KR101357861B1 - Led lighting apparatus - Google Patents
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Abstract
LED 조명 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 베이스, 베이스의 일면에 실장되는 LED 칩, 베이스의 LED 칩이 실장된 반대 측에 설치되어 베이스 방향으로 공기를 발산하는 강제 순환부 및 베이스, LED 칩 및 강제 순환부가 외기와 차단되도록 베이스, LED 칩 및 강제 순환부를 감싸는 하우징을 포함하고, 하우징의 내부에서는 강제 대류를 통해 LED 칩에서 발생하는 열을 하우징의 표면으로 전달하고, 하우징의 표면 외부에서는 자연 대류가 유도되어 하우징 표면의 열을 냉각시킨다.An LED lighting device is disclosed. LED lighting device according to the present invention is a base, an LED chip mounted on one side of the base, the forced circulation portion and the base, LED chip and forced circulation portion installed on the opposite side mounted on the LED chip of the base to radiate air toward the base It includes a housing surrounding the base, the LED chip and the forced circulation to block the outside air, inside the housing through the forced convection to transfer the heat generated from the LED chip to the surface of the housing, the natural convection is induced outside the surface of the housing Cool the heat on the housing surface.
Description
본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an LED lighting device.
LED(Light Emitting Diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 발광 원리는 전계 발광(Electroluminescence)으로 전계에 의해 전자와 정공을 주입하여 그 재결합에 따라 발광하도록 하는 것이다.A light emitting diode (LED) is a semiconductor device that emits light when a voltage is applied in a forward direction. The principle of light emission is electroluminescence, which injects electrons and holes by an electric field and emits light upon recombination.
이러한 LED를 이용한 조명 장치는 여타의 조명 장치인 형광등, 할로겐 램프, 백열등 등과 비교하여, 저전력을 소모하고 빠른 응답 속도를 가지며 친환경적이고 효율이 높은 장점이 있으므로, 최근 LED 조명 장치의 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.Compared to other lighting devices such as fluorescent lamps, halogen lamps and incandescent lamps, the LED lighting device consumes low power, has a fast response speed, and is environmentally friendly and has high efficiency. The trend is active.
그러나 LED는 높은 출력이 요구되는 경우 많은 열이 발생되어 이러한 열을 LED 조명 장치의 외부로 방출시키기 위한 방열 수단이 구비될 필요가 있으며, LED의 열을 효과적으로 방출시키기 못하는 경우 LED 조명 장치의 수명과 성능이 크게 저하되는 단점을 지니고 있다.However, LEDs need to be provided with heat dissipation means to generate a lot of heat when high power is required, and to dissipate this heat to the outside of the LED lighting device. The disadvantage is that performance is greatly reduced.
일반적으로 적용되고 있는 LED 조명 장치의 방열 구조로는, 히트 싱크(Heat Sink)와 같은 방열 면적이 큰 열전도 매체를 이용하여 LED에서 발생하는 열을 열전도를 통해 외기로 방출하는 구조가 대표적이다.As a heat dissipation structure of an LED lighting device that is generally applied, a structure in which heat generated from an LED is emitted to the outside through heat conduction using a heat conduction medium having a large heat dissipation area such as a heat sink.
그런데, 이와 같은 열전도를 통한 방열 구조의 경우, 열전도 매체에서 열저항이 발생하게 된다. 열저항이란 열전도를 방해하는 성질을 나타내는 것으로, 균일한 물체 내부의 경우에는 열전도와 역수 관계에 있는 성질이라고 할 수 있지만 실제로는 경계면이나 접촉면의 성질을 의미하는 경우가 많다.However, in the heat dissipation structure through such heat conduction, heat resistance is generated in the heat conduction medium. Thermal resistance is a property that interferes with the thermal conductivity. In the case of a uniform object, the thermal resistance is inversely related to the thermal conductivity, but in practice, the thermal resistance often means a property of an interface or a contact surface.
따라서, 열전도 과정에 있는 열전도 매체가 많아질수록 전체 열저항이 커지게 되어 LED 조명 장치의 방열 효율이 저하될 수 있다.Therefore, as the heat conduction medium in the heat conduction process increases, the overall heat resistance increases, which may lower the heat radiation efficiency of the LED lighting device.
한편, 종래의 LED 조명 장치의 방열 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 열전도를 통한 방열을 보완하기 위해 LED 조명 장치 내외부의 공기 순환을 통해 LED에서 발생하는 열을 외기로 방출하는 방열 구조를 병용하고 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the heat dissipation structure of the conventional LED lighting device uses a heat dissipation structure that emits heat generated from the LED to the outside through air circulation inside and outside the LED lighting device, in order to compensate for heat dissipation through heat conduction. Doing.
그런데, 이와 같은 LED 조명 장치 내외부의 공기 순환을 통한 방열 구조의 경우 열전도만을 통한 방열 구조보다 방열 효율이 높을 수는 있으나, 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치 내부로 유입되어 LED 조명 장치의 수명과 성능이 저하될 수 있다.
By the way, in the case of the heat dissipation structure through the air circulation inside and outside the LED lighting device may be higher heat dissipation efficiency than the heat dissipation structure only through the heat conduction, foreign matters such as dust contained in the outside air is introduced into the LED lighting device, Its life and performance may be impaired.
본 발명은 LED 조명 장치의 내부를 외기와 차단하여 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 이와 동시에 대류 열전달을 통해 LED에서 발생하는 열을 원활하게 냉각시킬 수 있는 LED 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.
The present invention can block the inside of the LED lighting device to the outside air to prevent foreign substances such as dust contained in the outside into the LED lighting device, and at the same time smoothly heat generated from the LED through the convection heat transfer It is to provide an LED lighting device that can be cooled.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스, 베이스의 일면에 실장되는 LED 칩, 베이스의 LED 칩이 실장된 반대 측에 설치되어 베이스 방향으로 공기를 발산하는 강제 순환부 및 베이스, LED 칩 및 강제 순환부가 외기와 차단되도록 베이스, LED 칩 및 강제 순환부를 감싸는 하우징을 포함하고, 하우징의 내부에서는 강제 대류를 통해 LED 칩에서 발생하는 열을 하우징의 표면으로 전달하고, 하우징의 표면 외부에서는 자연 대류가 유도되어 하우징 표면의 열을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, the base, the LED chip mounted on one surface of the base, the forced circulation portion and the base, LED chip and the forced circulation portion which is installed on the opposite side on which the LED chip of the base is mounted to emit air in the base direction It includes a housing surrounding the base, the LED chip and the forced circulation to block the outside air, inside the housing through the forced convection to transfer the heat generated from the LED chip to the surface of the housing, the natural convection is induced outside the surface of the housing An LED lighting device is provided which cools the heat of the housing surface.
여기서, LED 조명 장치는 베이스, LED 칩 및 강제 순환부를 감싸며 내외부간의 공기 순환이 가능한 커버를 더 포함하고, 하우징은 커버가 외기와 차단되도록 커버를 감싸며, 하우징 내부에서의 강제 대류는 커버 내외부간의 공기 순환을 통해 이루어질 수 있다.Here, the LED lighting device further includes a cover that surrounds the base, the LED chip and the forced circulation and allows air circulation between the inside and the outside, the housing surrounds the cover so that the cover is blocked from outside air, and the forced convection inside the housing is the air between the inside and outside of the cover. This can be done through circulation.
강제 순환부는 팬(fan)을 포함할 수 있다.The forced circulation may comprise a fan.
강제 순환부는 압전 액추에이터를 포함할 수 있다.The forced circulation may comprise a piezo actuator.
LED 조명 장치는 강제 순환부에서 발산된 공기가 하우징의 외곽부를 따라 강제 순환부로 재흡입되도록 하우징 내에서 순환되는 공기를 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.The LED lighting device may further include a guide part for guiding air circulated in the housing such that air emitted from the forced circulation part is re-absorbed into the forced circulation part along the outer portion of the housing.
그리고, LED 조명 장치는 하우징 내에 설치되어 LED 칩에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
The LED lighting apparatus may further include a power supply unit installed in the housing to supply power to the LED chip.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 조명 장치의 내부가 하우징에 의해 외기와 차단되어 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 하우징의 내부에서는 강제 대류를 통해 LED 칩에서 발생하는 열을 하우징의 표면으로 전달하고 하우징의 표면 외부에서는 자연 대류가 유도되어 하우징 표면의 열을 냉각시키므로 대류 열전달을 통해 LED 칩에서 발생하는 열을 원활하게 냉각시킬 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the interior of the LED lighting device is blocked from the outside by the housing to prevent foreign matters such as dust contained in the outside into the interior of the LED lighting device, forced convection in the interior of the housing Through heat transfer from the LED chip to the surface of the housing and natural convection is induced outside the surface of the housing to cool the heat of the housing surface, the heat generated from the LED chip can be smoothly cooled through the convection heat transfer.
도 1은 종래의 LED 조명 장치의 방열 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T2) 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 압전 액추에이터를 상세히 나타내는 도면.1 is a view showing a heat dissipation structure of a conventional LED lighting device.
2 is a view showing an LED lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing the relationship between the area A and the surface temperature T2 at which convective heat transfer takes place in the LED lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view showing an LED lighting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing an LED lighting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
6 and 7 are views showing in detail the piezoelectric actuator in the LED lighting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, an embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and duplicated thereto The description will be omitted.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T1) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an LED lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention. 3 is a view showing a relationship between the area A and the surface temperature T1 where convective heat transfer takes place in the LED lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 베이스(100), LED 칩(200), 강제 순환부(300) 및 하우징(400)을 포함하고, 가이드부(600) 및 전원부(700)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
이 경우, 하우징(400)의 내부에서는 강제 대류를 통해 LED 칩(200)에서 발생하는 열을 하우징(400)의 표면으로 전달하고, 하우징(400)의 표면 외부에서는 자연 대류가 유도되어 하우징(400) 표면의 열을 냉각시킬 수 있다.In this case, the heat generated from the
베이스(100)는 일면에 LED 칩(200)이 실장되고, 그 반대면에 강제 순환부(300)에 의해 공기가 발산되는 부분이다. 이 경우, 베이스(100)는 전기 신호를 전달하기 위한 통로인 인쇄 회로 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)이 형성될 수 있고, 형성된 인쇄 회로 패턴에 따라 LED 칩(200)이 베이스(100)에 다양한 형태로 실장될 수 있다.The
이 경우, 베이스(100)는 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있도록 광투과성이 우수한 재질로 이루어질 수 있고, 절연성이 우수한 재질로 이루어 질 수 있다.In this case, the
LED 칩(200)은 베이스(100)의 일면에 실장되어, 전기 에너지를 이용하여 광을 발산하는 부분으로, 필요에 따라 패키지 기판에 실장되어 패키징된 LED 패키지로 구성될 수 있는 등 베이스(100)에 실장되는 LED 칩(200)의 개수 및 배치는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.The
강제 순환부(300)는 베이스(100)의 LED 칩(200)이 실장된 반대 측에 설치되어 베이스(100) 방향으로 공기를 발산하는 부분으로, 하우징(400)의 내부에서 강제 대류를 일으킬 수 있다.The forced
여기서, 강제 순환부(300)는 팬(310)을 포함하여, 날개 등을 통해 공기를 흡입하거나 발산할 수 있다. 구체적으로, 팬(310)의 일면에서 베이스(100) 방향으로 공기를 발산하고, 이렇게 발산된 공기는 하우징(400) 내부에서 순환하다 다시 팬(310)의 타면으로 흡입되는 과정을 통해 강제 대류가 일어날 수 있다.Here, the forced
또한, 강제 순환부(300)는 압전 액추에이터(도 5의 320)을 포함할 수 있다. 압전 액추에이터(도 5의 320)에 대한 상세한 설명은 후술한다.In addition, the forced
한편, 본 실시예에서는 강제 순환부(300)가 팬(310) 또는 압전 액추에이터(도 5의 320)를 포함하는 구성을 개시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하우징(400) 내부에 설치되어 하우징(400) 내부의 공기를 흡입 및 발산하는 과정을 통해 강제 대류를 일으킬 수 있는 장치는 모두 포함할 수 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the forced
하우징(400)은 베이스(100), LED 칩(200) 및 강제 순환부(300)가 외기와 차단되도록 베이스(100), LED 칩(200) 및 강제 순환부(300)를 감싸는 부분으로, LED 조명 장치(1000)의 내부를 외기와 차단하여 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치(1000)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.The
이 경우, 하우징(400)은 베이스(100), LED 칩(200) 및 강제 순환부(300)을 보호할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 재질로 이루어 질 수 있고, 하우징(400)의 전부 또는 일부는 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 하우징(400)은 디퓨전 렌즈(diffusion lens) 등을 포함하여 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 확산시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
가이드부(600)는 강제 순환부(300)에서 발산된 공기가 하우징(400)의 외곽부를 따라 강제 순환부(300)로 재흡입되도록 하우징(400) 내에서 순환되는 공기를 가이드하는 부분으로, LED 칩(200)에서 발생하는 열이 강제 대류를 하우징(400)의 표면으로 더욱 원활히 전달되도록 하기 위한 것이다.The
이 경우, 가이드부(600)는 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있도록 광투과성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
한편, 도 2에서는 가이드부(600)가 LED 칩(200)을 감싸며 방사상으로 벌어지는 형상을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 하우징(400) 내에서 순환되는 공기를 가이드할 수 있는 다양한 형상으로 적용될 수 있다.Meanwhile, in FIG. 2, the
전원부(700)는 하우징(400) 내에 설치되어 LED 칩(200)에 전원을 공급하는 부분으로, 교환방식 전원 공급 장치(SMPS; switching mode power supply) 등과 같이 LED 조명 장치(1000)에 적용될 수 있는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.The
이와 같은 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는, 대류 열전달을 통해 LED 칩(200)에서 발생하는 열을 원활하게 냉각시킬 수 있다. 이하, 식 1, 표 1 및 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)가 LED 칩(200)에서 발생하는 열을 냉각시키는 과정에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.The
LED 조명 장치(1000)에서 방열을 하는 대표적인 방법으로는, 히트 싱크(Heat Sink)와 같은 방열 면적이 큰 열전도 매체를 이용하여 LED에서 발생하는 열을 열전도를 통해 외기로 방출하는 방법과, 유체(공기)의 대류를 통해 열을 외기로 방출하는 방법을 들 수 있다.Representative methods for heat dissipation in the
이 중에서 열전도를 통한 방법의 경우, 상술한 바와 같이 열저항을 줄여 방열 효율을 높이기 위해서는 열전도 과정에 있는 열전도 매체의 수를 최소화할 필요가 있다. 이를 위해 히트 싱크(Heat Sink)를 제거하여 방열 구조를 단순화 한 LED 조명 장치(1000)를 상정해 볼 수 있다.In the case of the method through the heat conduction, it is necessary to minimize the number of the heat conduction medium in the heat conduction process in order to increase the heat radiation efficiency by reducing the heat resistance as described above. To this end, it is possible to assume the
이 경우, LED 칩(200)에서 발생하는 열은 베이스(100)로 전도되나 방열 면적을 고려할 때 이를 통한 방열 효과는 미미하다고 할 수 있다. 따라서, 히트 싱크(Heat Sink)를 제거한 LED 조명 장치(1000)의 방열 방법으로 유체(공기)의 대류를 이용하여 열을 외기로 방출하는 방법을 적극 활용할 필요가 있게 된다.In this case, heat generated from the
한편, 유체(공기)의 대류를 이용하여 열을 외기로 방출하는 방법으로 LED 조명 장치(1000)의 내부와 외부의 공기가 순환되도록 하여 LED 칩(200)에서 발생하는 열을 직접 외기로 방출시키는 방법을 고려할 수 있으나, 이러한 방법 역시 상술한 바와 같이 외기에 포함된 먼지 등의 이물질이 LED 조명 장치(1000) 내부로 유입되어 LED 조명 장치(1000)의 수명과 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.On the other hand, by using the convection of the fluid (air) to emit heat to the outside air to circulate the air inside and outside the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 극복하기 위한 방안으로, 하우징(400)을 통해 외기와 차단시키면서 유체(공기)의 대류를 이용하여 열을 외기로 방출할 수 있는 LED 조명 장치(1000)를 제공한다.Accordingly, the present invention is to overcome the above problems, the
- 식 1 -Equation 1
Q = h·A·(T2-T1)Q = h · A · (T2-T1)
Q : 열량Q: Calories
h : 대류 열전달 계수h: convective heat transfer coefficient
A : 대류 열전달이 일어나는 면적A: Area where convective heat transfer takes place
T1 : 유체 온도T1: fluid temperature
T2 : 표면 온도T2: surface temperature
식 1은 뉴턴의 냉각법칙(Newton′s law of cooling)으로, 대류 열전달 과정에서의 열량(Q), 대류 열전달 계수(h), 대류 열전달이 일어나는 면적(A), 표면 온도(T2) 및 유체 온도(T1)간의 관계를 규정하고 있다.Equation 1 is Newton's law of cooling: heat in convective heat transfer (Q), convective heat transfer coefficient (h), area where convective heat transfer occurs (A), surface temperature (T2), and fluid The relationship between temperature T1 is prescribed | regulated.
여기서, 대류 열전달되는 열량(Q)를 크게 하기 위해서는 두 가지의 방법을 고려할 수 있다. 첫째는 대류 열전달 계수(h)를 증가시키는 것으로, 예를 들어 강제 순환 수단을 통하여 유체의 속도를 증가시키는 방법이다. 그리고, 두번째는 대류 열전달이 일어나는 면적(A)을 증가시키는 방법이다.Here, two methods may be considered in order to increase the amount of heat Q transmitted convection. The first is to increase the convective heat transfer coefficient h, for example to increase the velocity of the fluid via forced circulation means. The second is to increase the area A in which convective heat transfer occurs.
본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)의 경우, 우선 하우징(400)의 내부에서 강제 순환부(300)에 의해 공기의 강제 대류가 일어나며, 이 과정에서 LED 칩(200)에서 발생하는 열을 하우징(400)의 표면으로 전달할 수 있다.In the case of the
여기서, LED 칩(200)의 소비전력(W)이 커질수록 강제 대류 열전달을 통해 하우징(400)의 표면으로 전달하여야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 강제 순환부(300)를 이용하여 하우징(400) 내부에서 강제 대류되는 공기의 속도를 증가시켜, LED 칩(200)에서 발생하는 열을 하우징(400)의 표면으로 원활하게 전달할 수 있다.Here, as the power consumption W of the
한편, 하우징(400)의 표면과 외기와의 온도차에 따라 하우징(400)의 표면 외부에서는 공기의 자연 대류가 유도되며, 이 과정에서 하우징(400) 표면의 열을 냉각시킬 수 있다.Meanwhile, natural convection of air is induced outside the surface of the
여기서도 역시, LED 칩(200)의 소비전력(W)이 커질수록 자연 대류 연전달을 통해 냉각시켜야 하는 열량(Q) 또한 커지게 된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)는 하우징(400)의 표면적을 적절히 선택하는 것을 통해 자연 대류 열전달이 일어나는 면적(A)를 크게 하여, 하우징(400) 표면의 열을 원활히 냉각시킬 수 있다.Here too, as the power consumption W of the
표 1은 본 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)에서 대류 열전달이 일어나는 면적(A)과 표면 온도(T2)와의 관계를 실험적으로 측정한 결과이다. 그리고 도 3에 이 결과를 도시하였다.Table 1 is an experimental result of measuring the relationship between the area (A) and the surface temperature (T2) in which convective heat transfer occurs in the
이 경우, LED 칩(200)은 소비전력(W)이 125W인 것을 사용하였고, 유체 온도(T1)인 외기의 온도는 24℃로 설정한 상태로 실험을 실시하였다.In this case, the
표 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 대류 열전달이 일어나는 면적(A)이 증가할수록 하우징(400)의 표면 온도(T2)는 감소하는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 3, it can be seen that the surface temperature T2 of the
이러한 실험 결과를 토대로 살펴 볼 때, LED 조명 장치(1000)는 최초 제작시에 적용된 LED 의(200)의 소비전력(W)을 변경하지 않는 것이 일반적이므로, 하우징(400)의 표면적을 적절히 선택하면 하우징(400)의 표면 온도(T2)를 허용 범위 내로 조절할 수 있음을 알 수 있다.Based on the experimental results, since the
특히, LED 칩(200)에서 발생하는 열이 약 150℃임에 비추어 볼 때, 대류 열전달이 일어나는 하우징(400)의 표면적을 420㎟ 정도로 선택하여도 LED 조명 장치(1000)의 수명과 성능에는 문제가 없음을 알 수 있다.In particular, considering that the heat generated from the
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an LED lighting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는 커버(500)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
이 경우, 하우징(400)은 커버(500)가 외기와 차단되도록 커버(500)를 감싸며, 하우징(400) 내부에서의 강제 대류는 커버(500) 내외부간의 공기 순환을 통해 이루어질 수 있다.In this case, the
커버(500)는 베이스(100), LED 칩(200) 및 강제 순환부(300)를 감싸며 내외부간의 공기 순환이 가능한 부분으로, LED 조명 장치(1000)의 내부를 일차적으로 보호하기 위한 것일 수 있다. 또한, 커버(500)는 가이드부(600)와 마찬가지로 강제 순환부(300)에서 발산된 공기가 하우징(400)의 외곽부를 따라 강제 순환부(300)로 재흡입되도록 하우징(400) 내에서 순환되는 공기를 가이드하는 역할을 할 수도 있다.Cover 500 is a portion surrounding the
이 경우, 커버(500)는 베이스(100), LED 칩(200) 및 강제 순환부(300)를 보호할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 재질로 이루어 질 수 있고, 커버(500)의 전부 또는 일부는 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 커버(500)는 디퓨전 렌즈(diffusion lens) 등을 포함하여 LED 칩(200)에서 발산되는 광을 확산시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.In this case, the
한편, 도 4에서는 커버(500)에 공기 순환을 위한 구멍이 형성된 일례를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 커버(500) 내외부간의 공기 순환이 가능하게 할 수 있도록 다양한 형상으로 적용될 수 있다.Meanwhile, FIG. 4 illustrates an example in which a hole for air circulation is formed in the
본 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)에서, 하우징(400)은 적어도 두 개의 부분으로 분리 가능하며, 각 부분이 결합되어 전체적으로 밀폐되도록 하기 위한 결합부(410)가 형성될 수 있다. 또한, 하우징(400) 중 어느 하나의 부분에는 전원부(700)와 연결되는 소켓(420)이 형성될 수 있다.In the
본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치(2000)는 상술한 커버(500)를 더 포함하는 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 구성이 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.The
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 압전 액추에이터를 상세히 나타내는 도면이다.5 is a view showing an LED lighting apparatus according to a third embodiment of the present invention. 6 and 7 are diagrams showing in detail a piezoelectric actuator in the LED lighting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치(3000)에서, 강제 순환부(300)는 압전 액추에이터(320)를 포함할 수 있다.5 to 7, in the
압전 액추에이터(320)는 세라믹 소재의 압전 특성을 이용한 것으로, 전기를 입력에너지로 하여 변위 또는 발생력을 출력하는 전기식 액추에이터이다. 즉, 압전 액추에이터(320)를 구성하는 압전막(321)에 전계를 인가하면 늘어나거나 수축하는 성질을 이용하는 것이라고 할 수 있다.The
구체적으로, 압전막(321)에는 양이온과 음이온이 탄성적으로 연결되어 결정격자를 형성하고, 전계가 걸리면 양이온은 전계 방향, 음이온은 역방향으로 당겨진다. 이와 같이 압전막(321)에 전계가 걸리면 응력이 발생하고 결정격자를 변형시킨다.Specifically, in the
다시 말해, 다결정체인 압전막(321)의 처음상태에 있어서 각각의 결정립 내부는 일반적으로 분극방향이 다른 몇 개의 분극으로 나누어져 있다. 이 상태에서 전체로의 분극은 상쇄되어 외부로는 표현되지 않는다. 이 때 압전막(321)에 전계를 가하면 결정내부의 분극방향이 전계방향에 따라 분극하고 동시에 결정립의 길이가 전계방향으로 늘어난다. 또 전계를 제거하면 처음상태로 돌아오지 않고 전체가 거의 분극된 상태를 그대로 유지한다.In other words, in the initial state of the
분극에 따른 변위를 잔류 처짐이라 부르며, 일련의 처리를 앞서 언급한 바와 같이 분극처리라고 한다. 분극 처리 후에는 동일방향의 전계를 가하거나 제거하는 것에 의해 각각의 결정체가 늘어난 상태, 줄어든 상태를 왕복하여 동작하게 되고 압전막(321) 전체의 움직임으로 나타난다.Displacement due to polarization is called residual deflection, and a series of treatments is called polarization treatment, as mentioned above. After the polarization treatment, each crystal is added or removed in the same direction to reciprocate the stretched and reduced states, and the whole
도 6에 도시된 압전 액추에이터(320)는 굴곡 변위형으로, 압전막(321)에 전계를 인가하면 상술한 과정을 통해 압전막(321)이 굴곡된 형태로 변위를 일으키며 진동한다. 이 때, 압전막(321)의 진동에 따른 공기의 유동이 발생하게 되고 이러한 공기가 유체가속관(323)을 통해 빠져나오면서 공기의 유속이 빨라질 수 있다. 이로 인해, 강제 순환부(300)가 베이스(100)를 향하여 공기를 발산할 수 있게 된다.The
도 7에 도시된 압전 액추에이터(320)는 적층형으로, 복수의 압전막(321)을 적층시킨 후 전계를 인가하면 상술한 과정을 통해 적층된 압전막(321)의 부피가 늘어나게 된다. 이 때, 압전막(321)의 부피 변화에 따른 공기의 유동이 발생하게 되고 이러한 공기가 유체가속관(323)을 통해 빠져나오면서 공기의 유속이 빨라질 수 있다. 이로 인해, 강제 순환부(300)가 베이스(100)를 향하여 공기를 발산할 수 있게 된다.The
본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치(3000)는 상술한 강제 순환부(300)가 압전 액추에이터(320)를 포함하는 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1000)와 구성이 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한 다.
The
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
100: 베이스
200: LED 칩
300: 강제 순환부
310: 팬
320: 압전 액추에이터
321: 압전막
323: 유체가속관
400: 하우징
410: 결합부
420: 소켓
500: 커버
600: 가이드부
700: 전원부
1000, 2000, 3000: LED 조명 장치100: Base
200: LED chip
300: forced circulation
310: fan
320: piezo actuator
321: piezoelectric film
323: fluid acceleration tube
400: housing
410: coupling part
420: socket
500: cover
600: guide part
700: power supply
1000, 2000, 3000: LED lighting device
Claims (6)
상기 베이스의 일면에 실장되는 LED 칩;
상기 베이스의 상기 LED 칩이 실장된 반대 측에 설치되어 상기 베이스 방향으로 공기를 발산하는 강제 순환부;
상기 베이스, 상기 LED 칩 및 상기 강제 순환부를 감싸며 내외부간의 공기 순환이 가능한 커버; 및
상기 커버가 외기와 차단되도록 상기 커버를 감싸되, 적어도 두 개의 부분으로 분리 가능하며, 각 부분이 결합되어 전체적으로 밀폐되도록 하기 위한 결합부가 형성되는 하우징;
을 포함하고,
상기 하우징의 내부에서는 상기 커버 내외부간의 강제 대류를 통해 LED 칩에서 발생하는 열을 상기 하우징의 표면으로 전달하고, 상기 하우징의 표면 외부에서는 자연 대류가 유도되어 상기 하우징 표면의 열을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
Base;
An LED chip mounted on one surface of the base;
A forced circulation unit installed at an opposite side on which the LED chip of the base is mounted, and for discharging air toward the base;
A cover for enclosing the base, the LED chip, and the forced circulation part and allowing air circulation between the inside and the outside; And
A housing that covers the cover to block the outside air, and is separated into at least two parts, and a housing having a coupling part formed therein so that the respective parts are combined and hermetically sealed;
/ RTI >
Inside the housing, the heat generated from the LED chip is transferred to the surface of the housing through forced convection between the inside and the outside of the cover, and natural convection is induced outside the surface of the housing to cool the heat on the surface of the housing. LED lighting device.
상기 강제 순환부는 팬(fan)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
The forced circulation unit comprises a fan (fan).
상기 강제 순환부는 압전 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
The forced circulation portion LED lighting device, characterized in that it comprises a piezo actuator.
상기 강제 순환부에서 발산된 공기가 상기 하우징의 외곽부를 따라 상기 강제 순환부로 재흡입되도록 상기 하우징 내에서 순환되는 공기를 가이드하는 가이드부;
를 더 포함하는 LED 조명 장치.
The method of claim 1,
A guide unit for guiding air circulated in the housing such that the air emanated from the forced circulation part is re-sucked into the forced circulation part along an outer portion of the housing;
LED lighting device further comprising.
상기 하우징 내에 설치되어 상기 LED 칩에 전원을 공급하는 전원부;
를 더 포함하는 LED 조명 장치.The method of claim 5,
A power supply unit installed in the housing to supply power to the LED chip;
LED lighting device further comprising.
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