JP2008053724A - 冷却装置を有する発光ダイオードモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】
基板に複数個の発光ダイオードが設けられたモジュールを冷却させるための冷却装置を有する発光ダイオードモジュールを提供する。
【解決手段】
多数個の発光ダイオードが設けられる基板と、該基板の下面に設けられ熱交換媒体が収容されたコンテーナと、該コンテーナの少なくとも一側に設けられコンテーナの内部の熱交換媒体を冷却させるためのペルティエ素子とを備える。この冷却装置を有する発光ダイオードモジュールは発光ダイオードの放熱効率を高めて発光ダイオードの劣化を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオードモジュールに係り、さらに詳しくは基板に複数個の発光ダイオードが設けられたモジュール(light emitting diode module)を冷却させるための冷却装置を有する発光ダイオードモジュールに関する。
通常、発光ダイオードは相対的に照度が高い投光器、バックライト、照明などに用いられるが、特に最近は低消費電力高出力の発光ダイオードが開発されている。このような発光ダイオードは長寿命、低電力消耗、親環境的、薄型化などの長所を有する一方、光効率が低い短所を有している。このような長所を有する発光ダイオードの光効率は約２０〜３０％程度である。発光ダイオード１Ｗの消耗電力において光効率を３０％と見た時、熱として発生する消耗電力比率が７０％である。
前述したように発光ダイオードから発生した熱は発光ダイオードを劣化させ、その寿命を縮める。従って、高出力の発光ダイオードにおいて放熱手段は必須のものである。
韓国公開特許第２００５-００８６３９１号には冷却機能を有するＬＥＤパッケージ印刷回路基板及びその製造方法が開示されている。開示された印刷回路基板は平板状のヒートパイプが備えられた構成が開示されている。
そして、韓国公開特許第２００６-００８６０５号にはＬＥＤパッケージの熱放出構造及び該構造を備えたＬＥＤパッケージが具備されている。開示されたＬＥＤパッケージはＬＥＤチップ、接着層を用いてＬＥＤチップに結合されるメタルスラグ及び前記ＬＥＤチップを取り囲んだモールディングを含み、前記メタルスラグはＬＥＤチップを取り囲んだ発散壁面体及び該発散壁面体の外部に形成されたスラグ基板を含む。
前述したように構成された冷却機能付きＬＥＤパッケージ又はＬＥＤパッケージの放熱構造はその構造が相対的に複雑であり、空気との熱伝達によって放熱が行われているので十分な冷却効果を期し難い。特に、高出力のＬＥＤの場合、前述したような放熱構造をもっては熱によるＬＥＤの劣化を防止することができない。
本発明は前述した従来の技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は高輝度の発光ダイオードから発生する熱の放出特性を向上させることができ、発光ダイオードの熱による劣化を根本的に防止できる冷却装置を有する発光ダイオードランプモジュールを提供するところにある。
本願発明の他の目的は、高出力の発光ダイオードを用いたランプ及びバックライトの作製を可能にする冷却装置を有する発光ダイオードモジュールを提供するところにある。
本願発明のさらに他の目的は、熱交換媒体を用いて冷却させることによって冷却効率を極大化できる冷却装置を有する発光ダイオードモジュールを提供するところにある。
前述した目的を達成するため、本発明の冷却装置を有する発光ダイオードモジュールは、多数個の発光ダイオードが設けられる基板と、該基板の下面に設けられ熱交換媒体が収容されたコンテーナと、該コンテーナの少なくとも一側に設けられコンテーナに収容された熱交換媒体を冷却させるためのペルティエ素子を備えてなることを特徴とする。
本発明において、前記コンテーナにはこれを貫通する少なくとも一つの通気孔が形成され、この通気孔又はコンテーナの外周面には放熱フィンが設けられる。
以上述べたように、冷却装置を有する発光ダイオードモジュールは基板に設けられる多数個の発光ダイオードから放出される熱を同時に放出できるので放熱特性を向上させることができ、高出力の発光ダイオードモジュールの製作を可能にする。
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施形態を詳述する。
図１は本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの一実施形態を示した図である。
同図を参照すれば、冷却装置を有する発光ダイオードモジュール１０は多数個の発光ダイオード１００が設けられる基板１１と、該基板１１の下面に設けられ熱交換媒体２７が収容されたコンテーナ２０と、前記コンテーナ２０の少なくとも一側に設けられコンテーナ２０の内部の熱交換媒体２７を冷却させるためのペルティエ素子３０を備える。
前述したように構成された発光ダイオードモジュールを構成する構成要素をさらに詳述する。
前記発光ダイオード１００は多量の熱の放出が必要な高出力の発光ダイオードが用いられる。例えば、発光ダイオードは反射膜を有するハウジングにチップが取り付けられ、ハウジングに設けられた電極端子とチップがワイヤボンディングされてなされるが、これに限定されない。
前記発光ダイオードが設けられる基板１１は発光ダイオード１００を保持すると共に、各発光ダイオードに電流を供給するための電極パターン(図示せず)が形成されたもので、電極パターンとの絶縁のための絶縁層を有するメタル基板を使用するのが望ましいが、これに限定されない。
前記コンテーナ２０は前記発光ダイオード１００から放出される熱を基板を通じて放出できるようにするもので、内部に熱交換媒体２７が充填される空間部２１を有する。前記コンテーナ２０と基板１１との間には熱伝達が円滑に行われうるように熱伝導性接着材によって接着するのが望ましい。また、前記コンテーナ２０は熱伝達係数が高いアルミニウム、銅、銅合金などで作製するのが望ましい。
前記コンテーナ２０には図２ないし図４に示したように、コンテーナ２０を貫通する少なくとも一つの通気孔２２が設けられ、この通気孔２２には図４に示したように放熱フィン２３が設けられる。該放熱フィン２３はコンテーナの表面に取付けることもできる。そして、前記コンテーナ２０には内部の圧力が上昇して圧力が非正常に高くなることを防ぐための安全バルブ２４が設けられる。ここで、前記安全バルブ２４は所定のパターンにコンテーナ２０にノッチが形成されてなされるか、設定された圧力で開閉されるリリーフバルブよりなる。
前記コンテーナ２０の一側には前記熱交換媒体２７から熱を排出させるためのペルティエ素子３０が設けられる。このペルティエ素子３０は冷却部位が前記コンテーナの表面に取付けられ、熱を放出する側は大気中に露出されるように設けられる。そして、前記大気中に露出されたペルティエ素子３０の表面には熱を放出するための放熱フィン３１が設けられうる。前記放熱フィンには図５に示したように前記ペルティエ素子と接触されるヒートパイプ３２が設けられて、ペルティエ素子３０から発生した熱を前記放熱フィンに伝達することができる。前述したように構成されたコンテーナは発光ダイオード１００の特性、これを保持する基板の装着部によってその形状を相違させることができ、図５に示したように基板１１の装着部位が曲面に形成されうる。
図６、図７及び図８には本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの他の実施形態を示した。 ここで、前記実施例と同じ参照符号は同じ構成要素を指す。
同図を参照すれば、前記コンテーナ２０の内部にはコンテーナ２０に収容された熱交換媒体２７からペルティエ素子３０の熱を伝達するための補助熱伝達部材４０が設けられる。この補助熱伝達部材４０はペルティエ素子３０が設けられる部位から内部に延びる第１熱伝達部材４１と、前記第１熱伝達部材４１から半径方向に延びる複数個の第２熱伝達部材４２を備える。ここで、前記第２熱伝達部材４２は薄板又はロッドよりなる。前記補助熱伝達部は前述した実施形態に限定されず、コンテーナ２０の内面から突出する複数個の突起よりなる。
前述したように構成された本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの作用を説明すれば次の通りである。
前記基板１１に設けられた高出力の発光ダイオード１００が駆動され発光することによって相対的に多量の熱が放出されるが、この放出された熱は基板を通じてコンテーナ２０の熱交換媒体２７に伝達される。
このように熱交換媒体２７に伝達された熱はコンテーナ２０の表面を通じて放出されると共に、ペルティエ素子３０により外部にポンピングされる。従って、持続的に発光ダイオードを冷却させることができる。
特に、前記コンテーナ２０は、ケース２１が熱伝達係数の相対的に高いアルミニウム又は銅板よりなっているので放熱特性に優れて、ヒートシンクの役割も十分果たせる。コンテーナ２０には通気孔２２が形成されたり、この通気孔２２に放熱フィン２３が設けられており、その内部には熱伝達媒体からペルティエ素子３０への熱伝達のための熱伝達部が設けられていることから、熱の放出特性を向上させることができる。
本発明は図面に示した一実施形態を参考にして説明された来たが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野において通常の知識を持つ者ならばこれより多様な変形及び均等な実施例が可能である。従って、本発明の真の保護範囲は請求の範囲によって定まるべきである。
本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの斜視図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの他の実施例を示した斜視図。 図２に示された冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの断面図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールのさらに他の実施例を示した斜視図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールの他の実施例を示した一部切除斜視図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールのコンテーナに補助熱伝達部が設けられた実施例を示した一部切除斜視図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールのコンテーナに補助熱伝達部が設けられた実施例を示した一部切除斜視図。 本発明に係る冷却装置を有する発光ダイオードモジュールのコンテーナに補助熱伝達部が設けられた実施例を示した一部切除斜視図。

Claims (6)

  1. 多数個の発光ダイオードが設けられる基板と、該基板の下面に設けられ熱交換媒体が収容されたコンテーナと、該コンテーナの少なくとも一側に設けられてコンテーナの内部の熱交換媒体を冷却させるためのペルティエ素子を備えてなることを特徴とする冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
  2. 前記コンテーナにはそのケースを貫通する少なくとも一つの通気孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
  3. 前記通気孔又はコンテーナの外周面には放熱フィンが設けられることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
  4. 前記コンテーナにはコンテーナの内部空間部が設定された圧力以上に高くなることを防止する安全バルブが設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
  5. 前記コンテーナには前記熱交換媒体からペルティエ素子への熱伝達のための補助熱伝達部を備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
  6. 前記補助熱伝達部はペルティエ素子が設けられる部位から内部に延びる第１熱伝達部材と、該第１熱伝達部材から半径方向に延びる複数個の第２熱伝達部材とを備えてなることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置を有する発光ダイオードモジュール。
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