KR20120046526A

KR20120046526A - 조명 장치

Info

Publication number: KR20120046526A
Application number: KR1020100108224A
Authority: KR
Inventors: 나윤환; 김현경; 김진종; 송병관; 지용근; 임선우
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-10

Abstract

본 발명의 실시형태에 따른 조명 장치는, 기판과, 상기 기판 상에 실장된 하나 이상의 발광소자를 포함하는 광원 모듈; 상기 발광소자가 실장된 상기 기판의 일면과 대향하는 타면과 마주하도록 배치되며, 표면에 복수의 분사홀을 구비하여 상기 광원 모듈로 공기를 분사하는 냉각 수단; 및 상기 광원 모듈에서 방출된 열에 의하여 전기 신호를 발생시키며, 상기 전기 신호를 제공하여 상기 냉각 수단을 구동시키는 열전발전부;를 포함할 수 있다.

Description

조명 장치{Illuminating Device}

본 발명은 발광소자를 광원으로 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.

발광소자(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.

이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있는 실정이다.

이러한 발광소자를 광원으로 사용하는 조명 장치의 경우 기존의 백열등이나 할로겐 램프에 비해 수명이 길다는 장점때문에 큰 호응을 얻고 있다. 그러나, 발광소자는 인가되는 전류 크기의 증가에 따라서 많은 열을 발생시키는데, 이러한 열은 발광효율의 저하와 수명을 단축시키는 문제를 발생시키고, 색온도 변화 등 신뢰성에 영향을 미친다.

따라서, 발광소자의 장점인 긴 수명을 유지하기 위해서는 열 방출을 극대화할 수 있는 조명 장치의 구조에 대한 연구가 필요하며, 보다 효율적인 방열을 위한 구조 개선 및 소형 경량화를 위해 많은 연구가 진행되고 있다.

고출력 및 고광량화에 따라 최근에는 냉각팬을 조명 장치에 채용하고 있는데 이러한 강제 냉각 방식의 경우 방열 성능은 우수하다는 장점이 있지만 냉각팬의 구동을 위해 출력이 증가하고, 소음과 슬림화 등에서 문제가 발생한다는 단점이 있다. 특히 부가적인 소비전력이 증가하여 파워 효율의 저하에 따른 전력 손실이 크다는 문제가 있다.

본 발명의 목적 중 하나는 구조가 간단하고, 열 방출 효율을 향상시켜 발광소자의 광출력을 증가시키며, 사용수명 등 신뢰성이 향상된 조명 장치를 제공하는데 있다.

또한, 냉각수단의 구동을 위해 부가적으로 소비전력을 소모하지 않아 파워 효율의 저하에 따른 전력 손실이 발생하지 않으면서도 강제 냉각 방식의 냉각 성능을 보유하는 조명 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시형태에 따른 조명 장치는, 기판과, 상기 기판 상에 실장된 하나 이상의 발광소자를 포함하는 광원 모듈; 상기 발광소자가 실장된 상기 기판의 일면과 대향하는 타면과 마주하도록 배치되며, 표면에 복수의 분사홀을 구비하여 상기 광원 모듈로 공기를 분사하는 냉각 수단; 및 상기 광원 모듈에서 방출된 열에 의하여 전기 신호를 발생시키며, 상기 전기 신호를 제공하여 상기 냉각 수단을 구동시키는 열전발전부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전발전부는 상기 기판의 하부면에 고정되며, 상기 발광소자와 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

또한, 상기 열전발전부는 상기 기판의 하부면에 상기 발광소자와 대응하는 위치에서 함몰형성되는 포켓 내에 삽입되어 고정될 수 있다.

또한, 상기 광원 모듈을 장착하도록 중심부에 전면을 향해 개방된 캐비티 및 상기 캐비티의 둘레를 따라서 관통형성되는 복수의 통풍공을 구비하는 방열판과, 상기 방열판의 후면으로 연장되어 상기 방열판의 테두리를 따라 방사상으로 구비되는 복수의 방열핀을 구비하는 하우징을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 방열핀은 각각 상기 복수의 통풍공 사이에 위치하도록 배치되어 상기 통풍공과 연통하는 통풍 유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 복수의 방열핀은 상기 캐비티의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로와 연통하는 배기공을 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각수단은 상기 방열핀의 단부와 접하여 고정되며, 상기 복수의 분사홀은 각각 상기 방열핀 사이에 위치하도록 배치되어 각각의 방열핀 사이로 공기를 분사할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 방사상으로 구비되는 상기 복수의 방열핀의 중심부에 상기 캐비티와 연통하는 수용홀을 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각수단은 상기 수용홀 내에 장착되어 고정되며, 상기 복수의 분사홀은 상기 광원 모듈의 기판을 향해 공기를 분사할 수 있다.

또한, 상기 기판의 타면에 구비되어 상기 냉각수단과 마주하도록 배치되며, 상기 냉각수단에서 분사되는 공기에 의해 상기 광원 모듈과 냉각수단 사이의 공간에서 와류를 형성하는 와류 발생부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생부는, 일면에 상기 광원 모듈이 장착되는 지지판과, 상기 지지판의 타면으로 돌출형성된 구비되는 복수의 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 방열핀은 상기 수용홀의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로와 연통하는 배기공을 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각수단은, 소정 크기의 내부공간을 구비하며, 상기 광원 모듈과 마주하는 표면에 상기 복수의 분사홀을 관통형성하여 구비하는 본체; 상기 본체 내에 구비되며, 상하 요동운동에 의해 발생하는 공기흐름을 상기 분사홀을 통해 상기 돌기로 분사하는 막(membrane) 구조물; 및 상기 열전발전부로부터 전류 인가시 상기 막 구조물이 상하 요동운동을 하도록 구동시키는 액츄에이터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 방열판의 캐비티 전면에 구비되는 커버부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 커버부는 각 발광소자의 위치에 대응하여 내측면에 렌즈 구조를 구비할 수 있다.

또한, 상기 커버부는 각 발광소자의 위치에 대응하여 상기 발광소자가 외부로 일부 노출될 수 있도록 삽입홀을 관통형성하여 구비할 수 있다.

또한, 상기 광원 모듈과 전기적으로 연결되어 외부로부터 전기 신호를 공급하는 전기연결부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 조명 장치 내에 구비되는 냉각수단을 통해 발광소자를 직접적으로 냉각시킬 수 있어 방열효율을 극대화할 수 있다. 따라서, 천장부 밀폐구조에 적용가능한 고출력 발광소자 조명 장치를 개발하는 것이 가능하다.

또한, 발광소자로부터 발생되는 열에너지를 전기에너지로 변환하여 냉각수단을 구동시키기 때문에 부가적인 소비전력을 소모하지 않아 파워 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 조명 장치에서 광원 모듈과 커버부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 조명 장치에서 하우징을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 조명 장치에서 냉각수단을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 냉각수단의 작동원리를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 냉각수단과 결합된 하우징에서의 공기흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 조명 장치에서 열전발전부와 냉각수단의 결합관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 열전발전부의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 7에서 열전발전부와 냉각수단의 작동 사이클을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에서 광원 모듈, 열전발전부 및 와류 발생부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 단면도이다.
도 13은 도 10의 조명 장치에서 냉각수단을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 냉각수단의 작동원리를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 15는 도 10의 조명 장치에서 냉각수단의 분사홀과 와류 발생부 사이의 배치관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 냉각수단과 결합된 하우징에서의 공기흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 조명 장치에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 조명 장치에서 광원 모듈과 커버부를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 조명 장치에서 하우징을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 조명 장치에서 냉각수단을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5는 도 4의 냉각수단의 작동원리를 개략적으로 설명하는 도면이고, 도 6은 냉각수단과 결합된 하우징에서의 공기흐름을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 도 1의 조명 장치에서 열전발전부와 냉각수단의 결합관계를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 열전발전부의 작동원리를 설명하는 도면이며, 도 9는 도 7에서 열전발전부와 냉각수단의 작동 사이클을 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치(1)는 광원 모듈(100), 냉각수단(200), 열전발전부(300)를 포함하며, 상기 광원 모듈(100), 냉각수단(200), 열전발전부(300)를 수용하는 하우징(400)과 전기연결부(500) 및 상기 광원 모듈을 보호하는 커버부(600)를 더 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 상기 광원 모듈(100)은 기판(110)과, 상기 기판 상에 실장된 하나 이상의 발광소자(120)를 포함한다. 상기 광원 모듈(100)의 광원으로 사용되는 상기 발광소자(120)는 외부에서 인가되는 전기 신호에 의해 소정 파장의 빛을 출사하는 반도체 소자의 일종으로 발광소자 칩 또는 발광소자 칩이 장착된 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.

상기 기판(110)은 인쇄회로기판(PCB)의 일종으로 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al₂O₃ 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 메탈 PCB의 일종인 MCPCB인 것이 바람직하다.

상기 발광소자(120)가 장착되는 상기 기판(110)에는 도 7에서 처럼 상기 발광소자(120)와 전기적으로 연결되는 회로층(111), 내전압 특성을 가진 절연층(112) 등이 구비될 수 있다.

상기 하우징(400)은 상기 광원 모듈(100)을 수용하여 지지하는 하우징으로서의 기능과, 상기 광원 모듈(100)에서 발생하는 열을 외부로 방출시키는 히트 싱크로서의 기능을 수행한다. 상기 하우징(400)은 Al과 같은 금속 재질로 형성되거나 방열수지와 같은 플라스틱 계열로 형성될 수 있다.

도 1 및 도 3에서와 같이, 상기 하우징(400)은 상기 광원 모듈(100)을 장착하도록 전면을 향해 개방된 캐비티(411)를 구비하는 방열판(410)과, 상기 방열판(410)의 후면으로 연장되어 상기 방열판(410)의 테두리를 따라 방사상으로 구비되는 복수의 방열핀(420)을 포함한다. 그리고, 상기 방열판(410)은 중심부에 구비되는 상기 캐비티(411)의 둘레를 따라서 관통형성되는 복수의 통풍공(412)을 구비하며, 상기 복수의 방열핀(420)은 상기 복수의 통풍공(412) 사이에 위치하도록 배치되어 상기 통풍공(412)과 연통하는 통풍 유로(422)를 형성한다.

따라서, 상기 방열핀(420)들 사이에 형성되는 상기 통풍 유로(422)를 따라 흐르는 공기(G)는 상기 통풍공(412)을 통해 외부로 방출됨으로써 상기 방열핀(420)을 냉각시키게 된다. 특히, 방사상으로 구비되는 통풍 유로(422)는 각각 통풍공(412)과 연통되어 가열된 공기(G)가 정체되지 않고 흐름을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 방열판(410)은 상기 캐비티(411)의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로(422)와 연통되는 배기공(413)을 구비한다. 즉, 상기 캐비티(411) 내에 수용되는 상기 광원 모듈(100)과 인접하여 상기 캐비티(411)의 내주면을 따라 상기 배기공(413)을 구비함으로써 상기 광원 모듈(100)에서 발생되는 열을 상기 캐비티(411)로부터 외부로 배기시킬 수 있다.

특히, 상기 배기공(413)은 각각 상기 통풍 유로(422)와 연결되어 있어 상기 광원 모듈(100)에서 발생한 열에 의해 가열된 공기(G)는 상기 캐비티(411) 내부에 적체되지 않고 상기 배기공(413)을 통해 상기 통풍 유로(422)로 방출될 수 있으며, 따라서 상기 캐비티(411) 내의 온도를 낮춰 상기 광원 모듈(100)을 냉각시키는 것이 가능하다.

상기 냉각수단(200)은 상기 발광소자(120)가 실장된 상기 기판(110)의 일면과 대향하는 타면과 마주하도록 배치되며, 표면에 복수의 분사홀(211)을 구비하여 상기 광원 모듈(100)로 공기(G)를 분사한다. 즉, 강제적으로 공기 흐름을 발생시켜 상기 광원 모듈(100)을 냉각시킨다. 이때, 상기 분사홀(211)을 통해 분사되는 공기(G)는 마이크로 에어 젯(micro air jet) 형태로 분사될 수 있다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 상기 냉각수단(200)은 소정 크기의 내부공간을 구비하는 본체(210), 상기 본체(210) 내에 구비되는 막(membrane) 구조물(220), 상기 막 구조물(220)을 구동시키는 액츄에이터(230)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 본체(210)는 방사상으로 배치되는 상기 방열핀(420)의 후방 단부와 접하도록 전체적으로 원반형태의 구조를 가지며, 상기 방열핀(420)들에 의해 그려지는 가상 원의 외주면과 대응되는 크기로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않고 다각형과 같은 다른 형태의 구조로 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 상기 방열핀(420)과 마주하는 상기 본체(210)의 표면에는 상기 복수의 분사홀(211)을 관통형성하여 구비한다. 이 경우 상기 복수의 분사홀(211)은 상기 본체(210) 표면의 테두리를 따라 구비되며, 각각 상기 복수의 방열핀(420) 사이에 위치하도록 배치되어 각각의 방열핀(420) 사이로 공기(G)를 분사할 수 있도록 한다.

상기 막 구조물(220)은 상기 본체(210) 내에 구비되어 상하 혹은 좌우 요동운동을 통해 공기흐름을 발생시키고, 이를 상기 분사홀(211)을 통해 상기 방열핀(420)으로 분사한다. 이러한 막 구조물(220)은 러버(rubber)와 같이 탄성력을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 액츄에이터(230)는 전기 신호 인가시 상기 막 구조물(220)이 상하(혹은 좌우) 요동운동을 하도록 구동시키는 구동원의 일종이며, 스테핑 모터(stepping motor) 또는 압전 모터(piezoelectric motor) 등이 사용될 수 있다. 이러한 액츄에이터(230)는 상기 막 구조물(220)과 함께 본체(210) 내에 구비될 수 있으며, 또는 상기 본체(210) 외부에 구비될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 냉각수단(200)은 도 6에서와 같이 방열핀(420) 사이의 통풍 유로(422)로 강제 분사되는 공기흐름을 통해 소용돌이에 의한 후류 효과(wake effect)를 촉진시켜 방열핀(420)의 표면에서 열전달을 향상시킴으로써 방열핀(420)의 냉각 효과를 극대화시키는 것이 가능하다. 또한, 이러한 통풍 유로(422)를 따라 흐르는 강제 유동에 의해 캐비티(411) 내부와 외부의 압력차에 의해 발생된 유동장에 따라 캐비티(411) 내에 정체된 열을 외부로 방출시킴으로써 보다 효과적인 방열이 가능하다.

상기 열전발전부(Thermoelectric Generator, TEG)(300)는 상기 광원 모듈(100)에서 발생되는 열에 의해 발전되고, 발전된 전류를 전기적으로 연결된 상기 냉각수단(200)으로 공급하여 상기 냉각수단(200)을 구동시킨다. 상기 열전발전부(300)는 제베크 효과(Seebeck Effect)의 원리를 이용하여 전기를 발전시키는 것으로, 광원 모듈(100)에서 발생한 열에너지를 전기 에너지로 전환시켜 그 발전된 전기를 사용하여 냉각수단(200)을 구동시키는 것이다. 구체적으로, 도 8에서와 같이 n형 및 p형 반도체의 양끝을 전기전도체로 연결하여 폐회로를 구성하고, 양단에 온도차를 주면 두 접점 사이에 전위차(열기전력)가 발생하여 그 회로에 전류가 흐르게 된다. 그리고, 상기 발생된 전류를 통해 상기 냉각수단(200)을 구동시키는 것이다. 도 9에서 처럼 상기 열전발전부(300)에 의해 상기 냉각수단(200)을 구동할 수 있는 전력이 생산되면 상기 냉각수단(200)이 구동되어 상기 광원 모듈(100)을 냉각시키게 되며, 광원 모듈(100)의 온도가 일정 온도 이하로 떨어져 상기 열전발전부(300)로부터 생산되는 전력이 충분하지 않게 되면 상기 냉각수단(200)은 구동을 멈추게 된다. 이에 따라 다시 광원 모듈(100)의 온도가 상승하고, 그 발열에 의해 상기 열전발전부(300)가 다시 전력을 생산하게 되면 상기 냉각수단(200)이 다시 구동하여 상기 광원 모듈(100)을 냉각시키게 된다. 이러한 과정은 조명 장치(1)를 구동하는 시간 동안 반복하여 진행되며, 광원 모듈 및 조명 장치가 과열되는 것을 방지한다.

이와 같이, 광원 모듈(100)에서 방출되는 폐열을 통해 전기를 발전시켜 냉각수단(200)을 구동시킴으로써 종래와 같이 냉각수단(200)을 구동시키기 위한 별도의 소비전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 조명 장치(1)의 파워 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

상기 열전발전부(300)는 도 7에서 처럼 상기 기판(110)의 하부면에 고정되며, 상기 발광소자(120)와 대응하는 위치에 각각 배치된다. 구체적으로, 상기 열전발전부(300)는 상기 기판(110)의 하부면에 상기 발광소자(120)와 대응하는 위치에서 함몰형성되는 포켓(113) 내에 각각 삽입되어 고정되는 구조로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 열전발전부(300)는 회로배선(310)을 통해 서로 상기 냉각수단(200)과 전기적으로 연결된다.

상기 전기연결부(500)는 케이스(510)의 내부에 구비되는 전원공급장치(SMPS)(520) 등을 통해 외부로부터 상기 광원 모듈(100)로 전기 신호를 공급한다. 상기 케이스(510)는 상기 방열핀(420)의 후방에 구비되는 상기 냉각수단(200)을 덮어 보호하도록 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 케이스(510)의 외측면과 상기 방열핀(420)의 외측면은 접합면을 따라 서로 연속하여 연결되는 구조로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 커버부(600)는 상기 광원 모듈(100)을 보호하도록 상기 방열판(410)의 캐비티(411) 전면에 장착된다. 이러한 커버 부재(600)는 PC, 플라스틱, 실리카, 아크릴, 유리 등의 소재로 형성될 수 있으며, 광투과성을 위해 투명하게 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다. 특히, 상기 커버부(600)는 도 2에서처럼 각 발광소자(120)의 위치에 대응하여 상기 발광소자(120)가 외부로 일부 노출될 수 있도록 삽입홀(610)을 관통형성하여 구비한다. 상기 삽입홀(610)은 상기 각 발광소자 패키지(120)의 직상부에 위치하며, 상기 발광소자 패키지(120)의 상부가 일부 삽입되어 외부로 돌출되어 노출될 수 있도록 한다.

한편, 도 10 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10에서 광원 모듈, 열전발전부 및 와류 발생부를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 12는 도 11의 단면도이고, 도 13은 도 10의 조명 장치에서 냉각수단을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 14는 도 13의 냉각수단의 작동원리를 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 15는 도 10의 조명 장치에서 냉각수단의 분사홀과 와류 발생부 사이의 배치관계를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 16은 냉각수단과 결합된 하우징에서의 공기흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 10의 실시예에 따른 조명 장치의 경우, 도 1의 실시예와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 냉각수단(200)과 관련하여 하우징(400) 내에 매립되는 구조로 배치되는 점과, 광원 모듈(100)과 냉각수단(200) 사이에 와류 발생부(700)를 구비하는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 차이가 있기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 하우징(400) 및 냉각수단(200)과 와류 발생부(700)에 관한 구성을 위주로 설명한다.

도면에서와 같이, 상기 하우징(400)은 방열판(410)과 방열핀(420)을 포함하여 구성되는 것으로 기본적인 구조는 도 1의 실시예와 실질적으로 동일하며, 상기 복수의 방열핀(420)은 상기 방열판(410)의 후면에 방사상으로 구비됨으로써 중심부에 상기 캐비티(411)와 연통하는 수용홀(421)을 형성한다. 따라서, 상기 하우징(400)은 상기 방열판(410)의 중심부에 구비되는 캐비티(411)와 상기 방열핀(420)의 중심부에 구비되는 수용홀(421)이 서로 연통함으로써 전체적으로 중심부가 관통된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 수용홀(421) 내에는 상기 냉각수단(200)이 장착된다.

상기 복수의 방열핀(420)은 상기 수용홀(421)의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로(422)와 연통되는 배기공(423)을 구비한다. 즉, 상기 기판(110)과 상기 냉각수단(200) 사이의 공간과 상기 통풍 유로(422)를 서로 연통하는 상기 배기공(423)을 상기 수용홀(421)의 내주면을 따라 구비함으로써 상기 기판(110)으로 전도된 열에 의해 가열된 공기(G)가 외부로 배기될 수 있도록 한다. 구체적으로, 상기 냉각수단(200)을 통해 분사된 공기(G)는 상기 기판(110)과 상기 냉각수단(200) 사이의 공간에서 가열되고, 이렇게 가열된 공기(G)는 상기 배기공(423)을 통해 방열핀(420) 사이의 통풍 유로(422)로 방출됨으로써 상기 광원 모듈(100)을 냉각시키는 것이다.

상기 와류 발생부(700)는 상기 기판(110)의 타면에 구비되어 상기 냉각수단(200)과 마주하도록 배치되며, 상기 냉각수단(200)에서 분사되는 공기(G)에 의해 상기 광원 모듈(100)과 상기 냉각수단(200) 사이의 공간에서 와류를 형성한다. 이 경우, 상기 열전발전부(300)는 상기 기판(110)의 타면, 즉 후면에 형성된 포켓(113) 내에 삽입되어 외부로 돌출되지 않는 구조로 구비되는 것이 바람직하다.

도면에서와 같이, 상기 와류 발생부(700)는 일면에 상기 광원 모듈(100)이 장착되는 지지판(710)과, 상기 지지판(710)의 타면에 구비되는 복수의 돌기(720)를 포함할 수 있다. 상기 지지판(710)은 상기 광원 모듈(100)의 장착을 위해 상기 기판(110)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 열전도율이 우수한 금속 재질, 바람직하게는 Al 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 기판(110)과 지지판(710) 사이에는 열저항을 최소화시키기 위해 방열패드, 상변화 물질, 또는 방열 테이프 등의 열계면 물질(Thermal Interface Material, TIM)(미도시)을 사용하여 결합시킬 수 있다. 그리고, 상기 돌기(720)는 복수개가 상기 지지판(710)의 표면으로부터 돌출 형성되어 상기 지지판의 표면 전체에 걸쳐 구비될 수 있다. 도면에서는 상기 돌기(720)가 사각형 기둥의 형태로 형성되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 원기둥, 사다리꼴, 원추형 등과 같이 다른 형태의 구조로도 다양하게 형성될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 와류 발생부(700)는 상기 지지판(710)이 생략된 상기 돌기(720)만으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 돌기(720)는 상기 광원 모듈(100)의 기판(110)으로부터 직접 돌출형성되는 구조로 구비될 수 있다.

이러한 와류 발생부(700)는 상기 냉각수단(200)을 통해서 분사되는 공기(G)에 의해 상기 기판(110) 또는 지지판(710)의 표면 부근에 와류가 발생하도록 하여 난류를 촉진시켜 공기(G)로의 열전달을 향상시키는 효과를 가져온다.

상기 냉각수단(200)은 상기 하우징(400)의 수용홀(421) 내에 매립되어 상기 발광소자(120)가 실장된 상기 기판(110)의 일면과 대향하는 타면 및 상기 와류 발생부(700)와 마주하도록 배치되며, 표면에 복수의 분사홀(211)을 구비하여 상기 기판(110) 및 와류 발생부(700)로 공기(G)를 분사한다.

도 13 및 도 14에서와 같이, 상기 냉각수단(200)은 소정 크기의 내부공간을 구비하는 본체(210), 상기 본체(210) 내에 구비되는 막(membrane) 구조물(220), 상기 막 구조물(220)을 구동시키는 액츄에이터(230)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 본체(210)는 상기 광원 모듈(100)의 기판(110) 또는 상기 지지판(710)의 구조와 대응하도록 전체적으로 원반형태의 구조를 가지는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 다각형과 같은 다른 형태의 구조로 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 상기 와류 발생부(700)와 마주하는 상기 본체(210)의 표면에는 상기 복수의 분사홀(211)을 관통형성하여 구비한다.

이 경우, 상기 복수의 분사홀(211)은 상기 와류 발생부(700)의 돌기 구조에 대응하여 그 형성위치가 조정될 수 있다. 즉, 도 15에서 처럼 상기 냉각수단(200)은 상기 지지판(710)과의 사이의 공간에서 와류가 발생하도록 상기 복수의 분사홀(211)이 상기 복수의 돌기(720) 사이에 위치하도록 배치하여 각각의 돌기(720) 사이로 공기(G)를 분사할 수 있다. 또는, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 복수의 돌기(720)와 대응하는 위치에 상기 복수의 분사홀(211)을 배치하여 각각의 돌기(720)로 공기(G)를 분사함으로써 직접 상기 돌기(720)를 냉각시키는 것도 가능하다.

상기 막 구조물(220)은 상기 본체(210) 내에 구비되어 상하 혹은 좌우 요동운동을 통해 공기흐름을 발생시키고, 이를 상기 분사홀(211)을 통해 상기 와류 발생부(700)로 분사하도록 한다. 이러한 막 구조물(220)은 러버(rubber)와 같이 탄성력을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 냉각수단(200)은 도 16에서와 같이 와류 발생부(700)로 강제 분사되는 공기흐름을 통해 소용돌이에 의한 후류 효과(wake effect)를 촉진시켜 기판(110) 또는 지지판(710)의 표면에서 열전달을 향상시킴으로써 광원 모듈(100)의 냉각 효과를 극대화시키는 것이 가능하다.

상기 전기연결부(500)는 케이스(510)의 내부에 구비되는 전원공급장치(SMPS)(520) 등을 통해 외부로부터 상기 광원 모듈(100)로 전기 신호를 공급한다. 상기 케이스(510)는 상기 방열핀(420)의 수용홀(421) 내에 장착되어 후방으로 노출되는 상기 전원공급장치(520)를 덮어 보호하도록 구비될 수 있다.

상기 커버부(600)는 상기 광원 모듈(100)을 보호하도록 상기 방열판(410)의 캐비티(411) 전면에 장착된다. 이러한 커버 부재(600)는 PC, 플라스틱, 실리카, 아크릴, 유리 등의 소재로 형성될 수 있으며, 광투과성을 위해 투명하게 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

특히, 상기 커버부(600)는 도 16에서처럼 각 발광소자(120)의 위치에 대응하여 내측면에 렌즈 구조(620)를 구비할 수 있다. 상기 렌즈 구조(620)는 상기 각 발광소자(120)의 직상부에 위치하며, 상기 발광소자(120)에서 출사되는 빛의 지향각을 조절할 수 있도록 한다.

100... 광원 모듈 110... 기판
120... 발광소자 113... 포켓
200... 냉각수단 300... 열전발전부
400... 하우징 500... 전기연결부
600... 커버부 700... 와류 발생부

Claims

기판과, 상기 기판 상에 실장된 하나 이상의 발광소자를 포함하는 광원 모듈;
상기 발광소자가 실장된 상기 기판의 일면과 대향하는 타면과 마주하도록 배치되며, 표면에 복수의 분사홀을 구비하여 상기 광원 모듈로 공기를 분사하는 냉각 수단; 및
상기 광원 모듈에서 방출된 열에 의하여 전기 신호를 발생시키며, 상기 전기 신호를 제공하여 상기 냉각 수단을 구동시키는 열전발전부;
를 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 열전발전부는 상기 기판의 하부면에 고정되며, 상기 발광소자와 대응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열전발전부는 상기 기판의 하부면에 상기 발광소자와 대응하는 위치에서 함몰형성되는 포켓 내에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원 모듈을 장착하도록 중심부에 전면을 향해 개방된 캐비티 및 상기 캐비티의 둘레를 따라서 관통형성되는 복수의 통풍공을 구비하는 방열판과, 상기 방열판의 후면으로 연장되어 상기 방열판의 테두리를 따라 방사상으로 구비되는 복수의 방열핀을 구비하는 하우징을 더 포함하는 조명 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 각각 상기 복수의 통풍공 사이에 위치하도록 배치되어 상기 통풍공과 연통하는 통풍 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 상기 캐비티의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로와 연통하는 배기공을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제4항에 있어서,
상기 냉각수단은 상기 방열핀의 단부와 접하여 고정되며, 상기 복수의 분사홀은 각각 상기 방열핀 사이에 위치하도록 배치되어 각각의 방열핀 사이로 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제4항에 있어서,
상기 하우징은 방사상으로 구비되는 상기 복수의 방열핀의 중심부에 상기 캐비티와 연통하는 수용홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제8항에 있어서,
상기 냉각수단은 상기 수용홀 내에 장착되어 고정되며, 상기 복수의 분사홀은 상기 광원 모듈의 기판을 향해 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제9항에 있어서,
상기 기판의 타면에 구비되어 상기 냉각수단과 마주하도록 배치되며, 상기 냉각수단에서 분사되는 공기에 의해 상기 광원 모듈과 냉각수단 사이의 공간에서 와류를 형성하는 와류 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제10항에 있어서,
상기 와류 발생부는, 일면에 상기 광원 모듈이 장착되는 지지판과, 상기 지지판의 타면으로 돌출형성된 복수의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제8항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 상기 수용홀의 내주면을 따라 복수개 구비되어 각각 상기 통풍 유로와 연통하는 배기공을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 또는 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각수단은,
소정 크기의 내부공간을 구비하며, 상기 광원 모듈과 마주하는 표면에 상기 복수의 분사홀을 관통형성하여 구비하는 본체;
상기 본체 내에 구비되며, 상하 요동운동에 의해 발생하는 공기흐름을 상기 분사홀을 통해 상기 돌기로 분사하는 막(membrane) 구조물; 및
상기 열전발전부로부터 전류 인가시 상기 막 구조물이 상하 요동운동을 하도록 구동시키는 액츄에이터;
를 포함하는 조명 장치.
제4항에 있어서,
상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 방열판의 캐비티 전면에 구비되는 커버부를 더 포함하는 조명 장치.
제14항에 있어서,
상기 커버부는 각 발광소자의 위치에 대응하여 내측면에 렌즈 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제14항에 있어서,
상기 커버부는 각 발광소자의 위치에 대응하여 상기 발광소자가 외부로 일부 노출될 수 있도록 삽입홀을 관통형성하여 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원 모듈과 전기적으로 연결되어 외부로부터 전기 신호를 공급하는 전기연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.