가 고정될 수 있다. 그리고, 상기 위치 고정 클립(180)는 복수개가 상기 조명 바디(110)에 결합될 수 있다.
상기 조명 바디(110)의 후면, 즉, 빛의 진행과는 반대의 방향에는 LED 소자들로부터 발생되는 열을 방열시키기 위한 히트 싱크(120)가 더 마련될 수 있다. 상기 히트 싱크(120)는 상기 조명 바디(110)와 적어도 일부분이 접하도록 제공되고, 상기 조명 바디(110)로 전도된 열이 상기 히트 싱크(120)로 전도 또는 복사될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서의 히트 싱크(120)는 조명 바디(110)의 일부분을 감싸는 형상으로 이루어지더라도, 조명 바디(110) 및 히트 싱크(120)에 의한 충분한 방열이 가능하다. 특히, 상기 히트 싱크(120)는 일측이 개방되고, 타측이 평면 구조로 이루어지고, 개방된 부위의 히트 싱크(120)가 조명 바디(110)의 일부분을 덮도록 형성되는 것이 가능하다. 예를 들어, 히트 싱크의 일부분이 조명 바디(110)의 제 1 바디 일부분을 커버하는 형상이 가능하다. 이로 인해, 히트 싱크를 소형화할 수 있는 큰 장점이 있다.
상기 히트 싱크(120)는 상기 조명 바디(110)의 일부분에 결합되는 히트 싱크 바디(121)와, 상기 히트 싱크 바디(121)에 형성되는 적어도 하나 이상의 관통홀(122)을 포함한다. 상기 관통홀(122)을 통하여 순환되는 공기에 의하여, 방열의 효과가 더 증대될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 히트 싱크 바디(121)는 원통형으로 이루어질 수 있으며, 일측이 개방되어 조명 바디(110)의 일부분과 결합될 수 있고, 타측은 폐쇄된 형상(평평한 면)으로 이루어질 수 있다.
열 흐름의 관점에서, LED 소자에서 발생되는 열은 전도, 복사, 및 대류를 통하여 이동하게 되며, 특히, LED 소자가 결합되어 있는 조명 바디(110)가 반사판의 역할을 수행하는 것과 함께 방열이 이루어질 수 있다.
도 3은 본 실시예의 조명 장치를 분해한 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 실시예의 조명 장치 내에 수용되는 광원 모듈의 모습을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 실시예의 광원 모듈을 분해한 모습을 보여주는 도면이다.
이하의 설명에서는, 본 실시예의 조명 장치가 천정에 위치하는 경우를 예로 들어 설명하며, LED 소자의 빛이 아래로 이동하므로, 빛의 이동 방향과 동일한 방향을 조명 바디(110)의 하측 방향(또는 전면), 빛의 이동 방향과 반대의 방향을 조명 바디(110)의 상측 방향(또는 후면)이라 하여 본다.
이 경우, 상기 조명 바디(110)는 빛의 이동 방향을 따라 연장되는 형상을 갖고, 상기 조명 바디(110)의 후면에는 히트 싱크(120)가 결합된다.
상기 조명 바디(110)는 내부에 LED 모듈을 수용하는 제 1 바디(111)와, 상기 제 1 바디(111)의 개구부보다 큰 사이즈(또는 직경)를 갖는 제 2 바디(112)와, 상기 제 2 바디(112)의 개구부보다 큰 사이즈를 갖는 제 3 바디(113)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 그 사이즈에 따라 제 1 내지 제 3 바디가 조명 바디(110)를 형성하는 것으로 설명하였으나, LED 모듈을 수용하는 제 1 바디와, 제 1 바디보다 큰 사이즈를 갖는 제 2 바디로 이루어지는 것 역시 가능하다.
상세히, 상기 제 1 바디(111) 내에는 복수 개의 LED 소자들이 결합된 LED 모듈이 마련되고, 상기 LED 모듈은 열전도를 위하여 상기 제 1 바디(111)의 일면과 접하도록 결합된다.
그리고, 상기 제 2 바디(112)는 상기 제 1 바디(111) 보다 큰 사이즈로 이루어지고, 이로 인하여 도시된 바와 같은 단차가 발생할 수 있다.
또한, 상기 제 3 바디(113) 역시 상기 제 2 바디(112) 보다 큰 사이즈로 이루어지고, 빛의 진행방향을 따라 그 사이즈가 점차 커지는 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제 2 및 제 3 바디(112,113)는 빛의 진행 방향을 따라 전부 또는 일부의 사이즈가 점차 커지는 형상으로 이루어질 수 있으며, 이것은 내부에서 이동하는 빛의 확산을 도모하면서 방열을 효과적으로 수행하기 위함이다.
상기 제 1 내지 제 3 바디는, 빛 반사가 가능하고 열전도율이 높은 알루미늄, 실리콘 메탈 또는 마그네슘으로 이루어질 수 있다. 그리고, 빛의 반사율을 높이기 위하여, 상기 제 1 내지 제 3 바디는 내부에 반사 코팅층이 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄, 티타늄 및 아민계 가교제가 혼합된 재질의 코팅층이 더 형성됨으로써, LED 소자에서 발생된 빛의 확산성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 제 3 바디(113)의 단부에는 보호 커버(190)와의 결합을 위한 커버 결합부(114)가 형성될 수 있으며, 상기 커버 결합부(114)가 링 형상의 보호 커버(190) 내에 안착 고정될 수 있다. 그리고, 상기 보호 커버(190)에는 상기 커버 결합부(114)와의 기밀한 결합을 위한 실링 가스켓(191)이 더 마련될 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하여 상기 제 1 바디(111) 내에 수용되는 광원 모듈의 구성에 대해서 설명하여 본다.
광원 모듈은 외형을 형성하는 상부 커버(140)와, 상기 상부 커버(140)와 결합되는 하부 커버(170)를 포함한다.
그리고, 상기 상부 커버(140)의 상하측은 개방되고, 상기 상부 커버(140)의 상측에는 복수 개의 LED 소자(10)가 마련되어 있는 LED 모듈(130)이 결합된다. 상기 LED 모듈(130)은 LED 소자(10)의 동작을 제어하기 위한 인쇄회로기판을 구비하고, 상기 상부 커버(140)의 상측 개구부는 상기 LED 모듈(130)에 의하여 폐쇄될 수 있다.
그리고, 상기 상부 커버(140) 내측에는 LED 소자(10)로부터 발생된 빛을 반사시켜 가이드하기 위한 원통형의 반사 부재(150)가 수용된다. 상기 반사 부재(150)는 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어지거나, 반사 코팅층이 마련된 부재로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 상부 커버(140)와 하부 커버(170) 사이에는 빛에 광학적 특성을 부여하기 위한 광학 시트(160)가 마련되고, 상기 광학 시트(160)는 그 일부가 상기 하부 커버(170) 상에 고정될 수 있다. 상기 광학 시트(160)는 실시예의 조명 장치의 용도나 사용장소에 따라 빛의 확산각 또는 광량을 조절할 수 있는 부재로서, 실시예에 따라 다양한 미세 패턴으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 구조로 이루어진 조명 장치에서 방열이 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이 도 6 및 도 7에 첨부되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, LED 소자들(10)의 동작에 따라 발생한 열은 조명 바디(110)에 의한 방열(RH1)과, 조명 바디(110) 후면의 히트 싱크(120)에 의한 방열(RH2)이 이루어질 수 있다.
상세히, 실시예의 조명 바디(110)는 높은 열전도율을 갖는 메탈로 이루어지고, 제 1 내지 제 3 바디가 빛의 진행 방향을 따라 점차 그 표면적이 증가하도록 형성되기 때문에, LED 소자에서 발생하는 열이 제 1 바디(111)로부터 제 3 바디(113)로의 전도가 빠르게 이루어질 수 있다.
즉, 빛의 진행 방향과 수직한 방향으로 제 2 바디(112)와 제 3 바디(113)의 사이즈가 증가하므로, 열이 전도되는 면적이 점차 증가하게 되므로, 방열 경로가 용이하게 확보될 수 있다.
또한, LED 소자에서 발생한 일부의 열은 조명 바디(110) 후면의 히트 싱크(120)를 통하여 배출 가능하므로, LED 소자 및 LED 모듈의 급격한 온도 상승을 효과적으로 예방할 수 있다. 복수개의 LED 소자들에 의하여 수십W의 전력이 소비되는 경우라면, 이러한 방열 구조는 더욱 탁월한 효과를 달성할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 다른 실시예의 조명 장치는, 조명 바디(110) 후면에 장착되는 히트 싱크(220)에 의한 방열 효율이 증가되는 경우이다. 상기 히트 싱크(220)는 조명 바디(110)의 제 1 바디(111)에 결합되는 히트 싱크 바디(221)와, 상기 히트 싱크 바디(221) 상에 빛의 진행 방향과 평행한 방향으로 연장되는 복수 개의 방열핀(222)을 포함한다.
상기 히트 싱크 바디(221) 및 방열핀(222)은 알루미늄 또는 그의 합금으로 이루어지거나, 다른 메탈 재질의 높은 전도율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
도시된 실시예의 조명 장치의 경우도 LED 소자(10)에서 발생되는 열은 반사판의 역할을 하는 조명 바디(110)를 따라 이동하거나, 후면의 히트 싱크(220)를 통하여 이동함으로써, 방열이 이루어진다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 조명 바디(110)의 사이즈는 사용하는 LED 소자의 개수, 즉, 요구되는 LED 광량에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 조명 바디(110)를 구성하는 제 1 내지 제 3 바디의 곡률이나 사이즈 역시 다양하게 변경될 수 있다.
100 : 조명 장치 110 : 조명 바디
120, 220 : 히트 싱크 130 : LED 모듈
140 : 상부 커버 150 : 반사 부재
160 : 광학 시트 170 : 하부 커버
180 : 위치 고정 클립 190 : 보호 커버

Claims (8)

  1. LED 소자들이 마련된 LED 모듈을 포함하는 광원 모듈;
    상기 광원 모듈이 내부에 마련되고, 상기 광원 모듈과 대향되는 측이 개방되는 형상을 갖는 조명 바디; 및
    상기 LED 모듈을 방열시키기 위해 상기 조명 바디의 일측에 마련되는 히트 싱크;를 포함하고,
    상기 조명 바디는,
    상기 광원 모듈을 수용하며 일측에 개구부가 형성되는 제 1 바디와,
    상기 제 1 바디의 개구부로부터 상기 LED 소자에서 조사되는 빛의 진행방향을 따라 연장 형성되는 제 2 바디 및
    상기 제 2 바디로부터 연장 형성되고, 상기 LED 소자에서 조사되는 빛의 진행방향을 따라 직경이 증가하는 형상인 제 3 바디를 포함하고,
    상기 히트 싱크는 상기 제 1 바디의 적어도 일부분을 커버하도록 일측이 개방된 형상으로 이루어지고,
    상기 제 2 바디는 상기 제 1 바디보다 큰 직경을 갖도록 형성되며,
    상기 제 1 바디와 상기 제 2 바디의 경계는 단차진 형상으로 이루어진 조명 장치.
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  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 바디의 내주면에는 빛의 반사를 위한 반사 코팅층이 형성되고,
    상기 반사 코팅층은 알루미늄과 가교제를 포함하는 재질로 이루어지는 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 모듈은, 상기 LED 모듈이 결합되는 상부 커버와, 상기 상부 커버 내에 수용되는 반사 부재와, 상기 상부 커버와 결합되는 하부 커버를 포함하는 조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 커버와 하부 커버 사이에는 빛의 광학성 특성을 변화시키기 위한 광학 시트가 더 마련되는 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 바디의 일측에는 소정의 탄성력을 갖는 위치 고정 클립이 적어도 하나 이상 결합되는 조명 장치.
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