KR101583476B1 - 통합된 히트 파이프를 가진 ｌｅｄ 소스 - Google Patents

Abstract

광원(10)은 주어진 내부 직경(ID)을 가진 관형 유리 히트 파이프(12)를 포함한다. 관형 섬유유리 위크(wick)(14)는 상기 유리 히트 파이프(12) 내에 배치된다. 섬유유리 위크(14)는 주어진 내부 직경(ID)과 실질적으로 동일한 외부 직경(OD)을 가지며 상기 위크의 길이를 연장하는 실질적으로 중앙에 배치된 개방 챔버(16)를 가진다. 다량의 증발-응축 가능 매체(17)는 유리 히트 파이프(12) 내에 제공되고 그리고 유리-밀봉 금속들 및 합금들의 그룹으로부터 선택된 금속 캡(18)은 유리 히트 파이프(12)의 인접 단부(20)에 고정된다. 열 방산기들(22)은 히트 파이프(12)의 말단부(24)에 고정되고 그리고 발광 다이오드(26)는 금속 캡(18)에 고정된다. 전력 도전 트레이스들(28)은 히트 파이프(12)와 함께 형성되고 그리고 발광 다이오드(26)에 전기적으로 접속된다. 램프(40)는 다수의 광원들(10)로 형성될 수 있다.

Description

통합된 히트 파이프를 가진 ＬＥＤ 소스{LED SOURCE WITH AN INTEGRATED HEAT PIPE}

본 발명은 광원(light source)들에 관한 것이며 보다 구체적으로 발광 다이오드들(LED 또는 LED들)을 이용하는 광원들에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 광원으로서 LED들을 사용하는 램프들 및 그런 광원들과 함께 사용하기 위한 냉각 구조들에 관한 것이다.

조명용 광원들로서 LED들은 크게 개선되어, 예컨대 경고 라이트들로서의 종래 용도에 반대로, 소위 일반적인 조명 목적들을 위한 애플리케이션들을 가능하게 한다. LED들이 지금 종래 광원들의 성능 레벨에 접근하지만, 상기 LED들은 그들의 광 출력 및 예상되는 수명 시간들을 유지하기 위하여 열-방산기들(heat-dissipater)을 요구한다. 저-전력 LED들(0.5 와트 미만)이 사용될 때 이 문제(열 제거)는 크지 않지만, 고전력 밀도를 요구하는 애플리케이션들에서는 심각한 문제가 된다.
통상적으로, 열 방산은 예컨대 실질적인 히트 싱크들(heat sink); 강제 대류, 순환 냉각 액체; 히트 파이프들; 또는 이들 디바이스들의 다양한 조합들 같은 다양한 수단에 의해 처리된다.
예컨대, U.S. 특허 번호 6,910,794 호는 증발(evaporation) 영역 및 상기 증발 영역으로부터 멀리 배치된 응축 영역을 사용하는 금속 히트 파이프(heat pipe)를 포함하는 자동 조명 어셈블리를 개시한다. 그런 구조들은 비교적 부피가 크고 제조하기 어렵다.
다른, 큰 스케일 히트 파이프들은 또한 예컨대 U.S. 특허 번호 2,350,348 호 및 3,229,759 호에 도시된 큰 스케일 냉각 동작들을 위하여 제안되었다; 그러나, 이들 비교적 부피가 큰 디바이스들은 작은 스케일의 LED들과 사실상 호환할 수 없고 그리고 게다가 직접적인 LED 장착을 제공하지 않는다.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 LED-히트 파이프들을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 LED 냉각의 증강이다.
이들 목적들은 본 발명의 일 양상에서 광원의 제공에 의해 달성되고, 상기 광원은: 주어진 내부 직경을 가진 관형 유리 히트 파이프; 유리 히트 파이프 내에 배치된 관형 섬유유리 위크(wick) ― 상기 섬유유리 위크는 주어진 내부 직경에 실질적으로 동일한 외부 직경 및 상기 위크의 길이를 연장하는 실질적으로 중앙에 배치된 개방 챔버를 가짐 ―; 유리 히트 파이프 내의 다량의 증발-응축 가능 매체; 유리 히트 파이프의 인접 단부(proximal end)에 고정된 유리-밀봉 금속들 및 합금들의 그룹으로부터 선택된 금속 캡(cap); 히트 파이프의 말단부(distal end)에 고정된 열 방산기들(dissipater); 금속 캡에 고정된 발광 다이오드; 및 히트 파이프와 함께 형성되고 발광 다이오드에 전기적으로 접속된 전력 도전 트레이스들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다수의 광원들은 많은 애플리케이션들에서 이용 가능하지만, 하향 조명(down lighting)에 효과적으로 사용되는 램프를 형성하기 위하여 결합된다.
상기 광원들은 편리하고, 작고 가볍고, 쉽게 이용 가능한 재료들을 사용하고 그리고 제조하기에 경제적이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 절단된 입단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 램프의 평면도이다.
도 3은 광원의 다른 실시예의 부분 입단면도이다.
도 4는 도 2의 라인 4-4를 따라 취해진 단면도이다.

다른 및 추가 목적들, 장점들 및 그들의 능력들과 함께 본 발명의 보다 우수한 이해를 위해, 상기된 도면들과 관련하여 취해진 다음 개시 및 첨부된 청구항들이 참조된다.
보다 큰 특성을 가진 도면들을 지금 참조하여, 도 1에는 주어진 내부 직경(ID)을 가진 관형 유리 히트 파이프(12)를 포함하는 광원(10)이 도시된다. 바람직한 실시예에서, 유리 슬리브(14)는 납 유리 튜빙(lead glass tubing)을 가지며 상기 납 유리 튜빙은 0.5 mm의 벽 두께를 가진 4 mm의 ID 및 그러므로 5 mm의 외부 직경을 가진다.
유리-밀봉 금속들 및 합금들(예컨대, Cartech 27 같은)로부터 선택된 금속 캡(18)은 플레임 밀봉(flame sealing)에 의해 유리 히트 파이프(12)의 인접 단부(20)에 고정된다.
관형 유리섬유 위크(14)는 유리 히트 파이프(12) 내에 배치되고, 유리섬유 위크(14)는 유리 튜빙의 주어진 내부 직경(ID)에 실질적으로 동일한 외부 직경(OD)을 가지며 상기 위크의 길이를 연장하는 실질적으로 중앙에 배치된 개방 챔버(16)를 가진다. 삽입하기 전에 유리섬유 위크는 모든 접착제들을 제거하기 위하여 25 분 동안 575℃에서 공기 중에서 파이어링(fire)된다. 바람직한 실시예에서, 유리섬유 위크는 짜여진(woven) 재료이다.
다량의 증발-응축 가능 매체(17), 바람직하게 물은 위크를 포화시키기에 충분한 양으로 바람직하게는 주사기(syringe)에 의해 유리 히트 파이프(12) 내에 제공된다. 과도한 흐름은 또한 세척기의 사용에 의해 제거된다.
유리 히트 파이프(12)의 바닥 또는 말단부(24)는 액체 수소 내에 잠기고 ~50 마이크론으로 펌핑되고, 비워지고, 그리고 실온으로 되돌아 온다.
바람직하게 방열 핀(radiating fin)들(30) 형태의 열 방산기들(22)은 히트 파이프(12)의 말단부(24)에 고정된다.
어셈블리를 완료하기 위하여, 발광 다이오드(26)는 금속 캡(18)에 고정되고; 그리고 전력-도전 트레이스(trace)들(28)(이미 존재하지 않으면)은 히트 파이프(12)와 함께 형성되고 그리고 발광 다이오드(26)에 전기적으로 접속된다. 전력-도전 트레이스들은 그 외부에 또는 내부에 형성될 수 있다.
금속 캡(18)은 도 3에 도시된 바와 같이 편평하거나 평면의 상부 표면을 갖도록 형성될 수 있거나, 바람직하게 도 1에 도시된 바와 같이 오목한 상부 표면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서, 램프(40)(도 2 및 도 4 참조)는 다수의 광원들(10)이 고정되는 중공 바디(42)를 포함할 수 있다. 체적 수용을 위해 필요하면, 유리 히트 파이프들(12)의 인접 단부들(20)은 길이방향 축(44)을 따라 연장될 수 있고 그리고 유리 히트 파이프들(12)의 상기 말단부들(24)의 일부는 길이방향 축(44)으로부터 90°까지의 각으로 형성될 수 있다.
따라서 동작 동안 온도 제어를 위한 적당한 히트 파이프가 제공된 간단하고 값싼 광원이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예들인 것으로 현재 고려된 바가 도시 및 기술되었지만, 다양한 변화들 및 변형들이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 여기에서 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims (7)

1. 광원(light source)으로서,
   주어진 내부 직경을 갖는 관형 유리 히트 파이프;
   상기 유리 히트 파이프 내에 배치되는 관형 유리섬유 위크(wick) ― 상기 유리섬유 위크는 상기 주어진 내부 직경에 실질적으로 동일한 외부 직경을 가지며 상기 유리섬유 위크의 길이를 연장하는 실질적으로 중앙에 배치된 개방 챔버를 가짐 ―;
   상기 유리 히트 파이프 내의 다량의 증발-응축 가능 매체;
   유리-밀봉 금속들 및 합금들의 그룹으로부터 선택되는 금속 캡(cap) ― 상기 금속 캡의 제1 표면은 상기 유리 히트 파이프의 인접 단부(proximal end)에 고정됨 ―;
   상기 히트 파이프의 말단부(distal end)에 고정되는 열 방산기(dissipater)들;
   상기 금속 캡에 고정되는 발광 다이오드; 및
   상기 히트 파이프의 외부 표면 상에 형성되고 상기 발광 다이오드에 전기적으로 접속되는 전력 도전 트레이스들
   을 포함하고,
   상기 발광 다이오드는 상기 금속 캡의 제2 표면 상에 고정되고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하는(face away),
   광원.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유리섬유 위크는 짜여진(woven) 유리섬유로 구성되는,
   광원.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 증발-응축 가능 매체는 물 또는 수증기인,
   광원.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유리 히트 파이프는 5 mm의 외부 직경을 가지는,
   광원.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 열 방산기들은 복수의 방열 핀(radiating fin)들을 포함하는,
   광원.
6. 램프로서,
   중공 바디; 및
   상기 중공 바디에 설치되는 복수의 광원들
   을 포함하고,
   상기 광원들 각각은,
   주어진 내부 직경을 갖는 관형 유리 히트 파이프,
   상기 유리 히트 파이프 내에 배치되는 관형 유리섬유 위크 ― 상기 유리섬유 위크는 상기 주어진 내부 직경에 실질적으로 동일한 외부 직경을 가지며 상기 유리섬유 위크의 길이를 연장하는 실질적으로 중앙에 배치된 개방 챔버를 가짐 ―,
   상기 유리 히트 파이프 내의 다량의 증발-응축 가능 매체,
   유리-밀봉 금속들 및 합금들의 그룹으로부터 선택되는 금속 캡 ― 상기 금속 캡의 제1 표면은 상기 유리 히트 파이프의 인접 단부에 고정됨 ―;
   상기 유리 히트 파이프의 말단부에 고정된 열 방산기들,
   상기 금속 캡에 고정된 발광 다이오드, 및
   상기 히트 파이프의 외부 표면 상에 형성되고 상기 발광 다이오드에 전기적으로 접속되는 전력 도전 트레이스들
   을 포함하고,
   상기 발광 다이오드는 상기 금속 캡의 제2 표면 상에 고정되고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하는,
   램프.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 유리 히트 파이프들 중 일부의 상기 인접 단부들은 길이방향 축을 따라 연장되고 그리고 상기 유리 히트 파이프의 상기 말단부들은 상기 길이방향 축으로부터 90°까지의 각도로 형성되는,
   램프.

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