KR102013849B1 - 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자, 이의 제조방법, 및 이를 구비한 발광다이오드 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 각각의 발광다이오드 소자에서 열전발전에 의한 전기가 생산되고, 이와 같이 생산된 전기를 활용하여 다시 발광다이오드 소자에 전원 공급을 함으로써, 발광다이오드 소자의 에너지 효율을 향상시키는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자는, 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱; 제1케이싱의 공동에 설치되는 발광다이오드 칩; 제1케이싱의 하면에 형성되고, 발광다이오드 칩과 접촉하여 발광다이오드 칩의 열을 전달하는 고온부; 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱; 제2케이싱의 공동에 설치되고, 고온부와 접촉하는 열전발전부; 및 제2케이싱에 구비되고, 열전발전부와 접촉하는 저온부;를 포함한다.
Description
본 발명은 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자, 이의 제조방법, 및 이를 구비한 발광다이오드 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 각각의 발광다이오드 소자에서 열전발전에 의한 전기가 생산되고, 이와 같이 생산된 전기를 활용하여 다시 발광다이오드 소자에 전원 공급을 함으로써, 발광다이오드 소자의 에너지 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 에너지 절감과 친환경성이라는 장점을 가지며, LCD용 백라이트, 자동차용 조명 및 일반 조명에까지 그 적용범위가 확대되고 있다.
하지만, 발광다이오드 소자를 이용하는 장치에서는, 고용량 및 고조도로 갈수록 발광다이오드 소자의 발열량이 상당하여, 과열로 인하여 발광다이오드 소자가 파손되는 등의 문제가 있다.
그리고, 발광다이오드 소자의 발열량이 증가할수록 전력 소비가 증가하여, 발광다이오드 소자를 이용한 장치의 효율이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0112574호(발명의 명칭: 에너지 절약형 엘이디)에서는, 반사체의 중앙내측에 구비되는 엘이디칩과 반사체 외면의 양측에 전극이 형성되는 엘이디부; 상기 엘이디부가 그 상부면에 전기적으로 접속되고, 상기 전극이 납땜고정 되는 납땜용 패드가 구비되는 기판; 및 상기 기판의 하부면에 매개물질에 의해 일체로 고정되며 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전 되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급하여 재활용하는 열전발전부;를 포함하여 이루어지는 에너지 절약형 엘이디가 개시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 상당한 양으로 생성되는 발광다이오드 소자의 발열 에너지를 이용하여 전기를 생산하고, 이와 같이 생산된 전기를 활용하게 하는 것이다.
그리고, 본 발명의 목적은, 하나의 발광다이오드 소자 자체적으로 열전발전을 수행하도록, 자가발전 발광다이오드 소자를 일체형으로 구성하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱; 상기 제1케이싱의 공동에 설치되는 발광다이오드 칩; 상기 제1케이싱의 하면에 형성되고, 상기 발광다이오드 칩과 접촉하여 상기 발광다이오드 칩의 열을 전달하는 고온부; 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱; 상기 제2케이싱의 공동에 설치되고, 상기 고온부와 접촉하는 열전발전부; 및 상기 제2케이싱에 구비되고, 상기 열전발전부와 접촉하는 저온부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2케이싱의 하면에 상기 저온부와 결합하도록 형성되며, 상기 저온부의 온도를 감소시키는 히트싱크부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 히트싱크부는, 판 형상으로, 일면이 상기 제2케이싱의 하면과 상기 저온부에 결합하는 방열판, 및 상기 방열판의 타면에 형성되는 복수 개의 방열핀,을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 고온부는, 상기 제1케이싱을 관통하여 상기 발광다이오드 칩과 접촉하도록 돌출된 부위인 돌출부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2케이싱은, 중앙 부위에 상기 저온부가 형성되고, 상기 저온부의 주위 부위가 절연성 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱의 접합 부위에 형성되고, 상기 제1케이싱으로부터 상기 제2케이싱으로의 열을 차단하는 열차단층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 고온부는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 저온부는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 제1케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제1케이싱의 하면으로 홀을 형성하는 단계; ii) 상기 제1케이싱의 하면에 금속을 증착시켜 돌출부를 구비한 상기 고온부를 형성하는 단계; iii) 상기 제2케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제2케이싱의 하면으로 홀을 형성하는 단계; iv) 상기 제2케이싱의 홀에 금속을 주입하여 상기 저온부를 형성하는 단계; v) 상기 열전발전부를 상기 제2케이싱의 공동에 인입시켜 상기 저온부와 접촉하도록 설치하는 단계; vi) 상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱을 결합시키는 단계; 및 vii) 상기 제2케이싱의 하면에 상기 히트싱크부를 결합하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ii) 단계에서, 상기 고온부를 형성하기 위한 증착은 열 증착 또는 스퍼터링으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ii) 단계에서, 상기 제1케이싱의 하면에서 상기 고온부를 둘러싸도록 열차단층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱, 상기 제1케이싱의 공동에 설치되는 발광다이오드 칩, 상기 제1케이싱의 하면에 형성되고 상기 발광다이오드 칩과 접촉하여 상기 발광다이오드 칩의 열을 전달하는 고온부, 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱, 상기 제2케이싱의 공동에 설치되고 상기 고온부와 접촉하는 열전발전부, 상기 제2케이싱에 구비되고, 상기 열전발전부와 접촉하는 저온부 및, 상기 제2케이싱의 하면에 상기 저온부와 결합하도록 형성되며 상기 저온부의 온도를 감소시키는 히트싱크부,를 포함하는 발광다이오드 소자; 복수 개의 상기 발광다이오드 소자가 결합하는 기판; 상기 발광다이오드 소자에 전원을 제공하는 전원부; 및 상기 발광다이오드 소자의 자가발전에 의해 생성된 전기인 생성전기를 전달 받아 축전하는 축전부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 발광다이오드 소자는 상기 기판을 관통하여 설치되어, 상기 히트싱크부가 외부에 노출될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 각각의 발광다이오드 소자에서 열전발전에 의한 전기가 생산되고, 이와 같이 생산된 전기를 활용하여 다시 발광다이오드 소자에 전원 공급을 함으로써, 발광다이오드 소자의 에너지 효율을 향상시킨다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 자가발전 발광다이오드 소자와 열전발전부가 일체형으로 구성되어, 각각의 발광다이오드 소자에서 전기가 생산되므로, 발광다이오드 소자에 의한 열전발전의 효율이 증가한다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자 각 구성의 결합에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자의 각 구성에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자를 구비한 발광다이오드 모듈의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자의 각 구성에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자를 구비한 발광다이오드 모듈의 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10) 각 구성의 결합에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)의 각 구성에 대한 모식도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)의 단면도이다. 여기서, 도 3은, 도 1의 A-A'라인을 기준으로 한 단면도이다.
도 1 및 도 2에서, 설명과 이해의 편의를 위해 본 발명의 발광다이오드 소자(10)의 일 측벽을 제외하고 본 발명의 발광다이오드 소자(10)를 표현한다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)는, 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱(230); 제1케이싱(230)의 공동에 설치되는 발광다이오드 칩(220); 제1케이싱(230)의 하면에 형성되고, 발광다이오드 칩(220)과 접촉하여 발광다이오드 칩(220)의 열을 전달하는 고온부(210); 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱(320); 제2케이싱(320)의 공동에 설치되고, 고온부(210)와 접촉하는 열전발전부(100); 및 제2케이싱(320)에 구비되고, 열전발전부(100)와 접촉하는 저온부(310);를 포함할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 소자(10)는, 외부의 전원에 의해 발광하면서 가열되고, 이와 같이 가열된 상태에서 방출하는 열에 의한 온도차를 이용하여 열전발전부(100)에서 전기를 생산하며, 생산된 전기를 다시 전원으로 사용할 수 있다.
열전발전부(100)는, 온도차를 이용하여 전기를 생산하는 열전소자(펠티어소자)로 형성될 수 있다.
열전발전부(100)를 형성하는 열전소자는 제2케이싱(320)의 공동에 설치될 수 있는 크기로 형성될 수 있으며, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)의 크기에 따라 열전소자의 크기가 결정될 수 있다.
구체적으로, 열전소자가 직육면체의 형상으로 형성되는 경우, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)가 상대적으로 소형이면, 열전소자는 일면의 한 변 길이가 10밀리미터(mm)이하의 소형으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)의 크기에 따라, 열전소자의는 일면의 한 변 길이가 10밀리미터(mm) 초과가 되도록 형성될 수도 있다.
열전소자(Thermoelectric module)는 N, P 타입 열전반도체(Thermolelectric semiconductor)를 전기적으로 직렬, 열적으로 병렬로 되도록 π형으로 연결한 형태로 사용되는데, 전원을 공급받으면 펠리에(Peltier) 효과에 의해서 소자의 양면에 온도차가 발생되어 제벡(Seebeck) 효과에 의하여 열전발전이라는 발전현상이 일어나 전력이 생산되게 될 수 있다.
N형 반도체와 P형 반도체를 포함하는 열전소자의 구조는 공지된 기술로써, 상세한 사항은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)는, 발광다이오드 칩(220)에 전원을 공급하는 제1전원선(251)과 제2전원선(252)을 구비할 수 있다.
그리고, 열전발전부(100)는, 생산된 전기를 외부로 전달하는 제1전달선(110)과 제2전달선(120)을 구비할 수 있다.
복수 개인 본 발명의 발광다이오드 소자(10)가 모듈을 형성하고, 이와 같은 본 발명의 발광다이오드 모듈에서의 전기 흐름은 본 발명의 발광다이오드 모듈에 대한 기재에서 설명하기로 한다.
본 발명의 발광다이오드 소자(10)는, 제2케이싱(320)의 하면에 저온부(310)와 결합하도록 형성되며, 저온부(310)의 온도를 감소시키는 히트싱크부(400);를 더 포함할 수 있다.
여기서, 히트싱크부(400)는, 판 형상으로, 일면이 제2케이싱(320)의 하면과 저온부(310)에 결합하는 방열판(410), 및 방열판(410)의 타면에 형성되는 복수 개의 방열핀(420),을 구비할 수 있다.
히트싱크부(400)는, 저온부(310)의 열을 전달 받고, 외부로 노출되어 전달 받은 열을 외부로 방열할 수 있다. 방열판(410)과 방열핀(420)은 공기 중에 노출되거나 공기 외에 다른 유체에 노출될 수도 있다.
히트싱크부(400)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 즉, 히트싱크부(400)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 어느 하나의 금속으로 형성되거나, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 선택되는 둘 이상 금속의 합금으로 형성될 수도 있다.
고온부(210)는, 제1케이싱(230)을 관통하여 발광다이오드 칩(220)과 접촉하도록 돌출된 부위인 돌출부(211)를 구비할 수 있다.
발광다이오드 칩(220)은 제1케이싱(230)의 공동 바닥면에 설치될 수 있다. 그리고, 제1케이싱(230)의 공동 바닥면으로부터 제1케이싱(230)의 하면으로 홀이 형성되고, 이와 같은 제1케이싱(230)의 홀을 고온부(210)의 돌출부(211)가 관통할 수 있다. 그리고, 고온부(210)의 돌출부(211)는 발광다이오드 칩(220)과 접촉하여, 발광다이오드 칩(220)에서 생성된 열을 직접 전달 받을 수 있다.
그리고, 고온부(210)는 발광다이오드 칩(220)의 열 뿐만 아니라, 발광다이오드 칩(220)의 발열에 의해 가열된 제1케이싱(230)의 열도 전달 받을 수 있다.
제1케이싱(230)은 절연성 소재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기와 같이 제1전원선(251), 제2전원선(252), 제1전달선(110) 또는 제2전달선(120)과 접촉하더라도 제1케이싱(230) 주위로 전기 전달이 차단될 수 있다.
제1케이싱(230)의 공동은 봉합물질로 봉합될 수 있으며, 봉합물질은 형광체와 실리콘의 혼합물일 수 있다. 여기서, 실리콘 대신 합성수지가 이용될 수도 있다.
제2케이싱(320)은, 중앙 부위에 저온부(310)가 형성되고, 저온부(310)의 주위 부위가 절연성 소재로 형성될 수 있다.
제2케이싱(320)에 홀을 형성한 후 제2케이싱(320)의 홀에 금속을 주입함으로써, 제2케이싱(320)에 저온부(310)가 구비될 수 있다. 여기서, 제2케이싱(320)의 홀에 금속을 주입하기 위해 용융된 금속을 제2케이싱(320)의 홀에 주입하는 방식이 사용될 수 있다. 또는, 제2케이싱(320)의 하면에서 증착을 수행하여 제2케이싱(320)의 홀을 금속으로 충진시키면서 저온부(310)가 형성될 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 소자(10)는, 제1케이싱(230)과 제2케이싱(320)의 접합 부위에 형성되고, 제1케이싱(230)으로부터 제2케이싱(320)으로의 열을 차단하는 열차단층(240)을 더 포함할 수 있다.
열차단층(240)은, 실리콘 또는 합성수지로 형성될 수 있다.
그리고, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 열차단층(240)은 제1케이싱(230)의 하면의 일 부위와 결합하면서 고온부(210)를 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1케이싱(230)과 제2케이싱(320)의 결합 시, 열차단층(240)은 제2케이싱(320)의 상면과 접촉하여 결합할 수 있다. 열차단층(240)에 의해 고온부(210)의 온도가 외부로 전달되지 않고, 열전발전부(100)로만 전달될 수 있다.
고온부(210)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 즉, 고온부(210)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 어느 하나의 금속으로 형성되거나, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 선택되는 둘 이상 금속의 합금으로 형성될 수도 있다.
그리고, 저온부(310)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 즉, 저온부(310)는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 어느 하나의 금속으로 형성되거나, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 중 선택되는 둘 이상 금속의 합금으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 고온부(210)가 상기와 같은 금속 또는 합금으로 형성되고, 저온부(310)가 상기와 같은 금속 또는 합금으로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상대적으로 열전도율이 높다고 분류되는 금속은 고온부(210) 또는 저온부(310)로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)에 대해 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 제1케이싱(230)의 공동 바닥면으로부터 제1케이싱(230)의 하면으로 홀을 형성할 수 있다.
둘째 단계에서, 제1케이싱(230)의 하면에 금속을 증착시켜 돌출부(211)를 구비한 고온부(210)를 형성할 수 있다.
여기서, 고온부(210)를 형성하기 위한 증착은 열 증착 또는 스퍼터링으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 고온부(210)가 상기와 같은 방법으로 증착된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 방법의 물리증착법(PVD) 또는 화학증착법(CVD)으로 증착될 수도 있다.
그리고, 제1케이싱(230)의 하면에서 고온부(210)를 둘러싸도록 열차단층(240)을 형성할 수 있다.
열차단층(240) 형성 시, 열차단층(240)이 고온부(210)를 밀폐시키므로, 고온부(210)의 열이 외부로 누출되지 않고 열전발전부(100)로 전달될 수 있다.
셋째 단계에서, 제2케이싱(320)의 공동 바닥면으로부터 제2케이싱(320)의 하면으로 홀을 형성할 수 있다.
넷째 단계에서, 제2케이싱(320)의 홀에 금속을 주입하여 저온부(310)를 형성할 수 있다.
여기서, 저온부(310)는 용융된 물질을 제2케이싱(320)의 홀에 주입하여 형성될 수 있고, 또는, 저온부(310)는 제2케이싱(320)의 홀에 증착으로 금속층을 적층시켜 형성될 수도 있다.
다섯째 단계에서, 열전발전부(100)를 제2케이싱(320)의 공동에 인입시켜 저온부(310)와 접촉하도록 설치할 수 있다.
여섯째 단계에서, 제1케이싱(230)과 제2케이싱(320)을 결합시킬 수 있다.
여기서, 열차단층(240)의 하면을 용융시킨 후 열차단층(240)의 하면을 제2케이싱(320)의 상면에 접착시켜 제1케이싱(230)과 제2케이싱(320)이 결합될 수 있다. 또는, 열차단층(240)의 하면과 제2케이싱(320)의 상면 사이에 접착물질을 도포 후 열차단층(240)의 하면을 제2케이싱(320)의 상면에 접착시켜 제1케이싱(230)과 제2케이싱(320)이 결합될 수 있다.
일곱째 단계에서, 제2케이싱(320)의 하면에 히트싱크부(400)를 결합할 수 있다.
여기서, 제2케이싱(320)의 하면에 접착물질을 도포한 후, 제2케이싱(320)의 하면과 히트싱크부(400)의 상면이 접착되도록 하여, 히트싱크부(400)와 저온부(310)가 접촉하도록 제2케이싱(320)과 히트싱크부(400)를 결합시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)를 구비한 발광다이오드 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 소자(10)를 구비한 발광다이오드 모듈의 개념도이다.
도 4에서, 실선 화살표는 본 발명의 발광다이오드 소자(10) 각각이 생산한 전기가 축전부(30)로 전달되는 것을 나타내고, 점선 화살표는 본 발명의 발광다이오드 소자(10) 각각이 전원부(40)로부터 전원을 제공받는 것을 나타낼 수 있다.
도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드 모듈은, 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱(230), 제1케이싱(230)의 공동에 설치되는 발광다이오드 칩(220), 제1케이싱(230)의 하면에 형성되고 발광다이오드 칩(220)과 접촉하여 발광다이오드 칩(220)의 열을 전달하는 고온부(210), 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱(320), 제2케이싱(320)의 공동에 설치되고 고온부(210)와 접촉하는 열전발전부(100), 제2케이싱(320)에 구비되고, 열전발전부(100)와 접촉하는 저온부(310) 및, 제2케이싱(320)의 하면에 저온부(310)와 결합하도록 형성되며 저온부(310)의 온도를 감소시키는 히트싱크부(400),를 포함하는 발광다이오드 소자(10); 복수 개의 발광다이오드 소자(10)가 결합하는 기판(20); 발광다이오드 소자(10)에 전원을 제공하는 전원부(40); 및 발광다이오드 소자(10)의 자가발전에 의해 생성된 전기인 생성전기를 전달 받아 축전하는 축전부(30);를 포함할 수 있다.
여기서, 발광다이오드 소자(10)는 기판(20)을 관통하여 설치되어, 히트싱크부(400)가 외부에 노출될 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 소자(10)에서 히트싱크부(400)는 저온부(310)의 열을 지속적으로 방출시키는 기능을 수행하고, 이를 위해 본 발명의 발광다이오드 소자(10)가 기판(20)에 설치되더라도 히트싱크부(400)는 외부(냉각 유체)에 노출되어 냉각을 수행할 수 있다.
여기서, 히트싱크부(400)는 공기에 의해 냉각될 수 있으며, 냉각팬에 의한 공기 유동이 히트싱크부(400)에 제공되어 히트싱크부(400)가 냉각될 수도 있다.
발광다이오드 칩(220)의 발열에 의해 고온부(210)는 60 내지 80도(℃)의 온도를 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 발광다이오드 소자(10) 각각은 상기된 고온부(210)의 온도와 저온부(310)의 온도 차이에 따른 열전발전에 의해 전기를 생산하므로, 본 발명의 발광다이오드 소자(10)의 작동 시, 시간 당 소정 범위의 전기가 축전부(30)로 전달되어 축전될 수 있다.
여기서, 축전부(30)는, 축전된 전기를 시간 당 소정의 전기량으로 전원부(40)로 전달할 수 있다. 그리고, 전원부(40)는, 외부에서 전원부(40)로 공급되는 전기인 외부공급전기와 축전부(30)로부터 전원부(40)로 전달되는 전기인 축전공급전기를 합한 전기인 공급전원을 본 발명의 발광다이오드 소자(10)에 공급할 수 있다.
그리고, 전원부(40)는, 공급전원의 전기량이 일정하도록, 축전공급전기의 변동에 따라 외부공급전기의 전기량을 제어할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 모듈을 포함하는 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 모듈을 포함하는 조명 장치를 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 발광다이오드 소자 20 : 기판
30 : 축전부 40 : 전원부
100 : 열전발전부 110 : 제1전달선
120 : 제2전달선 210 : 고온부
211 : 돌출부 220 : 발광다이오드 칩
230 : 제1케이싱 240 : 열차단층
251 : 제1전원선 252 : 제2전원선
310 : 저온부 320 : 제2케이싱
400 : 히트싱크부 410 : 방열판
420 : 방열핀
30 : 축전부 40 : 전원부
100 : 열전발전부 110 : 제1전달선
120 : 제2전달선 210 : 고온부
211 : 돌출부 220 : 발광다이오드 칩
230 : 제1케이싱 240 : 열차단층
251 : 제1전원선 252 : 제2전원선
310 : 저온부 320 : 제2케이싱
400 : 히트싱크부 410 : 방열판
420 : 방열핀
Claims (14)
- 중앙에 공동을 구비하고, 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱;
상기 제1케이싱의 공동 바닥면에 설치되는 발광다이오드 칩;
상기 제1케이싱의 하면에 형성되고, 상기 발광다이오드 칩과 접촉하여 상기 발광다이오드 칩의 열을 전달하며, 상기 제1케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제1케이싱의 하면으로 형성된 홀을 관통하여 상기 발광다이오드 칩과 접촉하는 돌출부를 구비하는 고온부;
중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱;
상기 제2케이싱의 공동에 설치되고, 상기 고온부와 접촉하며, 온도차를 이용하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 외부로 전달하는 제1전달선과 제2전달선을 구비하는 열전발전부;
상기 제2케이싱의 홀에 금속을 주입하거나 또는 증착으로 충진시켜 형성되고, 상기 열전발전부와 접촉하는 저온부; 및
판 형상으로 일면이 상기 제2케이싱의 하면과 상기 저온부에 결합하는 방열판과, 상기 방열판의 타면에 형성되는 복수 개의 방열핀을 구비하고, 상기 저온부의 온도를 감소시키는 히트싱크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2케이싱은, 중앙 부위에 상기 저온부가 형성되고, 상기 저온부의 주위 부위가 절연성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱의 접합 부위에 형성되고, 상기 제1케이싱으로부터 상기 제2케이싱으로의 열을 차단하는 열차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 고온부는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 저온부는, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자.
- 청구항 1의 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자의 제조방법에 있어서,
i) 상기 제1케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제1케이싱의 하면으로 홀을 형성하는 단계;
ii) 상기 제1케이싱의 하면에 금속을 증착시켜 돌출부를 구비한 상기 고온부를 형성하는 단계;
iii) 상기 제2케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제2케이싱의 하면으로 홀을 형성하는 단계;
iv) 상기 제2케이싱의 홀에 금속을 주입하여 상기 저온부를 형성하는 단계;
v) 상기 열전발전부를 상기 제2케이싱의 공동에 인입시켜 상기 저온부와 접촉하도록 설치하는 단계;
vi) 상기 제1케이싱과 상기 제2케이싱을 결합시키는 단계; 및
vii) 상기 제2케이싱의 하면에 상기 히트싱크부를 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 ii) 단계에서, 상기 고온부를 형성하기 위한 증착은 열 증착 또는 스퍼터링으로 수행되는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 ii) 단계에서, 상기 제1케이싱의 하면에서 상기 고온부를 둘러싸도록 열차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 중앙에 공동을 구비하고 절연성 소재로 형성되는 제1케이싱, 상기 제1케이싱의 공동 바닥면에 설치되는 발광다이오드 칩, 상기 제1케이싱의 하면에 형성되고 상기 발광다이오드 칩과 접촉하여 상기 발광다이오드 칩의 열을 전달하며 상기 제1케이싱의 공동 바닥면으로부터 상기 제1케이싱의 하면으로 형성된 홀을 관통하여 상기 발광다이오드 칩과 접촉하는 돌출부를 구비하는 고온부, 중앙에 공동을 구비하는 제2케이싱, 상기 제2케이싱의 공동에 설치되고 상기 고온부와 접촉하며 온도차를 이용하여 전기를 생산하고 생산된 전기를 외부로 전달하는 제1전달선과 제2전달선을 구비하는 열전발전부, 상기 제2케이싱의 홀에 금속을 주입하거나 또는 증착으로 충진시켜 형성되고, 상기 열전발전부와 접촉하는 저온부, 및 판 형상으로 일면이 상기 제2케이싱의 하면과 상기 저온부에 결합하는 방열판과, 상기 방열판의 타면에 형성되는 복수 개의 방열핀을 구비하고, 상기 저온부의 온도를 감소시키는 히트싱크부,를 포함하는 발광다이오드 소자;
복수 개의 상기 발광다이오드 소자가 결합하는 기판;
상기 발광다이오드 소자에 전원을 제공하는 전원부; 및
상기 발광다이오드 소자의 자가발전에 의해 생성된 전기인 생성전기를 전달받아 축전하는 축전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자를 구비한 발광다이오드 모듈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 발광다이오드 소자는 상기 기판을 관통하여 설치되어, 상기 히트싱크부가 외부에 노출되는 것을 특징으로 하는 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자를 구비한 발광다이오드 모듈.
- 청구항 12 또는 청구항 13에 의한 열전현상을 이용한 자가발전 발광다이오드 소자를 구비한 발광다이오드 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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| US12096693B2 (en) | 2022-03-28 | 2024-09-17 | International Business Machines Corporation | Temperature indicator powered by thermoelectric generator |
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| KR20190065811A (ko) | 2019-06-12 |
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