KR100759054B1

KR100759054B1 - 발광 다이오드를 이용한 조명 장치

Info

Publication number: KR100759054B1
Application number: KR1020060107203A
Authority: KR
Inventors: 김종덕
Original assignee: 박청용
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2007-09-14

Abstract

본 발명은 소비전력의 극소화와 가용 수명의 극대화, 발열처리의 최적화, 전 범위 전압 사용 가능화, 소형화를 실현할 수 있도록 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 외부 소켓부에 결합되어 발광하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 있어서, 발광 다이오드를 구동하기 위한 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판을 수납하면서 상기 외부 소켓부의 전원 계통과 결합되는 본체; 외주연에 방열을 위한 요철이 형성되고, 일단이 상기 본체에 체결되는 방열판; 상기 방열판의 상부에 열접착되어 장착되는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드를 수용하면서 상기 방열판의 타단에 결합되는 반투명 커버체;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

조명등, 발광다이오드, 고휘도 LED, 방열판

Description

발광 다이오드를 이용한 조명 장치{LED light}

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 회로 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 외관 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 분해 사시도.

도 4는 도 2에 도시한 방열판과 LED부의 확대 사시도.

도 5는 도 3에 도시한 방열판과 LED부의 평면도.

도 6은 도 3에 도시한 방열판과 LED부의 측면도.

* 도면부호의 간단한 설명

10.. AC-DC 변환부 20.. DC 출력전압부

30.. DC 출력전압 제어부

50.. 커버체 52.. 발광 다이오드

54.. 방열판 56.. 인쇄회로기판

58.. 본체

52a.. 리드선 52b.. 고정부재

54a.. 방열편 54b.. 돌기부

58a.. 요홈부

본 발명은 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광범위한 전압 특성을 가지면서 고휘도 발광이 가능한 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.

조명등은 단순히 물체를 식별하는 것 외에 실내장식이나 아늑한 분위기를 연출하기 위해 사용된다. 이러한 조명등은 백열등이나 형광등이 일반적이다.

백열등은 점등에 따른 부속장치가 간단하고, 다른 조명기구와의 조합이 용이하여 형광등의 보급에도 불구하고 여전히 수요 비중이 크다. 형광등은 필라멘트를 사용하는 백열등에 비해 상대적으로 효율이 높고 수명이 긴 장점이 있어 백열등과 함께 널리 사용되고 있다.

최근에는 조명등으로 할로겐 사이클을 이용한 요오드 전구, 고효율 헬라이드등, 양광램프 등이 개발되고 실용화되고 있다. 결정발광체인 EL램프는 면광원으로 차세대 광원으로 각광받고는 있지만 효율이나 광원장치 등의 문제로 아직 실용화단계까지 도달하지는 못하였다.

그리고 광전자 소자인 LED(Light Emitting Diode)가 조명등으로 사용되고 있다. 이 LED는 옥외용 대형 전광판이나 교통신호등, 자동차 계기판, 의료장비, 경고등과 같이 다양한 곳에 적용되고 있고, 백열등이나 형광등에 비해 낮은 전력소모와 반영구적인 수명, 환경 친화적인 특성 등을 가짐에 따라 조명기구로서 각광을 받고 있다.

그러나 LED는 직진성이 좋지만 확산성이 좋지 않아 실내조명을 위한 조명등으로는 사용이 용이하지 못하였다.

또한, LED를 이용하여 실내 조명등을 구현하고 있는 종래의 조명기구들은 백열등이나 형광등과 유사한 조도를 발휘할 수 있도록 하기 위하여 일정한 패널에 다수개의 LED를 배치하여 사용하였기 때문에 설치가 번거롭고 제작비용이 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 다수의 LED를 배치하는 경우 각 LED에서 발산되는 높은 열 때문에 패널이 파손되거나 LED 자체의 수명이 저감되는 등의 문제점이 있었고, 열 발산을 위한 부차적인 기구가 추가로 구비되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 LED를 이용한 조명등은 규정된 전압에서만 동작하도록 되어 있기 때문에 다른 전압에서 사용할 수 없고, 이를 해결하기 위해서는 변압기 등 별도의 전압 승강압 장치를 추가로 구비해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한 개의 발광 다이오드로 기존 20와트 백열등 대비 20분의 1의 전력소모로서 90% 이상의 휘도 효율을 발휘하도록 하여 소비전력의 극소화를 실현하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존 20와트 형광등의 평균 수명이 약 2,000시간인데 비하 여 최소 50,000시간 최대 80,000시간의 수명이 가능하도록 하여 가용 수명의 극대화를 실현하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상온 섭씨 25도, 무 통풍, 무 방열판 조건에서 1와트 발광 다이오드 점등 시 발열이 55℃ 이하로 유지되므로 발열처리의 최적화를 실현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존 발광 다이오드를 이용한 조명등이나 조명기구가 사용가능 전압이 제한적이었던 것에 반하여, 세계 어느 전압조건에서도 사용이 가능하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존 형광등, 백열등 및 발광 다이오드를 이용한 조명등이나 조명기구가 별도의 안정기나 전원 공급부가 필요하였던 것에 반하여, 전원부의 소형화를 실현하여 내장함으로써 조명등의 소형화를 실현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부 소켓부에 결합되어 발광하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 있어서, 발광 다이오드를 구동하기 위한 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판을 수납하면서 상기 외부 소켓부의 전원 계통과 결합되는 본체; 외주연에 방열을 위한 요철이 형성되고, 일단이 상기 본체에 체결되는 방열판; 상기 방열판의 상부에 열접착되어 장착되는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드를 수용하면서 상기 방열판의 타단에 결합되는 반투명 커버체;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방열판에서 발산되는 열이 상기 인쇄회로기판으로 이동되는 것을 차단하기 위한 실리콘 차단막;을 더 구비하여 것을 특징으로 한다.

상기 방열판은 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 인쇄회로기판은, 입력 AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 AC-DC 변환부; 상기 AC-DC 변환부에서 변환된 출력전압을 안정화시켜 발광 다이오드로 공급하는 DC 출력전압부; 상기 DC 출력전압부로부터 피드백되는 전압값을 근거로 상기 AC-DC 변환부에 의한 출력전압을 PWM 제어하는 DC 출력전압 제어부;를 구비하여 구성되되, 상기 DC 출력전압 제어부는, 상기 DC 출력전압부의 출력전압을 전압을 감지하는 스위칭 레귤레이터; 상기 스위칭 레귤레이터에 의해 온/오프 스위칭되는 포토 커플러; 및 상기 포토 커플러의 스위치 작용에 의해 입력되는 신호를 근거로 상기 AC-DC 변환부에 대한 PWM 제어신호를 가변 출력하는 컨트롤 IC;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 회로 구성도이다.

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 AC-DC 변환부(10)와 DC 출력전압부(20) 및 DC 출력전압 제어부(30)를 포함한다.

상기 AC-DC 변환부(10)는 AC 90V 내지 260V 범위의 입력전압을 DC 전압으로 변환하는 것이다. 이 AC-DC 변환부(10)는 입력전원의 급격한 과전압을 방지하는 퓨즈(R2)와 전압성분에 포함된 노이즈를 없애거나 개선시키기 위한 쵸크코일(LF)과 비드코어(C1, C2), AC 전원을 DC 전원으로 변환시키기 위한 브릿지 다이오드(D1~D4) 및 전압이 급격히 상승되는 것을 방지하기 위한 RCD 스너버 회로(R4, C7, D6) 및 출력전압 생성을 위한 펄스 트랜스포머(T1)를 포함한다.

상기 DC 출력전압부(20)는 상기 AC-DC 변환부(10)에서 생성된 저전압을 원하는 전압으로 안정화시켜 발광 다이오드(52)로 공급하기 위한 것이다. 이 DC 출력전압부(20)는 전압 제어를 위한 쇼트키 다이오드(D8)와 직류 성분에 잔존하는 맥류를 제거하기 위한 라인 필터용 콘덴서(C3, C4)와 코일(LF1)을 포함한다.

상기 DC 출력전압 제어부(30)는 상기 AC-DC 변환부(10)의 펄스 트랜스포머(T1)에서 생성되는 2차 전압을 제어하기 위한 것이다. 이 DC 출력전압 제어부(30)는 출력전압 제어를 위한 전반적인 동작을 수행하는 콘트롤 IC(U2)와 상기 DC 출력전압부(20)의 전압을 감지하는 스위칭 레귤레이터(SR1) 및 이 스위칭 레귤레이터(SR1)의 신호에 따라 동작하는 포토 커플러(U2)를 포함한다.

상기 컨트롤 IC(U3)는 RC 단과 REG 단의 두 입력신호를 비교하여 펄스 트랜스포머(T1)를 PWM 제어함으로써 유도되는 2차 전원의 전압을 승압 또는 강압시키게 된다. 여기서 RC 단은 충방전을 반복하는 저항(R6)과 콘덴서(C6)가 연결되어 있고, REG 단은 포토 커플러(U2)를 통해 일정하게 입력되는 기준 전압이다. 이 기준 전압은 R10 저항과 R11 저항의 저항치를 조정하여 설정하게 된다.

이와 같이 스위칭 레귤레이터(SR1)를 정확한 기준값으로 제어함에 따라 결과 적으로 컨트롤 IC(U2)에 의한 PWM 듀티 제어가 정확하게 이루어지게 되어 DC 출력전압부(20)에는 일정한 출력전압과 출력전류가 유도되게 됨으로써 발광 다이오드의 긴 수명 및 고효율의 발광을 가능하게 한다.

전술한 바와 같이 구성되는 인쇄회로기판()은 AC 90V 내지 260V의 광범위한 전압에서 사용 가능하고, -30℃에서부터 +120℃까지의 온도에서도 점등되도록 설계되었다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 외관 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 조명 장치의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시한 방열판과 LED부의 확대 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시한 방열판과 LED부의 평면도이고, 도 6은 도 3에 도시한 방열판과 LED부의 측면도이다.

본 발명은 상용전원 라인과 연결되는 외부 소켓부에 결합되어 발광하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 적용되게 된다.

본 발명은 인쇄회로기판(56)과 본체(58), 방열판(54), 발광 다이오드(52) 및 커버체(50)를 포함한다.

상기 인쇄회로기판(56)은 발광 다이오드를 구동하기 위한 것으로서, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 AC-DC 변환부(10)와 DC 출력전압부(20) 및 DC 출력전압 제어부(30)가 설치되게 된다. 이 인쇄회로기판(56)은 발광 다이오드(52)로 동작 전원을 안정적으로 공급하게 된다.

상기 본체(58)는 인쇄회로기판(56)을 수납하면서 상기 외부 소켓부의 전원 계통과 결합되는 것이다. 이 본체(58)는 폴리카보네이트 재질의 베이스가 형성되고, 이 베이스의 외주연에는 상기 외부 소켓부와 전기적으로 결합되기 위한 내부 소켓부가 형성되게 된다.

상기 방열판(54)은 발광 다이오드(52)에서 발산되는 열을 효율적으로 방열시키기 위한 것이다. 이 방열판(54)은 외주연에 방열을 위한 다수의 방열편(54a)이 형성되고, 일단이 본체(58)에 체결되게 된다.

일예로서, 방열판(54)의 하부에는 도시한 바와 같이 본체(58)와 체결되기 위한 돌기부(54b)를 형성하고, 본체의 상부에는 방열판(54)의 돌기부(54b)와 대응되는 요홈부(58a)를 형성할 수 있다. 방열판(54)은 본체(58)에 돌려끼움되어 장착되게 되는데, 본체(58)의 요홈부(58a)에 방열판(54)의 돌기부(54b)를 끼워 수직방향으로 가압한 후 수평방향으로 회동시켜 장착할 수 있다.

상기 발광 다이오드(52)는 방열판(54)의 상부에 열접착되어 장착되게 된다. 방열판(54)의 상부면에는 발광 다이오드(52)와의 절연을 위한 소정의 절연물질이 도포되게 된다. 그리고 발광 다이오드(52)와 방열판(54)의 접착 부위에는 발광 다이오드(52)를 용이하게 고정 시키기 위한 고정부재(52b)가 더 구비될 수 있다.

상기 고정부재(52b)는 알루미늄 재질로 이루어지고, 발광 다이오드(52)의 리드선(52a)은 고정부재(52)의 일측 부위에 전기적으로 연결되게 된다.

상기 커버체(50)는 발광 다이오드(52)를 수용하면서 방열판(54)의 타단에 결합되는 것이다. 이 커버체(50)는 반투명 특성을 가지는 것으로서, 발광 다이오드(52)에 의한 광의 확산성이 증대되게 된다.

한편, 상기 방열판(54)에서 발산되는 열이 인쇄회로기판(56)으로 이동되는 것을 차단하기 위한 실리콘 차단막(미도시)이 더 구비될 수 있다.

상기 실리콘 차단막은 본 발명에 따른 조명 장치를 조립한 후 방열판(54)과 인쇄회로기판(56)의 사이에 실리콘을 주입하여 구성할 수 있고, 사전에 일정 형태로 형상화된 것을 조명 장치의 조립 시 방열판(54)과 인쇄회로기판(56)의 사이에 배치하여 구성할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명은, 한 개의 발광 다이오드로 기존 20와트 백열등 대비 20분의 1의 전력소모로서 90% 이상의 휘도 효율을 발휘하도록 하여 소비전력의 극소화를 실현하게 한다.

또한, 본 발명은 기존 20와트 형광등의 평균 수명이 약 2,000시간인데 비하여 최소 50,000시간 최대 80,000시간의 수명이 가능하도록 하여 가용 수명의 극대화를 실현하게 한다.

또한, 본 발명은 상온 섭씨 25도, 무 통풍, 무 방열판 조건에서 1와트 발광 다이오드 점등 시 발열이 55℃ 이하로 유지되므로 발열처리의 최적화를 실현하게 한다.

또한, 본 발명은 기존 발광 다이오드를 이용한 조명등이나 조명기구가 사용가능 전압이 제한적이었던 것에 반하여, 세계 어느 전압조건에서도 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존 형광등, 백열등 및 발광 다이오드를 이용한 조명등이나 조명기구가 별도의 안정기나 전원 공급부가 필요하였던 것에 반하여, 전원부의 소형화를 실현하여 내장함으로써 조명등의 소형화를 실현하게 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

외부 소켓부에 결합되어 발광하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치에 있어서,

발광 다이오드를 구동하기 위한 인쇄회로기판;

상기 인쇄회로기판을 수납하면서 상기 외부 소켓부의 전원 계통과 결합되는 본체;

외주연에 방열을 위한 요철이 형성되고, 일단이 상기 본체에 체결되는 방열판;

상기 방열판의 상부에 열접착되어 장착되는 발광 다이오드; 및

상기 발광 다이오드를 수용하면서 상기 방열판의 타단에 결합되는 반투명 커버체;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 방열판에서 발산되는 열이 상기 인쇄회로기판으로 이동되는 것을 차단하기 위한 실리콘 차단막;을 더 구비하여 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 방열판은 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판은,

입력 AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 AC-DC 변환부;

상기 AC-DC 변환부에서 변환된 출력전압을 안정화시켜 발광 다이오드로 공급하는 DC 출력전압부;

상기 DC 출력전압부로부터 피드백되는 전압값을 근거로 상기 AC-DC 변환부에 의한 출력전압을 PWM 제어하는 DC 출력전압 제어부;를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 DC 출력전압 제어부는,

상기 DC 출력전압부의 출력전압을 전압을 감지하는 스위칭 레귤레이터;

상기 스위칭 레귤레이터에 의해 온/오프 스위칭되는 포토 커플러; 및

상기 포토 커플러의 스위치 작용에 의해 입력되는 신호를 근거로 상기 AC-DC 변환부에 대한 PWM 제어신호를 가변 출력하는 컨트롤 IC;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 장치.