KR20090029341A - 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단 - Google Patents
냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 다수개의 고휘도 발광다이오드가 집적되어 있는 발광유니트로부터 발생되는 고온의 열을 효과적으로 흡수 방출하여 발광유니트가 장기간 안정적으로 사용되도록 하는 고휘도 발광다이오드용 조명수단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 다수개의 고휘도 발광다이오드가 인접되게 집적된 발광유니트와, 상기 발광유니트의 하면부에 위치되어 발광유니트로부터의 열이 열전소자판에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 방열부재로부터의 열이 역류되는 것을 차단하는 열전도차단부재와, 상기 열전도차단부재의 하면부에 위치되어 전원인가에 따라 발광유니트로부터 발생되는 열을 흡수하여 방열부재쪽으로 배출시키는 열전소자판과, 상기 열전소자판의 하면부에 위치되어 상기 열전소자판에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 방열부재와, 상기 방열부재가 일정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서에서 감지하고 상기 열전소자판의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재의 열이 자연냉각되도록 하는 온도제어장치로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단에 관한 것이다.
발광다이오드, 발광유니트, 열전도차단부재, 열전소자판, 온도제어장치
Description
본 발명은 다수개의 고휘도 발광다이오드가 집적되어 있는 발광유니트로부터 발생되는 고온의 열을 효과적으로 흡수 방출하여 발광유니트가 장기간 안정적으로 사용되도록 하는 고휘도 발광다이오드용 조명수단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 다수개의 고휘도 발광다이오드가 인접되게 집적된 발광유니트와, 상기 발광유니트의 하면부에 위치되어 발광유니트로부터의 열이 열전소자판에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 방열부재로부터의 열이 역류되는 것을 차단하는 열전도차단부재와, 상기 열전도차단부재의 하면부에 위치되어 전원인가에 따라 발광유니트로부터 발생되는 열을 흡수하여 방열부재쪽으로 배출시키는 열전소자판과, 상기 열전소자판의 하면부에 위치되어 상기 열전소자판에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 방열부재와, 상기 방열부재가 일정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서에서 감지하고 상기 열전소자판의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재의 열이 자연냉각되도록 하는 온도제어장치로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자기기나 전광판, 신호등, 조명등 또는 차량 등에 사용되는 발광다이오드용 조명수단은 다수개의 발광다이오드(LED, Light Emitting Diodes)를 하나의 인쇄회로기판에 소정의 배열로 집적시킨 상태로 구성하여 상기 다수개의 발광다이오드로부터의 광원에 의해 조명이 이루어지도록 하였다.
이러한 발광다이오드를 이용한 조명수단은 통상적으로 사용되는 백열등, 네온등, 형광등보다 소비전력이 작고 저전압으로 누전, 감전위험이 적으며 그 밝기 및 가시거리가 뛰어나고 수명이 길어 고효율적인 조명으로 현재 각종 분야에 널리 사용되고 있으나, 다수개의 발광다이오드를 인쇄회로기판에 인접되게 집적된 상태로 배열시켜 사용하고 있어 다수개의 발광다이오드로부터 발생되는 고온의 열에 의해 인쇄회로기판 및 발광다이오드가 손상되고 수명이 저하되는 문제점이 발생하였다.
이를 개선하기 위하여 종래의 발광다이오드용 조명수단(1')은 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 발광다이오드(4')가 집적되어 있는 인쇄회로기판(3')의 하면부에는 방열판(11')의 하부에 다수개의 방열핀(12')이 수직하방으로 돌출형성되어 있는 통상의 방열부재(10')를 고정부착하여 상기 다수개의 발광다이오드(4')로부터 발생되는 열이 방열부재(10')에 의해 자연냉각되도록 하였으나, 이 경우에도 일정개수 이상을 초과하는 발광다이오드(4')를 사용하거나 또는 높은 전력이 소모되는 고휘도의 발광다이오드(4')를 사용하면 그 열이 효과적으로 방열부재(10')를 통해 배출되지 못하여 상기 인쇄회로기판(3') 및 발광다이오드(4')가 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 다수개의 고휘도 발광다이오드를 하나의 인쇄회로기판에 집적시킨 발광유니트를 사용하면서도 열전도차단부재와 열전소자판 및 방열부재에 의해 상기 발광유니트로부터 발생되는 고온의 열이 효율적으로 외부로 배출되도록 하며, 상기 발광유니트로부터 계속적으로 배출되는 열에 의해 방열부재가 일정온도 이상의 고온으로 가온되는 경우에도 열이 역류하여 발광유니트를 손상시키는 것을 방지하여 장기간 사용시에도 안정적인 구조의 발광다이오드용 조명수단을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 인쇄회로기판에 다수개의 고휘도 발광다이오드가 인접되게 집적된 발광유니트와, 상기 발광유니트의 하면부에 위치되어 발광유니트로부터의 열이 열전소자판에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 방열부재로부터의 열이 역류되는 것을 차단하는 열전도차단부재와, 상기 열전도차단부재의 하면부에 위치되어 전원인가에 따라 발광유니트로부터 발생되는 열을 흡수하여 방열부재쪽으로 배출시키는 열전소자판과, 상기 열전소자판의 하면부에 위치되어 상기 열전소자판에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 방열부재와, 상기 방열부재가 일정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서에서 감지하고 상기 열전소자판의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재 의 열이 자연냉각되도록 하는 온도제어장치로 구성된 것에 본 발명의 특징이 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징으로 상기 방열부재의 하부에는 냉각팬이 설치되어 있어 상기 방열부재의 열을 냉각시키도록 되어 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 다수개의 고휘도 발광다이오드를 하나의 인쇄회로기판에 집적시킨 발광유니트를 사용하면서도 열전도차단부재와 열전소자판 및 방열부재에 의해 상기 발광유니트로부터 발생되는 고온의 열이 효율적으로 외부로 배출되어 상기 인쇄회로기판 및 발광다이오드가 손상되거나 수명이 단축되지 않으며, 상기 발광유니트로부터 계속적으로 배출되는 열에 의해 방열부재가 일정온도 이상의 고온으로 가온되는 경우에도 열이 역류하여 발광유니트를 손상시키는 것을 온도제어장치 및 열전도차단부재에서 차단 방지하여 장기간 사용시에도 안정적인 구조의 발광다이오드용 조명수단을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고휘도 발광다이오드용 조명수단(1)은 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(3)에 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 집적되어 있는 발광유니트(2)로부터 발생되는 고온의 열을 효과적으로 흡수 방출하여 상기 발광유니트(2)가 장기간 안정적으로 사용되도록 되어 있는 조명수단으로, 통상의 판형상으로 되어 있는 인쇄회로기판(3)에 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 인접되게 집적된 발광유니트(2)와, 상기 발광유니트(2)의 하면부에 위치되어 발광유니트(2)로부터의 열이 열전소자판(9)에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 방열부재(10)로부터의 열이 역류되는 것을 차단하는 열전도차단부재(5)와, 상기 열전도차단부재(5)의 하면부에 위치되어 전원인가에 따라 발광유니트(2)로부터 발생되는 열을 흡수하여 방열부재(10)쪽으로 배출시키는 열전소자판(9)과, 상기 열전소자판(9)의 하면부에 위치되어 상기 열전소자판(9)에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 방열부재(10)와, 상기 방열부재(10)가 일정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서(15)에서 감지하고 상기 열전소자판(9)의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재(10)의 열이 자연냉각되도록 하는 온도제어장치(14)로 구성되어 있다.
상기 발광유니트(2)는 광원(光源)으로 이용되는 부분으로, 인쇄회로기판(3)에 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 사각형 또는 일직선상으로 인접되게 배열된 상태로 집적되어 있어 높은 휘도(輝度)를 나타내며 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)의 사용으로 일반 형광등이나 백열등보다 그 밝기가 밝고 가시거리가 뛰어나며 전력 소모가 감소되는 장점이 있다.
그러나, 상기 발광유니트(2)에 사용된 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 50W 이상의 높은 전력을 소모하는 경우에는 상기 발광유니트(2)에서는 100 ∼ 120℃ 정도의 고온의 열이 발생되도록 되어 있어 상기 발광유니트(2)의 장시간 사용시 발광다이오드(4)에서 발생되는 고온의 열에 의해 인쇄회로기판(3)이나 발광다이오드(4)가 손상되므로 상기 발광유니트(2)로부터의 열을 하부에 구비된 열전소자판(9)에서 지속적으로 흡수하여 냉각시키도록 되어 있다.
상기 열전도차단부재(5)는 발광유니트(2)의 하면부에 밀착되게 맞닿아 있고 상기 발광유니트(2)로부터의 열이 열전소자판(9)에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 열전소자판(9)의 하부에 구비된 방열부재(10)로부터의 열이 역류되는 것을 차단하도록 되어 있되, 상기 열전도차단부재(5)는 알루미늄판(6)과 세라믹판(7)과 동판(8)이 상하로 차례로 적층부착된 상태로 되어 있으며 상기 알루미늄판(6)과 동판(8)은 열전도도가 높은 재질로 발광유니트(2)에서 발생되는 열이 열전소자판(9)쪽으로 용이하게 전도되도록 되어 있으며 상기 세라믹판(7)은 장시간 사용시 방열부재(10)가 고온으로 가열되어 열이 역류될 경우 방열부재(10)에서 발광유니트(2)쪽으로 열이 빠르게 전도되는 것을 차단하도록 되어 있다.
또한, 상기 알루미늄판(6)과 세라믹판(7)과 동판(8)은 각각 5 ~ 10mm정도의 두께로 형성하는 것이 열의 전도 및 차단에 있어 가장 효율적으로 이루어지게 된다.
상기 열전소자판(9)은 펠티에효과(Peltier effect)에 의해 작동되는 다수개의 P형반도체 및 N형반도체로 이루어진 펠티에소자가 하나 또는 다수개로 이루어진 판으로서, 상기 열전도차단부재(5)의 하면부에 밀착되게 맞닿아 있으며 전원의 인가시 상기 열전도차단부재(5)와 맞닿아 있는 열전소자판(9)의 상면부는 열을 흡수하는 흡열면을 형성하고 방열부재(10)와 맞닿아 있는 하면부는 열을 방출하는 발열면을 형성하면서 상부의 발광유니트(2)로부터 발생되는 열을 열전도차단부재(5)를 통해 흡수하여 하부의 방열부재(10)쪽으로 배출시키도록 되어 있다.
상기 방열부재(10)는 열전도율이 높은 금속재질로 열전소자판(9)의 하면부에 위치되어 열전소자판(9)에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 부분으로, 상기 열전소자판(9)의 발열면인 하면부에 밀착되게 맞닿은 상태로 열전소자판(9)으로부터의 열이 전도되는 방열판(11)이 구비되어 있고 상기 방열판(11)의 하면부에는 수직하방으로 다수개의 방열핀(12)이 돌출형성되어 있어 상기 다수개의 방열핀(12) 사이로 통과, 순환되는 공기에 의한 대류현상으로 상기 방열판(11)의 열이 외부로 방출되어 효율적으로 자연냉각되도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이 상기 방열부재(10)는 그 하부에 통상의 냉각팬(13)이 설치되도록 되어 있어 상기 방열부재(10)쪽으로 냉각팬(13)이 작동되어 방열부재(10)의 열을 빠르게 냉각시키도록 되어 있다.
상기 온도제어장치(14)는 방열부재(10)의 과열을 방지하여 열이 역류되는 것을 방지하는 부분으로, 상기 방열부재(10)의 상면부에 고정부착된 상태로 방열부재(10)의 온도를 감지하는 열감지센서(15)가 구비되어 있어 방열부재(10)가 일정온도 이상으로 가온되어 과열되면 과열된 열이 역류되어 발광유니트(2)를 가온시키게 되므로 방열부재(10)가 설정온도 이상으로 가온되면 이를 상기 열감지센서(15)가 감지하고 열감지센서(15)와 연결된 온도제어장치(14)에서 상기 열전소자판(9)의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재(10)로 유입되는 열을 감소시켜 방열부재(10)의 열이 자연냉각되도록 하며, 상기 방열부재(10)가 설정온도 이하로 냉각되면 이를 열감지센서(15)가 감지하고 온도제어장치(14)에서 상기 열전소자판(9)을 원상태로 작동시켜 열전소자판(9)에 의해 발광유니트(2)의 열이 흡열되도록 되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 다른 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이 상기 온도제어장치(14)는 발광유니트(2)의 온도를 감지하는 보조열감지센서(16)가 연결되도록 할 수 있으며 이 경우에는 상기 보조열감지센서(16)를 발광유니트(2)의 인쇄회로기판(3)에 인접되게 부착하여 발광유니트(2)의 온도를 감지하면서 발광유니트(2)가 설정온도 이상으로 가온되면 이를 보조열감지센서(16)가 감지하고 온도제어장치(14)에서 상기 열전소자판(9)이 흡열작동되도록 하며 상기 발광유니트(2)가 설정온도 이하로 냉각되면 상기 열전소자판(9)이 일시정지되거나 저전압상태에서 가동 되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 작용은 다음과 같다.
본 발명에 따른 고휘도 발광다이오드용 조명수단(1)에서 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 인쇄회로기판(3)에 인접되게 집적되어 있는 발광유니트(2)에 전원을 인가하면 고휘도의 빛이 발광되면서 각종 조명용으로 사용하게 되는데, 장시간 사용시 발광유니트(2)의 고휘도 발광다이오드(4)에서 고온의 열이 발생되며 상기 발광유니트(2)에서 발생된 열은 하부에 구비된 열전소자판(9)에서 흡수하여 방열부재(10)로 보내 자연냉각시키되, 상기 열전소자판(9)은 상면부가 흡열면이고 하면부가 발열면으로 되어 있어 상면부의 흡열면에서 상기 발광유니트(2)의 하면부에 위치된 열전도차단부재(5)를 통해 발광유니트(2)로부터 발생되는 열을 흡수하고 하면부의 발열면에서 상기 방열부재(10)의 방열판(11)을 통해 열전도로 열을 배출하며 상기 방열부재(10)에서는 방열판(11)의 하면부에 수직하방으로 돌출형성된 다수개의 방열핀(12)을 통해 순환되는 공기와 접촉되면서 대류현상 등으로 자연냉각되어 열을 방출시키게 된다.
이 때, 지속적으로 가온된 방열부재(10)가 대략 70℃ 이상으로 가온되면 과열된 열이 역류하여 상기 발광유니트(2)를 손상시키게 되므로 상기 방열부재(10)가 설정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서(15)에서 감지하고 열감지센서(15)와 연결된 온도제어장치(14)가 상기 열전소자판(9)의 작동을 일시정지시키거나 저전압 상태에서 작동되도록 하여 상기 열전소자판(9)의 발열면을 통해 방열부재(10)로 유입되는 열량을 감소시켜 방열부재(10)가 신속히 자연 냉각되도록 하며, 상기 방열부재(10)가 설정온도 이하로 냉각되면 열감지센서(15)에서 이를 감지하고 온도제어장치(14)가 상기 열전소자판(9)을 다시 원상태로 작동시켜 원활한 냉각작동이 이루어지도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고휘도 발광다이오드용 조명수단의 사시개략도
도 2는 본 발명에 따른 고휘도 발광다이오드용 조명수단의 종단면개략도
도 3은 본 발명에 따른 고휘도 발광다이오드용 조명수단에서 열전소자판이 흡열작동되는 상태의 종단면개략도
도 4는 종래 발광다이오드용 조명수단의 단면개략도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1, 1'. 발광다이오드용 조명수단 2. 발광유니트
3, 3'. 인쇄회로기판 4, 4'. 발광다이오드
5. 열전도차단부재 6. 알루미늄판
7. 세라믹판 8. 동판
9. 열전소자판 10, 10'. 방열부재
11, 11'. 방열판 12, 12'. 방열핀
13. 냉각팬 14. 온도제어장치
15. 열감지센서 16. 보조열감지센서
Claims (4)
- 인쇄회로기판에 다수개의 발광다이오드가 집적된 발광유니트와 방열부재로 구성된 발광다이오드용 조명수단에 있어서, 인쇄회로기판(3)에 다수개의 고휘도 발광다이오드(4)가 인접되게 집적된 발광유니트(2)와, 상기 발광유니트(2)의 하면부에 위치되어 발광유니트(2)로부터의 열이 열전소자판(9)에 의해 원활히 흡수되어 열전도되도록 하면서 방열부재(10)로부터의 열이 역류되는 것을 차단하는 열전도차단부재(5)와, 상기 열전도차단부재(5)의 하면부에 위치되어 전원인가에 따라 발광유니트(2)로부터 발생되는 열을 흡수하여 방열부재(10)쪽으로 배출시키는 열전소자판(9)과, 상기 열전소자판(9)의 하면부에 위치되어 상기 열전소자판(9)에 의해 흡수된 열을 외부로 자연 방출시키는 방열부재(10)와, 상기 방열부재(10)가 일정온도 이상으로 가온되면 이를 열감지센서(15)에서 감지하고 상기 열전소자판(9)의 작동을 일시정지시키거나 저전압상태에서 가동되도록 조절하여 방열부재(10)의 열이 자연냉각되도록 하는 온도제어장치(14)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단.
- 제 1항에 있어서, 상기 열전도차단부재(5)는 알루미늄판(6)과 세라믹판(7)과 동판(8)이 상하로 차례로 적층부착된 상태로 되어 있으며 상기 알루미늄판(6)과 동판(8)은 열전도도가 높은 재질로 발광유니트(2)에서 발생되는 열이 열전소자판(9) 쪽으로 용이하게 전도되도록 되어 있으며 상기 세라믹판(7)은 장시간 사용시 방열부재(10)가 고온으로 가열되어 열이 역류될 경우 방열부재(10)에서 발광유니트(2)쪽으로 열이 빠르게 전도되는 것을 차단하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열부재(10)는 열전소자판(9)의 발열면인 하면부에 맞닿아 열전소자판(9)으로부터의 열이 전도되는 방열판(11)이 구비되어 있고 상기 방열판(11)의 하면부에는 수직하방으로 다수개의 방열핀(12)이 돌출형성되어 있어 상기 다수개의 방열핀(12) 사이로 통과되는 공기에 의한 대류현상으로 방열판(11)의 열이 외부로 방출되어 자연냉각되도록 되어 있으며, 상기 방열부재(10)의 하부에는 통상의 냉각팬(13)이 설치되어 있어 방열부재(10)쪽으로 냉각팬(13)이 작동되어 상기 방열부재(10)의 열을 빠르게 냉각시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단.
- 제 1항에 있어서, 상기 온도제어장치(14)는 발광유니트(2)의 온도를 감지하는 보조열감지센서(16)가 연결되어 있으며 상기 보조열감지센서(16)는 발광유니트(2)의 인쇄회로기판(3)에 인접되게 부착되어 있어 발광유니트(2)의 온도를 감지하면서 발광유니트(2)가 설정온도 이상으로 가온되면 이를 보조열감지센서(16)가 감지하고 온도제어장치(14)에서 상기 열전소자판(9)이 작동되도록 하며 발광유니트(2)가 설정온도 이하로 냉각되면 이를 보조열감지센서(16)가 감지하고 온도제어장치(14)에서 상기 열전소자판(9)이 일시정지되거나 저전압상태에서 가동되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 고휘도 발광다이오드용 조명수단.
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