KR101217520B1 - 발광 다이오드 조명의 방열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 조명의 방열 장치에 관한 것으로, 다수의 관통 구멍을 포함하며 일면에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드가 장착되는 엘이디 기판을 포함하고, 상기 엘이디 기판의 타면의 소정 부분과 연결되어 상기 엘이디 기판을 지지하고 비전도성 액체를 순환시키는 펌프 임펠러가 형성되는 호를 포함하는 지지부재를 포함할 수 있다. 그리고 상기 지지부재 중 엘이디 기판을 지지하는 면에 부착되며 내부에 상기 비전동성 액체를 포함하여 상기 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 굴절시키는 조명 커버를 포함하고 외부의 냉각핀과 연결되는 히트 파이프를 포함하여 상기 비전도성 액체의 유출을 방지하는 완충 부재를 포함할 수 있다.

Description

발광 다이오드 조명의 방열 장치{Apparatus for heat dissipation of light emitting diode illumination}

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치의 방열 장치에 관한 것으로, 구체적으로 발광 다이오드 조명 장치의 구조 내에 비전도성 액체와 형광 물질을 주입하고 내부의 순환 모터를 통해 비전도성 액체와 형광물질을 순환시킴으로써 발광 다이오드로부터 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 방출할 수 있도록 하는 발광 다이오드 조명의 방열장치에 관한 것이다.

현재 사용되는 발광 다이오드를 이용한 조명은 다수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 엘이디 기판에 부착하고 그 배면에 방열판을 부착하여 발광 다이오드 점등 시 열을 엘이디 기판을 매개로 하여 방열판으로 방출하는 방법을 이용하고 있다.

하지만 상기의 방열판을 이용하는 방법에 의해서는 발광 다이오드 소자는 방열판 또는 방열 부재에 직접 부착되지 못하고 엘이디 기판에 탑재됨에 따라 발광 다이오드의 측면 및 전면은 공기 중에 노출되거나 기구물 속에 밀폐되어 별도의 방열 수단이 제공되지 못하여 저전력 고휘도의 장점에도 불구하고 활용도가 높지 못한 단점이 있다.

이에 발광 다이오드 방열 문제를 개선하기 위하여 많은 방법이 연구되고 있으며 이러한 연구의 대다수는 방열 수단의 구조를 개선하여 방열 높이고자 하는 것이나 이는 발광 다이오드로부터 직접 열을 흡수하는 것이 아닌 엘이디 기판에 전달된 열을 흡수하는 방식으로 열 전달 효율의 개선에 한계가 있으므로 발광 다이오드로부터 직접 열을 흡수하여 방열하는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엘이디 기판에 형성된 발광 다이오드에서 발생되는 열을 발광 다이오드와 직접 접촉하여 발광 다이오드에서 발생된 열을 직접 흡수하여 방출하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 발광 다이오드로부터 열을 직접 흡수하기 위하여 엘이디 기판에 형성된 발광 다이오드를 비전도성 액체에 담그고 비전도성 액체를 순환시켜 엘이디 기판에 전달된 열 뿐만 아니라 발광 다이오드 자체에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있는 발광 다이오드 조명의 방열 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 비전도성 액체 내에 형광물질을 투입하고 일정 구조를 가지는 조명 커버로 밀폐시킴에 따라 발광 다이오드로부터 발생한 빌츨 굴절시켜 발광 다이오드의 조도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 조명의 방열 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 국한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의하여 더욱 분명하게 이해될 수 있을 것이다.

또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위 나타내 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 장치는 비전도성 액체를 발광 다이오드 조명의 커버(180)에 삽입하고 순환 모터(132)를 사용하여 계속 회전시킴으로써 비전도성 액체가 발광 다이오드의 모든 표면에서 접촉하여 열 교환을 통하여 방열 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 장치는,

다수의 관통 구멍(114)을 포함하며 일면에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드(112)가 장착되는 엘이디 기판(110)을 포함하고, 상기 엘이디 기판(110)의 타면의 소정 부분과 연결되어 상기 엘이디 기판(110)을 지지하고 비전도성 액체를 순환시키는 펌프 임펠러(131)가 형성되는 액체 순환홈(134)을 포함하는 지지부재(170)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 지지부재(170) 중 엘이디 기판(110)을 지지하는 면에 부착되며 내부에 상기 비전도성 액체를 포함하여 상기 발광 다이오드(112)에서 방출되는 빛을 굴절시키는 조명 커버(180)를 포함하고 외부의 냉각핀(161)과 연결되는 히트 파이프(150)를 포함하여 상기 비전도성 액체의 유출을 방지하는 완충 부재(190)를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 순환모터(132)는 상기 펌프 임펠러(131)의 하부에 형성되어 비전도성 액체를 순환시켜 발광 다이오드로부터 발생한 열을 비전도성 액체를 통하여 흡수하고 가열된 비전도성 액체를 순환시켜 냉각핀(161)과 연결된 히트 파이프(150)에 방출하도록 할 수 있다.

본 발명에서 상기 비전도성 액체는 플로오르화 케톤, 유동 파라핀, 또는 폴리아크릴 아미드 겔 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있으며 상기 비전도성 액체는 형광 물질과 혼합되어 발광 다이오드(112)에서 발생하는 빛을 산란시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 냉각핀(161)은 요철구조로 형성되어 히트 파이프(150)를 통해 전달된 열이 냉각핀(161)을 통해 외부로 방출될 수 있으며 냉각핀(161)의 일면 또는 양면에 냉각팬(160)을 더 구비하여 열방출을 극대화시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 엘이디 기판(110)은 상기 엘이디 기판(110)의 온도를 센싱하는 온도센서(115)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 지지부재(170)에 형성되는 액체 순환홈(134)의 상부에 상기 비전도성 액체가 유입되는 흡입구 유도관(120)을 더 포함하여 비전도성 액체가 바닥부분에 정체되는 것을 방지하여 비전도성 액체의 흐름을 일정하게 조절할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 장치는 발광 다이오드에서 발생하는 열을 비전도성 액체를 사용하여 냉각시킴으로써 발광 다이오드에서 발생되는 열의 방열효과를 높이며, 높은 방열효과와 단순한 구성으로 대용량의 조명 즉, 경기장의 서치라이트 등에 사용될 수 있다.

또한 비전도성 액체 내에 형광물질을 투입하고 순환 모터로 계속 회전함으로써 형광 물질을 통해 빛을 산란시키며 다양한 구조의 조명 커버를 사용하여 빛의 조도를 향상시키는 효과가 있다.

도 1 내지는 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 장치를 다수개 연결한 대형 조명을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 방열 장치를 제어하는 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 방열 장치를 제어하는 흐름도이다.
도 7은 발광 다이오드의 온도와 광효율의 관계를 나타내는 그래프이며,
도 8은 발광 다이오드에 공급되는 전력에 따른 발광 다이오드의 온도와 발광 다이오드의 수명의 관계를 나타내는 그래프이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이며 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 시스템을 나타낸 도면으로, 도 1은 단면도, 도 2는 상면도, 도 3은 하면도를 나타낸다.

종래의 발광 다이오드 조명은 엘이디 기판의 일면에 다수의 발광 다이오드를 장착하고 조명 커버를 사용하여 발광 다이오드를 밀폐시키며 엘이디 기판의 하부면에 방열판을 형성하여 엘이디 기판을 통해 전도된 열을 방열판을 통해 방출한다.

본 발명은 이와 같은 기본적인 발광 다이오드 조명 구조를 유지하면서도 종래 발광 다이오드 조명 기구에서의 발열 문제를 해결하기 위해 비전도성 액체를 밀폐된 조명 커버 내에 투입하고 순환시켜 방열 효율을 향상시킨다.

구체적으로, 도 1을 참조하면 다수의 관통 구멍(114)을 포함하여 열을 전달시키는 전도성 재질로 이루어진 엘이디 기판(110)이 구비되어 있다.

엘이디 기판(110)은 일면에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드(112)를 장착하며 타면의 소정 부분이 지지부재(170)와 연결되어 바닥면으로부터 소정 부분 띄어져서 형성된다.

이때 엘이디 기판(110)과 지지부재(170)는 직접 부착되거나 기둥을 통해 연결되어 엘이디 기판(110)의 관통 구멍(114)을 통해 비전도성 액체가 자유롭게 순환되도록 한다.

또한 엘이디 기판(110)의 소정 부분에 온도 센서(115)를 더 형성하여 엘이디 기판(110)의 과온을 방지하고 정온을 유지하도록 한다.

지지부재(170)는 내부에 적어도 하나 이상의 액체 순환홈(134)을 형성하며 하나의 액체 순환홈(134) 상부에 엘이디 기판(110)이 형성되고 그 외의 액체 순환홈(134)의 하부에 펌프 임펠러(131)를 형성한다.

펌프 임펠러(131)는 실리콘 등의 연질 소재로 비전도성 액체를 순환시킨다.

펌프 임펠러(131)를 기준으로 상부에는 흡입구 유도관(120)을 형성하여 비전도성 액체가 바닥 부분에 정체되는 것을 방지하며 펌프 임펠러(131) 하부에는 순환 모터(132)를 설치하여 비전도성 액체를 순환시켜 엘이디 기판(110)의 관통 구멍(114)을 거쳐 엘이디 기판(110)의 상부로 이동되도록 한다.

조명 커버(180)는 플라스틱 또는 유리 등 일반적인 발광 다이오드 조명에 이용되는 조명 커버를 사용하여 지지부재(170)와 결합하여 내부 공간을 밀폐시켜 비전도성 액체가 외부로 유출되는 것을 방지한다.

또한 지지부재(170)와 조명 커버(180)의 결합 부분에 조명 커버(180)의 내부가 밀봉되도록 패킹(고무 재질의 오링 등)하여 조명 커버 내부로 수분 및 공기가 침투되는 것을 방지하고 조명 커버(180) 내부의 비전도성 액체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

조명 커버(180)는 발광 다이오드로부터 발생하는 빛을 굴절시켜 발광 다이오드 조명의 조도를 향상시킴으로써 기존에 좁은 조도를 가지는 발광 다이오드 조명의 문제점을 극복할 수 있다.

한편 도면에서는 조명 커버(180)의 구조를 반구형으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고 다양하게 형성될 수 있음을 주지하여야 한다.

완충 부재(190)는 조명 커버(180)가 형성되는 반대 면에 형성되어 내부에 순환되는 비전도성 액체가 외부로 유출되지 않도록 밀폐한다. 즉, 지지부재(170)를 기준으로 조명 커버(180)와 완충 부재(190)를 사용하여 조명 커버(180) 내부로 수분 및 공기가 침투하는 것을 방지하고 내부의 비전도성 액체가 외부로 유출되는 것을 방지한다.

한편 완충 부재(190)는 지지부재(170)에 형성된 액체 순환홈(134) 중 엘이디 기판(110)이 형성되는 액체 순환홈(134)의 하부면에 히트 파이프(150)의 일단을 형성하고 타단을 완충 부재(190)의 외부로 빼서 형성하여 엘이디 기판(110)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 것이 가능해진다.

특히 완충 부재(190) 외부에 형성되는 히트 파이프(150)는 주변에 냉각핀(161)을 형성하여 방열 면적을 넓게 하여 빠른 방열이 가능하도록 하며 냉각핀(161)의 소정 부분에 냉각팬(162)을 형성하여 방열 특성을 극대화시킨다.

또한 완충 부재(190)의 소정 부분에 안전밸브(191)를 형성하여 밀폐된 공간의 내부 압력을 제어할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 의하면 완전하게 밀폐되는 내부 공간에 발광 다이오드(112)의 모든 면과 비전도성 액체를 계속하여 순환시키고, 엘이디 기판(110)의 하부에 히트 파이프(150)를 통해 열을 방출함으로써 발광 다이오드(112)에서 발생하는 열을 빠르게 방출하여 발광 다이오드 조명의 발열을 제어할 수 있다.

이때, 비전도성 액체는 플로화 케톤(CF3CF2(O)CF(CF3)2), 유동 파라핀, 또는 폴리아크릴아미드 겔(Polyuacrylamide gels) 중 선택되어 형성될 수 있으며 바람직하게는 플로오르화 케톤을 사용할 수 있다.

한편 조명 커버(180) 내부에 충진되는 비전도성 액체에는 형광 물질을 포함시켜 발광 다이오드로부터 발생하는 빛을 산란시킬 수 있으며, 형광물질은 비전도성 액체와 혼합되어 조명 커버(180) 내부를 계속적으로 순환한다.

도 2는 도 1를 상부에서 본 도면으로 가운데 다수의 관통구멍과 발광 다이오드를 포함하는 엘이디 기판이 형성됨을 확인할 수 있으며, 도 3을 참조하면 순환 모터와 다수의 히트 파이프, 냉각핀 및 팬의 위치를 확인할 수 있다.

이와 같이 도 1 내지 도 3을 참조하면 간단한 구성으로 방열 특성이 뛰어난 발광 다이오드 조명을 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 시스템을 다수 개 연결한 대형 조명을 나타낸 도면으로, 도 1 내지 도 3과 동일한 구조로 조명 커버의 구조(180)가 정사각형 구조를 나타내며 냉각핀(161) 및 냉각팬(160)을 지지 부재(170) 및 엘이디 기판(110)과 수평이 형성하였다.

도 4를 참조하면 발광 다이오드 조명 내부에 비전도성 액체를 계속하여 순환하고 외부에 냉각핀(161) 및 냉각팬(160)을 형성함에 따라 발광 다이오드 조명을 여러 개를 인접하여 사용하는 대형 조명 즉 경기장의 서치 라이트 등에 이용될 수 있다.

종래의 대형 조명은 대전력을 필요로 하여 전력 소모가 매우 컸으며, 종래의 발광 다이오드를 이용하는 경우 수십 ~ 수백 kW의 발열이 발생하는 문제가 발생하였으나 본 발명에 따른 방열 장치를 구비한 발광 다이오드 조명은 방열 특성이 우수하여 종래의 발광 다이오드 조명과 같이 구성이 컴팩트한 구조이어서 대형 조명에 적용하기 용이하며 방열 특성이 우수하여 조명 효율 또한 향상된다.

한편 본 발명에서는 도 1 내지 도 4의 발광 다이오드 조명의 방열 장치의 동작을 제어하기 제어장치가 더 구비되어 있으며 이에 대해서 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 방열 장치를 제어하는 장치를 나타내는 도면이다.

구체적으로 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명의 방열 제어 장치는 제어부(510), 온도 센서(511), 발광 다이오드(520), 순환모터(530), 전원공급부(540), 모터 구동부(531), 냉각팬 구동부(512), 냉각팬(513)을 포함하여 구성된다.

먼저 엘이디 기판의 온도를 온도 센서(511)를 통해 측정하여 제어부(510)에 출력한다. 제어부(510)는 온도 센(511)서에 의해 측정된 온도를 미리 설정된 온도와 비교한다.

상기에서 미리 설정된 온도라 함은 발광 다이오드의 발광 효율이 입력되는 전력에 대비하여 최적의 효율을 가지는 온도 내지는 온도의 범위가 될 수 있다.

이에 관하여 도 7 내지 도 8을 참고하여 설명한다.

도 7은 발광 다이오드의 온도와 광효율의 관계를 나타내는 그래프이며,

도 8은 발광 다이오드에 공급되는 전력에 따른 발광 다이오드의 온도와 발광 다이오드의 수명의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8에 따르면 발광 다이오드에 공급되는 전류가 350mA일 때, 발광 다이오드의 온도가 70도까지는 발광 다이오드의 수명에 큰 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. 한편 발광 다이오드에 공급되는 전류가 700mA인 경우 발광 다이오드의 수명은 350mA의 전류가 공급되는 경우의 1/2이하로 감소하는 것을 알 수 있다.

한편 전구식 형광등의 평균 수명은 매우 다양하나 평균 약 10,000시간 이하 인 것으로 알려져 있으므로 발광 다이오드의 수명도 최소 10,000시간 이상의 수명을 보장하는 것이 바람직하다.

따라서 상기 미리 설정되는 온도를 70도로 설정할 수 있다. 이때 광효율은 90%이상으로 형광등의 최대 광효율인 약 70%보다 개선된 광효율을 가진다.

한편 너무 낮은 온도에서 발광 다이오드를 동작하도록 하는 것은 방열을 위해 과도한 부가 장치들이 요구되므로 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.

따라서 광효율이 100%정도인 약 25도를 최저 동작 온도로 설정할 수 있다.

한편 제어부는 온도 센서에서 측정된 온도값을 입력받아 상기와 설정된 온도와 비교하여 만일 측정된 온도가 설정된 온도 이하이거나 설정된 온도의 범위 내에 있는 경우에는 정상적으로 동작하는 것으로 간주하여 부가적인 동작을 하지 않으며 현재 상태를 유지한다.

그러나 만일 측정된 온도가 설정된 온도 또는 설정된 온도 범위보다 높은 경우, 냉각(방열)이 필요한 것으로 판단하여 부가적인 동작을 하는 제어신호를 각 장치에 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 냉각 즉 방열 방법은 발광 다이오드에 공급되는 전력을 조절하는 방법과 순환 모터를 구동하여 비전도성 액체와 발광 다이오드 사이에서 열교환이 효과적으로 수행되도록 하는 방법과 비전도성 액체와 히트 파이프사이의 열교환 성능을 높이는 방법을 단독으로 사용할 수 있으며 또는 조합하여 사용할 수도 있다.

먼저 발광 다이오드에 공급되는 전력을 조절하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

제어부(510)는 온도 센서(511)로부터 입력된 엘이디 기판의 측정 온도가 미리 설정된 온도 또는 설정된 온도 범위보다 높은 경우, 발광 다이오드에 전력을 공급하는 전원공급부(540)에 공급되는 전력을 감소하도록 하는 제어신호를 출력하고 제어신호를 입력받은 전원공급부(540)는 발광 다이오드에 공급되는 전력을 감소시킨다.

통상 발광 다이오드에 인가하는 전압은 일정한 값 즉 정전압으로 인가하고 있으므로 공급되는 전력을 감소시킴은 전류를 감소시키는 것으로 이해될 수 있으나, 설계에 따라 발광 다이오드를 정전류 형태로 구동하고 인가하는 전압을 조절할 수도 있다.

다음으로 순환모터(530)를 이용하는 방법에 대해 설명한다.

상기에서 설명한 바와 같이 순환모터(530)는 비전도성 액체 즉 발광 다이오드의 열을 흡수하는 물질을 강제로 순환시키는 것으로, 제어부(510)는 온도 센서(511)로부터 입력된 엘이디 기판의 측정 온도가 미리 설정된 온도 또는 설정된 온도 범위보다 높은 경우 순환모터(530)의 회전수를 높이기 위해 모터 구동부(531)에 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 출력한다.

제어부(510)로부터 제어신호를 입력받은 모터 구동부(531)는 순환모터(530)의 회전수를 증가시키기 위해 순환모터(530)에 공급되는 전류를 증가시킨다. 전류 공급이 증가된 순환모터(530)는 연결된 펌프 임펠러를 더욱 고속으로 회전시켜 비전도성 액체의 순환 속도를 증가시킨다.

이에 따라 발광 다이오드의 열을 흡수한 비전도성 액체는 순환되어 히트 파이프와 다시 열교환 후 냉각되고 냉가된 비전도성 액체가 다시 펌프 임펠러의 회전력에 의해 발광 다이오드측으로 이동되어 발광 다이오드의 열을 흡수하는 과정을 반복하는 것에 의해 발광 다이오드의 열을 방열하게 된다.

다음으로 냉각팬(513)을 이용하는 방법에 대해 설명한다.

냉각팬(513)은 히트 파이프의 열을 외부에 효과적으로 방출할 수 있도록 보조하는 것으로 비전도성 액체로부터 열교환에 의하여 흡수한 열을 냉각핀을 통하여 외부로 배출한다. 이때 냉각핀에 냉각팬(513)에서 발생된 바람이 공급하는 경우 냉각핀에서 외부로 열을 방출하는 효율이 높아지게 된다.

즉 히트 파이프의 열이 단위 시간에 외부로 배출되는 양이 증가함에 따라 히트 파이프가 더 낮은 온도로 냉각되고 이에 따라 비전도성 액체와의 열교환 성능이 좋아져 비전도성 액체를 더 낮은 온도로 냉각함으로써 비전도성 액체와 발광 다이오드와의 열교환 성능 또한 좋아져 발광 다이오드의 열을 더 많이 배출할 수 있게 한다.

상기에서는 각 방법에 대해 개별적으로 설명하였으나 설계에 따라서는 각 방법을 조합하여 사용할 수 있다.

일 예로, 발광 다이오드에 공급되는 전력을 조절하는 것만으로 발광 다이오드에서 발생되는 열을 방열하는 것이 충분하지 않은 경우 순환모터(530)의 회전수를 증가시키는 방법을 부가할 수 있으며, 순환모터(530)의 회전수를 증가시키는 방법을 부가하는 것만으로도 충분하지 않은 경우, 냉각팬(513)을 구동하여 비전도성 액체와 히트 파이프 사이의 열교환을 효율을 증가하는 방법을 부가할 수 있다.

이외에도 각 방법을 조합하는 모든 방법이 적용될 수 있으며 이러한 적용방법은 상기에서 제시한 각 방법을 결합하는 것에 의해 달성되는 것으로 상기의 일 예로 제시한 방법의 범주에서 당업자에 의해 용이하게 유추될 수 있음을 주지하여야한다.

한편 상기에서 제시한 냉각(방열) 방법을 모두 적용하였음에도 불구하고 발광 다이오드의 온도가 낮아지지 않거나 계속 상승하는 경우 이상이 있는 것으로 판단하고 조명 장치의 동작을 중지시켜야 전체 조명 장치의 파손을 방지할 수 있다.

이에 따라 제어부(510)는 상기와 같이 조명 장치가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 먼저 발광 다이오드(520)에 공급되는 전력을 차단하도록 전원공급부(540)에 전력차단을 위한 제어신호를 출력하며 이를 수신한 전원공급부(540)는 발광 다이오드에 공급되는 전력을 차단한다.

이후 순환모터(530) 및 냉각팬(513)의 구동을 중지하도록 모터구동부(531) 및 팬구동부(512) 각각에 제어신호를 출력하며 모터구동부(531) 및 팬구동부(512)는 순환모터(530) 및 냉각팬(513)에 공급되는 전류를 차단하여 순환모터(530) 및 냉각팬(513)의 구동을 중지시킨다.

한편 상기와 같은 이상 상태가 발생한 경우 사용자에게 이를 알려서 대응 조치를 취할 수 있도록 하는 것이 바람직하여 이에 따라 상태알림부(미도시)를 통해 알려주도록 할 수 있다.

상기에서 상태알림부는 가시적인 장치 또는 가청의 장치일 수 있으며 사용자가 조명 장치의 이상 상태를 알 수 있으면 충분하다.

일 예로 가시적인 상태알림부로 적색 발광 다이오드를 더 구비하여 이상 상태가 발생한 경우 적색 발광 다이오드가 점멸하도록 함으로써 조명 장치의 이상 상태를 사용자에게 가시적으로 알려줄 수 있으며,

가청적인 상태알림부로 알람을 더 구비하여 이상 상태가 발생한 경우 알람을 통해 경보음을 울려서 조명 장치의 이상 상태를 사용자에게 가청적으로 알려줄 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 방열 장치를 제어하는 흐름도이다.

발광 다이오드 조명 장치를 구동하여 전원공급부를 통하여 발광 다이오드에 전력을 공급하여 발광 다이오드가 빛을 발산하도록 한다(S610).

이후 온도센서를 통하여 발광 다이오드가 실장된 엘이디 기판의 온도를 측정한다(S620).

상기에서 측정된 온도는 제어부에 출력되고 제어부는 발광 다이오드가 최적의 효율로 구동되는 온도 내지는 온도범위와 비교한다. 즉 측정 온도가 설정 온도보다 높은가 또는 낮은가를 판단한다(S621).

만일 측정 온도가 설정 온도보다 낮은 경우 정상적으로 구동되고 있는 것으로 판단하여 발광 다이오드에 공급되는 전력값을 현재 상태로 유지한다(S641).

그러나 만일 측정 온도가 설정 온도보다 낮은 경우 발광 다이오드의 온도를 낮추는 것이 최적의 효율로 구동하는 것과 발광 다이오드의 수명에 유리하므로 발광 다이오드의 온도를 낮추기 위한 제어 동작을 수행한다.

본 발명에서 상기 제어 동작은 도 5에서 설명한 바와 같이 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어하는 방법, 순환 모터의 회전수를 제어하는 방법 내지는 냉각팬의 회전수를 제어하는 방법이 사용될 수 있다.

먼저 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 관하여 설명한다.

S623단계에서 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정의 범위 즉 도 8에서 보는 바와 같이 발광 다이오드의 수명이 최소한 형광등 이상으로 보장될 수 있는 전류 범위 내에 있는지 확인한다(S623).

상기 전류 범위는 일 예로 350mA ~ 700mA일 수 있다.

상기 확인 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 이상일 경우, 발광 다이오드에 공급되는 전력을 상기 소정 범위 내가 되도록 감소하여 발광 다이오드의 온도를 낮추도록 한다(S625).

한편 상기 확인 결과 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위에 포함될 경우 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어하여 발광 다이오드의 온도를 낮추는 것은 발광 다이오드의 효율적인 구동측면에서 바람직하지 않으므로 다른 제어 방법을 사용하여야 한다.

먼저 순환 모터를 제어하는 방법이 사용될 수 있다.

S624 단계에서 제어부는 순환 모터의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 모터구동부에 출력하여 순환 모터의 회전수를 증가시켜 비전도성 액체와 발광 다이오드 사이의 열교환 효율을 높여 발광 다이오드 온도를 낮추도록 한다.

한편 S624단계는 반복적으로 수행될 수 있다. 즉, 발광 다이오드의 온도를 지속적으로 측정하여 측정 온도가 설정 온도 이하로 떨어지지 않는 경우, 순환 모터의 회전수를 더 증가시키도록 할 수 있다.

다만 순환 모터의 수명 역시 고려하여야 하므로 과도한 회전수로 구동되도록 하는 것은 모터 수명에 악영향을 미치므로 회전수의 증가를 모터 사양에 미리 결정되어 있는 최대 회전수 이하로만 제한하여야 한다.

그런데 순환 모터의 회전수를 최대로 하였음에도 불구하고 발광 다이오드의 온도가 설정 온도 이하로 낮아지지 않는 경우에는 냉각팬을 구동하여 방열 효과를 높이는 방법을 추가로 적용할 수 있다.

즉, S630단계에서 온도 센서에서 측정된 온도가 설정 온도 이하로 낮아지지 않는 경우, 제어부는 냉각팬의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 팬구동부에 출력하여 냉각팬의 회전수를 증가시켜 비전도성 액체와 히트 파이프 사이의 열교환 효율을 높여 발광 다이오드 온도를 낮추도록 한다.

한편 S630단계에서 온도 센서에서 측정된 온도가 설정 온도 이하로 낮아지는 경우에 냉각팬의 구동되지 않을 수 있으며 이때 발광 다이오드에 공급되는 전력값과 순환 모터의 회전수는 현재 상태를 유지한다.

S631단계의 냉각팬의 회전수를 증가시키는 단계 역시 S624단계의 순환 모터의 회전수를 증가시키는 단계와 같이 최대 회전수 이하에서 반복적으로 증가되도록 제어될 수 있다.

이후 S640단계에서 온도센서에 의해 측정된 측정 온도와 설정 온도를 다시 한번 비교한다.

만일 순환 모터와 냉각팬을 최대 회전수로 구동하였음에도 불구하고 발광 다이오드의 온도가 설정된 온도 이상이거나 설정 온도 범위를 초과하는 경우에는 조명 장치에 이상이 발생하는 것으로 간주하여 조명 장치가 파괴되지 않도록 할 필요가 있다.

이를 위해 S642단계에서 발광 다이오드에 공급되는 전력을 차단하도록 하는 제어신호를 제어부가 전원공급부에 출력하고 전원공급부는 발광 다이오드에 공급된는 전력을 차단한다.

한편 사용자 또는 관리자에게 조명장치에 이상이 있음을 알려서 조치를 취하도록 상태알림부를 통해 알려준다(S643).

상기 상태알림부는 도 5에서 설명한 바와 같이 가시적인 방법과 가청적인 방법이 이용될 수 있으며 이에 대한 구체적인 설명은 도 5의 설명에서 자세히 설명되어 있음으로 생략하기로 한다.

한편 S640단계에서 온도센서에 의해 측정된 온도가 설정 온도 이하이거나 또는 설정 온도 범위에 포함되는 경우에는 정상적으로 동작하고 있는 것이므로 현재 제어상태 즉, 발광 다이오드에 공급되는 전력값, 순환 모터의 회전수 및 냉각팬의 회전수를 유지하도록 한다(S650).

도 6의 흐름도에서 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어하는 방법(S625), 순환 모터의 회전수를 제어하는 방법(S624), 냉각팬의 회전수를 제어하는 방법(S631)의 방법은 도 6에 예시된 것 외에도 가능함을 주지하여야 한다.

도 5에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 제어 방법이 각각 단독으로 적용되거나 임의의 조합으로 적용될 수 있으며 조합의 순서도 임의일 수 있다.

즉 발광 다이오드에 공급되는 전력이 반드시 우선될 필요는 없으며 선택에 따라 순환 모터를 제어하는 과정이 우선되거나 냉각팬을 제어하는 것이 우선될 수 있으며 이러한 제어 방법의 결합은 당업자라면 도 5 내지 도 6으로부터 충분히 유추가능하므로 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 엘이디 기판 111: 메탈 PCB
112: 발광 다이오드 113: 엘이디 보호커버
114: 관통구멍 115: 온도센서
120: 흡입구 유도관
131: 펌프 임펠러 132: 순환 모터
133: 모터 수용부 134: 액체 순환홈
140: 제어부 150: 히트파이프
160: 냉각팬 161: 냉각핀
170: 지지부재 180: 조명 커버
190: 완충부재 191: 안전밸브

Claims (18)

1. 다수의 관통 구멍을 포함하며 일면에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드가 장착되는 엘이디 기판;
   상기 엘이디 기판의 타면의 소정 부분과 연결되어 상기 엘이디 기판을 지지하고 비전도성 액체를 순환시키는 펌프 임펠러가 형성되는 액체 순환홈을 포함하는 지지 부재;
   상기 지지 부재 중 엘이디 기판을 지지하는 면에 부착되며 내부에 상기 비전도성 액체를 포함하여 상기 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 굴절시키는 조명 커버;
   상기 지지 부재 중 조명 커버가 부착되는 타면에 형성되며 내부에 순환 모터를 포함하고 외부의 냉각핀과 연결되는 히트 파이프를 포함하여 상기 비전도성 액체의 유출을 방지하는 완충 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환모터는 상기 펌프 임펠러의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 비전도성 액체는 플로오르화 케톤, 유동 파라핀 또는 폴리아크릴 아미드 겔 중 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 비전도성 액체는 형광물질과 혼합되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각핀은 요철구조로 형성되며 일면 또는 양면에 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 엘이디 기판은 상기 엘이디 기판의 온도를 센싱하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재에 형성되는 액체 순환홈의 상부에 상기 비전도성 액체가 유입되는 흡입구 유도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 장치.
8. 다수의 관통 구멍을 포함하며 일면에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드가 장착되는 엘이디 기판;
   상기 엘이디 기판의 온도를 센싱하는 온도센서부;
   상기 온도 센서에서 측정된 엘이디 기판의 온도에 따라 상기 발광 다이오드를 제어하는 제어부;
   조명 장치 내부의 비전도성 액체를 강제 순환시키는 펌프 임펠러를 포함하는 순환 모터부;
   상기 비전도성 액체와 열교환하는 히트 파이트와 상기 히트 파이프의 열을 외부로 방출하는 냉각핀 및 상기 냉각핀에 강제로 바람을 송풍하는 냉각팬을 포함하는 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 발광 다이오드 조명의 방열 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 발광 다이오드에는 전력을 공급하는 전원공급부가 더 구비되어서,
   상기 온도 센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 높고 상기 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위를 초과하는 경우, 상기 발광 다이오드에는 공급하는 전력을 소정 범위까지 감소시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 순환 모터부에는 상기 순환 모터를 구동하는 모터 구동부가 더 구비되어서,
    상기 온도 센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 순환 모터의 회전수를 증가시키도록 하는 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 냉각팬의 회전수를 증가시키도록 하는 제어 신호를 상기 팬 구동부에 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 장치.
12. 발광 다이오드에 미리 정해진 소정의 전력값의 범위로 전력을 공급하는 단계;
    발광 다이오드가 실장된 엘이디 기판의 온도를 온도 센서에 의해 측정하는 단계;
    상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우, 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 이상인지 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 이상인 경우, 발광 다이오드에 공급되는 전력을 상기 소정의 전력값의 범위 내로 감소시키는 제어신호를 전원공급부에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 이상인지 판단하는 단계에 있어,
    상기 판단 결과, 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 내에 있는 경우, 비전도성 액체를 강제로 순환시키는 순환 모터의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 모터 구동부에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 이상인지 판단하는 단계에 있어,
    상기 판단 결과, 발광 다이오드에 공급되는 전력이 소정 범위 내에 있는 경우, 강제로 바람을 송풍하는 냉각팬의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 팬 구동부에 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 냉각팬의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 팬 구동부에 출력 후, 미리 정해진 소정시간 후 온도 센서에 의해 엘이디 기판의 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정 결과, 측정 온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 발광 다이오드에 공급되는 전력값, 상기 순환 모터의 회전수 및 상기 냉각팬의 회전수를 유지하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
16. 제14항에 있어서,
    상기 냉각팬의 회전수를 증가시키도록 하는 제어신호를 팬 구동부에 출력 후, 미리 정해진 소정시간 후 온도 센서에 의해 엘이디 기판의 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정 결과, 측정 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우 발광 다이오드에 공급되는 전력을 차단하는 제어신호를 전원 공급부에 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 발광 다이오드에 공급되는 전력을 차단하는 제어신호를 전원공급부에 출력하는 단계 이후,
    상기 순환 모터의 구동을 중지하는 제어신호를 모터 구동부에 출력하고,
    상기 냉각팬의 구동을 중지하는 제어신호를 팬 구동부에 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.
18. 제16항에 있어서,
    상기 발광 다이오드에 공급되는 전력을 차단하는 제어신호를 전원공급부에 출력하는 단계 이후,
    상기 발광 다이오드에 전력 공급이 중지되었음을 상태알림부를 통해 알리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명의 방열 제어 방법.

Images