KR101131426B1 - 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 방열 절연 분산액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 발광 다이오드를 포함하는 발광부; 상기 발광 다이오드에 전력을 공급하기 위한 전원 제어 회로부; 상기 발광부와 상기 전원 제어 회로부를 수용하는 하우징; 상기 하우징의 일단에 설치되어서, 상기 전원 회로부에 외부 전원을 공급하는 소켓부; 상기 하우징 내에 수용되어서, 절연액과 상기 절연액에 용해되는 자기성 입자를 포함하는 투명 방열 절연 분산액; 및 상기 분산액을 대류시키기 위해 상기 하우징 내에 설치되는 전자기 교반기를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 투명 방열 절연 분산액을 포함할 수 있다.

Description

방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 방열 절연 분산액{LED LAMP DEVICE WITH HIGH RADIAT HEAT EFFICIENCY AND RADIANT HEAT INSULATING LIQUID USED THEREIN}
본 발명은, 방열 효과 및 경제성이 우수한, 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 투명 방열 절연 분산액에 관한 것이다.
기존의 백열램프 또는 형광램프를 대신하여, LED(Light Emitting Diode)를 백색 광원으로 이용하는 조명 장치의 개발이 늘고 있다. LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의한 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자이다. 이러한 LED는 배어 칩(bare chip) 형태로 이용되거나, 또는, 패키지 구조로 제작되어 이용되고 있다. 흔히, 배어 칩 형태의 LED는 'LED칩'이라 칭해지고, 패키지 구조의 LED는 'LED패키지'라 칭해진다. 위와 같은 LED는 적정가로 신뢰성이 높고 변조가 쉬우며 동작이 안정되어 있다는 등의 이점이 있다.
백색 LED를 이용하여 백색광의 조명을 제공하는 백색 발광 조명 장치가 종래에 제안된 바 있다. 사용자의 요구, 사용 목적, 또는, 사용 공간 등에 따라, 고유의 색온도를 갖는 다른 종류의 백색 발광 조명 장치가 선택되어 이용된다. 그 중에서도, 주광색(daylight) 또는 온백색(warm white light)의 백색 조명을 제공하는 백색 발광 조명 장치가 많이 이용되고 있다.
한편, 종래의 백색 발광 조명 장치는, LED의 점등 과정 또는 LED 주변의 온도 상승으로 인해, 광의 파장대 변화에 의한 광의 색깔 변화, 즉, 색온도의 변화가 야기될 수 있다. 예컨대, 온백색의 백색 조명을 제공하도록 제조된 조명 장치가, 온도 증가에 의해, 푸른색이 도는 파장대로 변화된 광을 발할 수 있다. 이는 원래의 조명 장치의 조명 특성을 상실한다는 점에서 큰 문제점으로 지적되고 있다. 또한, LED 점등과정 중에서의 발열은 조명 장치의 수명을 단축시키고, 화재나 화상의 위험을 만들 수 있다는 점에서 LED 개발을 위해 우수한 방열 특성을 가지는 것이 매우 필요하게 되었다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제조 단가를 낮추어 경제성을 높이고, 방열 효율을 높여 LED 조명 장치의 보장 수명을 연장할 수 있는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 방열 절연 분산액를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예인 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치는, 발광 다이오드를 포함하는 발광부; 상기 발광 다이오드에 전력을 공급하기 위한 전원 제어 회로부; 상기 발광부와 상기 전원 제어 회로부를 수용하는 하우징; 상기 하우징의 일단에 설치되어서, 상기 전원 제어 회로부에 외부 전원을 공급하는 소켓부; 상기 하우징 내에 수용되어서, 절연액과 상기 절연액에 용해되는 자기성 입자를 포함하는 투명 방열 절연 분산액; 및 상기 분산액을 대류시키기 위해 상기 하우징 내에 설치되는 전자기 교반기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 발광부는, 복수의 발광 다이오드 패키지와, 이 패키지가 고정되는 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 하우징은, 상기 전원 제어 회로부를 수용하는 회로 수용부와, 상기 발광부로부터의 조사되는 광이 투과되는 벌브부를 포함하고, 상기 투명 방열 절연 분산액은 상기 벌브부에만 투입될 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 자기성 입자는, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 자성체 -그라파이트 입자, 자성체-세라믹 입자, 자성체-그라핀 입자, 자성 메탈 입자 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 절연액은, 프로필렌 글리콜과 초순수수를 포함할 수 있다. 상기 절연액은 상기 자기성 입자를 용해시키기 위한 계면활성제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 절연액은 트랜스포머 오일(transformer oil)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 전자기 교반기는 에디 코일 또는 토로이달 자기 코일일 수 있다ㅏ.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치는, 상기 하우징의 일측에 설치되어서, 상기 투명 방열 절연 분산액으로부터의 열을 방출하기 위한 금속 방열띠를 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 의하면, 절연액에 포함된 자성체 입자가, 하우징 내부에 설치된 전자기 교반기에 의해 상기 절연액이 대류하도록 함으로써, 발광부 및 회로부에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 자성체 입자가 열전도성이 우수한 경우, 방열 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예인 벌브형 발광 다이오드 조명 장치의 사시도.
도 2는, 본 발명의 일실시예인 벌브형 발광 다이오드 조명 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 벌브형 발광 다이오드에서 전자기 교반기(60)의 동작에 따른 유체의 흐름을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명과 관련된 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 방열 절연 분산액에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 벌브형(전구형) 발광 다이오드 조명 장치를 중심으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 관형 발광다이오드 조명 장치, 평판형 발광 다이오드 등 다양한 형태의 발광 다이오드 조명 장치에 적용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예인 벌브형 발광 다이오드 조명 장치의 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일실시예인 벌브형 발광 다이오드 조명 장치의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 발광 다이오드 조명 장치(100)는, 발광부(10), 상기 발광 다이오드에 전력을 공급하기 위한 전원 제어 회로부(20), 상기 발광부(10)와 상기 전원 회로부(20)를 수용하는 하우징(30), 상기 하우징(30)의 일단에 설치되어서, 상기 전원 제어 회로부(20)에 외부 전원을 공급하는 소켓부(40), 상기 하우징(30) 내에 수용된 투명 방열 절연 분산액(50), 상기 절연 분산액(50)이 대류할 수 있도록 하는 전자기 교반기(60), 및 금속 방열띠(70)를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 전체적으로 벌브형인 발광다이오드의 조명 장치(100)에 있어서, 상기 발광부(10)는, 다수의 발광 다이오드(LED) 패키지(11)가 기판에 고정된 형태로 설치될 수 있다. 발광 다이오드는, 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자로서, 전기가 공급됨에 따라 광자를 발산함으로써, 조명 장치로서 사용될 수 있다.
전원 제어 회로부(20)는, 상기 발광 다이오드 패키지(11)에 전기를 공급하는 것을 제어하기 위하여 구성된 것이다. 이 전원 제어부는 발광 다이오드에 직류 전류를 공급하기 위한 컨버터를 포함할 수 있고, 또는 교류 전류를 직접 사용할 수 있는 발광 다이오드 패키지(11)가 설치되는 경우, 이에 맞게 전력을 제어할 수 있는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다.
하우징(30)은, 상기 전원 제어부와, 상기 발광부(10)를 수용하며, 상기 조명 장치(100)의 외관을 형성한다. 이 하우징(30)은, 상기 하우징(30)은, 상기 전원 제어 회로부(20)를 수용하는 회로 수용부(31)와, 상기 발광부(10)로부터의 조사되는 광이 투과되는 벌브부(33)를 포함할 수 있다. 상기 하우징(30)은 후술하는 투명 방열 절연 분산액(50)을 수용하기 위하여 수밀구조로 구성될 수 있다. 이때, 투명 벌브부(33)는, PET 또는 유리로 이루어질 수 있다.
소켓부(40)는 상용 전원을 수신하기 위한 단자들(41, 42)를 구비하여, 이 단자를 통해서 상기 상용 전압 전류가 공급되게 된다.
투명 방열 절연 분산액(50)은, 절연액에 자기성 입자가 첨가된 물질로서, 상기 발광 다이오드 패키지(11)가 온 된상태에서 발생되는 열을 흡수하여 방출하는 기능을 한다. 절연액이란, 전기전도도값이 0이어서, 통전이 불가능한 액체로서, 이온 성분이 전혀 없는 초순수물(D.I water), 프로필렌 글리콜, 트랜스포머 오일(transformer oil) 중 하나를 포함할 수 있다. 초순수물이란, 물속에 녹아있는 이온조차 모조리 제거하여 물이 자체이온화하여 생긴 이온을 제외하고는 불순물이 하나도 없는 순수한 물로서,전기전도도가 없다. 프로필렌 글리콜은 용해성이 우수한 물질로서, 후술하는 자기성 입자가 이 프로필렌 글리콜에 의해 용해되며, 투명하고 무독성이라는 점에서 친환경적인 소재이다. 한편, 상기 투명 발열 절연 분산액(50)에 계면활성제를 추가하게 되면, 자기성 입자의 용해도를 더욱 높일 수 있게 된다. 이 때 계면활성제는 1중량% 미만으로 소량 들어가는 것으로 충분하다. 한편, 상기 투명 방열 분산액(50)에는, 자기성 입자가 함유되어 있어서, 열의 흡수 및 배출의 효과를 증대시킬 수 있다. 상기 자기성 입자는, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 자성체 -그라파이트 입자, 자성체-세라믹 입자, 자성체-그라핀 입자, 자성 메탈 입자 중 하나를 포함할 수 있다. 비정제 탄소 나노 튜브의 경우, 탄소 나노 튜브를 제조공정 중 정제과정 전 단계의 탄소 나노 튜브로서, 탄소 나노 튜브를 성장시키기 위한 금속 촉매가 남아 있기 때문에 자성체 성질을 갖게 된다. 이와 같은 자성체 입자는, 후술하는 전자기 교반기(61)에 의해 작용되어서, 상기 절연액 내에 대류 현상이 발생되어서 방열효과가 극대화된다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3에서 설명하도록 한다.
한편, 상기 투명 방열 분산액(50)은 회로 수용부(31) 및 벌브부(33) 모두에 투입될 수 있다. 또는 상기 회로 수용부와 벌브부가 상호 밀폐되게 형성되고, 회로 수용부(31)에만 투입될 수 있다. 통상 발열이 많은 부분은 회로기판 후면 또는 전원 제어 회로부(20)이고, 또한, 회로 수용부는 실제로 발광이 불필요하다는 점에서 투명도가 나쁘다 하더라도, 충분이 우수한 방열액으로 이용될 수 있다.
상기 자성체 입자가, 열전도성이 우수한 경우(예컨대, 그라핀 입자나 탄소 나노 튜브 입자등), 그 자체로서도 열전도도가 우수하여, 방열효과를 극대화할 수 있게 된다.
전자기 교반기(60)는 상기 하우징(30) 내에 설치되어서, 상기 자성체인 자기성 입자가 대류할 수 있도록 자기장을 형성하게 된다. 이에 따라, 하우징(30) 내의 투명 방열 절연 분산액(50)의 자성체인 자기성 입자가 대류하게 되고, 이에 따라, 절연 분산액(50)이 대류하게 된다. 그럼으로써, 발광 다이오드 패키지(11) 및 회로부(20)에서 발생하는 열을 보다 우수하게 흡수 및 방열하게 된다.
이러한 전자기 교반기(60)로는 에디 코일, 토로이달 자기 코일이 이용될 수 있다. 에디 코일은 저속형이고, 토로이달 자기 코일은 고속형으로서, 발열 정도에 따라 제작자가 적절하게 선택할 수 있게 된다.
금속 방열띠(70)는, 상기 하우징(30)의 외측에 설치되어서, 상기 투명 방열 절연 분산액(50)으로부터의 열을 방출하기 위한 구성요소이다. 열전도성이 우수한 구리 또는 철로 이루어지는 금속 방열띠(70)를 하우징(30)의 외측에 부착하게 되면, 다이오드 패키지(11) 또는 회로부(20)에서 발생된 열로 인해 가열된 절연 분산액(50)이 보다 빠르게 냉각될 수 있게 되어, 방열 및 흡열 효율이 높아지게 된다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예인, 발광 다이오드 조명 장치에서의 절연액의 대류 현상에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
상술한 바와 같이, 투명 방열 절연액에는 자성체인 입자가 절연액 분자 사이에 첨가되게 되게 된다. 이 상태에서, 하우징(30) 내에 설치된 전자기 교반기(60)를 동작시키면 코일 주변에 암페어의 법칙에 따라 자기장이 형성되고, 화살표 방향과 같이 입자가 대류하게 된다. 입자의 대류에 따라서, 입자와 절연액 간에 형성되는 장력에 의해 절연액도 대류하게 된다. 이와 같이, 절연액이 하우징(30) 내에서 대류하게 되면, 발광 다이오드 패키지(11) 및 회로부(20)에서 발생되는 열을 가장 효과적으로 방열시키게 된다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 의하면, 절연액에 포함된 자성체 입자가, 하우징 내부에 설치된 전자기 교반기에 의해 상기 절연액이 대류하도록 함으로써, 발광부 및 회로부에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 자성체 입자가 열전도성이 우수한 경우, 방열 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 발광 다이오드 조명 장치 및 이에 사용되는 투명 방열 절연 분산액은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 발광부
20 : 전원 제어 회로부
30 : 하우징
40 : 소켓부
50 : 투명 방열 절연 분산액
60 : 전자기 교반기
70 : 금속 방열띠

Claims (10)

  1. 발광 다이오드를 포함하는 발광부;
    상기 발광 다이오드에 전력을 공급하기 위한 전원 제어 회로부;
    상기 발광부와 상기 전원 제어 회로부를 수용하는 하우징;
    상기 하우징의 일단에 설치되어서, 상기 전원 제어 회로부에 외부 전원을 공급하는 소켓부;
    상기 하우징 내에 수용되어서, 절연액과 상기 절연액에 용해되는 자기성 입자를 포함하는 투명 방열 절연 분산액; 및
    상기 투명 방열 절연 분산액을 대류시키기 위해 상기 하우징 내에 설치되는 전자기 교반기를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는, 복수의 발광 다이오드 패키지와, 이 패키지가 고정되는 기판을 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 전원 제어 회로부를 수용하는 회로 수용부와, 상기 발광부로부터의 조사되는 광이 투과되는 벌브부를 포함하고,
    상기 투명 방열 절연 분산액은 상기 벌브부에만 투입되는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기성 입자는, 비정제 탄소 나노 튜브 입자, 자성체 -그라파이트 입자, 자성체-세라믹 입자, 자성체-그라핀 입자, 자성 메탈 입자 중 하나를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연액은, 프로필렌 글리콜과 초순수수를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투명 방열 절연 분산액은 상기 자기성 입자를 용해시키기 위한 계면활성제를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연액은 트랜스포머 오일(transformer oil)을 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 교반기는 에디 코일 또는 토로이달 자기 코일인, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에 설치되어서, 상기 투명 방열 절연 분산액으로부터의 열을 방출하기 위한 금속 방열띠를 포함하는, 방열 효율이 우수한 발광 다이오드 조명 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드 조명 장치에 사용되는 투명 방열 절연 분산액.
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