KR101095033B1

KR101095033B1 - 열전소자를 이용한 엘이디 조명등 패키지

Info

Publication number: KR101095033B1
Application number: KR1020090016684A
Authority: KR
Inventors: 김봉호
Original assignee: (주)퓨리셈
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-12-29
Also published as: KR20100097832A

Abstract

본 발명은 LED 유니트와 열전소자를 밀착시킨 상태로 하우징 내부에 밀폐되게 수납하여 LED에서 발생되는 고열을 열전소자가 냉각시킴으로써 발열이 심한 대용량의 LED 사용을 가능하게 하고, 소형 히트싱크를 사용하여 열전소자를 냉각시킬 수 있어 부피와 무게를 줄일 수 있고, 접착제로 하우징을 밀폐하여 수분침투를 막아 수명을 연장시켜 반영구적으로 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지에 관한 것으로,

수납실을 갖는 하우징; 전원공급에 의해 LED가 발광할 때 발생되는 열을 방열할 수 있도록 LED 일측에 열전도판이 장착되고, 상기 하우징 수납실에 장착되는 LED 발광유니트; 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 설치되고, LED가 발광할 때 가열된 열전도판의 열을 감지하는 온도감지센서; 전원이 공급될 때 냉각되는 일측면이 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 밀착되어 LED가 발광할 때 발생되는 열을 냉각시키는 열전소자; 금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개; 상기 방열덮개에 밀착고정되어 방열덮개를 냉각시키는 히트싱크;를 포함한다.

LED, 열전소자, 방열, 발광, 접착제, 발열

Description

열전소자를 이용한 엘이디 조명등 패키지{LED lamp package using thermoelectric element}

본 발명은 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지에 관한 것으로, 특히 LED 유니트와 열전소자를 밀착시킨 상태로 하우징 내부에 밀폐되게 수납하여 LED에서 발생되는 고열을 열전소자가 냉각시킴으로써 발열이 심한 대용량의 LED 사용을 가능하게 하고, 소형 히트싱크를 사용하여 열전소자를 냉각시킬 수 있어 부피와 무게를 줄일 수 있고, 접착제로 하우징을 밀폐하여 수분침투를 막아 수명을 연장시켜 반영구적으로 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 현재 가장 많이 사용되고 있는 조명등은 형광등, 백열전등, 나트륨등, 할로겐등, 및 LED 조명등으로 구분할 수 있다. 이 중에서 특히 LED 조명등은 전력소모가 적으면서도 조도가 밝고 수명이 길어 거의 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있기 때문에 사용량이 급속히 증가추세에 있고, 이와 더불어 신기술개발이 활발하게 진행되고 있다.

LED 조명등은 상기와 같은 특장점이 있음에도 불구하고 발광시 LED소자의 발열이 심한 치명적인 약점이 있어 그 동안 널리 활성화되지 못하였다. 이러한 발열 문제점을 해결하기 위해 많은 연구개발이 있으며, 예컨대, 특허출원 10-2004-100163호, 10-2005-7963호, 및 10-2006-93226호는 열전소자를 이용하여 LED에서 발생된 열을 냉각시키는 구조이나, 하우징 하단부가 개방되어 있거나 개념적인 기술만 기재되어 있어 그 자체로서 밀폐된 패키지를 형성하지 못하기 때문에 이를 옥외에 설치할 경우 별도로 LED소자 및 열전소자 등을 밀폐시켜야 하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 LED 조명등 또는 패키지에 관한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 LED 유니트와 열전소자를 밀착시킨 상태로 하우징 내부에 밀폐되게 수납하여 LED에서 발생되는 고열을 열전소자가 냉각시킴으로써 발열이 심한 대용량의 LED 사용을 가능하게 하고, 소형 히트싱크를 사용하여 열전소자를 냉각시킬 수 있어 부피와 무게를 줄일 수 있고, 접착제로 하우징을 밀폐하여 수분침투를 막아 수명을 연장시켜 반영구적으로 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지의 구성은,

수납실을 갖는 하우징;

전원공급에 의해 LED가 발광할 때 발생되는 열을 방열할 수 있도록 LED 일측에 열전도판이 장착되고, 상기 하우징 수납실에 장착되는 LED 발광유니트;

전원이 공급될 때 냉각되는 일측면이 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 밀착되어 LED가 발광할 때 발생되는 열을 냉각시키는 열전소자; 및

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 밀폐되게 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개;를 포함한다.

본 발명에 따른 다른 실시예 구성은, 수납실을 갖는 하우징;

전원이 공급될 때 냉각되는 일측면이 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 밀착되어 LED가 발광할 때 발생되는 열을 냉각시키는 열전소자;

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 밀폐되게 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개; 및

상기 열전소자와 방열덮개의 접면부에 도포되어 이들을 접착시키는 접착제; 를 포함한다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예 구성은, 수납실을 갖는 하우징;

상기 LED 발광유니트의 열전도판에 설치되고, LED가 발광할 때 가열된 열전도판의 열을 감지하는 온도감지센서;

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개;를 포함한다.

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개; 및

상기 방열덮개에 밀착고정되어 방열덮개를 냉각시키는 히트싱크;를 포함한다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지는 하우징이 밀폐되어 있기 때문에 이를 가로등과 같이 옥외에 설치되어 사용되더라도 하우징 내부에 수납된 LED 발광 유니트 및 열전소자에 빗물이 유입되지 않아 수명을 연장하여 반영구적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 열전소자와 히트싱크가 LED소자에서 발생되는 효율적으로 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 히트싱크를 대형화하여 LED소자를 냉각시키는 구조를 탈피하여 패키지를 소형화 할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 패키지의 내부 조립상태를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 LED 발광유니트의 리드선이 외부로 인출된 상태를 보인 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하우징 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 방열덮개에 열전소자가 접착된 상태를 보인 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 방열덮개에 열 전소자가 접착제에 의해 부착된 상태를 보인 확대도이며, 도 6은 본 발명에 따른 LED 발광유니트의 저면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 패키지 조립상태를 보인 것으로, LED 발광유니트가 먼저 조립된 상태를 보인 단면도이고, 도 8은 7의 상태에서 LED 발광유니트 상부에 열전소자가 밀착되게 조립된 상태를 보인 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예 패키지를 보인 것으로, 방열덮개에 히트싱크가 조립된 상태의 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 방열덮개에 열전소자가 접착된 상태를 보인 평면 사진이며, 도 11은 본 발명에 따른 하우징에 LED 발광유니트가 조립되기 전 상태의 사시 사진이다.

상기 도면에서와 같이 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지(1) 구성은, 크게 하우징(2), LED 발광유니트(3), 열전소자(4), 방열덮개(5)를 포함한다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지(1) 구성은, 상기 열전소자(4)와 방열덮개(5)의 접면부에 도포되어 이들을 접착시키는 접착제(6);를 더 포함한다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지(1) 구성은, 상기 LED 발광유니트(3)의 열전도판에 설치되고, LED소자가 발광할 때 가열된 열전도판의 열을 감지하는 온도감지센서(7)를 더 포함한다.

본 발명에 따른 열전소자(4)를 이용한 LED 조명등 패키지 구성은, 상기 방열덮개(5)에 밀착고정되어 방열덮개(5)를 냉각시키는 히크싱크(8);를 포함한다.

상기 하우징(2)은 LED 발광유니트(3) 및 열전소자(4)를 내부에 밀폐되게 수납하는 것으로, 전류가 흐르지 않는 단열재로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 하우징(2)은 내부에 LED 발광유니트(3) 및 열전소자(4)를 수용할 수 있도록 수납실(21)이 형성되고, 이 수납실(21) 바닥에는 LED 발광유니트(3)를 걸림고정할 수 있도록 구멍(22a)이 관통된 단턱(22)이 형성된다. 상기 하우징(2)은 상단 테두리 둘레에 방열덮개(5)를 접착고정하기 위한 접착제(6)를 수용하는 접착제 수용홈(23)이 형성되고, 상단 테두리에는 LED 발광유니트(3)의 리드선(33) 및 열전소자(4) 리드선(41)을 안내하는 제1,2통로(24)(25)가 형성된다. 또한 상기 테두리 상면에는 히크싱크(8)를 체결할 수 있도록 체결홈을 갖는 마운팅부(26)가 돌출형성된다.

이와 같이 구성된 하우징(2)은 바닥에 설치된 LED 발광유니트(3)가 접착제(6)에 의해 밀폐되고, 하부에 설치된 방열덮개(5)가 접착제(6)에 의해 밀폐되므로, 그 내부 수납실(21)에 장착된 LED 발광유니트(3) 및 열전소자(4)는 외부와 차단되어 옥외에 설치되더라도 빗물이 유입되지 않아 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.

상기 LED 발광유니트(3)는 전원공급에 의해 LED소자(31)가 직접발광하여 조명등으로 사용할 수 있도록 하는 공지의 것으로, 용량별로 다양한 크기를 가지게 된다. 이러한 LED 발광유니트(3)는 LED소자(31)가 발광할 때 그 자체에서 고열이 발생하는 문제점이 있고, 상기 발열문제를 근본적으로 해결하지 못하여 활성화되지 않았다.

상기 LED 발광유니트(3)는 현재 여러 가지 형태로 양산되고 있으며, 본 발명에 적용되는 것은 도면에서와 같이 전원을 공급할 수 있도록 리드선(33)과 연결되게 적어도 하나 이상 LED소자(31)가 장착되고, 상기 LED소자(31) 후방에는 LED소자(31)에서 발생하는 고열을 전달할 수 있도록 열전도판(32)이 부착된 것을 사용한다. 상기 열전도판(32)은 열전소자(4)를 밀착고정할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 LED 발광유니트(3)는 LED소자(31)를 내부에 수용하는 케이스(34)가 준비되는데, 상기 케이스(34)는 하우징(2)의 단턱(22)에 걸림고정될 수 있도록 걸림턱(35)이 돌출되게 형성된다. 상기 걸림턱(35)은 하우징(2) 단턱(22)과 접착제(6)로 접착고정되어 하우징(2)의 수납실(21)을 밀폐하게 된다.

상기 열전소자(4)는 서로 다른 성질을 가진 두 개의 금속으로 전기회로를 만들고 여기에 직류를 흘려주면 두 금속의 접합점에서 한 쪽은 열이 발생하고 다른 쪽은 열을 빼앗긴다는 펠티에 효과를 이용한 것으로, 이미 냉온열 산업분야에서 널리 사용되고 있는 공지의 제품이므로 더 이상 자세한 설명은 생략한다.

상기 방열덮개(5)는 상기 하우징(2)의 수납실(21)을 밀폐하는 것으로, 반드시 열전소자(4)와 밀착된 상태에서 하우징(2)을 밀폐하게 된다.

이를 위해 본 발명에서는 상기 방열덮개(5)에 열전소자(4)를 접착제(6)를 이 용하여 부착하였다. 즉, 방열덮개(5) 내측면에 접착제(6)인 에폭시를 이용하여 열전소자(4)를 접착하는데, 상기 에폭시는 열전도가 1.9watt/meter-k를 갖는 1액형 열전도성 접착제(6)를 사용하고, 접착면에 0.1∼0.5㎜ 도포된 후 80℃에서 90분간 건조하는 것이 바람직하다.

상기 방열덮개(5)는 열전소자(4)에서 발생하는 고열을 방열해야 하므로 열전도율이 우수한 재질을 사용하며, 바람직하게는 구입이 쉽고 값이 싼 알루미늄판을 사용하면 좋고, 그 외에도 열전도율이 우수하고 사용가능한 것은 적용될 수 있다.

여기서, 상기 접착제(6)는 LED 발광유니트(3)와 하우징(2) 접면부, 열전소자(4)와 방열덮개(5)의 접면부, 및 하우징(2)과 방열덮개(5)의 접면부에 사용되며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것들은 모두 가능하고, 특히 에폭시를 사용하는 것이 좋고, 더 구체적으로는 1액형 또는 2액형 에폭시 모두 사용할 수 있다.

상기 온도감지센서(7)는 LED 발광유니트(3)의 열전도판(32)에 설치되어 LED소자(31)에서 발생되는 온도를 감지하여 사용장소의 외부환경, 예컨대, 온도가 낮은 겨울철 또는 온도가 높은 여름철에 LED소자(31)가 안정적으로 발광하는 환경을 조성하기 위한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명의 패키지(1)는 콘트롤러(미도시)와 연결되어 사용되는데, LED소자(31)는 온도가 너무 높거나 낮으면 작동이 불가능한 특성이 있으므로, 작동가능한 한계점에 도달하기 전에 이 온도를 상기 온도감지센서(7)가 감지하 면 콘트롤러가 LED 발광유니트(3)의 열전도판(32)에 밀착된 열전소자(4)를 구동시켜 열전도판(32)을 가열 또는 냉각시킴으로써 LED소자(31)의 사용온도를 설정온도로 유지되게 하는 것이다.

예컨대, LED 발광유니트(3), 열전소자(4), 방열덮개(5)는 서로 밀착되어 있으므로 금속재로 구성된 방열덮개(5)가 직사광선에 노출되면, 여름철에 LED소자(31)에 전달된 온도는 한계온도 이상으로 가열될 수 있고, 겨울철에는 외기 온도가 낮기 때문에 LED소자(31)에 전달된 온도는 한계온도 이하로 낮아질 수 있다.

이렇게 되면, LED소자(31)는 환경에 따라 그에 전달되는 온도가 구동할 수 있는 온도를 벗어나게 되면 사용시 빛을 발광하지 못하게 되므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 온도감지센서(7)를 사용하게 된다.

즉, 본 발명은 온도감지센서(7)와 콘트롤러를 연결하여 온도감지센서(7)가 감지한 온도가 LED소자(31)의 한계보다 높을 경우에는 콘트롤러의 명령에 의해 열전소자(4)가 구동하여 LED 발광유니트(3)의 열전도판(32)의 온도를 낮추고, 반대로 온도감지센서(7)가 감지한 온도가 LED소자(31)의 한계보다 낮을 경우에는 콘트롤러의 명령에 의해 열전소자(4)가 열전도판(32)의 온도를 높여 LED소자(31)에 가해진 온도가 설정범위에 유지되도록 한다.

상기 히크싱크(8)는 방열덮개(5)에 밀착고정되어, 방열덮개(5)의 방열효과를 높임으로써, 결국 열전소자(4)의 냉각성능을 향상시켜 LED소자(31)의 발열온도를 낮출 수 있게 하는 것이다. 이러한 히크싱크(8)는 공지의 기술이므로 더 자세한 설 명은 생략한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 패키지(1)는 통상적으로 10W 이상의 LED소자(31)가 고발열에 의해 제품화되지 못하는 현실을 감안하면, 열전소자(4)를 이용하여 LED소자(31)를 효율적으로 냉각시킬 뿐만 아니라 하우징(2) 내부를 밀폐시켜 옥외에서 사용하더라도 빗물이 유입되지 수명을 연장시켜 반영구적으로 사용할 수 있으므로 종래 열전소자를 이용한 조명등에서 찾아볼 수 없는 상승된 효과를 가진 진보성 있는 발명이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 패키지의 내부 조립상태를 보인 단면도

도 2는 본 발명에 따른 LED 발광유니트의 리드선이 외부로 인출된 상태를 보인 단면도

도 3은 본 발명에 따른 하우징 사시도

도 4는 본 발명에 따른 방열덮개에 열전소자가 접착된 상태를 보인 평면도

도 5는 본 발명에 따른 방열덮개에 열전소자가 접착제에 의해 부착된 상태를 보인 확대도

도 6은 본 발명에 따른 LED 발광유니트의 저면도

도 7은 본 발명에 따른 패키지 조립상태를 보인 것으로, LED 발광유니트가 먼저 조립된 상태를 보인 단면도

도 8은 7의 상태에서 LED 발광유니트 상부에 열전소자가 밀착되게 조립된 상태를 보인 단면도

도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예 패키지를 보인 것으로, 방열덮개에 히트싱크가 조립된 상태의 도면

도 10은 본 발명에 따른 방열덮개에 열전소자가 접착된 상태를 보인 평면 사진

도 11은 본 발명에 따른 하우징에 LED 발광유니트가 조립되기 전 상태의 사시 사진

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : LED 조명등 패키지 2 : 하우징

3 : LED 발광유니트 4 : 열전소자

5 : 방열덮개 6 : 접착제

Claims

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내부에 LED 발광유니트 및 열전소자를 수용할 수 있도록 수납실이 형성되고, 이 수납실 바닥에는 LED 발광유니트를 걸림고정할 수 있도록 구멍이 관통된 단턱이 형성되며, 상단 테두리 둘레에는 방열덮개를 접착고정하기 위한 접착제를 수용하는 접착제 수용홈이 형성되고, 상단 테두리에는 LED 발광유니트의 리드선 및 열전소자 리드선을 안내하는 제1,2통로가 형성되며, 상기 테두리 상면에는 히트싱크를 체결할 수 있도록 마운팅부가 돌출형성되는 하우징;

전원공급에 의해 LED가 발광할 때 발생되는 열을 방열할 수 있도록 LED 일측에 열전도판이 장착되고, 상기 하우징 수납실에 장착되는 LED 발광유니트;

상기 LED 발광유니트의 열전도판에 설치되고, LED가 발광할 때 가열된 열전도판의 열을 감지하는 온도감지센서;

전원이 공급될 때 냉각되는 일측면이 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 밀착되어 LED가 발광할 때 발생되는 열을 냉각시키는 열전소자; 및

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
청구항 5에 있어서, 상기 방열덮개와 접촉하는 하우징 접면부 둘레에 접착제 수용홈을 형성하고 이 접착제 수용홈에 접착제를 충진시켜 하우징과 방열덮개를 접착고정하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
청구항 5에 있어서, 상기 LED 발광유니트와 접촉하는 하우징 접면부에 접착제를 도포하여 하우징과 LED 발광유니트를 접착고정하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
삭제
내부에 LED 발광유니트 및 열전소자를 수용할 수 있도록 수납실이 형성되고, 이 수납실 바닥에는 LED 발광유니트를 걸림고정할 수 있도록 구멍이 관통된 단턱이 형성되며, 상단 테두리 둘레에는 방열덮개를 접착고정하기 위한 접착제를 수용하는 접착제 수용홈이 형성되고, 상단 테두리에는 LED 발광유니트의 리드선 및 열전소자 리드선을 안내하는 제1,2통로가 형성되며, 상기 테두리 상면에는 히트싱크를 체결할 수 있도록 마운팅부가 돌출형성되는 하우징;

전원공급에 의해 LED가 발광할 때 발생되는 열을 방열할 수 있도록 LED 일측에 열전도판이 장착되고, 상기 하우징 수납실에 장착되는 LED 발광유니트;

상기 LED 발광유니트의 열전도판에 설치되고, LED가 발광할 때 가열된 열전도판의 열을 감지하는 온도감지센서;

전원이 공급될 때 냉각되는 일측면이 상기 LED 발광유니트의 열전도판에 밀착되어 LED가 발광할 때 발생되는 열을 냉각시키는 열전소자;

금속재로 구성되고, 전원이 공급될 때 가열되는 열전소자 타측면과 밀착된 상태로 상기 하우징의 수납실을 폐쇄하여 열을 방열하는 방열덮개; 및

상기 방열덮개에 밀착고정되어 방열덮개를 냉각시키는 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
청구항 9에 있어서, 상기 방열덮개와 접촉하는 하우징 접면부 둘레에 접착제 수용홈을 형성하고 이 접착제 수용홈에 접착제를 충진시켜 하우징과 방열덮개를 접착고정하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
청구항 9에 있어서, 상기 LED 발광유니트와 접촉하는 하우징 접면부에 접착제를 도포하여 하우징과 LED 발광유니트를 접착고정하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.
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청구항 6, 청구항 7, 청구항 10, 또는 청구항 11에 있어서, 상기 접착제는 에폭시인 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 LED 조명등 패키지.