KR100989452B1 - 엘이디 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로서, 금속소재의 베이스층에 절연층 및 도전패턴이 순차적으로 형성되고, 도전패턴에 발광다이오드 칩이 실장된 엘이디 모듈과, 엘이디 모듈의 베이스층과 접합되어 있고, 밀폐된 내부공간에 발광다이오드칩에서 발생된 열을 흡수하여 방열하기 위한 냉매가 채워진 냉각함체 및 엘이디 모듈과 냉각함체가 장착되는 하우징을 구비한다. 이러한 엘이디 조명장치에 의하면, 냉매와 열교환기를 이용하여 방열능력을 높일 수 있어 발광효율을 높이고 고출력화 할 수 있는 장점을 제공한다.

냉매, 발광다이오드, 열교환기, 조명

Description

엘이디 조명장치{LED lighting apparatus}

본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로서, 상세하게는 방열능력을 높인 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

최근 발광다이오드(LED;Light Emitting Diode)는 형광체를 적용하여 백색광을 생성하여 출사할 수 있는 구조가 알려지면서 단순 발광표시 기능 이외에 기존의 조명등을 대체할 수 있는 조명분야까지 그 응용범위가 확장되고 있다. 또한, 조명에 적합한 고출력용 발광다이오드에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

반도체 소자의 하나인 발광다이오드는 정격동작 온도보다 온도가 올라가면 수명이 감소되고 발광효율이 저하되기 때문에 발광다이오드의 출력을 높이기 위해서는 발광다이오드에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜 가능한 낮은 동작 온도내에서 동작될 수 있는 방열 구조가 요구된다.

최근에는 발광효율과 방열효과를 높이기 위해 금속소재로 된 기판 위에 발광다이오드칩을 실장한 구조가 다양하게 제안되고 있다.

그런데, 금속소재로 된 기판에 절연층 및 도전패턴을 순차적으로 형성하고, 그 위에 발광다이오드 칩을 실장한 구조 역시 금속소재로된 기판의 방열능력에 의 해 방열능력이 제한됨으로써 방열능력의 확장에는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 발광다이오드의 방열능력을 높여 고출력화 할 수 있는 냉각 구조를 갖는 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 엘이디 조명장치는 금속소재의 베이스층에 절연층 및 도전패턴이 순차적으로 형성되고, 상기 도전패턴에 발광다이오드 칩이 실장된 엘이디 모듈과; 상기 엘이디 모듈의 상기 베이스층과 접합되어 있고, 밀폐된 내부공간에 상기 발광다이오드칩에서 발생된 열을 흡수하여 방열하기 위한 냉매가 채워진 냉각함체; 및 상기 엘이디 모듈과 상기 냉각함체가 장착되는 하우징;을 구비한다.

바람직하게는 상기 냉각 함체는 상기 베이스층과 접합되며 금속소재로 형성된 하부 패널과; 상기 하부 패널과 상호 접합되어 상기 내부 공간을 형성하며 금속소재로 형성된 상부 패널;을 구비하고, 상기 상부 패널 상에는 외부와 상기 내부 공간을 개폐시킬 수 있게 결합된 개폐부재;를 구비한다.

상기 개폐부재는 상기 상부 패널을 관통하게 결합되어 상기 내부공간을 밀폐시키며, 상기 내부공간의 공기를 탈기하거나 진공상태로하여 상기 냉매를 주입하기 위한 주입기의 침투를 탄성적으로 허용하는 고무소재로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 하부패널은 상기 내부 공간을 형성하는 바닥면에 상호 이격 되게 다수의 골을 형성하도록 상방으로 돌출된 돌기턱이 다수 형성되어 있고, 상기 상부 패널은 상기 하부 패널에 접합되어 상기 내부공간을 밀폐시키는 상판과, 상기 상판의 저부에서 상기 하부패널의 바닥면을 향해 하방으로 연장되되 상기 골과 상기 돌기턱 사이에 배치되게 어레이된 다수 개의 가이드 핀;을 구비한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 하부 패널은 원기둥 형태의 원형홈이 다수 개 상호 이격되게 어레이되되 상기 원형홈 상호간은 상호 연결될 수 있는 연결통로를 갖게 형성되어 있고, 상기 상부패널은 상기 하부 패널에 접합되어 상기 내부공간을 밀폐시키는 상판과, 상기 상판의 저부에서 상기 원형 홈 내로 진입되되 상기 원형홈의 내경 보다 작은 외경을 갖는 원형 가이드 핀;을 구비한다.

더욱 바람직하게는 상기 냉각함체의 냉매가 외부로 유통하여 순환할 수 있도록 상기 냉각함체의 내부공간과 연통되게 결합된 외부 순환관을 통해 상기 냉매를 상기 내부공간내로 순환시킬 수 있도록 설치된 보조 열교환기;를 더 구비한다.

본 발명에 따른 엘이디 조명장치에 의하면, 냉매와 열교환기를 이용하여 방열능력을 높일 수 있어 발광효율을 높이고 고출력화 할 수 있는 장점을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엘이디 조명장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 냉각 함체를 분리 도시한 분리 사시도이고, 도 3은 도 2의 냉각 함체의 상부 패널과 하부 패널의 부분 발췌 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 엘이디 조명장치(100)는 하우징(110), 엘이디 모듈(120), 냉각함체(130)를 구비한다.

하우징(110)은 엘이디 모듈(120)과 냉각함체(130) 및 열교환기(150)를 내부에 장착하여 수용할 수 있게 형성되어 있고, 상호 착탈될 수 있는 하부 하우징(112)과 상부 하우징(116)으로 되어 있다.

하부 하우징(112)은 엘이디 모듈(120)의 가장자리를 지지할 수 있게 단턱을 갖으며 발광다이오드칩(124)이 외부로 노출될 수 있게 개구를 갖는 구조로 되어 있다.

상부 하우징(116)는 하부 하우징(112)의 상부에 결합되어 있고, 외기와의 방열을 위해 하부하우징(112)에 대해 5 내지 10mm 정도의 사이 공간이 형성되게 체결되어 있다. 참조부호 117은 하부하우징(112)과 상부 하우징(116) 사이를 이격되게 결합시키는 와셔와 같은 스페이서이다. 상부하우징(116)은 하부하우징(112)과 체결됨으로서 외부의 바람이 하우징(110) 안으로 유통될 수 있도록 되어 있어 냉각함체(130)의 상부패널(136)이 방열 및 응축작용이 원활히 할 수 있게 해주며, 열교환기(150)를 보호하는 기능을 한다.

참조부호 113은 하부 하우징(112)에 관통되게 형성된 나사 진입용 홀이고, 참조부호 114는 나사 진입용 홀과 상부 하우징(114)에 형성된 나사홀을 통해 하부 하우징(112)과 상부 하우징(116)을 상호 결합하는 나사이다.

하우징(110)은 도시된 구조와 다른 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.

엘이디 모듈(120)은 금속소재의 베이스층(121)에 절연층(122) 및 도전패턴(123)이 순차적으로 형성되고, 도전패턴(123)에 발광다이오드 칩(124)이 실장된 구조로 되어 있다.

베이스층(121)은 열전도율이 좋은 금속소재 예를 들면 알루미늄, 구리 등으로 형성된 것을 적용한다.

참조부호 125는 발광다이오드 칩(124)을 보호하기 위한 캡이고, 에폭시 또는 그 밖의 투명소재로 형성된다.

발광다이오드 칩(124)이 각각 패키지에 의해 보호될 수 있는 구조로 된 것을 적용하는 경우 캡(125)은 생략될 수 있다.

냉각 함체(130)는 발광다이오드칩(124)이 하방으로 광을 조사할 수 있도록 설치된 엘이디 모듈(120)의 베이스층(121)과 접합되어 있고, 밀폐된 내부공간(132)에 발광다이오드칩(124)에서 발생된 열을 흡수하여 방열하기 위한 냉매가 채워져 있다.

냉매는 암모니아, 에탄올, 메탄올, 물 등 공지된 것을 적용하면 된다.

냉각 함체(130)는 하부패널(131)과 상부패널(136)이 상호 접합된 구조로 되어 있다.

하부 패널(131)은 베이스층(121)과 접합되어 있고, 금속소재 예를 들면 알루미늄, 구리 소재로 형성된다.

하부 패널(131)은 상부가 열린 사각 형태로 형성되어 있고, 상부에는 상부 패널이 안착되어 접합되기 위한 안착턱(133)이 형성되어 있고, 내부 공간(132)을 형성하는 바닥면(134)은 상호 이격 되게 다수의 골을 형성하도록 상방으로 돌출된 돌기턱(135)이 다수 형성되어 있다.

또한, 바람직하게는 하부 패널(131)의 내측 표면은 표면거칠기를 높게 하거나, 다공질성을 갖도록 금속분말을 코팅하거나, 다공질성 소재로 표면처리한 다공질 표면층(131a)을 갖도록 형성한다.

상부패널(136)은 하부 패널(131)과 상호 접합되어 내부 공간(132)을 형성하며 금속소재 예를 들면 알루미늄 또는 구리소재로 형성된다.

상부 패널(136)은 하부 패널(131)에 접합되어 내부공간(132)을 밀폐시키는 상판(137)과, 상판(137)의 저부에서 하부패널(131)의 바닥면(134)을 향해 하방으로 연장되되 골과 돌기턱(135) 사이에 배치되게 어레이된 다수 개의 가이드 핀(138)을 갖는 구조로 되어 있다.

여기서 가이드핀(138)은 엘이디 모듈(120)로부터 하부패널(131)을 통해 전달된 열에 의해 가열되는 냉매가 상방으로 상승을 유도하는 상승경로를 제공함으로써 냉매의 순환효율을 증가시키기 위한 것이다.

상부 패널(136)의 내측면도 하부 패널(131)과 마찬가지로 다공질성 소재로 표면처리한 다공질 표면층(136a)을 갖도록 형성한다.

한편, 개폐부재(140)는 상부 패널(136) 상에 외부와 내부 공간(132)을 개폐시킬 수 있게 결합되어 있다.

바람직하게는 개폐부재(140)는 상부 패널(136)을 관통하게 결합되어 내부공 간(132)을 밀폐시키며, 내부공간(132)을 진공화하기 위해 내부 공기를 탈기 하거나, 냉매를 주입하기 위한 주입기의 침투를 탄성적으로 허용하는 고무소재로 형성된다.

이 경우 상부 패널(136)과 하부패널(131)을 상호 접합한 후 개폐부재(140)에 공기 배출용 관을 삽입하여 배기하여 진공화시킨 다음 냉매를 개폐부재(140)에 삽입한 관을 통해 주입한 후 관을 제거하면 내부공간이 냉매로 채워진 후 탄성적 복복원에 의해 밀폐된다.

참조부호 139는 후술되는 열교환기(150)의 외부 순환관(152)을 통해 냉매를 유통시키기 위한 유통홀이다.

한편, 냉각함체(130)의 또 다른 구조가 도 4에 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

도 4를 참조하면, 냉각 함체(230)는 상호 접합된 하부패널(231)과 상부패널(236)로 되어 있다.

하부 패널(231)은 원기둥 형태의 원형홈(233)이 다수 개 상호 이격되게 어레이되되 원형홈(233) 상호간은 상호 연결될 수 있는 연결통로(234)를 갖게 형성되어 있다.

연결통로는 원형홈(233)의 상단에서 상호 연결될 수 있도록 수평상으로 연장된 골 형태로 형성되어 있다.

상부패널(236)은 하부 패널(231)에 접합되는 상판(237)의 저부에서 원형 홈 (233)내로 진입되되 원형홈(233)의 내경 보다 작은 외경을 갖는 원형 가이드 핀(238)을 갖는 구조로 되어 있다.

여기서 원형 가이드핀(238)은 원형홈(233)에 대응되는 위치에 삽입될 수 있게 어레이된다.

이러한 구조의 냉각함체(230)도 원형홈(233) 내에 충진된 냉매가 원형 가이드 핀(238)에 의해 가열시 상승을 가이드하여 열교환 효율을 높인다.

한편, 열교환기(150)는 냉각함체(130)(230)의 방열효율을 더욱 높일 수 있도록 냉각 함체(130)(230)의 유통홀(139)과 결합되어 냉매를 순환시킬 수 있도록 설치되어 있다.

즉, 열교환기(150)는 냉각함체(130)(230)의 냉매가 외부로 유통하여 순환할 수 있도록 냉각함체(130)(230)의 상호 이격된 유통홀(139) 사이를 냉각 함체(130)(230) 외부에서 연결하는 외부 순환관(152)과 외부 순환관(152)과 접속된 다수의 방열판(154)을 갖는 구조로 되어 있다.

따라서, 발광다이오드칩(124)의 구동에 의해 발생된 열은 베이스층(121)을 통해 하부패널(131)(231)에 전달되고, 하부패널(131)(231)에 전달된 열에 의해 냉매가 증발 냉각 함체(130)(230) 내에서 상승 또는 열교환기(150)를 거쳐 순환하면서 외부에 열을 방출함으로써 방열이 빠른 속도로 이루어 짐으로써 방열효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 단면도이고,

도 2는 도 1의 냉각 함체를 분리 도시한 분리 사시도이고,

도 3은 도 2의 냉각 함체의 상부 패널과 하부 패널의 부분 발췌 확대 단면도이고,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 냉각 함체를 나타내 보인 분리 사시도이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 금속소재의 베이스층에 절연층 및 도전패턴이 순차적으로 형성되고, 상기 도전패턴에 발광다이오드 칩이 실장된 엘이디 모듈과;

   상기 엘이디 모듈의 상기 베이스층과 접합되어 있고, 밀폐된 내부공간에 상기 발광다이오드칩에서 발생된 열을 흡수하여 방열하기 위한 냉매가 채워진 냉각함체; 및

   상기 엘이디 모듈과 상기 냉각함체가 장착되는 하우징;을 구비하고,

   상기 냉각 함체는

   상기 베이스층과 접합되며 금속소재로 형성된 하부 패널과;

   상기 하부 패널과 상호 접합되어 상기 내부 공간을 형성하며 금속소재로 형성된 상부 패널;을 구비하고,

   상기 상부 패널 상에는 외부와 상기 내부 공간을 개폐시킬 수 있게 결합된 개폐부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 개폐부재는 상기 상부 패널을 관통하게 결합되어 상기 내부공간을 밀폐시키며, 상기 내부공간의 공기를 탈기하거나 진공상태로하여 상기 냉매를 주입하기 위한 주입기의 침투를 탄성적으로 허용하는 고무소재로 형성된 것 을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 하부패널은

   상기 내부 공간을 형성하는 바닥면에 상호 이격 되게 다수의 골을 형성하도록 상방으로 돌출된 돌기턱이 다수 형성되어 있고,

   상기 상부 패널은 상기 하부 패널에 접합되어 상기 내부공간을 밀폐시키는 상판과, 상기 상판의 저부에서 상기 하부패널의 바닥면을 향해 하방으로 연장되되 상기 골과 상기 돌기턱 사이에 배치되게 어레이된 다수 개의 가이드 핀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 하부 패널은

   원기둥 형태의 원형홈이 다수 개 상호 이격되게 어레이되되 상기 원형홈 상호간은 상호 연결될 수 있는 연결통로를 갖게 형성되어 있고,

   상기 상부패널은

   상기 하부 패널에 접합되어 상기 내부공간을 밀폐시키는 상판과, 상기 상판의 저부에서 상기 원형 홈 내로 진입되되 상기 원형홈의 내경 보다 작은 외경을 갖는 원형 가이드 핀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
6. 금속소재의 베이스층에 절연층 및 도전패턴이 순차적으로 형성되고, 상기 도전패턴에 발광다이오드 칩이 실장된 엘이디 모듈과;

   상기 엘이디 모듈의 상기 베이스층과 접합되어 있고, 밀폐된 내부공간에 상기 발광다이오드칩에서 발생된 열을 흡수하여 방열하기 위한 냉매가 채워진 냉각함체와;

   상기 엘이디 모듈과 상기 냉각함체가 장착되는 하우징; 및

   상기 냉각함체의 냉매가 외부로 유통하여 순환할 수 있도록 상기 냉각함체의 내부공간과 연통되게 결합된 외부 순환관을 통해 상기 냉매를 상기 내부공간내로 순환시킬 수 있도록 설치된 보조 열교환기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.

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