KR20060112574A - 에너지 절약형 엘이디 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변의 회로에 공급하여 재활용 할 수 있도록 한 에너지 절약형 엘이디에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에너지 절약형 엘이디는 반사체의 중앙내측에 구비되는 엘이디칩과 반사체 외면의 양측에 전극이 형성되는 엘이디부와, 엘이디부가 그 상부면에 전기적으로 접속되고 전극이 납땜고정 되는 납땜용 패드가 구비되는 기판과, 기판의 하부면에 매개물질에 의해 일체로 고정되는 열전소자를 포함하는 열전발전부를 포함한다.

엘이디, 열전소자, 제백효과, 열전발전

Description

에너지 절약형 엘이디 {ENERGY-SAVING LED}

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 사시도.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 분해도.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 단면도.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 열전발전기술 원리도.

도 5 은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엘이디부

102 : 전극

104 : 엘이디 칩

106 : 반사체

108 : 납땜

200 : 기판

202 : 납땜용패드

300 : 열전발전부

302 : 열전소자

304 : 전선

본 발명은 에너지 절약형 엘이디에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전 되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변의 회로에 공급하여 재활용 할 수 있도록 한 에너지 절약형 엘이디에 관한 것이다.

엘이디(LED;Light-Emitting Diode)란, 전류가 인가되면 발광하는 다이오드로서 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 P형 반도체와 N형 반도체의 접합부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합 하는데 전자와 정공이 떨어져 있을때보다 작은 에너지가 되므로 이 때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출하는 발광소자이다.

엘이디는 저전압에서 구동할 수 있는 발광소자로 다른 발광체에 비하여 수명이 길며 소비전력이 낮고, 응답속도가 빠르며, 내 충격성이 우수한 장점을 지니고 있다. 소형 경량화가 가능하다는 장점이 있어 표시용도를 중심으로 응용이 확대되고 있으며, 엘이디의 고휘도화에 따라 옥외 표시기로 이용이 증가하고 있는 추세에 있다. 초창기에는 낮은 휘도와 색깔에 한계가 있었으나, 고휘도 청색 엘이디를 개발, 생산함으로서 자연스러운 총 천연색 표시가 가능하게 되었고, 이로인해 청색 엘이디가 적색 및 녹색 엘이디와 결합하면 모든 색상을 표시할 수 있어 긴 수명, 고휘도, 및 고시각의 특성을 지니는 디스플레이, 교통신호, 전광판, 조명기구등의 부품으로 이용됨으로써 각광을 받고 있다.

또한, 기존의 고휘도 엘이디에 비해 최소 10배 이상의 휘도를 나타내는 파워 엘이디의 경우 벽매입등, 실내등, 지중등, 투광등, 파워라이너 등의 경관조명이나 엘이디후레쉬 등의 특수조명에 이용되고 있다.

그러나 전술한 바와 같은 엘이디는 발광 동작시 발열량이 많아 그에 따른 여러가지 문제점을 발생하고 있는데, 예를들어 과도한 열은 엘이디의 수명을 단축시키게 되고 발광량을 감소시키게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변의 회로에 공급하여 재활용하는 데 있다.

전술한 본 발명의 목적은, 반사체의 중앙내측에 구비되는 엘이디칩과 반사체 외면의 양측에 전극이 형성되는 엘이디부와, 엘이디부가 그 상부면에 전기적으로 접속되고 전극이 납땜고정 되는 납땜용 패드가 구비되는 기판과, 기판의 하부면에 매개물질에 의해 일체로 고정되며 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전되도록 하고, 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급하여 재활용하는 열전발전부를 포하하는 에너지 절약형 엘이디가 제공됨에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 전술한 엘이디부는 다수의 파워 엘이디로 구성되며 기판상에 밀집 배열하여 사용하는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 전술한 열전발전부는 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급하는 전선을 더 포함한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 전술한 열전발전부는 발전된 전력을 충전지에 비축해 두었다가 비상시 다수의 엘이디 중 소수에게만 공급하여 사용하는것으로 한다.

본 발명의 더더욱 바람직한 특징에 따르면, 전술한 엘이디부와 기판을 고정시키는 납땜을 하기 위한 전극의 형태는 측면으로 돌출되어 형성되고 직각으로 절곡된 모양인 것으로 한다.

본 발명의 더더욱 바람직한 특징에 따르면, 전술한 기판은 알루미늄 재질인 것으로 한다.

본 발명의 더더욱 바람직한 특징에 따르면, 전술한 기판과 열전발전부를 고정시켜주는 매개물질로는 열전도성 그리스(grease) 또는 열전도성 컴파운드(compound)인 것으로 하는 에너지 절약형 엘이디.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 사시도가 도시되며, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 분해도가 도시되고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 단면도가 도시된다.

본 발명에 따른 에너지 절약형 엘이디는 엘이디 사용시 발열되는 고온의 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자(302)를 제공해 열전발전되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변의 회로에 공급하는 것으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 반사체(106)의 중앙내측에 구비되는 엘이디칩(104)과 반사체(106) 외면의 양측에 전극(102)이 형성되는 엘이디부(100)와, 엘이디부(100)가 그 상부면에 전기적으로 접속되고 전극(102)이 납땜고정 되는 납땜용 패드(202)가 구비되는 기판(200)과, 기판(200)의 하부면에 매개물질에의해 일체로 고정되며 열전소자(302)를 포함하는 열전발전부(300)로 구성된다.

여기서, 소위 발광 다이오드로 칭해지는 엘이디는, 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자로서, 본 발명의 엘이디부(100)는 반사체(106)와 그 중앙내측에 구비되는 엘이디칩(104)과 반사체(106) 외면의 양측에 구비되는 전극(102)으로 구성되어 있다.

엘이디칩(104)을 중앙 내측에 구비하고 있는 반사체(106)는 엘이디의 사용 용도에 따라서 엘이디칩(104)으로 발광되는 빛을 모아주거나 산란시켜주는 역할을 하며, 엘이디부(100)와 기판(200)을 고정시키는 납땜(108)을 하기 위한 전극(102)의 형태는 측면으로 돌출되어 형성되고, 직각으로 절곡된 모양인 것을 특징으로 하는데, 외부 전원으로부터 흘러 들어오는 전류를 엘이디부(100)로 인가시켜 엘이디칩(104)에 공급하는 역할을 한다.

전술한 엘이디부(100)는 전극(102)과 납땜용 패드(202)를 납땜(108) 함으로써 기판(200)상에 고정되는데, 이러한 기판은 반도체 및 전자제품을 전기적으로 연결시켜주고 기계적으로 지지해 주는 연결용 부품으로, 엘이디로부터 방열되는 폐열을 효과적으로 열전발전부(300)로 전달해 주기 위해 열전도성 알루미늄 기판이 사용된다. 또한 엘이디부(100)의 전극(102)과 납땜(108)하기위한 납땜용패드(202)가 기판(200)상에 구비된다.

전술한 기판(200)의 하측에는 열전발전부(300)가 매개물질에 의해 일체로 고정되는데, 이 열전발전부(300)는 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자(302)를 제공해 열전발전되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변 회로에 공급한다. 기판(200)과 열전발전부(300)를 일체로 고정시켜주는 매개물질은 단락의 위험이 없고 열에 의한 마름현상을 제거하기 위해 열전도성 그리스, 또는 열전도성 컴파운드가 사용된다.

여기서 열전발전은, 다양한 형태의 미 사용 열에너지를 에너지 중 가장 활용도가 높은 전기 에너지로 직접 변환시키는 발전기술로, 저온열에서 고온열 온수에서 화염 등 어떤 형태의 열원에도 적용 가능한 광범위한 응용성을 지니고 있다.

열전발전부(300)에 의한 본 발명의 열전발전 기술은 도 4 에 원리도로서 설 명되어 있으며 그 원리는 다음과 같다.

도 4 에 도시된 바와 같이 열전발전기술은 P형 반도체와 N형 반도체를 π형으로 금속접합하고 상부의 고온 접합부에 열을 가하여 하부와의 온도차를 부여하면, N형 반도체 내에서는 전자가, P형 반도체 내에서는 정공이 열에너지를 받아 전체 에너지가 높아지기 때문에 에너지를 낮추기 위해 저온측으로 이동한다.

따라서 N형 반도체에서 전자가 유입된 저온측은 음(-)으로 대전되고 고온측에서는 양(+)으로 대전되고, P형 반도체에 있어서는 N형과 반대로 저온측에서는 양(+)으로, 고온측에서는 음(-)으로 대전된다. 이로 인해 하부의 P형 반도체에서는 양(+)극의 공간전하를 형성하고, N형 반도체에서는 음(-)극의 공간전하를 형성하여 전류(I)가 흐르게 된다.

이러한 현상을 제백(Seebeck)효과라고 하며, 양분지단 전극에 부하저항(R)을 연결하면 전류(I)가 흘러 전압(V) 이 발생 하게 된다.

또한, 열전발전부(300)의 구성요소로 폐열을 효과적으로 인입 할 수 있도록 유도해 주는 폐열인입 유도키트와 저항, 충전지가 포함된 충전회로, 비상엘이디구동회로가 추가로 포함될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 절약형 엘이디의 사시도가 도시되는데, 조명용으로 사용되는 엘이디는 다수의 파워 엘이디가 기판상에 밀집 배치되어 사용되는것이 바람직하다.

전술한 열전발전부(300)에서 발전된 전력은 전선(304)을 통해서 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급되지만, 별도의 충전회로와 비상엘이디구동회로를 구비하여 정전이나 화재등의 비상시에 이용될 수 있다. 전술한 다수의 파워엘이디가 기판상에 밀집 배치되어 조명기구로 사용되는 경우, 정전이나 화재등의 비상시에 열전발전부(300)를 통해 열전발전되어 충전지에 비축해 두었던 전력을 충전회로와 비상엘이디구동회로를 통해 소수의 파워 엘이디로만 공급하여 비상조명으로 사용한다.

이하, 전술한 본 발명에 따른 에너지 절약형 엘이디의 전체적인 작동에 대해 상세히 설명한다.

전원이 공급되면 엘이디부(100)의 측면으로 돌출되어 형성되고 직각으로 절곡된 기판(200)의 납땜용 패드(202)와 납땜(108)고정되어 있는 전극(102)을 통해 엘이디부(100)로 인가된다. 반사체(106)의 중앙내측에 구비되어 있는 엘이디칩(104)은 인가된 전류를 공급받아 발광하면서 폐열을 발생시키게 되고 이 폐열은 열전도성 알루미늄 기판(200) 전체에 균일하게 전도된다. 기판(200)으로 전도된 폐열은 열전도성 매개물질로 고정되어 있는 열전발전부(300)의 열전소자(302)로 인입되고 제백효과를 통해 열전발전된다. 발전된 전력은 전선(304)을 통해 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급되어 재활용하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 엘이디로부터 방산되는 폐열을 회수하여 제백효과를 발휘하는 열전소자를 제공해 열전발전되도록 하고 그 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변의 회로에 공급하는 것으로, 버려지는 방열을 재활용하여 에너지를 절약하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 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 엘이디.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엘이디부는 다수의 파워 엘이디로 구성되며 기판상에 밀집 배열하여 사용하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 엘이디.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열전발전부는 발전된 전력을 엘이디 구동회로를 포함한 주변회로에 공급하는 전선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 엘이디.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열전발전부는 발전된 전력을 충전지에 비축해 두었다가 비상시 다수의 파워 엘이디 중 소수에게만 공급하여 사용하는것을 특징으로 하는 에너지 절약형 엘이디.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 엘이디부와 상기 기판을 고정시키는 납땜을 하기 위한 전극의 형태는 측면으로 돌출되어 형성되고, 직각으로 절곡된 모양인 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 엘이디.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판은 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 엘이디.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판과 열전발전부를 고정시켜주는 매개물질은 열전도성 그리스 또는 열전도성 컴파운드인 것으로 하는 에너지 절약형 엘이디.

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