KR20080007525A - 고출력 발광 다이오드 램프 - Google Patents

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Abstract

일종의 고출력 LED 램프로서, 액체가 가득한 공동의 용기를 포함하며, 고출력 LED 원광이 액체의 광원 모쥴을 관통하고, 축방향 열전도기는 광원 모쥴과 가까운 제 1부분과, 액체 중에서 공동의 축방향을 따라 광원 모쥴 멀리까지 확대되는 제 2부분을 가지며, 열을 광원 모쥴에서부터 액체를 통해 용기로 전달시킨다.

Description

고출력 발광 다이오드 램프{HIGH POWER LED LAMP WITH HEAT DISSIPATION ENHANCEMENT}
본 발명은 램프의 일종으로서, 특히 조명 용도의 고출력 LED 램프에 관한 것이다.
LED는 수명이 길고, 전력 소모가 절약되며 폐기물로 인한 환경 오염 등의 문제가 없다는 장점 때문에, 이미 광범위하게 장식등(수중등)이나 지시등(교통 신호등)에 사용되고 있으나, 단위 출력이 나타내는 발광 밝기가 충분치 못하며, 방열 효과가 좋지 않고 조명 각도 부족 등의 문제점으로 인해, 조명 용도로의 사용에는 적합하지 않았다. 백광 LED의 개량으로 단위 출력이 나타내는 발광 밝기가 점점 향상됨에 따라, 밝기 부족의 문제를 해결하였고, 발광 밝기가 전통적인 백열등 전구의 발광 밝기 (30 lm/W)를 초월하는 백광 LED가 이미 상품화되었고, 형광등 발광 밝기(100 lm/W)를 넘어서는 백광 LED의 상품화도 머지않아 실현될 것이다. 그렇기 때문에 방열 효과가 좋지 않고 조명 각도가 부족한 점은 조명에 사용하기 위한 현재 LED의 중요한 문제점이다.
도 1은 전형적인 저출력 LED(100)로서, 에폭시 수지를 포함하여 렌즈(110)가 덮고 있는 반도체 칩(102)을 투과하며, 양극 다리(106)와 음극 다리(108)가 금선(104)을 통해 반도체 칩(102)과 연결된다. 저출력 LED(100)는 작업시 발생하는 열량이 적기 때문에, 양극 다리(106)와 음극 다리(108)를 통해 PCB (도면에는 미표시)위의 구리 호일에 열전달되며, 도달하는 열전도 확산은 LED(100)의 방열에 충분한 도움을 주기 때문에 방열 문제를 고려할 필요가 없다. 저출력 LED(100)는 주로 장식등과 지시등에 사용되므로 소모 출력은 0.3에서 0.4 W보다 작다. 도 2는 기존의 저출력 LED 램프(112)로서, 전구 표준 베이스(120) 및 케이스(122)와 결합되어 있으며, PCB(116)는 케이스(122)에 있고, 여러 개의 저출력 LED(100)는 PCB(116)위에 고정되어 있다. 레진층(114)은 케이스(122) 안에 들어 있어 PCB(116)와 저출력 LED(100)의 다리를 보호하며, 전원 전환 구동 모쥴(118)은 PCB(116)와 램프 표준 베이스(120) 사이에 연결되어 저출력 LED(100)를 구동시킨다. 저출력 LED(100)가 발생시키는 열이 PCB(116)의 구리 호일을 통해 전도 확산될 때 초과되는 방열기는 필요하지 않다. 케이스(122)는 금속 또는 플라스틱이며, 케이스(122)가 금속이면 주로 구조 강도의 필요성 때문이지 절연열이나 방열의 필요성 때문이 아니다.
도 3은 기존의 고출력 LED(124)로서, 양극 다리(138)와 음극 다리(140)가 금선(132, 133)을 통해 반도체 칩(130)에 연결되고, 밀봉 수지(128)에 의해 방열 기판(136) 위에 고정되어 있다. 이러한 구조는 플라스틱 케이스(134)중에 설치되며, 광학 렌즈(126)는 밀봉 수지(128)를 덮고 있고 플라스틱 케이스(134)에 끼워져 있다. 고출력 LED(124)의 소모 출력은 0.3 W보다 크므로, 작업시 발생하는 열량이 높기 때문에, 사용시 과열로 인한 고장을 피하기 위해서는 방열을 고려해야 한다. 도 4는 일종의 고출력 LED(124)의 방열을 도와주는 구조(142)로서, 방열 기판(136)과 방열 지느러미(146)가 접합된 금속 코어 기판(MCPCB)(144)을 포함한다. 고출력 LED(124)가 작업시 발생되는 열은 방열 기판(136)을 통해 MCPCB(144)로 전도되고, 다시 방열 지느러미(146)로 전도되며, 공기의 자연 대류로 인해 열은 공기속으로 흩어진다. 방열 기판(136)은 열전도성이 우수하며, 재료는 금속, 흑연, 탄소 섬유, 세라믹 또는 복합 재료이다. 도 5는 기존의 전방열식 고출력 LED 램프(148)로서, 열전도성이 높은 금속제 반사컵(150), 외부가 고리 모양인 방열 지느러미(158)를 포함하며, 유리 또는 플라스틱제인 광학 렌즈(152)는 반사컵(150)의 컵 입구에 고정되어 있고, 고출력 LED(124)는 반사컵(150) 밑부분에 있다. 전원 전환 구동 모쥴(154)은 고출력 LED(124)와 램프 표준 베이스(156) 사이에 연결되어 있다. 고출력 LED(124)가 발생시키는 빛은 반사컵(150)에 반사되어 광학 렌즈(152)를 관통하며, 그 발생되는 열은 반사컵(150)을 통해 방열 지느러미(158)에 전도되어 공기의 자연 대류로 인해 흩어져 버린다. 비록 방열 지느러미(158)가 대류 방열의 면적을 증가시키나, 열전도 통로가 길기 때문에, 고출력 LED(124)가 발생시키는 열은 방열 지느러미(158)로 신속하게 전도될 수 없어 고출력 LED(124)의 과열을 초래하기가 쉽다. 과열 문제를 해결하기 위해 개발된 배방열식 등체 구조는 도 6에서 보는 바와 같이, 배방열식 고출력 LED 램프(160)에는 광학 렌즈(162)가 고출력 LED(124)위에 덮여져 있고, 열전도관(164)은 고출력 LED(124)와 전원 전환 구동 모쥴(168) 사이에 연결되어 있으며, 열전도관(164)에는 많은 방열 지느러미(166)가 있고, 전원 전환 구동 모쥴(168)에는 한쌍의 전원 입력 단자(170)가 있다. 고출력 LED(124)가 작업시 발생되는 열은 직접 열전도관(164)으로 진입되고, 다시 방열 지느러미(166)에 의해 공기의 자연 대류로 방열된다. 열전도 통로가 짧기 때문에 열전도관(164)은 신속하게 고출력 LED(124)가 발생시키는 열을 방열 지느러미(166)를 통해 발산시키나, 이 배방열식 램프(160)는 반드시 양호한 공기 통풍 여건에서 사용되어야만 방열 지느러미(166)의 비교적 우수한 자연 대류 방열 효과를 얻을 수 있다. 배방열식 고출력 LED 램프(160)가 조명에 사용될 때, 예를 들어, 삽입식 또는 묶는식의 등기구라면, 설치 환경에 양호한 공기 통풍이 안되기 때문에, 방열 효과는 대폭 하락된다. 도 7은 배방열식 고출력 LED 램프(160)가 삽입식 등기구에 사용된 결선도로서, 고출력 LED 램프(160)은 등커버(172) 속에 위치해 있고, 등커버(172)는 콘크리트판(174)와 천장판(176) 사이에 끼어 있다. 고출력 LED 램프(160)은 등 커버(172)중에 쌓여 있기 때문에 공기 대류가 등커버(172)에 막혀서 방열 효과는 한계가 있다. 도 8은 배방열식 고출력 LED 램프(160)가 묶는식의 등기구에 사용된 결선도로서, 고출력 LED 램프(160)는 콘크리트판(174)과 천장판(176) 사이에 고정되어 있기 때문에, 자연 대류의 방열 효과는 콘크리트판(174)와 천장판(176) 사이의 협소한 공간의 제한을 받는다. 묶는식 등기구의 수가 증가되면 온도의 누적 상승으로 방열 효과가 떨어지게 된다. 그 외에도, 열대 지역 또는 아열대 지역에서는 천장판(176)과 콘크리트판(174) 사이의 공기 온도가 보통 40℃를 넘기 때문에, 역시 고출력 LED 램프(160)의 방열 효과에는 한계가 있다.
열전달은 전도, 대류 및 방사 등의 방식에 의해 진행되나, 상술한 고출력 LED 램프(148, 160)는 단지 열전도성이 높은 재료를 사용해 열량을 전도하고, 발열 체와 공기가 접촉되는 면적을 증가시켜 실온하의 자연 대류 방열을 향상시킨다. 같은 방열 면적으로 말하자면, 자연 대류의 방열량은 강제 대류 (예를 들어 송풍기)의 1/4에서 1/10이며, 또한 이상적인 방열 효능에 도달하기 위해서는 자연 대류의 방열 지느러미 간격이 보통 비교적 크기 때문에, 자연 대류 방열기의 면적도 상대적으로 강제 대류 방열기보다 훨씬 방대하다. 송풍기의 수명과 신뢰성을 고려한다면, 강제 대류 방열은 상대적으로 고출력 LED보다 효과와 신뢰성이 있으나, 이론적일뿐으로 실현시키기 어려운 것이다. 그렇기 때문에 조명의 요구에 맞추고자 LED 출력을 상승시키면 방열 문제는 더욱 해결하기 어려워지는 것이다.
고출력 LED의 접촉면 작업 온도가 120℃보다 낮아야만 고출력 LED의 과열 고장을 피할 수 있으며, 또한 고출력 LED의 발광 밝기(루멘)와 사용 수명 모두 접촉면의 작업 온도와 반비례하기 때문에, 접촉면 작업 온도를 낮추어서 고출력 LED의 방열 효율을 향상시키는 것은 조명에 사용하는 고출력 LED의 기본이 되었다. 도 9는 고출력 LED의 발광 밝기 비율과 접촉면 작업 온도와의 관계도로서, 이상적인 상태에서 고출력 LED의 접촉면 작업 온도는 반드시 95℃보다 낮아야만 발광 밝기 비율이 최소 80%까지 유지될 수 있음을 보여준다. 도 10은 고출력 LED의 사용 수명과 접촉면 작업 온도와의 관계도로서, 이상적인 상태에서 고출력 LED 접촉면 작업 온도가 반드시 95℃보다 낮아야만 사용 수명을 최소 50 khr까지 유지할 수 있음을 보여준다.
고출력 LED 램프(148)의 또 다른 단점은 빛 손실이 높다는 것으로서, 고출력 LED(124)가 나타내는 빛이 반사컵(150)내에서 여러 차례 반사된 후에 일부분은 투 사광이 될 수 없으며, 빛이 렌즈(152)를 관통할 때 또 일부분이 반사컵(150)으로 반사되어 돌아오기 때문에 유효 광 이용율이 낮아지게 된다.
미국 특허 공개 제 20040004435호에서 凹용기을 덮고 있는 덮개를 포함한 일종의 LED 밀봉을 제출했는데, 凹용기에 냉각 액체안의 LED 칩을 가득 넣고, 냉각 액체는 직접 LED 칩과 접촉하여 방열되는 것이다. 이론상으로 이것은 방열 효과를 향상시키는 것 처럼 보인다. 그러나, 이 구조에서 냉각 액체는 단지 열전도체일뿐으로서 실제로는 방열 효율을 효과적으로 향상시킬 수 없으며, 또한 고체와 비교 해보면, 액체의 열전도성이 비교적 떨어지므로, 냉각 액체로 전통적인 수지를 대체하여 직접 LED 칩과 접촉하는 것은 방열 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 더 나아가, 고출력 응용 중에서 LED 칩의 주동 접촉면은 약 110℃에서 작업되고, 주동 접촉면 주위의 냉각 액체를 매우 높은 온도로 가열하는데, 이로 인해 냉각 액체는 덮개 사이에서 온도 경사도를 발생시키며, 또 냉각 액체가 열전도성이 좋지 않기 때문에 신속하게 열을 LED 칩에서부터 주변의 공기속으로 전달시킬 수 없기 때문에, 주동 접촉면 부근의 냉각 액체는 매우 뜨거워지고, 열은 주동 접촉면 부근의 냉각 액체에서 유지된다. 또 다른 단점은 밀봉 사이즈는 매우 적은 냉각 액체만 넣을 수 있기 때문에, 방열 방면에 거의 도움을 줄 수 없고, 게다가 LED 칩의 주동 접촉면 작업 온도가 약 110℃이기 때문에, 주동 접촉면 주변의 냉각 액체는 기포 발생기로 변하며, 또한 방열 효율도 떨어뜨린다. 열이 효과적으로 냉각 액체 통로를 벗어날 수 없으므로, LED 칩이 발생시키는 열의 대부분은 역시 전통적인 LED와 마찬가지로 전극과 금속선에서 연결 다리로 전송된다. 그밖에 이 밀봉도 또 다른 단점이 될 수 있는데, 냉각 액체가 베어 칩과 접촉하면 LED 칩을 침식시켜 고장을 일으킬 수 있기 때문이다.
도 11은 전통적인 백열등 전구의 배광 곡선도로서, 발광 밝기 비율이 60% 이상의 조명 각도에서(280)°임을 보여준다. 도 12는 전형적인 고출력 LED의 배광 곡선도로서, 발광 밝기 비율이 60% 이상의 조명 각도에서 110°임을 보여준다. 그렇기 때문에 고출력 LED는 조명으로 사용하기 위한 또 다른 문제는 조명 각도가 부족하다는 것으로서, 환경 조명이 요구하는 광선이 폭넓으면서 균일해야 한다는 조건에 도달할 수 없기에, 광학 설계상 해결해야 하는 조명 각도 부족의 문제점은 바로 고출력 LED를 조명에 사용할 수 있도록 개발하기 위한 계기가 된다.
그렇기 때문에, 방열을 개선하고, 조명의 각도 증가와 조명 밝기를 향상시킨 고출력 LED 램프의 개발은 모두가 기대하는 바였다.
본 발명 목적의 하나는, 일종의 조명에 사용되는 고출력 LED 램프의 제공에 있다
본 발명 목적의 다른 하나는, 일종의 저원가인 고출력 LED 램프의 제공에 있다.
본 발명 목적의 또 다른 하나는, 일종의 방열을 개선시킨 고출력 LED 램프의 제공에 있다.
본 발명 목적의 또 다른 하나는, 일종의 조명 각도를 증가시킨 고출력 LED 램프의 제공에 있다.
본 발명 목적의 또 다른 하나는, 일종의 조명 밝기를 향상시킨 고출력 LED 램프의 제공에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 공동(cavity)을 가진 용기, 그 공동속의 액체, 고출력 발광 다이오드 원광을 제공하는 광원 모쥴 및 광원 모쥴과 가까운 제 1부분과 액체중에서 공동의 축방향을 따라 광원 모쥴 멀리까지 확대되는 제 2부분을 가지며, 열을 광원 모쥴에서 부터 액체를 통해 용기로 전달시키는 축방향 열전도기를 포함하는 고출력 발광 다이오드 램프를 제공한다.
본 발명에 따르면, 일종의 고출력 LED 램프는 액체가 가득한 공동의 용기를 포함하며, 고출력 LED 원광이 액체의 광원 모쥴을 관통하고, 축방향 열전도기는 광원 모쥴과 가까운 제 1부분과, 액체중에서 공동의 축방향을 따라 광원 모쥴 멀리까지 확대되는 제 2부분을 가진다. 광원 모쥴의 온도가 상승할 때, 축방향 열전도기가 열을 광원 모줄로부터 액체를 통해 용기로 전달하기 때문에 광원 모쥴은 신속하고도 양호한 방열을 얻을 수 있다.
액체는 열 발산, 조명 각도 확대와 밝기 향상에 도움을 주는데, 비교적 좋은 점은 그 액체가 발생시키는 열 대류가 더욱 방열을 향상시킨다는 점으로, 그 원가는 기존의 금속 방열 지느러미의 1/5에서 1/10에 불과하다. 빛이 액체에 진입한 후 빛 확산은 조명 각도를 확대시키며, 빛이 액체와 용기 사이에서 전부 반사되어 양호한 집광 효과를 가져오고 조명 밝기를 증가시킨다.
도 13은 본 발명에 따른 고출력 LED 램프(200)이며, 도 14는 분해도이다. 고출력 LED 램프(200)에서 용기(202)의 공동(203) 내에 투명하거나 또는 반투명한 액체(204)를 가득 주입한다. 광원 모쥴에서, 예를 들어 소모 효율이 0.3 W보다 큰 고출력 LED 밀봉체(206)는 내부에 전원선(222)을 가진 MCPCB(210)위에 있으며, 밀봉 수지(208)는 고출력 LED 밀봉체(206)와 MCPCB(210)를 로제트(212)위에 고정시키고 수밀 작용을 발생시킨다. 축방향 지느러미 부속(211)은 고출력 LED 밀봉체(206)의 전방에 있으며 로제트(212)를 열 연결하고, 축방향 열전도관(213)의 일측단은 와셔(214)와 밀봉 덮개(216) 중에 삽입되고, 또 다른 일측단 열은 로제트(212)로 연결된다. 밀봉 재료(218)는 밀봉 덮개(216) 상에서 용기(202) 입구를 밀봉한다. 전 원 전환 구동 모쥴(220)은 광원 모쥴과 전구 표준 베이스(224) 사이에 있으며, 전원선(226)으로부터 들어오는 전원을 고정적인 직류 전류로 전화시켜, 전원선(222)을 통해 고출력 LED 밀봉체(206)를 구동시킨다. 밀봉 덮개(216)의 단면은 도 15에서 보는 바와 같이, 쐐기형 모서리(232)와 홈(234)은 밀봉 재료(218)가 비교적 우수한 밀봉 효과를 가질 수 있게 한다. 도 13으로 돌아와서, 로제트(212), 축방향 열전도기(213) 및 축방향 지느러미 부속(211)은 모두 균일하게 열전도성이 좋게 하며, 축방향 열전도기(213)와 축방향 지느러미 부속(211)은 공동(203)의 축방향을 따라 확대되는데, 비교적 우수한 점은, 축 길이는 공동(203) 축 길이의 4분의 1과 1배 사이라는 것이다. 축방향 열전도기(213)는 로제트(212) 뒷면의 액체 중에서 고출력 LED 밀봉체(206)까지 멀리 확대되며, 축방향 지느러미 부속(211)은 로제트(212) 앞면의 액체 중에서 고출력 LED 밀봉체(206)까지 멀리 확대되어, 열을 축방향 열전도기(213) 및 축방향 지느러미 부속(211)을 통해 액체(204) 중의 비교적 차가운 부분까지 전달시킨다. 고출력 LED 밀봉체(206)가 발생시키는 열은 MCPCB(210)와 로제트(212)를 통해 축방향 열전도기(213)와 축방향 지느러미 부속(211)으로 전달되고, 다시 액체(204)로 전달된다. 도 13의 화살표에서 보듯이, 액체(204)는 열전도와 열대류를 통해 열을 용기(202)까지 날려 보내며, 더 나아가 열을 환경 공기 속으로 날려보낸다. 용기(202)와 환경 공기 사이의 접촉 면적이 크기 때문에, 자연 공기 대류가 방열에 도움을 주므로, 고출력 LED 밀봉체(206)의 접촉면 작업 온도를 낮출 수 있다. 비록 액체(204)의 열전도가 금속 또는 기타 고체 재료보다 낮다 하더라도, 축방향 열전도기(213) 및 축방향 지느러미 부속(211)은 충분히 높은 열전도성을 가지고 있어, 열을 신속하게 로제트(212)로부터 액체(204)로 전달시키기 때문에 액체(204)로의 열 전이가 강화되는 것이다. 축방향 열전도기(213)와 축방향 지느러미 부속(211)은 열을 신속하게 액체(204)의 비교적 차가운 부분으로 전도시켜, 액체(204) 중의 대류를 향상시킨다. 고출력 LED 밀봉체(206)에 불이 밝혀지면, 액체(204) 중의 고출력 LED 밀봉체(206)는 마치 열원처럼 용기(202)가 보일러 같아지고, 이러한 상황하에서 고출력 LED 밀봉체(206)는 부근의 액체를 가열시키고, 비교적 뜨거운 액체는 위쪽으로 유동되기 때문에 액체(204) 중에서 자연 대류가 발생하는 것이다.
용기(202)는 고출력 LED 밀봉체(206)의 소모 효율에 따라 비교적 작거나 큰 사이즈를 선택할 수 있으며, 용기(202)의 매끄러운 외표면은 공기 유동에 유리하여, 신속하게 방열 효과를 얻을 수 있다. 용기(202)에는 반사성 측벽(228)과 튜명 또는 반투명 전벽(203)이 있고, 반사성 측벽(228)은 금속이나 광학막이 도금되어 만들어지며, 용기(202)는 유리, 플라스틱, 실리콘 또는 기타 투명 또는 반투명 재료로 만들어진다. 로제트(212), 축방향 열전도기(213) 및 축방향 지느러미 부속(211)은 금속, 흑연, 탄소 섬유, 세라믹 또는 복합 재료나 기타 열전도성이 높은 재료로 만들어지며, 액체(204)는 무색, 무독, 저점도인 투명 또는 반투명인 것이 가장 좋은데, 예를 들어, 물, 올리브 오일, 파라핀 오일 및 저점도 윤활유 등이다. 환경 온도가 -30℃에서 35℃인 한대 지역에서의 액체(204)는 물을 기초로 하고 그 속에 메틸 알코올, 에탄올, 에틸렌 글리콜이나 기타 방부제를 첨가한다. 환경 온도가 35℃에서 60℃인 열대 지역에서의 액체(204)는 오일을 기본으로 한다.
어떤 실시예 중에서, 액체(204) 중 미량의 염료를 첨가한 도 16에서 보듯이, 빛(236)이 액체(204)를 관통할 때, 액체 중에 부유하는 염료 미립자(238)가 빛(236)의 반사와 굴절을 일으켜서 측면 방향 조명을 향상시키고, 조명 각도 확대와 사람 눈에 들어가는 빛을 부드럽게 만든다. 액체(204) 중의 첨가 염료는 각각의 빛 색깔에 따라 각각의 색깔을 선택할 수 있다. 예를 들어, 백광과 다채 광의 응용이라면, 백색 염료를 선택하여, 빨강, 파랑, 녹색, 오렌지, 노랑 등의 기타 빛 색깔을 응용하고, 고출력 LED 밀봉체(206)가 만드는 빛 색깔과 같은 염료를 선택하여 빛 색깔의 선명함을 증가시킬 수 있다. 만약 고출력 LED 밀봉체(206)가 만드는 빛이 자외선이라면 액체(204) 중에 형광 가루나 형광액을 첨가하여, 형광물을 이용해 자외선을 흡수한 후 가시 광선 특성을 방출할 수 있고, 액체(204) 중에 다른 형광가루나 형광액을 첨가하여 램프(200)를 다채로운 형광등으로 만들 수 있다. 필요에 따라 액체(204)에 계면 활성제를 첨가하여 염료나 형광 가루가 균일하게 액체(204)에 분포되게 한다,
도 13에서 보이는 램프(200)는 집광등(투사등) 또는 환경 조명으로 사용할 수 있다. 만약 램프(200)가 집광등이라면, 액체(204)는 투명하고 염료를 첨가하지 않아야 하며, 용기(202)에 반사성 측벽(228)이 있어, 고출력 LED 밀봉체(206)의 전방에 빛 투사를 인도할 수 있는 광학 렌즈를 설치할 수 있다. 만약 램프(200)가 환경 조명이라면, 투명 전벽(230)의 투사 각도는 110°보다 큰 것이 가장 좋으며, 용기(202)에는 투명 측벽(228)과 투명 전벽(230)이 있어, 액체(204)중에 미량의 염료를 첨가한다.
도 17은 환경 조명의 실시 예로서, 전통적인 전구를 대체할 수 있다. 램프(240)은 용기(202)를 포함하며, 그 공동(203)에는 투명 액체(204)가 가득하다. 광원 모쥴은 여러 개의 고출력 LED 밀봉체(206)를 포함하며 열전도성이 높은 로제트(244)의 원추 모양 표면 위에 고정되어져 있으며, 와셔(214)를 통해 고정된 축방향 열전도관(242) 기계는 로제트(244)와 연결되어 있다. 밀봉 덮개(216)는 용기(202)의 입구를 밀봉한다. 전원 전환 구동 모쥴(220)은 고출력 LED 밀봉체(206)와 전구 표준 베이스(224) 사이에 연결되어 있으며, 직류 전류를 발생시켜 축방향 열전도관(242)중의 전원선을 통해 고출력 LED 밀봉체(206)를 구동시킨다. 동축 열전도바(245)는 로제트(244)와 열 연결되며 공동(203)의 축방향을 따라 확대시켜 열을 로제트(244)로부터 액체(204)까지 날라가게 한다. 비교적 우수한 점은, 동축 열전도바(245)의 축 길이가 공동(203) 축 길이의 4분의 1과 1배 사이에 있기 때문에, 액체(204)중에서 멀리 고출력 LED 밀봉체(206)까지 확대되서, 열을 신속하게 로제트(244)로부터 액체(204)까지 전달시킬 수 있다는 것이다. 비교적 우수한 점은, 축방향 열전도관(242)와 축방향 열전도바(245)는 금속, 흑연, 탄소섬유, 세라믹이나 또는 복합재료로 만들어진 열전도관이므로, 축방향 열전도바(245)는 기둥 모양 또는 기타 어떤 모양도 될 수 있다. 본 실시예 중에서, 용기(202)는 투명구 모양이고, 액체(204)는 미량의 염료를 포함하고 있다. 또 다른 실시예 중에서, 고출력 LED 밀봉체(206)는 또 다른 빛 색깔을 포함하며, 전부 또는 일부분의 고출력 LED 밀봉체(206)의 불을 밝힐 수 있다.
도 18은 환경 조명의 또 다른 실시 예로서, 전통적인 형광등을 대체할 수 있 다. 램프(246)중에서 용기는 튜브 모양 물질(250)을 포함하며, 광원 모쥴은 서로 맞대고 있는 반사컵 (252, 253)이 튜브 모양 물질(250)의 맞대고 있는 양 측을 덮고 있다. 고출력 LED 밀봉체(206, 207)는 각각 반사컵(252, 253)중에 나누어져 있다. 용기의 공동(203)에는 미량의 염료를 가진 투명 액체(204)가 들어있다. 전원 공급 장치(248)는 고출력 LED 밀봉체(206, 207)와 전원 연결된다. 반사컵(252, 253)은 빛 집결 효과를 가지고 있으며, 튜브 모양 물질(250)은 투명하여 고출력 LED 밀봉체(206, 207)의 빛을 통과하게 한다. 고출력 LED 밀봉체(206, 207)가 튜브 모양 물질(250)의 양 측단에 있기 때문에, 빛이 튜브 모양 물질(250)을 따라 전체 반사되고 액체(204) 중 부유 염료의 미립자에 의해 반사 및 굴절이 되어 균일한 조명 효과가 나타나게 된다. 본 실시 예중에서, 반사컵(252, 253)은 우수한 열전도체로 만들어져 고출력 LED 밀봉체(206, 207)의 방열을 증진시킨다. 그러나, 고출력 LED 밀봉체(206, 207)가 만드는 열은 주로 축방향 열전도바(251)를 통해 액체(204)중으로 전달되므로, 액체(204) 중의 축방향 열전도바(251)의 베이스는 고출력 LED 밀봉체(206 또는 207)의 로제트와 연결되어, 고출력 LED 밀봉체(206, 207)를 멀리까지 확대시켜 방열 효과를 더욱 강화시킨다. 고출력 LED 밀봉체(206, 207)의 불은 동시에 밝혀지거나 단지 그중의 하나만 밝혀진다.
도 19는 초고출력 환경 조명의 실시 예로서, 램프(254)중에서 광원 모쥴에 포함된 여러 개의 고출력 LED 밀봉체(206)는 로제트(264)위에 고정되며, 방열기(256)는 로제트(264)에 붙여져 있고 지느러미(262)를 가진다. 여러 개의 광학 렌즈(258)는 각각 고출력 LED 밀봉체(206) 앞에서 필요한 조명 각도를 발생시킨다. 방열기(256)와 맞닿아 있는 용기(260)는 공동(203)을 가지며, 투명 액체(204)가 들어있다. 특히 여러 개의 축방향 열전도바(266)는 로제트(264)나 또는 방열기(256)와 연결되어 고출력 LED 밀봉체(206)의 방열을 강화시킨다. 본 실시예 중에서, 공동(203)내의 액체(204)에는 염료를 첨가하지 않고 조명 각도를 더욱 넓혔다.
도 20은 초고출력 환경 조명의 또다른 실시 예로서, 램프와 상용하는 램프(268) 중에서 광원 모쥴에 포함된 고리 모양 표면을 가진 로제트(270)는 여러 개의 고출력 LED 밀봉체(206)에 고정되어 있으며, 용기(274)에는 액체(276)가 가득하고 로제트(270)와 맞닿아 있다. 상술한 실시 예중 서술한 것을 제외하고, 축방향 열전도바(272)의 베이스는 로제트(270) 부근에 있으나 직접 로제트(270)와는 연결되지 않으며, 꼬리 부분은 액체(276)중에서 멀리 고출력 LED 밀봉체(206)까지 뻗어 나간다. 고출력 LED 밀봉체(206)의 작업 기간에, 고출력 LED 밀봉체(206)와 로제트(270) 부근의 액체(276)는 뜨거워지며, 고온 액체(276)이 축방향 열전도관(272)을 가열시키기 때문에, 축방향 열전도관(272)은 열을 광원 모쥴에서 액체(276)를 통해 용기(274)로 전달하게 된다.
도 21은 방열을 진일보 향상시킨 결선도로서, 투관(278)이 도 17의 램프(240)의 축방향 열전도바(245)위에서 증가되었다. 도 21의 화살표에서 보듯이, 축방향 열전도바(245)가 열을 로제트(244)에서 주위 액체(204)로 전달시키며, 투관(278)중 비교적 뜨거운 액체는 위로 유동되기 때문에, 액체(204)중에서 비교적 강한 열 대류를 일으켜 방열을 향상시킨다.
도 22는 또 하나의 전구와 상용하는 램프(280)로서, 광원 모쥴이 포함한 접 시 모양 표면의 로제트(282)가 여러 개의 고출력 LED 밀봉체(206)에 고정되어 있으며, 덮개(284)는 고출력 LED 밀봉체(206) 위에 덮여져 있어, 고출력 LED 밀봉체(206) 및 로제트(282)가 직접 액체(276)와 접촉되지 못하게 한다. 용기(274)는 로제트(270)와 맞닿아 있고 액체(276)가 가득한 공동을 가지고 있고, 축방향 열전도바(286)가 로제트(270)와 열 연결되어 열을 로제트(270)로부터 액체(276)를 통해 용기(274)로 전도하며, 축방향 열전도바(286)는 액체(276)중에서 멀리 고출력 LED 밀봉체(206)와 로제트(282)까지 뻗어 나가게 한다.
본 발명에 따르면, 액체 중에 침입되는 축방향 열전도체는 주로 열을 작업중인 LED 밀봉체로부터 액체를 통해 균일하게 용기로 흩어지게 만들며, 램프중의 축방향 열전도체는 열전도관을 포함할 수 있고, 모양은 튜브 모양, 바 모양, 기둥 모양 또는 지느러미 모양으로 될 수 있으며, 유연하거나 견고할 수 있고, 축방향 열전도체는 직접 로제트에 연결되거나 연결되지 않을 수도 있다. 만약 고출력 LED 밀봉체 및 로제트가 직접 액체와 접촉되지 않는다면, 축방향 열전도체는 로제트와 열 연결되어 로제트로부터의 열을 잘 받아들이게 한다. 만약 고출력 LED 밀봉체 및/또는 로제트가 직접 액체와 접촉된다면, 축방향 열전도체는 단지 제 1부분만 근처 로제트의 액체 중에 침입되어, 주위의 열 액체를 통해 로제트 또는 고출력 LED 밀봉체로부터의 열을 잘 받아들이고, 제 2부분은 액체 중에서 먼 로제트 및 고효율 LED 밀봉체까지 뻗어가게 한다.
본 발명에 따르면, 고출력 LED가 각각의 조명 용도의 응용이나 요구에 적응하기 위해서는, 액체의 재료가 쉽게 변해야 하며, 또한 용기의 몇 가지 구조를 변 화시켜야 한다. 즉, 사이즈나 모양이 신속한 방열 및 가장 우수한 조명 광학을 만든다.
도 1은 기존의 저출력 LED이다.
도 2는 기존의 저출력 LED 램프이다.
도 3은 기존의 고출력 LED이다.
도 4는 기존의 고출력 LED의 보조 방열 구조이다.
도 5는 기존의 전방열식 고출력 LED 램프이다.
도 6은 기존의 배방열식 고출력 LED 램프이다.
도 7은 기존의 배방열식 고출력 LED 램프이 삽입식 등기구에 사용된 결선도이다.
도 8은 기존의 배방열식 고출력 LED 램프이 묶는식 등기구에 사용된 결선도이다.
도 9는 고출력 LED 발광 밝기 비율과 접촉면 작업 온도와의 관계도이다.
도 10은 고출력 LED 사용 수명과 접촉면 작업 온도와의 관계도이다.
도 11은 전통적인 백열 램프의 배광 곡선도이다.
도 12는 전형적인 고출력 LED의 배광 곡선도이다.
도 13은 본 발명에 근거한 고출력 LED 램프이다.
도 14는 도 13의 고출력 LED 램프의 분석도이다.
도 15는 밀봉 덮개의 단면도이다.
도 16은 도 13의 고출력 LED 램프의 부유하는 염료 미립자가 측향 조명을 보조하는 결선도이다.
도 17은 환경 조명에 사용된 실시예이다.
도 18은 환경 조명에 사용된 또 다른 실시예이다.
도 19는 초고출력 환경 조명에 사용된 실시예이다.
도 20은 초고출력 환경 조명에 사용된 또 다른 실시예이다.
도 21은 방열을 진일보 향상시킨 구조이다.
도 22는 초고출력 환경 조명에 사용된 또 다른 실시예이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100 저출력 LED 102 반도체 칩
104 금선 106 양극 다리
108 음극 다리 110 수지를 포함하여 렌즈
112 저출력 LED 램프 114 레진층
116 PCB 118 전원 전환 구동 모쥴
120 전구 표준 베이스 122 케이스
124 고출력 LED 126 광학 렌즈
128 밀봉 수지 130 반도체 칩
132 금선 133 금선
134 케이스 136 방열 기판
138 양극 다리 140 음극 다리
142 도와주는 구조 144 MCPCB
146 방열 지느러미 148 전방열식 고출력 LED 램프
150 반사컵 152 광학 렌즈
154 전원 전환 구동 모쥴 156 램프 표준 베이스
158 방열 지느러미 160 배방열식 고출력 LED 램프
162 광학 렌즈 164 열전도관
166 방열 지느러미 168 전원 전환 구동 모쥴
170 전원 입력 단자 172 등커버
174 콘크리트판 176 천장판
200 고출력 LED 램프 202 용기
203 공동 204 액체
206 고출력 LED 밀봉체 207 고출력 LED 밀봉체
208 밀봉 수지 210 MCPCB
211 축방향 지느러미 부속 212 로제트
213 축방향 열전도관 214 일측단은 와셔
216 밀봉 덮개 218 밀봉 재료
220 전원 전환 구동 모쥴 222 전원선
224 전구 표준 베이스 226 전원선
228 반사성 측벽 230 반투명 전벽
232 쐐기형 모서리의 234 홈
236 빛 238 염료 미립자
240 고출력 LED 램프 242 축방향 열전도관
244 로제트 245 동축 열전도바
246 고출력 LED 램프 248 전원 공급 장치
250 모양 물질 251 열전도바
252 반사컵 253 반사컵
254 고출력 LED 램프 256 방열기
258 광학 렌즈 260 용기
262 지느러미 264 로제트
266 축방향 열전도바 268 고출력 LED 램프
270 로제트 272 축방향 열전도관
274 용기 276 액체
278 투관 280 고출력 LED 램프
282 로제트 284 덮개
286 축방향 열전도바

Claims (18)

  1. 고출력 발광 다이오드 램프로서,
    공동(cavity)을 가진 용기;
    그 공동속의 액체;
    고출력 발광 다이오드 원광을 제공하는 광원 모쥴 ; 및
    광원 모쥴과 가까운 제 1부분과 액체중에서 공동의 축방향을 따라 광원 모쥴 멀리까지 확대되는 제 2부분을 가지며, 열을 광원 모쥴에서 부터 액체를 통해 용기로 전달시키는 축방향 열전도기를 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 축방향 열전도기는 긴 모양인, 고출력 발광 다이오드 램프.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 축방향 열전도기는 튜브 모양인, 고출력 발광 다이오드 램프.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 축방향 열전도기는 기둥 모양인, 고출력 발광 다이오드 램프.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 축방향 열전도기는 축방향 지느러미 부속을 포함하 는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 축방향 열전도기는 열도관을 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 광원 모쥴은 열전도 로제트의 하나 또는 여러 개의 고출력 다이오드 밀봉체의 적재를 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 로제트는 축방향 열전도기의 제 1부분과 연결되는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 로제트 및 축방향 열전도기의 제 1부분은 모두 직접 그 액체와 접촉되는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  10. 청구항 8에 있어서, 덮개를 포함하여 로제트 및 고출력 발광 다이오드 밀봉체와 액체를 격리시키는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  11. 청구항 7에 있어서, 열전도기 부근에 있으나 서로 연결되지 않는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 로제트 및 축방향 열전도기의 제 1부분은 모두 직접 그 액체와 접촉되는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  13. 청구항 1에 있어서, 투관(sleeve)을 포함하여 축방향 열전도기가 열 대류를 돕게 하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 광원 모쥴은 여러 개의 고출력 발광 다이오드 밀봉체를 포함하여 그 원광이 최소 2개 이상의 색상을 가지도록 하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 액체는 여러 개의 인광 혹은 형광 미립자를 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 액체는 내한제(antifreeze)를 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  17. 청구항 1에 있어서, 그 용기중에서 원광을 인도하는 광학렌즈를 더 포함하는, 고출력 발광 다이오드 램프.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 광원 모쥴은 서로 맞대고 있는 2개의 반사컵을 포 함하며, 각각의 반사컵은 하나 또는 여러 개의 고출력 발광 다이오드 밀봉체를 가지고 있으며, 용기가 포함한 튜브 모양물이 상기 2개의 반사컵 사이에 있고, 액체는 그 중에 있고, 축방향 열전도기의 제 1 부분은 모든 또는 어느 한 반사컵 부근에 있으며, 그 축방향 열전도기의 제 2부분은 그 튜브 모양 물질의 축 방향을 따라 뻗어 나가는, 고출력 발광 다이오드 램프.
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