KR20100004498A - Ｌｅｄ를 이용한 등기구용 방열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, LED를 이용한 등기구용 방열장치가 개시된다. 개시된 LED를 이용한 등기구용 방열장치는, LED 모듈을 포함한 등기구로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 것으로서, LED 모듈의 후방에 설치되어 LED 모듈로부터 발생한 열을 전달 받는 히트싱크; 그 냉각부가 히트싱크의 후방에 설치되어 펠티어 효과에 의해 히트싱크를 냉각시키는 열전소자; 및 LED 모듈 및 열전소자에 동시 연결되어 전원공급을 제어하는 전원 드라이버를 구비한다.
이와 같은 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 의하면, LED 모듈 및 열전소자와 전원 드라이버의 전기적 연결을 직렬 또는 병렬 방식으로 일체화함으로써, 구조가 단순해짐에 따라 제품의 원가를 줄일 수 있으며, LED 모듈의 전력 소모로 인해 발생하는 열과 비례하여 자동으로 열전소자의 냉각효율이 제어됨으로 별도의 전력제어를 하지 않고도 딱 필요한 만큼의 열방출 효과를 기대할 수 있다. 또한 열전소자와 LED 모듈 사이에 히트싱크를 부착함으로써, 열전소자의 동작 불능상황이나 열폭주에 따른 이상 동작 발생시에 LED 모듈을 보호함과 동시에, 과다 냉각으로 인한 성에나 수분응결로 인한 LED 모듈의 파손을 방지할 수 있다.
LED, 등기구, 방열, 열전소자

Description

ＬＥＤ를 이용한 등기구용 방열장치{Heat-discharging apparatus for illuminator using LED}
본 발명은 등기구용 방열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 전조등, 실내 조명등, 외관 조명등과 같은 등기구들 중에서 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 이용하는 등기구의 방열장치로서, 특히 LED 모듈로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 방열장치에 관한 것이다.
LED는 반도체라는 특성으로 인해 처리속도, 전력소모, 수명 등에 있어서 큰 장점을 보여주기 때문에 각종 전자제품의 표시부품으로서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 높은 휘도를 갖는 제품들이 개발되면서 첨단 조명용 광원으로 각광받고 있다. 즉, LED 모듈을 이용한 램프는 기존 전구에 비해 낮은 전력 소비량으로 인해 효율적인 광원이 될 수 있으며, 특히 LED 소자 자체가 다양한 색구현이 가능하기 때문에 다양한 분야에 응용이 가능할 뿐만 아니라, 그 내구성이 뛰어나 교체비용과 같은 유지비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 추세에 따라 최근 LED 모듈을 이용한 등기구에 대한 연구가 활발히 수행중에 있으며, 특히 최근에는 실내조명을 위한 등기구 뿐만 아니라, 실외에 설 치되는 가로등과 같은 외관 조명등 및 기존에 할로겐 램프 또는 HID(High Intensity Discharge) 램프가 사용되던 차량용 전조등 분야에서도 LED 모듈을 이용한 전조등이 적용되고 있으며, 그 연구도 활발히 진행되고 있다.
그런데, 위와 같은 고광도 LED 램프는 점등시 매우 높은 열이 발생하기 때문에 고열의 발열온도로 인하여 이를 적용 및 설계하는 데 많은 어려움이 있으며, 적절한 방열이 이루어지지 않게 되면 LED 램프의 효율 및 내구성이 급격히 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 LED 램프의 방열문제를 해결하기 위한 일례로서, 도 1에는 종래 LED를 이용한 등기구(여기서는 차량용 전조등)용 방열장치의 개념도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 종래 등기구용 방열장치는, LED 모듈(10), 이 LED 모듈(10)로부터 발생된 열을 전달받아 집열기(30)로 전달하는 히트싱크(20), 상기 집열기에 집열된 열을 히트파이프(40)를 통해 전달받는 열중계기(50), 이 열중계기의 후방에 설치되는 최종 히트싱크(60), 상기 열중계기(50)와 최종 히트싱크 사이에 설치되는 열전소자(미도시)를 구비한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 등기구용 방열장치에 따르면, 열방출을 하기 위해 열전소자와 발열부를 단순히 접합한 구조로서, 열전소자에 지나친 전류가 흘러 과냉각이 될 경우, 성에나 물기가 맺혀 쇼트가 발생함으로써 LED 모듈이 파손되는 등의 문제점을 가지고 있다.
또한 전기적 고장으로 열전소자가 동작하지 않거나 전류의 과급으로 인한 열폭주로 인하여 발생하는 급격한 온도상승으로 인해 냉각을 필요로 하는 LED 모듈이 나 IC에 손상을 초래하는 경우가 발생하고 있으며, 열전소자에 필요 이상의 전류가 인가되어 불필요한 전력의 손실도 발생할 수 있다.
더욱이 상기한 바와 같은 문제점를 해결하기 위해서는 별도로 열전소자의 전류를 제어하기 위해 복잡한 회로와 배선이 추가적으로 필요하게 된다는 한계를 갖는다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 간단한 구조를 채용하여 설계 자유도 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 고효율의 열방출 효과를 갖는 LED를 이용한 등기구용 방열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 LED를 이용한 등기구용 방열장치는 LED 모듈을 포함한 등기구로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 것으로서, 상기 LED 모듈의 후방에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 발생한 열을 전달 받는 히트싱크; 그 냉각부가 상기 히트싱크의 후방에 설치되어 펠티어 효과에 의해 상기 히트싱크를 냉각시키는 열전소자; 및 상기 LED 모듈 및 열전소자에 동시 연결되어 전원공급을 제어하는 전원 드라이버를 구비한다.
여기서 상기 방열장치는 상기 열전소자의 후방에 설치되어 상기 열전소자의 발열부로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출하는 후방 히트싱크를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버는 병렬 연결될 수 있다.
대안적으로, 상기 LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버는 직렬 연결될 수도 있다.
본 발명에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 의하면, LED 모듈 및 열전소자와 전원 드라이버의 전기적 연결을 직렬 또는 병렬 방식으로 일체화함으로써, 구조가 단순해짐에 따라 제품의 원가를 줄일 수 있으며, LED 모듈의 전력 소모로 인해 발생하는 열과 비례하여 자동으로 열전소자의 냉각효율이 제어됨으로 별도의 전력제어를 하지 않고도 딱 필요한 만큼의 열방출 효과를 기대할 수 있다.
또한 열전소자와 LED 모듈 사이에 히트싱크를 부착함으로써, 열전소자의 동작 불능상황이나 열폭주에 따른 이상 동작 발생시에 LED 모듈을 보호함과 동시에, 과다 냉각으로 인한 성에나 수분응결로 인한 LED 모듈의 파손을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치를 나타낸 구조도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 있어서 LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버의 병렬연결을 나타낸 개념도이며, 도 4는 도 2에 나타낸 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 있어서 LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버의 직렬연결을 나타낸 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치(100)는 LED 모듈(10)을 포함한 등기구로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 것이다. 상기 등기구로는, 차량용 전조등, 실내 조명등, 실외에 설치되는 가로등과 같은 외관 조명등이 포함되며, 이외에도 LED 모듈을 이용하여 구현되는 다양한 종류의 모든 등기구에 적용될 수 있다. 그리고 상기 LED 모듈(10)은 LED 램프(11)와, 메탈 회로기판(12)을 포함한다.
상기 방열장치(100,200)는, 히트싱크(110)와, 열전소자(120)와, 전원 드라이버(130)를 구비한다.
상기 히트싱크(110)는 LED 모듈(10)의 후방에 설치되어 LED 모듈(10)로부터 발생한 열을 전달 받아 외부로 방출하고, 그 일부는 후술할 열전소자(120)의 냉각 부(121)로 전달한다. 이러한 히트싱크(110)는 방열면적을 증대하기 위하여 다양한 형상이 가능하나, 여기서는 그 자세한 설명을 생략하도록 한다.
상기 열전소자(120), 그 냉각부(121)가 상기 히트싱크(110)의 후방에 설치되어 펠티어 효과에 의해 상기 히트싱크(110)를 냉각시키다. 여기서 펠티어 효과란 두개의 서로 다른 금속을 붙여 놓고 전기를 가하면, 두 금속사이에 에너지 흐름의 불연속 현상이 발생하여 결과적으로 기전력이 발생하며, 이 기전력에 의해 한쪽 금속(냉각부;121)은 차가운 상태가 되고 다른 한쪽 금속(발열부;122)은 차가워진 금속이 열을 빼앗긴 만큼 열을 발생시키는 현상을 말한다.
상기 전원 드라이버(130)는 LED 모듈(10) 및 열전소자(120)에 동시 연결되어 전원공급을 제어한다. 여기서 상기 LED 모듈(10), 열전소자(120) 및 전원 드라이버(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이 병렬 연결될 수 있다. 다만 대안으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 LED 모듈(10), 열전소자(120) 및 전원 드라이버(130)는 직렬로 연결될 수도 있다.
상기 방열장치(100,200)는, 열방출 효율을 증대시키기 위하여 열전소자(120)의 후방에 설치되어 열전소자(120)의 발열부(122)로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출하는 후방 히트싱크(140)를 더 구비할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 LED 모듈(10)을 구동할 때 발생하는 열을 방출하기 위하여 열전소자(120)를 사용하는 것으로서, LED 모듈(10), 열전소자(120) 및 전원 드라이버(130)를 직렬 또는 병렬로 동시에 연결하는 구조를 채택한다. 따라서 단일의 전원 드라이버(130)에서 LED 모듈(10)과 열전소자(120)의 전류와 전압을 동시에 공급하고 제어하게 되어 필요 없는 전력의 낭비를 막을 수 있게 된다. 특히, LED 모듈(10)에서 소모되는 전력에 비례하는 딱 필요한 만큼의 냉각효과를 얻을 수 있기 때문에 최적의 방열 및 냉각구조를 가질 수 있게 된다.
좀 더 부연 설명하면, 열전소자(120)는 인가된 전압과 전류량에 비례하여 열전도량이 발생하므로 LED 모듈(10)의 구동전류와 전압에 비례한 이상적이며 효과적인 열방출 설계가 가능하게 된다. 더욱이 최근 열전소자의 생산기술에서는 1.9V정도의 저전압에서도 열전소자(120)의 구동이 가능하고, 그 효율도 4 ~ 5W급의 냉각이 가능한 수준에 다다르고 있다. 따라서 다양한 전압에서의 효율적인 설계가 가능하다.
또한 LED 모듈(10)이나 IC와 같은 열원과 열전소자 사이에 적절한 용량의 히트싱크(110)를 배치함으로서, 열전소자(120)의 동작 불능상황이나 열폭주에 따른 이상 동작시에도 LED 모듈(10)을 보호하도록 함은 물론, 성에나 수분응결로 인한 LED 모듈(10)의 파손을 방지하는 효과를 가지고 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 LED를 이용한 등기구용 방열장치의 일례 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED를 이용한 등기구용 방열장치를 나타낸 구조도,
도 3은 도 2에 나타낸 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 있어서, LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버의 병렬연결을 나타낸 개념도,
도 4는 도 2에 나타낸 LED를 이용한 등기구용 방열장치에 있어서, LED 모듈, 열전소자 및 전원 드라이버의 직렬연결을 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...LED 모듈 100,200...방열장치
110...히트싱크 120...열전소자
121...냉각부 122...발열부
130...전원 드라이버 140...후방 히트싱크

Claims (4)

  1. LED 모듈(10)을 포함한 등기구로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 방열장치(100,200)로서,
    상기 LED 모듈(10)의 후방에 설치되어 상기 LED 모듈(10)로부터 발생한 열을 전달 받는 히트싱크(110);
    그 냉각부(121)가 상기 히트싱크(110)의 후방에 설치되어 펠티어 효과에 의해 상기 히트싱크(110)를 냉각시키는 열전소자(120); 및
    상기 LED 모듈(10) 및 열전소자(120)에 동시 연결되어 전원공급을 제어하는 전원 드라이버(130)를 구비하는 LED를 이용한 등기구용 방열장치.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 열전소자(120)의 후방에 설치되어 상기 열전소자(120)의 발열부(122)로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출하는 후방 히트싱크(140)를 더 구비하는 LED를 이용한 등기구용 방열장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 모듈(10), 열전소자(120) 및 전원 드라이버(130)는 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 등기구용 방열장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 모듈(10), 열전소자(120) 및 전원 드라이버(130)는 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 등기구용 방열장치.
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