KR20100048320A - 엘이디 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 펠티에 효과에 의해 LED 패키지를 냉각시켜 고열에 의한 LED 램프의 파손을 방지하고, 상기 열전소자에서 생산되는 전력이 축전부에 축전하도록 하여 필요에 따라 상용전력과 상기 축전부에 축전된 전력을 상호 스위칭하며 전원공급원으로 사용될 수 있도록 함으로써 에너지를 절약하며, 방열판의 양측에 대전판을 구비하여 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 방열판의 냉각효율을 높일 수 있도록 함과 동시에 온도센서에 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자 및 상기 대전판에 전원공급을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 주변의 온도변화에 대응할 수 있도록 한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는, 전원을 공급하는 전원공급부와; 기판의 전면에 전원을 공급받아 발광하는 LED 램프가 설치된 LED 패키지와; 상기 LED 패키지의 온도를 감지하는 냉각면온도센서와; 전원을 공급받아 펠티에 효과에 의한 냉각면과 열면을 갖되, 상기 LED 패키지를 냉각시키도록 상기 냉각면이 상기 LED 패키지의 후면에 밀착되는 열전소자와; 상기 열전소자의 열면을 공냉시키도록 일면은 상기 열전소자의 열면에 밀착되고 타면에는 다수개의 방열핀이 구비된 방열판과; 상기 전원공급부에 연결되어 상기 LED 패키지에 전원을 인가하고 상기 냉각면온도센서에서 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자에 전원공급을 온오프하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
LED, 열전소자, 펠티에 효과, 방열판, 축전부, 코로나방전

Description

엘이디 조명 장치{LED LIGHT DEVICE}
본 발명은 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 펠티에 효과에 의해 LED 패키지를 냉각시켜 고열에 의한 LED 램프의 파손을 방지하고, 상기 열전소자에서 생산되는 전력이 축전부에 축전하도록 하여 필요에 따라 상용전력과 상기 축전부에 축전된 전력을 상호 스위칭하며 전원공급원으로 사용될 수 있도록 함으로써 에너지를 절약하며, 방열판의 양측에 대전판을 구비하여 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 방열판의 냉각효율을 높일 수 있도록 함과 동시에 온도센서에 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자 및 상기 대전판에 전원공급을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 주변의 온도변화에 대응할 수 있도록 한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 반도체 장치로서 전기에너지를 빛으로 변화하는 것으로, 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상(전기장 발광)을 이용한다.
상기 LED는 1923년 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯되었으며, 1923년에 비소화 갈륨 p-n 접합에서의 고발광 효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발하게 진행되어, 1960년대 말 이후에는 실용화되기에 이르렀다.
또한, 상기 LED는 에폭시 레진 엔클로져로 둘러싸인 매우 작은 칩을 사용하므로 소형화가 가능하고, LED 1개 기준으로 2 ~ 3.6V와 0.02 ~ 0.03A에서 작동 및 전력이 0.1W이하만 소비되는 절전형이고, 부품 손상이 적어 최대 100,000시간까지 사용 가능하고, 대부분의 에너지를 빛으로 전환하므로 높은 조명효율과 낮은 열을 발산사키는 장점이 있다.
하지만, LED를 사용하는 조명기구에서는 특히, 고용량 및 고조도로 갈수록 LED 램프의 발열량이 상당하여 과열로 인하여 상기 LED 램프가 파손되는 등의 문제점이 있었다.
상기의 LED 램프의 발열문제를 해결하기 위하여 종래기술로 상기 LED 램프를 냉각시키기 위하여 냉각팬 등의 송풍수단을 사용한 것이 있으나, 냉각팬의 회전에 따른 소음문제가 야기되었고, 내구성이 낮은 문제점이 있었으며, 냉각효율이 낮아 충분한 냉각을 위하여는 상기 송풍수단의 부피가 커져야 하는 문제점과 그에 따라 소비되는 전력 또한 커지게 되어 소비전력의 절감이라는 LED의 특징을 상쇄시켜 버리는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술로 프레온 가스를 냉매로 이용하여 상기 LED 램프를 냉각시키기도 하였으나 냉매를 순환시키기 위하여는 부피가 큰 콤프레서가 요구되고, 냉매로 사용되는 프레온 가스는 환경오염을 야기시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 LED 패키지의 발열문제를 해결하기 위한 냉각수단으로 열전소자를 사용함으로써 통상 26db의 소음으로 냉각을 위한 소음문제가 발생되지 않고, 또한 통상 20만시간 이상의 작동을 보장하므로 내구성이 좋으며, 콤팩트하여 소비전력이 적으면서도 급속냉각이 가능하여 냉각효율이 높고, 프레온 가스를 사용하지 않아 환경친화적이며, LED 패키지의 온도에 따라 상기 열전소자에 전원공급을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 LED 패키지의 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 엘이디 조명 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 열전소자의 열전발전에 의해 생산되는 전력을 축전하는 축전부를 구비하여, 전원공급절환스위칭부에 의하여 필요에 따라 AC전원부와 상기 축전부사이에서 전원공급원을 스위칭하여 정전시를 대비하고 비상전원이 요구되는 비상등 또는 유도등으로 활용할 수도 있으며 전체적으로 에너지를 절약할 수 있는 엘이디 조명 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방열판의 냉각효율을 높일 수 있도록 방열판의 양측에 한쌍의 대전판을 구비하고 상기 대전판 사이에서 발생되는 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 방열판의 방열핀 사이에 공기가 순환되도록 하고, 열전소자의 열면의 온도를 감지하여 상기 대전판에 전원공급을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 열전소자의 열면의 온도의 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 엘이디 조명 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는, 전원을 공급하는 전원공급부와; 기판의 전면에 전원을 공급받아 발광하는 LED 램프가 설치된 LED 패키지와; 상기 LED 패키지의 온도를 감지하는 냉각면온도센서와; 전원을 공급받아 펠티에 효과에 의한 냉각면과 열면을 갖되, 상기 LED 패키지를 냉각시키도록 상기 냉각면이 상기 LED 패키지의 후면에 밀착되는 열전소자와; 상기 열전소자의 열면을 공냉시키도록 일면은 상기 열전소자의 열면에 밀착되고 타면에는 다수개의 방열핀이 구비된 방열판과; 상기 전원공급부에 연결되어 상기 LED 패키지에 전원을 인가하고 상기 냉각면온도센서에서 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자에 전원공급을 온오프하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는, 상기 전원공급부는, 상용전력을 공급하는 AC전원부와, 상기 열전소자의 제베크 효과에 의한 열전발전에 의해 생산되는 전력을 축전하는 축전부와, 상기 AC전원부가 전원을 공급하도록 하되 상기 축전부에 축전한계용량만큼 전력이 축전된 경우 및 상기 AC전원부가 정전된 경우에는 상기 축전부가 전원을 공급하도록 하는 전원공급절환스위칭부가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는, 상기 열전소자의 열면의 온도를 감지하는 열면온도센서와; 전원의 공급에 따른 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 상기 방열판의 방열핀 사이에 공기가 순환되도록 하여 상기 방열판의 냉 각효율을 높일 수 있도록 상기 방열판의 양측에 구비되는 한쌍의 대전판을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 열면온도센서에서 감지되는 온도에 따라 상기 대전판에 전원공급을 온오프하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는 LED 패키지의 발열문제를 해결하기 위한 냉각수단으로 열전소자를 사용함으로써 통상 26db의 소음으로 냉각을 위한 소음문제가 발생되지 않고, 또한 통상 20만시간 이상의 작동을 보장하므로 내구성이 좋으며, 콤팩트하여 소비전력이 적으면서도 급속냉각이 가능하여 냉각효율이 높고, 프레온 가스를 사용하지 않아 환경친화적이며, LED 패키지의 온도에 따라 상기 열전소자에 전원공급을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 LED 패키지의 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는 열전소자의 열전발전에 의해 생산되는 전력을 축전하는 축전부를 구비하여, 전원공급절환스위칭부에 의하여 필요에 따라 AC전원부와 상기 축전부사이에서 전원공급원을 스위칭하여 정전시를 대비하고 비상전원이 요구되는 비상등 또는 유도등으로 활용할 수도 있으며 전체적으로 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치는 방열판의 양측에 한쌍의 대전판을 구비하고 상기 대전판 사이에서 발생되는 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 방열판의 방열핀 사이에 공기가 순환되도록 하여 방열판의 냉각효율을 높일 수 있는 효과가 있고, 열전소자의 열면의 온도를 감지하여 상기 대전판에 전원공급 을 온오프할 수 있는 제어부를 구비하여 열전소자의 열면의 온도의 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 엘이디 조명 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 측면도이다.
도면을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디 조명 장치는, 전원공급부(10)와, LED 패키지(20)와; 냉각면온도센서(30)와, 열전소자(40)와, 열면온도센서(50)와, 방열판(60)과, 대전판(70)과, 제어부(80)를 포함한다.
상기 전원공급부(10)는 상기 제어부(80)에 연결되어 상기 LED 패키지(20), 상기 열전소자(40) 및 상기 대전판(70)에 전원을 공급하는 역할을 하는 것으로 AC전원부(11)와, 축전부(12)와, 전원공급절환스위칭부(13)가 구비되어 있다.
상기 AC전원부(11)는 상용전력을 공급하는 전원공급원이고, 상기 축전부(12)는 상기 열전소자(40)의 제베크 효과에 의한 열전발전에 의해 생산되는 전력을 축전하여 축전된 전력을 공급하는 전원공급원이다.
상기 열전소자(40)의 제베크(Seebeck) 효과에 의한 열전발전에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 전원공급절환스위칭부(13)는 상기 AC전원부(11)가 전원을 공급하도록 하되, 상기 축전부(12)에 축전한계용량만큼 전력이 축전된 경우 및 상기 AC전원 부(11)가 정전된 경우에는 상기 축전부(12)가 전원을 공급하도록 한다.
상기와 같은 전원공급부(10)의 구성에 의하여 상기 AC전원부(11)의 정전시에도 전원을 공급할 수 있게 되고, 비상전원이 요구되는 비상등 또는 유도등으로 활용할 수 있게 되며, 상기 축전부(12)에 축전된 전력을 이용할 수 있게 됨으로써 그에 상응하는 만큼 상용전력의 낭비를 막아 에너지를 절약할 수 있게 되는 것이다.
상기 LED 패키지(20)는 기판(21)의 전면에 상기 제어부(80)에서 인가되는 전원을 공급받아 발광하는 LED 램프(22)가 설치되어 있다.
상기 기판(21)은 통상 PCB 기판을 사용하고, 고조도를 구현하기 위해서 상기 LED 램프(22)는 상기 기판(21)의 전면에 다수개가 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 LED 패키지(20)의 전면에는 상기 LED 램프(22)의 보호커버의 역할을 함과 동시에 상기 LED 램프(22)에서 발산되는 빛을 확산시킬 수 있도록 광확산렌즈(23)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 냉각면온도센서(30)는 상기 LED 패키지(20)의 온도를 감지하도록 구비된다.
한편, 상기 냉각면온도센서(30)에서 감지되는 온도에 따라 상기 제어부(80)에서는 상기 열전소자(40)에 전원공급을 온오프하도록 제어하게 된다.
즉, 상기 냉각면온도센서(30)에 소정 온도 이상이 감지되는 경우에만 상기 열전소자(40)에 전원을 공급하도록 하여 상기 열전소자(40)의 냉각면(41)이 상기 LED 패키지(20)를 냉각시키게 되는 것이다.
상기 열전소자(40)는 상기 전원공급부(10)에 연결된 상기 제어부(80)를 통해 전원을 공급받아 펠티에(Peltier) 효과에 의해 냉각면(41)과 열면(42)을 갖되, 상기 LED 패키지(20)를 냉각시키도록 상기 냉각면(41)이 상기 LED 패키지(20)의 후면에 밀착되도록 구비된다.
한편, 상기 열전소자(40)의 열면(42)에는 상기 방열판(60)이 밀착된다.
통상 열전소자(Thermoelectric module)는 n, p 타입 열전반도체(Thermolelectric semiconductor)를 전기적으로 직렬로 열적으로는 병렬로 되도록 π형으로 연결한 모듈의 형태로 사용되는데, 전원을 공급받으면 펠리에(Peltier) 효과에 의해서 모듈의 양면에 온도차가 발생되어 상기 냉각면(41)과 열면(42)을 갖게되고, 또 동시에 제베크(Seebeck) 효과에 의하여 열전발전이라는 발전현상이 일어나 전력이 생산되게 된다.
상기 열전소자(40)에서의 제베크 효과에 의한 열전발전은 온도차에 의해 도체가 자기적으로 분극을 일으킨 결과인데, 온도차에 의한 전압 즉, 열기전력(Themoelectromotive force)이 발생하여 폐회로 내에서 전류가 흐르기 때문에 일어나는 것이다.
보다 구체적으로 상기 열전소자(40)로 n 타입 열전반도체를 사용하는 경우에는 상기 냉각면(41)은 -로 대전되고, 상기 열면(42)은 +로 대전되며, 그로인해 상기 냉각면(41)과 상기 열면(42) 사이에 전위차가 발생되게 된다.
상기와 같은 열전소자(40)의 제베크 효과에 의한 열전발전으로 인하여 생산된 전력을 상기 축전부(12)에 축전할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 LED 패키지(20)를 냉각시키기 위한 냉각수단으로 상기 열전소 자(40)를 사용함으로써 통상 26db의 소음으로 냉각을 위한 소음문제가 발생되지 않고, 또한 통상 20만시간 이상의 작동을 보장하므로 내구성이 좋으며, 콤팩트하여 소비전력이 적으면서도 급속냉각이 가능하여 냉각효율이 높고, 프레온 가스를 사용하지 않아 환경친화적인 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 열면온도센서(50)는 상기 열전소자(40)의 열면(42)의 온도를 감지하도록 구비된다.
한편, 상기 열면온도센서(50)에서 감지되는 온도에 따라 상기 제어부(80)에서는 상기 대전판(70)에 전원공급을 온오프하도록 제어하게 된다.
즉, 상기 열면온도센서(50)에 소정 온도 이상이 감지되는 경우에만 상기 대전판(70)에 전원을 공급하도록 하여 상기 대전판(70) 사이에 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 상기 방열판(60)의 방열핀(61) 사이에 공기가 순환되도록 하여 상기 방열판(60)의 냉각효율을 높이게 되는 것이다.
상기 방열판(60)은 상기 열전소자(40)의 열면(42)을 공냉시키도록 일면은 상기 열전소자(40)의 열면(42)에 밀착되고, 타면에는 다수개의 방열핀(61)이 구비되게 된다.
즉, 상기 열전소자(40)의 열면(42)에 상기 방열판(60)의 일면이 접촉됨으로써 상기 방열판(60)의 일면에 상기 열전소자(40)의 열면(42)의 열이 전달되고, 이 열은 상기 방열판(60)의 타면에 구비된 다수개의 방열핀(61)으로 전달되며, 상기 방열핀(61)이 공기에 접촉되어 냉각됨으로써 결국 상기 열전소자(40)의 열면(42)을 냉각시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 방열핀(61)이 다수개로 핀형태로 구비되는 이유는 공기에 접촉되는 표면적을 최대한 넓게 함으로써 공냉효율을 높이기 위함이다.
상기 대전판(70)은 상기 전원공급부(10)에 연결된 상기 제어부(80)에서의 전원의 공급에 따라 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 상기 방열판(60)의 방열핀(61) 사이에 공기가 순환되도록 하여 상기 방열판(60)의 냉각효율을 높일 수 있도록 상기 방열판(60)의 양측에 한쌍으로 구비된다.
코로나방전(corona discharge)이란 전극 표면의 기체 입자가 이온화함에 따라서 생기는 진동 현상을 말하는데, 이러한 진동 현상에 의해 주변의 공기에 대류현상이 일어나게 되는 것이다.
상기 제어부(80)는 상기 전원공급부(10)에 연결되어 상기 LED 패키지(20)에 전원을 인가하고, 상기 냉각면온도센서(30)에서 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자(40)에 전원공급을 온오프하며, 상기 열면온도센서(50)에서 감지되는 온도에 따라 상기 대전판(70)에 전원공급을 온오프하도록 제어한다.
즉, 상기 제어부(80)는 상기 LED 패키지(20)의 LED 램프(22)가 발광할 수 있도록 상기 LED 패키지(20)에 전원을 공급하도록 하고, 상기 LED 패키지(20)의 온도 및 상기 열전소자(40)의 열면(42)의 온도가 소정 온도 이상인 경우에만 상기 열전소자(40) 및 상기 대전판(70)에 전원을 공급하도록 함으로써 결과적으로 냉각이 필요한 경우에만 에너지를 소비할 수 있게 되어 에너지를 절약할 수 있게 되는 것이다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 엘이디 조명 장치는 본 발명을 실시하기 위 한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 개념도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디 조명 장치의 측면도
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
10 전원공급부
11 AC전원부
12 축전부
13 전원공급절환스위칭부
20 LED 패키지
21 기판
22 LED 램프
30 냉각면온도센서
40 열전소자
41 냉각면
42 열면
50 열면온도센서
60 방열판
61 방열핀
70 대전판
80 제어부

Claims (3)

  1. 전원을 공급하는 전원공급부와;
    기판의 전면에 전원을 공급받아 발광하는 LED 램프가 설치된 LED 패키지와;
    상기 LED 패키지의 온도를 감지하는 냉각면온도센서와;
    전원을 공급받아 펠티에 효과에 의한 냉각면과 열면을 갖되, 상기 LED 패키지를 냉각시키도록 상기 냉각면이 상기 LED 패키지의 후면에 밀착되는 열전소자와;
    상기 열전소자의 열면을 공냉시키도록 일면은 상기 열전소자의 열면에 밀착되고 타면에는 다수개의 방열핀이 구비된 방열판과;
    상기 전원공급부에 연결되어 상기 LED 패키지에 전원을 인가하고 상기 냉각면온도센서에서 감지되는 온도에 따라 상기 열전소자에 전원공급을 온오프하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부는, 상용전력을 공급하는 AC전원부와, 상기 열전소자의 제베크 효과에 의한 열전발전에 의해 생산되는 전력을 축전하는 축전부와, 상기 AC전원부가 전원을 공급하도록 하되 상기 축전부에 축전한계용량만큼 전력이 축전된 경우 및 상기 AC전원부가 정전된 경우에는 상기 축전부가 전원을 공급하도록 하는 전원공급절환스위칭부가 구비된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전소자의 열면의 온도를 감지하는 열면온도센서와;
    전원의 공급에 따른 코로나방전에 의해 나타나는 대류현상에 의해 상기 방열판의 방열핀 사이에 공기가 순환되도록 하여 상기 방열판의 냉각효율을 높일 수 있도록 상기 방열판의 양측에 구비되는 한쌍의 대전판을 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 열면온도센서에서 감지되는 온도에 따라 상기 대전판에 전원공급을 온오프하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
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