KR101014728B1

KR101014728B1 - Ｌｅｄ 프로젝션 시스템의 ｌｅｄ 소자 방열장치

Info

Publication number: KR101014728B1
Application number: KR1020070088914A
Authority: KR
Inventors: 권성훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2011-02-16
Also published as: US20090059580A1; US7967475B2; KR20090023842A

Abstract

본 발명은 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원으로써 LED 소자를 사용하는 LED 프로젝터의 LED 소자의 냉각을 위한 방열장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방열장치에 따르면, 각각의 색상별 LED 소자의 열적 특성이 반영된 방열장치에 대한 구조를 제공하여, LED 프로젝션 장치 내의 각각의 색상별 LED의 열적 취약성을 보강하여, 프로젝션 장치로서의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방열장치에 따르면, 각각의 색상별 LED를 냉각하기 위한 냉각장치를 구비하는 것이 아니라 하나의 냉각장치를 공유하게 되므로, LED 프로젝션 장치의 구성을 단순화할 수 있으며, 그에 따른 전체 LED 프로젝션 장치를 소형화할 수 있다.

프로젝션 시스템, 프로젝터, LED, 방열장치, 히트싱크

Description

ＬＥＤ 프로젝션 시스템의 ＬＥＤ 소자 방열장치{LED COOLING APPARATUS OF LED PROJECTION SYSTEM}

위성 및 디지털 방송이 본격화되면서 고휘도를 갖는 대형 화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 프로젝션 시스템에 대한 기대와 역할이 매우 증가하고 있다.

도 1은 종래의 프로젝션 장치를 도시한다. 도 1을 참조하여 종래의 프로젝터 장치를 설명하면 다음과 같다.

종래의 프로젝션 장치는 광원(1)과 편광 빔 스프릿터(Polarizing Beam Splitter : PBS, 13)와 적색 필터(2)와 적색 반사면(3)과 청색 필터(4)와 제 1 청색 반사면(5)과 제 2 청색 반사면(6)과 적색 LCD(Liquid Crystal Display, 7)와 녹색 LCD(8)와 청색 LCD(9)와 프리즘(Prism, 10)과 프로젝션 렌즈(11) 및 스크린(12)을 포함하여 이루어진다.

상술한 종래의 프로젝션 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

광원(1)에서 투사된 빛은 편광 빔 스프릿터(13)에 의하여 하나의 편광 방향의 빛으로 변환되어 진행된다. 편광된 빛은 적색 필터(2)에 의하여 적색 광은 투과하고 녹색 광과 청색광은 반사된다.

이어서, 적색 필터(2)를 투과한 적색 광은 적색 미러(3)에 의하여 반사되어 적색 LCD(7)에 조사된다. 그리고, 적색 필터(2)에서 반사된 녹색 광과 청색 광은 청색 필터(4)에 의하여 청색 광은 투과되고 녹색 광은 반사되며, 상술한 반사된 녹색 광은 녹색 LCD(8)에 조사된다.

그리고, 청색 필터(4)에 의하여 투과된 청색 광은 제 1 청색 반사면(5) 및 제 2 청색 반사면(6)에 차례로 반사된 후, 청색 LCD(9)에 조사된다. 상술한 각각의 적색, 청색 및 녹색 LCD(7,8,9)는 전기적인 신호에 의하여 각각의 컬러(color)에 대한 영상을 표시하고, 각각의 컬러의 영상은 프리즘(10)에 의하여 합성되어 진행하며,합성된 컬러 형상은 프로젝션 렌즈(11)의 의하여 확대되어 스크린(12)에 투사된다.

그러나, 상술한 종래의 프로젝션 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다. 종래의 프로젝션 장치는 백색 광원에서 빛이 투사되므로 이를 적색과 녹색 및 청색의 빛으로 분리하는 장치가 필요하므로, 비용의 증가 및 구조의 복잡성 증가라는 문제점이 있다.

또한, 종래의 프로젝터는 그 백색 광원과 이를 각각 청색, 녹색 그리고 적색 빛으로 분할하고, 이를 다시 필터와 반사경 등을 이용하여 다시 각각의 색생에 대 응하는 영상을 출력하여 다시 합성하는 작업을 수행하였다.

이러한 종래의 프로젝션 장치의 백색 광원을 제공하는 램프는 고휘도의 밝기를 제공할 수 있으므로, 그 적용범위를 확대하고 있지만, 램프의 온/오프 시의 시간차(TIME DELAY), 짧은 수명, 램프 내부의 친환경적이지 못한 물성 및 자외선의 발생 등의 문제점이 존재한다.

이러한 문제를 해결할 수 있는 대안으로서의 광원이 LED이다. LED는 반도체 소자로서, 램프방식에 비하여 전류 인가시의 반응속도가 수백배 이상 빠르며, 수명도 반영구적이다. 이러한 장점과 더불어 색의 재현력에 있어서도 탁월한 성능을 보인다.

다만, 광원으로서의 밝기가 종래의 램프에 비하여 미치지 못한다는 단점이 존재하지만, 기술의 발전과 더불어 그러한 단점은 해결될 수 있으며, 다수의 LED 소자를 사용하면 비슷한 밝기를 형성할 수 있다.

청색, 적색 및 녹색 LED 소자를 광원으로 사용하면, 종래의 백색 광원을 각각의 색상별로 분할할 필요가 없으므로, 프로젝션 장치의 구조를 단순화할 수 있다.

즉, 도 1의 종래의 프로젝션 장치와 같이 색분할을 위한 각종 필터와 반사경 등을 필요로 하지 않으므로, 구조를 단순하게 할 수 있다.

그러나, LED 소자는 반도체소자로서 기판 상에서 차지하는 면적과 체적은 크지 않지만, 많은 양의 빛을 방출하게 되므로 발열량이 상당하다.

그리고, 각각의 색생별로 열에 대한 성질이 다르므로, 각각의 색상별 LED 소 자의 특성에 따라서 그 방열구조를 설계할 필요가 있다.

프로젝션 장치에 포함되는 적색(red) LED는 열에 대한 취약성이 가장 크다고 알려져 있다. 그리고, 녹색(green) LED는 백색광을 형성하는데 큰 비중을 차지하므로, 다른 색상의 LED 소자에 비하여 높은 전력이 인가된다는 특징이 있다.

이러한 각각의 색상별 LED 소자의 열적 특성은 충분한 냉각공간과 냉각장치를 구비하여, 발열량에 대응하는 냉각을 수행하면 해결될 수 있다.

그러나, LED 광원을 이용하는 이유 중의 하나는 프로젝션 장치를 소형화하려는 것이므로, 제한된 공간과 최소한의 냉각장치로서 냉각성능을 극대화하는 방법이 필요하다.

그러므로, 이러한 각각의 색상별 LED 소자의 열적 특성이 반영된 방열장치에 대한 구조는 LED 프로젝션 장치의 안정성 향상과 소형화를 위해서 필요하다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 LED 프로젝션 장치의 안정성을 향상시키고 LED 프로젝션 장치의 소형화를 달성하기에 필요한 각각의 색상별 LED 소자의 열적 특성이 반영된 방열장치에 대한 구조를 제공하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적색 LED 소자에서 발생되는 열이 전달되며, 적색 LED 소자가 장착된 기판 배면에 접촉되도록 위치하는 금속 재질의 제1히트싱크; 및, 녹색 LED 소자와 청색 LED 소자에서 발생되는 열이 전달되며, 녹색 LED 소자와 청색 LED 소자가 장착된 기판 배면에 접촉되도록 위치하는 금속 재질의 제2히트싱크를 포함하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치를 제공한다.

이 경우, 상기 제1히트싱크 또는 제2히트싱크 중 적어도 하나의 히트싱크는 방열면적을 확대하기 위한 방열면적확장부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 방열면적확장부는 이격된 플레이트 집합체인 다수의 방열판일 수 있다.

그리고, 상기 방열면적확장부는 이격된 기둥 집합체인 다수의 방열핀일 수 있다.

이 경우, 상기 방열면적확장부는 히트싱크와 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1히트싱크 또는 제2히트싱크 중 적어도 하나의 히트싱크는 LED 소자가 장착된 기판의 배면에 접촉하는 동시에, 기판에 장착된 다른 부품과 접촉하는 것일 수 있다.

여기서, 상기 다른 부품이 장착되는 기판은 LED 소자가 장착된 기판과 별개의 기판일 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치는 적색(Red) LED 소자(110)의 방열을 위한 제1히트싱크(100)와 녹색(Green) LED 소자(210) 및 청색(Blue) LED 소자(260)의 방열을 위한 제2히트싱크(200)를 포함하여 구성된다. 히트싱크는 열전도성이 큰 금속으로 제작되는 것이 일반적이며, 대표적인 예로서, 알미늄 또는 구리 등으로 제작될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치는 두 개의 분리된 히트싱크로 구성된다. 두 개의 히트싱크 중 제1히트싱 크(100)는 적색(Red) LED 소자(110)가 장착된다. 제1히트싱크(100)에 적색(Red) LED 소자(110)를 단독으로 장착하는 이유는 적색(Red) LED 소자(110)가 타 색생의 LED 소자에 비하여 열에 대한 취약성이 크기 때문이다.

제1히트싱크(100)에 적색(Red) LED 소자(110)를 단독으로 장착하지 아니하고, 녹색(Green) LED 소자(210) 등과 함께 장착된다면, 녹색(Green) LED 소자(210) 등에서 발생한 열이 적색(Red) LED 소자(110)에 전달되어 열적 취약성을 갖는 적색(Red) LED 소자(110)의 발광 성능에 문제를 야기할 수 있다.

따라서, 제1히트싱크(100)에 적색(Red) LED 소자(110)를 단독으로 장착하는 것이 바람직하다.

그리고, 독립된 제1히트싱크(100)는 LED 프로젝션 시스템 내부에 구비된 냉각팬(300)에 의하여 근접하게 냉각되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1히트싱크(100)의 배면의 일부는 상기 냉각팬(300)에 의하여 직접 냉각되도록 구성하는 것이 바람직하다.

제1히트싱크(100)의 배면의 전체가 아닌 일부를 상기 냉각팬(300)에 의하여 냉각되도록 하는 이유는 소형화되는 LED 프로젝션 시스템 내부에 다수의 팬을 설치하는 것은 바람직하지 않고, 하나의 냉각팬을 공유하기 위함이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉각팬(300)은 제1히트싱크(100)과 제2히트싱크(200)를 동시에 냉각할 수 있다. 제1히트싱크(100)와 제2히트싱크(200)는 상기한 바와 같이, 이격되어 LED 프로젝션 시스템 내부에 구비된다.

적색(Red) LED 소자(110)가 장착된 제1히트싱크(100)에 다른 LED 소자로부터 발생된 열이 전도되는 것을 방지하기 위함이다. 적색(Red) LED 소자(110)에서 발생된 열은 적색(Red) LED 소자(110)가 장착된 기판 등에 전도되고, 전도된 열은 다시 제1히트싱크(100)에 전도된다.

적색(Red) LED 소자(110)에 의하여 발생되어, 제1히트싱크(100)에 전도된 열은 제1히트싱크(100)에 근접하게 설치된 냉각팬(300)에 의하여 냉각된다.

녹색(Green) LED 소자(210) 및 청색(Blue) LED 소자(260)의 방열을 위한 제2히트싱크(200)는 제1히트싱크와 이격되어 위치하지만, 제2히트싱크(200) 역시 상기 냉각팬(300) 인근에 설치되는 것이 바람직하다.

제2히트싱크(200)는 녹색 LED 소자(210) 및 청색 LED 소자(260) 장착용 기판(230, 280)으로부터 전도되는 열을 방열시킨다. 이때, 녹색 LED 소자(210) 및 청색 LED 소자(260) 중 녹색 LED 소자(210)가 냉각팬(300)에 근접하게 위치한다.

이미 기술한 바와 같이 녹색 LED 소자(210)는 프로젝션 장치에서 흰색을 구현하는데 필수적이며, 프로젝션 장치의 밝기를 높이는데 있어, 큰 비중을 차지하므로 다른 LED 소자에 비하여 전류의 소모가 많고 그에 따른 발열량이 크기 때문이다.

따라서, 제2히트싱크(200)에 장착되는 녹색 LED 소자(210) 및 청색 LED 소자(260) 중 녹색 LED 소자(210)가 냉각팬(300)에 근접하게 위치한다.

결국, 열에 대하여 취약한 적색(Red) LED 소자(110)와 발열량이 큰 녹색 LED 소자(210)가 상기 냉각팬(300)에 근접하게 위치된다.

본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치를 구성하는 히트 싱크(100,200) 중 적어도 하나의 히트싱크는 방열면적확장부를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예로서, 방열면적확장부(250)를 포함하는 제2히트싱크(200)의 모습을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 방열면적확장부(250)는 LED 소자에서 전도되는 열의 방열하는 면적인 방열면적을 확장시킨다.

도 3에 도시된 제2히트싱크(200)의 방열면적확장부(250)는 이격된 플레이트 집합체인 다수의 방열판으로 구성된다.

이와 같이, 방열면적확장부(250)를 이격된 플레이트 집합체인 다수의 방열판으로 구성하여, 히트싱크의 열교환되는 방열 면적을 증가시키는 효과와 공기의 유로를 형성하는 효과를 얻을 수 있으므로, 방열성능이 향상될 수 있다.

또한, 상기 방열면적확장부(250)는 이격된 기둥 집합체인 다수의 방열핀으로 구성하는 것도 가능하다.

방열면적확장부(250)는 제1히트싱크(100) 또는 제2히트싱크(200) 중 어느 하나의 히트싱크에 형성할 수도 있고, 두 개의 히트싱크 모두에 형성할 수도 있다.

다만, 히트싱크에 방열면적확장부(250)를 형성하는 경우에, 냉각팬(300)에 의한 바람이 유동할 수 있는 경로가 형성되도록 그 형상을 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치에 포함되는 히트싱크는 LED 소자 장착용 기판(130, 230, 280)과 접촉되는 동시에 LED 프로젝션 시스템을 구성하는 다른 기판 상의 부품과 접촉하도록 구성될 수 있다.

기판(PCB 기판 등)에 장착되는 각종 부품들은 LED 소자와 더불어 LED 프로젝 션 장치 내부에서 발열체로서 열을 발생시킨다. 따라서, LED 프로젝션 장치의 안정성과 부품 수명의 연장을 위해서, 이를 냉각시킬 필요가 있다.

그러나, 부품의 크기가 작고 개수가 많으므로, 각각의 발열 부품들을 위한 히트싱크 또는 냉각팬을 장착하는 것은 비용과 설치공간 등의 현실적인 어려움이 많으므로, LED 소자의 냉각을 위한 상기 히트싱크와 냉각팬(300)을 공유하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2히트싱크(200)는 회로부품접촉부(290)를 갖는다. 본 발명의 실시예에서, 회로부품접촉부(290)는 상기 방열면적확장부(250)의 회로기판(400) 상의 회로부품들과의 접촉 영역이다.

이와 같은 회로부품접촉부(290)는 각각의 회로부품들의 발열특성 등을 고려하여 히트싱크의 형상을 결정하는 단계에서 고려될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치를 구성하는 제1히트싱크(100), 제2히트싱크(200), 냉각팬(300) 및 회로기판(400)의 조립상태를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치는 각각의 LED 소자의 발열특성을 고려하여, 제한된 공간 내에서 효율적인 방열작업을 수행할 수 있다.

적색(Red) LED 소자(110)가 장착되는 제1히트싱크(100) 역시 방열면적을 증가시킬 수 있는 방열면적확장부(150)를 형성할 수 있으며, 기판 상의 다른 회로부품들과의 접촉 영역인 회로부품접촉부(190)가 존재하도록 그 형상을 결정할 수 있 다.

이와 같이, LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치를 구성하는 히트싱크의 방열성능을 극대화하기 위해서는, 히트싱크를 제외한 LED 프로젝션 시스템의 마지막 설계단계에서 각각의 부품들의 발열특성과 발열량을 고려한 뒤, 히트싱크의 세부 형상을 결정하는 것이 바람직하다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

도 1은 종래의 프로젝션 장치를 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예로서, 방열면적확장부를 포함하는 제2히트싱크의 모습을 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치를 구성하는 제1히트싱크, 제2히트싱크, 냉각팬 및 회로기판의 조립상태를 도시한다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100: 제1히트싱크 110: 적색 LED 소자

130, 230, 280: LED 소자 장착용 기판 150, 250: 방열면적확장부

190, 290: 회로부품접촉부 210: 녹색 LED 소자

260: 청색 LED 소자 200: 제2히트싱크

300: 냉각팬 400: 회로기판

Claims

제1기판 상에 위치하는 적색 LED 소자;

상기 제1기판이 배면에 접촉되어 위치하는 금속 재질의 제1히트싱크;

제2기판 상에 위치하는 녹색 LED 소자;

제3기판 상에 위치하는 청색 LED 소자;

상기 제2기판 및 제3기판이 서로 이격되어 배면에 접촉되어 위치하는 제2히트싱크;

상기 제1히트싱크 및 제2히트싱크와 적어도 일부 면적이 송풍 경로가 중첩되어 위치하는 냉각팬과;

상기 제1히트싱크 또는 제2히트싱크 중 적어도 하나의 히트싱크와 프로젝션 시스템을 구성하는 회로 기판을 서로 연결하여, 상기 회로 기판에 장착된 부품과 열적으로 접촉하는 회로부품접촉부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제1항에 있어서,

상기 제1히트싱크 및 제2히트싱크는 방열면적을 확대하기 위한 방열면적확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제2항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 이격된 플레이트 집합체인 다수의 방열판인 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제2항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 이격된 기둥 집합체인 다수의 방열핀인 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 히트싱크와 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 회로 기판은 LED 소자가 장착된 기판과 서로 분리된 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제7항에 있어서,

상기 제1히트싱크 또는 제2히트싱크 중 적어도 하나의 히트싱크는 방열면적을 확대하기 위한 방열면적확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제8항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 이격된 다수의 플레이트 집합체인 방열판인 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제9항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 이격된 다수의 기둥 집합체인 방열핀인 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제9항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 히트싱크에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.
제10항에 있어서,

상기 방열면적확장부는 히트싱크에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템의 LED 소자 방열장치.