KR200459630Y1 - 방열 장치 및 이를 이용한 엘이디 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 펠티어(Peltier) 소자에 회로패턴을 형성하여 엘이디를 실장함으로써 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한 방열장치 및 이를 이용한 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 발광모듈부를 실장하고, 전류가 공급되면 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출하는 방열기판과, 상기 방열기판으로 전류를 공급하는 스위칭모드 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
엘이디, 펠티어, 정전류, 흡열, 방열

Description

방열 장치 및 이를 이용한 엘이디 조명 장치{HEAT DISCHARGING DEVICE AND LED LIGHTING APPATATUS USING SAID IT}
본 고안은 엘이디 램프에 관한 것으로, 펠티어(Peltier) 소자에 회로패턴과 잉크저항을 형성하여 엘이디를 실장함으로써 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한 방열장치 및 이를 이용한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디(LED:Light Emitting Diode)는 GaP, GaAs 등의 화합물 반도체의 PN접합에 전류가 흐를 때 빛이 발생하는 현상을 이용한 발광체 소자로서, 발광다이오드 제조시 반도체 화합물의 성분비를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.
이러한 엘이디는 소정 영역의 파장을 이용하는 의료용은 물론, 식물의 생장촉진용으로도 사용되고 있으며, 특히 전력 소모가 적으면서도 시인성이 높다는 장점이 있어서, 최근에는 신호등, 차량의 리어 램프, 그리고 옥외 광고용 간판으로도 널리 적용되고 있으며, 그 적용범위는 점점 확대되어 종래에 알려진 램프를 대체하 여 가고 있다.
최근에는 휘도가 높고 광량이 많은 고출력 엘이디 램프가 개발되었다. 이러한 고출력 엘이디 램프는 고온의 열을 발생한다.
상기한 기술구성은 본 고안의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 고안이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
그런데, 엘이디 램프에서 고온의 열이 발생하게되면, 고온의 열에 의해 엘이디의 성능이 급격하게 저하되거나, 기판과 저항 및 실리콘과 케이스 등이 열에 의한 물성변형으로 수명이 단축되는 문제점이 있다.
엘이디 램프에서 가장 중요한 부분은 엘이디 수명에 대한 부분으로써, 이러한 수명 단축 문제를 해결하기 위해 엘이디를 인쇄회로기판에 실장하고 이를 별도의 히트 싱크(Heat Sink)를 이용해서 방열시키는 공냉식이 주를 이루고 있다.
하지만, 엘이디 램프의 소비전력이 클수록 히트 싱크의 크기가 커질뿐만 아니라 열을 효과적으로 발산하기 위한 구조 설계에 어려움이 있다. 따라서, 엘이디로부터 발생되는 열을 신속히 분산 및 방출시키기 위한 장치가 필요하다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 펠티어(Peltier) 소자에 회로패턴과 잉크저항을 형성하여 엘이디를 실장함으로써 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한 방열장치 및 이를 이용한 엘이디 조명 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안에 따른 방열 장치는, 회로패턴과 잉크저항을 형성하고 상기 회로패턴에 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부를 실장하는 제1세라믹판과, 상기 제1세라믹판에 접착되어 상기 제1세라믹판의 열을 전달하는 제1전기전도판과, 상기 제1전기전도판에 접착되어 상기 제1전기전도판의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자와, 상기 열전소자에 접착되고 스위칭모드 전원공급부와 접속되어 상기 열전소자로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판과, 상기 제2전기전도판에 접착되어 제2전기전도판의 열을 방출하는 제2세라믹판을 포함하여, 상기 스위칭모드 전원공급부로부터 전원이 공급되면 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출하는 방열기판; 상기 방열기판의 하부면과 부착되어, 상기 방열기판으로부터 방출되는 열을 외부로 분산하여 방출하는 히트싱크부; 상기 방열기판의 상기 제2전기전도판으로 전원을 공급하는 스위칭모드 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 고안에서, 상기 열전소자는 P형 반도체와 N형 반도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 엘이디 조명 장치는, 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부; 회로패턴과 잉크저항을 형성하고 상기 회로패턴에 다수개의 엘이디를 포함하는 상기 발광모듈부를 실장하는 제1세라믹판과, 상기 제1세라믹판에 접착되어 상기 제1세라믹판의 열을 전달하는 제1전기전도판과, 상기 제1전기전도판에 접착되어 상기 제1전기전도판의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자와, 상기 열전소자에 접착되고 스위칭모드 전원공급부와 접속되어 상기 열전소자로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판과, 상기 제2전기전도판에 접착되어 제2전기전도판의 열을 방출하는 제2세라믹판을 포함하여, 상기 스위칭모드 전원공급부로부터 전원이 공급되면 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출하는 방열기판; 상기 방열기판의 하부면과 부착되어, 상기 방열기판으로부터 방출되는 열을 외부로 분산하여 방출하는 히트싱크부; 상기 방열기판으로 전원을 공급하는 스위칭모드 전원공급부; 및 상기 발광모듈부가 정전류로 구동하도록 제어하는 정전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 고안에서, 상기 정전류 제어부는 상기 발광모듈부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항과, 상기 발광모듈부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 스위칭부와, 상기 스위칭부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부와, 상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM)의 듀티비를 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 듀티비 조절에 따라 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에서, 상기 제어부는 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 작게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 펠티어 소자에 회로패턴과 잉크저항을 형성하고 회로패턴에 엘이디를 실장하여 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 방출함으로써 엘이디 조명을 구성하는 부품들의 기능저하를 방지하고 엘이디 수명이 열에 의해 단축되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 고안을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 고안을 예시하기 위한 것이며, 본 고안의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 의한 방열 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2와 도 3은 본 실시예에 의한 방열기판의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 의한 방열 장치는, 방열기판(20)과, 스위칭모드 전원 공급부(3)와, 히트싱크부(30)를 포함한다.
방열기판(20)는 회로패턴(231)과 잉크저항(232)를 형성하여 다수개의 엘이디(51)를 포함하는 발광모듈부(10)를 실장하고, 전류가 공급되면 발광모듈부(10)로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출한다.
방열기판(20)는, 일측면에 회로패턴(231)과 잉크저항(232)을 형성하고, 회로패턴(231)에 엘이디(51)를 실장하는 제1세라믹판(23)과, 제1세라믹판(23)에 접착되어 제1세라믹판(23)의 열을 전달하는 제1전기전도판(24)과, 제1전기전도판(24)에 접착되어 제1전기전도판(24)의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자(25)와, 열전소자(25)에 접착되고 스위칭모드 전원공급부(3)와 접속되어 열전소자(25)로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판(26)과, 제2전기전도판(26)에 접착되어 제2전기전도판(26)의 열을 방출하는 제2세라믹판(27)을 포함한다.
여기서, 제1전기전도판(24)과 제2전기전도판(26)은 열전도성이 우수한 금속, 예를들어 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 구현될 수 있으며, 열전소자(25)는 배열구조를 갖는 다수의 P형 반도체(251)와 N형 반도체(252)를 포함한다.
히트싱크부(30)는 방열기판(20)과 접착되어 방열기판(20)으로부터 방출되는 열을 외부로 분산 및 방출한다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 의한 방열 장치는, 발광모듈부(10)가 구동하고 방열기판(20)에 전류가 공급되면, 제1세라믹판(23)은 엘이디(51)에서 발생하는 열을 흡수한다.
이때, 제1전기전도판(24)은 제1세라믹판(23)의 열을 열전소자(25)로 전달하고, 열전소자(25)는 제1전기전도판(24)의 열을 흡열하여 제2전기전도판(26)으로 방출한다.
그러면, 제2전기전도판(26)은 열전소자(25)로부터 방출되는 열을 제2세라믹판(27)으로 전달하고, 제2세라믹판(27)은 제2전기전도판(26)으로부터 전달되는 열을 히트 싱크부(30)를 통해 분산 및 방출한다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치는, 전원부(1)와, 정류부(2)와, 발광모듈부(10)와, 방열기판(20)와, 스위칭모드 전원공급부(SMPS:Switching Mode Power Supply)(3)와, 정전류 제어부(6)를 포함한다.
전원부(1)는 전자파 차단을 위한 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터(13)를 통해 상용전원(11)을 필터링하여 교류전원을 공급한다. 전원부(1)에는 상용전원(11)과 EMI 필터(13) 사이에 과전류로부터 엘이디 조명 장치를 보호하기 위한 퓨즈(12)를 더 구비한다.
정류부(2)는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류회로(21)와, 정류회로(21)로부터 출력되는 직류전원을 원하는 전압레벨로 컨버팅하는 벅 컨버터(Buck Converter)(22)를 포함한다. 이러한 정류부(2)는 EMI 필터(13)를 통해 출력되는 교 류전원을 직류전원으로 변환하여 발광모듈부(10)로 공급한다.
스위칭모드 전원공급부(3)는 EMI 필터(13)로부터 출력되는 교류전원을 일정한 전류로 변환하여 방열기판(20)로 공급한다.
방열기판(20)는, 일측면에 회로패턴(231)과 잉크저항(232)을 형성하고, 회로패턴(231)에 엘이디(51)를 실장하는 제1세라믹판(23)과, 제1세라믹판(23)에 접착되어 제1세라믹판(23)의 열을 전달하는 제1전기전도판(24)과, 제1전기전도판(24)에 접착되어 제1전기전도판(24)의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자(25)와, 열전소자(25)에 접착되고 스위칭모드 전원공급부(3)와 접속되어 열전소자(25)로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판(26)과, 제2전기전도판(26)에 접착되어 제2전기전도판(26)의 열을 방출하는 제2세라믹판(27)을 포함한다.
여기서, 열전소자(25)는 P형 반도체(251)와 N형 반도체(252)의 배열로 구성되어, 스위칭모드 전원공급부(3)로부터 일정한 전류가 공급되면 발광모듈부(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 히트싱크부(30)를 통해 외부로 방출한다. 이러한 열전소자(25)는 서로 다른 성질을 갖는 P형 반도체(251)와 N형 반도체(252)에 일정한 전류를 공급하면 제1세라믹판(23)은 열을 흡열하고, 제2세라믹판(27)은 열을 방출하는 펠티어 효과를 이용하여 발광모듈부(10)에서 발생하는 열을 히트싱크부(30)로 방출한다.
정전류 제어부(6)는 발광모듈부(10)와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항(62)과, 발광모듈부(10)와 션트저항(62) 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 스위칭부(61)와, 스위칭부(61)와 션트저항(62) 사이의 전류를 감지하는 전류감지부(63)와, 전류감지부(63)의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM) 듀티를 조절하는 제어부(64)와, 제어부(64)의 펄스폭 변조 듀티 조절에 따라 스위칭부(61)를 구동하는 스위칭 구동부(65)를 포함한다.
여기서, 제어부(64)는 감지전류가 기준전류보다 크면 펄스폭 변조 듀티를 작게하고, 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 펄스폭 변조 듀티를 크게하여 정전류 제어를 수행한다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 회로패턴(231)과 잉크저항(232)을 형성하여 발광모듈부(10)를 실장한 방열기판(20)의 하면부에 히트싱크부(30)가 부착되고, 히트싱크부(3)의 하측면에 발광모듈부(10)를 구동하기 위한 엘이디 드라이버 기판(40)이 부착된다. 또한, 엘이디 드라이버 기판(40) 하측면에 히트싱크부(30)가 부착된다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 동작을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전원부(1)는 교류전원을 정류부(2)와 스위칭모드 전원공급부(3)로 공급한다.
그러면, 정류부(2)는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 발광모듈부(10)로 공급하고, 스위칭모드 전원공급부(3)는 교류전원을 일정한 전류로 변환하여 방열기판(20)로 공급한다.
이때, 정전류 제어부(6)는 전류감지부(63)부터의 감지전류가 기준전류보다 크면 펄스폭 변조 듀티를 작게하고, 감지전류가 기준전류보다 작으면 펄스폭 변조 듀티를 크게하여 스위칭부(61)를 펄스폭 변조로 구동함으로써 정전류 제어를 수행한다.
이와 동시에, 방열기판(20)는 전류가 공급되면, 방열기판(20)의 제1세라믹판(23)은 열을 제1전기전도판(24)으로 전달하고, 제1전기전도판(24)은 제1세라믹판(23)의 열을 열전소자(25)로 전달하며, 열전소자(25)는 제1전기전도판(24)의 열 을 흡열하여 제2전기전도판(26)으로 방출한다.
그러면, 제2전기전도판(26)은 열전소자(25)로부터 방출되는 열을 제2세라믹판(27)으로 전달하고, 제2세라믹판(27)은 제2전기전도판(26)으로부터 전달되는 열을 히트 싱크부(30)를 통해 분산 및 방출한다.
이와 같이 본 실시예에 의한 방열장치 및 엘이디 조명 장치는, 열전소자를 이용한 기판에 회로패턴을 형성하고 회로패턴에 엘이디를 실장하여 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 방출함으로써 엘이디 조명을 구성하는 부품들의 기능저하를 방지하고 엘이디 수명이 열에 의해 단축되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 의한 방열 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 의한 방열기판의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전원부 2 : 정류부
3 : 스위칭모드 전원공급부 6 : 정전류 제어부
10 : 발광모듈부 20 : 팰티어부
30 : 히트싱크부 40 : 엘이디 드라이버 기판

Claims (9)

  1. 회로패턴과 잉크저항을 형성하고, 상기 회로패턴에 발광모듈부를 실장하며, 전원이 공급되면 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출하는 방열기판;
    상기 방열기판의 하부면과 부착되어, 상기 방열기판으로부터 방출되는 열을 외부로 분산하여 방출하는 히트싱크부; 및
    상기 방열기판으로 전원을 공급하는 스위칭모드 전원공급부를 포함하되,
    상기 방열기판은
    회로패턴과 잉크저항을 형성하고, 상기 회로패턴에 발광모듈부를 실장하는 제1세라믹판과,
    상기 제1세라믹판에 접착되어 상기 제1세라믹판의 열을 전달하는 제1전기전도판과,
    상기 제1전기전도판에 접착되어 상기 제1전기전도판의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자와,
    상기 열전소자에 접착되고 스위칭모드 전원공급부와 접속되어 상기 스위칭모드 전원공급부로부터 전원이 공급되면 상기 열전소자로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판과,
    상기 제2전기전도판에 접착되어 제2전기전도판의 열을 방출하는 제2세라믹판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열전소자는
    P형 반도체와 N형 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  5. 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부;
    회로패턴과 잉크저항을 형성하고, 상기 회로패턴에 상기 발광모듈부를 실장하며, 전원이 공급되면 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 흡열하여 방출하는 방열기판;
    상기 방열기판의 하부면과 부착되어, 상기 방열기판으로부터 방출되는 열을 외부로 분산하여 방출하는 히트싱크부;
    상기 방열기판으로 전원을 공급하는 스위칭모드 전원공급부; 및
    상기 발광모듈부가 정전류로 구동하도록 제어하는 정전류 제어부를 포함하되,
    상기 방열기판은
    회로패턴과 잉크저항을 형성하고, 상기 회로패턴에 발광모듈부를 실장하는 제1세라믹판과,
    상기 제1세라믹판에 접착되어 상기 제1세라믹판의 열을 전달하는 제1전기전도판과,
    상기 제1전기전도판에 접착되어 상기 제1전기전도판의 열을 흡열하여 방출하는 열전소자와,
    상기 열전소자에 접착되고 스위칭모드 전원공급부와 접속되어 상기 스위칭모드 전원공급부로부터 전원이 공급되면 상기 열전소자로부터 방출되는 열을 전달하는 제2전기전도판과,
    상기 제2전기전도판에 접착되어 제2전기전도판의 열을 방출하는 제2세라믹판을 포함하며,
    상기 정전류 제어부는
    상기 발광모듈부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항;
    상기 발광모듈부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 스위칭부;
    상기 스위칭부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부;
    상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM)의 듀티비를 조절하는 제어부; 및
    상기 제어부의 듀티비 조절에 따라 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 작게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
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