KR20140006930A - Led 전구 내에서의 수동 대류를 위한 액체의 전방향성 채널링 - Google Patents

Led 전구 내에서의 수동 대류를 위한 액체의 전방향성 채널링 Download PDF

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Abstract

LED 전구는 기부, 기부에 연결된 외피, 및 외피 내에 유지되는 열 전도성 액체를 갖는다. LED 전구는 외피 내에 배치된 LED 장착 표면 상에 장착된 복수의 LED를 갖는다. LED 장착 표면들은 상이한 방사상 방향으로 향하고, LED 장착 표면은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때, 열을 LED로부터 외피로 전달하기 위해 LED 전구 내에서의 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성된다. 제1 배향에서, 외피는 기부 위에 수직으로 배치된다. 제2 배향에서, 외피는 기부와 동일한 수평 평면 상에 배치된다. 제3 배향에서, 외피는 기부 아래에 수직으로 배치된다.

Description

LED 전구 내에서의 수동 대류를 위한 액체의 전방향성 채널링 {OMNI-DIRECTIONAL CHANNELING OF LIQUIDS FOR PASSIVE CONVECTION IN LED BULBS}
본 발명은 대체로 발광 다이오드(LED) 전구에 관한 것이고, 특히 액체 충전 LED 전구 내에서의 LED에 의해 발생되는 열의 효율적인 전달에 관한 것이다.
전통적으로, 조명은 형광등 전구 및 백열등 전구를 사용하여 발생되었다. 이러한 2가지 유형의 전구가 신뢰할 수 있게 사용되었지만, 각각은 소정의 결점이 있다. 예를 들어, 백열 전구는 광을 생성하는데 그의 전력의 2 - 3%만을 사용하며, 그의 전력의 나머지 97 - 98%는 열로서 소실되는, 비효율적인 경향이 있다. 형광 전구는 백열 전구보다는 더 효율적이지만, 백열 전구에 의해 발생되는 것과 동일한 따뜻한 광을 생성하지 않는다. 추가로, 형광 전구 내에 함유된 수은과 관련하여 건강 및 환경적 우려가 있다.
따라서, 대안적인 광원이 요구된다. 하나의 그러한 대안은 LED를 이용하는 전구이다. LED는 접합을 통해 흐르는 전류로 인해 광을 발산하는 반도체 접합을 포함한다. 전통적인 백열 전구에 비교하면, LED 전구는 동일한 전력량을 사용하여 더 많은 광을 생성할 수 있다. 추가로, LED 전구의 작동 수명은, 예를 들어, 1,000 - 2,000시간과 대조되는 10,000 - 100,000시간으로, 백열 전구의 것보다 수십 배 더 길다.
백열 전구 또는 형광 전구가 아닌 LED 전구를 사용하는데 있어서 많은 장점이 있지만, LED는 그가 백열 전구 및 형광 전구 대체물로서 널리 채택되는 것을 방지하는 다수의 결점을 갖는다. 하나의 결점은 반도체인 LED가 대체로 대략 120℃보다 더 뜨거워지는 것이 허용될 수 없는 것이다. 일례로서, A 타입 LED 전구는 백열 전구 또는 형광 전구 대체물에 대해 불충분한 조도를 생성하는, 매우 낮은 전력(즉, 대략 8W 미만)으로 제한되었다.
이러한 문제점에 대한 하나의 잠재적인 해결책은 LED에 부착되어 전구로부터 멀리 연장하는 대형 금속 방열기를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 해결책은 소비자가 전통적인 형상의 A 타입 형상 인자 전구와 매우 상이하게 성형된 전구를 사용하지 않으려는 공통적인 인식 때문에 바람직하지 않다. 추가로, 방열기는 LED 전구가 기존의 기구 내로 끼워지는 것을 어렵게 만들 수 있다.
다른 해결책은 열을 LED로부터 전구의 외피로 전달하기 위해 열 전도성 액체로 전구를 충전하는 것이다. 열은 그 다음 외피로부터 전구 주변의 공기 내로 전달될 수 있다. 그러나, 현재의 액체 충전 LED 전구는 열을 LED로부터 액체로 효율적으로 전달하지 않는다. 추가로, 현재의 액체 충전 LED 전구는 열 전도성 액체가 열을 LED로부터 전구의 외피로 전달하기 위해 효율적으로 유동하도록 허용하지 않는다. 예를 들어, 전구 구조물의 기부에 위치된 LED를 갖는 종래의 LED 전구에서, LED에 의해 가열된 액체는 전구의 상부로 상승하고, 냉각되면 하강한다. 그러나, 액체는 상승하는 액체와 하강하는 액체 사이의 전단력이 액체의 대류 유동을 느리게 하기 때문에, 효율적으로 유동하지 않는다. 현재의 액체 충전 LED 전구의 다른 결점은 전구가 직립 배향으로 위치되지 않으면, 열을 효율적으로 소산시키지 않는 것이다. 종래의 LED 전구가, 예를 들어, 거꾸로 위치되면, 열을 발생시키는 LED가 전구의 바닥으로부터 전구의 상부로 뒤집힌다. 이는 가열된 액체가 LED 부근에서 전구의 상부에 머무르기 때문에, 전구 내에서의 효율적인 대류 유동을 방지한다.
따라서, LED 전구가 다양한 배향에 있을 때, 열을 LED로부터 효율적으로 전달할 수 있는 LED 전구가 요구된다.
하나의 예시적인 실시예에서, LED 전구는 기부, 기부에 연결된 외피, 및 외피 내에 유지되는 열 전도성 액체를 갖는다. LED 전구는 외피 내에 배치된 LED 장착 표면 상에 장착된 복수의 LED를 갖는다. LED 장착 표면들은 상이한 방사상 방향으로 향하고, LED 장착 표면은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때, 열을 LED로부터 외피로 전달하기 위해 LED 전구 내에서의 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성된다. 제1 배향에서, 외피는 기부 위에 수직으로 배치된다. 제2 배향에서, 외피는 기부와 동일한 수평 평면 상에 배치된다. 제3 배향에서, 외피는 기부 아래에 수직으로 배치된다.
다른 예시적인 실시예에서, LED 전구는 기부, 기부에 연결된 외피, 및 외피 내에 유지되는 열 전도성 액체를 갖는다. LED 전구는 외피 내에 배치된 복수의 손가락 형상 돌출부를 갖는다. 손가락 형상 돌출부들은 복수의 LED를 유지하기 위해 복수의 손가락 형상 돌출부의 쌍 사이에 형성된 복수의 채널에 의해 분리된다. 복수의 손가락 형상 돌출부 및 복수의 채널은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때, 복수의 채널을 통한 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성된다. 제1 배향에서, 외피는 기부 위에 수직으로 배치된다. 제2 배향에서, 외피는 기부와 동일한 수평 평면 상에 배치된다. 제3 배향에서, 외피는 기부 아래에 수직으로 배치된다.
도 1a는 예시적인 LED 전구를 도시한다.
도 1b는 예시적인 LED 전구의 단면도를 도시한다.
도 2a는 제1 배향의 예시적인 LED 전구의 단면도를 도시한다.
도 2b는 제2 배향의 예시적인 LED 전구의 단면도를 도시한다.
도 2c는 제3 배향의 예시적인 LED 전구의 단면도를 도시한다.
다음의 설명은 본 기술 분야의 당업자가 다양한 실시예를 제작 및 사용하는 것을 가능케 하도록 제시된다. 특정 장치, 기술, 및 용도의 설명은 단지 예로서 제공된다. 본원에서 설명되는 예에 대한 다양한 변형이 본 기술 분야의 당업자에게 쉽게 명백할 것이고, 본원에서 정의되는 일반적인 원리는 다양한 실시예의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다른 예 및 용도에 적용될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예는 본원에서 설명되고 도시되는 예로 제한되도록 의도되지 않고, 특허청구범위와 일치하는 범주에 따르도록 되어 있다.
LED 전구에 관련된 다양한 실시예가 아래에서 설명된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "LED 전구"는 적어도 하나의 LED가 광을 발생시키기 위해 사용되는 임의의 발광 장치(예컨대, 램프)를 지칭한다. 따라서, 본원에서 사용되는 바와 같이, "LED 전구"는 종래의 백열등 전구와 같이, 필라멘트가 광을 발생시키기 위해 사용되는 발광 장치를 포함하지 않는다. LED 전구는 종래의 백열등 전구의 전구형 A 타입 형상에 추가하여 다양한 형상을 가질 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, 전구는 튜브 형상, 구 형상 등을 가질 수 있다. 본 발명의 LED 전구는 임의의 유형의 커넥터; 예를 들어, 나사식 기부, 이중 프롱 커넥터, 표준 2-프롱 또는 3-프롱 콘센트 플러그, 베요닛 기부, 에디슨 스크루 기부, 단일 핀 기부, 다중 핀 기부, 리세스형 기부, 플랜지형 기부, 홈형 기부, 측면 기부 등을 추가로 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "액체"라는 용어는 유동할 수 있는 물질을 지칭한다. 또한, 열 전도성 액체로서 사용되는 물질은 적어도 전구의 작동 주변 온도 범위 내에서 액체이거나 액체 상태에 있다. 예시적인 온도 범위는 -40℃와 +40℃ 사이의 온도를 포함한다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "수동 대류 유동"은 열 전도성 액체의 유동을 구동하는 팬 또는 다른 기계식 장치의 도움이 없는 액체의 순환을 지칭한다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 LED 전구(100)의 사시도 및 단면도를 각각 도시한다. LED 전구(100)는 기부(112) 및 LED 전구(100)의 다양한 구성요소들을 봉지하는 외피(101)를 포함한다. 편의상, 본 발명에서 제공되는 모든 예는 표준 A 타입 형상 인자 전구인 LED 전구(100)를 설명하고 도시한다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명은 튜브형 전구, 구형 전구 등과 같은 임의의 형상을 갖는 LED 전구에 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
외피(101)는 플라스틱, 유리, 폴리카르보네이트 등과 같은 임의의 투명 또는 투광 재료로부터 만들어질 수 있다. 외피(101)는 LED(103)에 의해 발생되는 광을 분산시키도록 외피 전체에 확산된 분산 재료를 포함할 수 있다. 분산 재료는 LED 전구(100)가 하나 이상의 점 광원을 갖는 것으로 보이는 것을 방지한다.
LED 전구(100)는 외피(101) 내에 배치되는 LED 장착부(107)에 연결된 복수의 LED(103)를 포함한다. LED 장착부(107)는 알루미늄, 구리, 황동, 마그네슘, 아연 등과 같은 임의의 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. LED 장착부(107)가 열 전도성 재료로 형성되므로, LED(103)에 의해 발생되는 열이 LED 장착부(107)로 전도식으로 전달될 수 있다. 따라서, LED 장착부(107)는 LED(103)를 위한 방열기로서 작용할 수 있다.
본 예시적인 실시예에서, 열층(105: thermal bed)이 LED(103)와 LED 장착부(107) 사이에 삽입되어, 두 구성요소들 사이의 열 전달을 개선한다. 열층(105)은 알루미늄, 구리, 열 페이스트, 열 접착제 등과 같은 임의의 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 열층(105)은 LED 장착부(107)보다 더 높은 열 전도율을 가질 수 있다. 예를 들어, LED 장착부(107)는 알루미늄으로 형성될 수 있고, 열층(105)은 구리로 형성될 수 있다. 그러나, 열층(105)이 생략될 수 있고, LED 장착부(107)가 LED(103)에 직접 연결될 수 있음을 인식하여야 한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 예시적인 실시예에서, LED 장착부(107)는 LED 장착부(107)의 쌍 사이에 형성된 채널(109)을 구비한 손가락 형상 돌출부이다. 그러한 구성의 하나의 장점은 LED 장착부(107)의 큰 표면적 대 체적비로 인한 증가된 열 소산이다. LED 장착부(107)는 손가락 형상 돌출부가 되도록 도 1a에 도시된 것 이외의 다양한 형상을 가질 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, LED 장착부(107)는 기둥의 쌍 사이에 형성된 채널을 구비한 직선 기둥일 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 예시적인 실시예에서, LED 장착부(107)의 상부 부분은 LED 전구(100)가 수직 위치에 있을 때 수직선에 대해 측정되는, 일정 각도(119)로 각도를 이루거나 테이퍼질 수 있다. 예시적인 각도(119)는 -35° 내지 90°의 범위를 포함한다. 또한, LED 장착부(107)의 모든 상부 부분은 9° 또는 15°와 같은 동일한 각도로 각도를 이루거나 테이퍼질 수 있다. 대안적으로, 절반은 18° 및 절반은 30°, 또는 절반은 9° 및 절반은 31°와 같은 각도들의 조합이 사용될 수 있다. 도 2a - 도 2c에 대해 아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, LED 장착부(107)의 각도를 이룬 상부 부분은 LED 전구(100) 내에서의 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 예시적인 실시예에서, LED(103)는 LED 전구(100)가 수직 위치에 있을 때 수직선에 대해 측정되는 일정 각도(121)로 각도를 이루거나 테이퍼지는, LED(103)에 대한 장착 표면으로서 역할하는, LED 장착부(107)의 부분에 연결된다. 예시적인 각도(121)는 -35° 내지 90°의 범위를 포함한다. 또한, LED(103)가 연결되는 LED 장착부(107)의 부분은 9° 또는 15°와 같은 동일한 각도로 각도를 이루거나 테이퍼질 수 있다. 대안적으로, 절반은 18° 및 절반은 30°, 또는 절반은 9° 및 절반은 31°와 같은 각도들의 조합이 사용될 수 있다. 특정 각도 또는 각도들은 바람직한 광도 분포를 생성하도록 선택될 수 있다.
본 실시예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, LED(103)가 연결되는 각도를 이루거나 테이퍼진 부분(장착 표면)은 역시 각도를 이루거나 테이퍼진 LED 장착부(107)의 상부 부분으로부터 분리된다. 그러나, LED(103)는 각도를 이루거나 테이퍼진 LED 장착부(107)의 상부 부분 상에 연결될 수 있음을 인식하여야 한다.
본 실시예에서, LED 전구(100)는 LED(103)에 의해 발생되는 열을 외피(101)로 전달하기 위해 열 전도성 액체(111)로 충전된다. 열 전도성 액체(111)는 임의의 열 전도성 액체, 광유, 실리콘 오일, 글리콜(PAG), 불화탄소, 또는 다른 유동 가능한 재료일 수 있다. 선택된 액체가 비부식성 유전체인 것이 바람직할 수 있다. 그러한 액체를 선택하는 것은 액체가 단락을 일으킬 가능성을 감소시키며, LED 전구(100)의 구성요소로 인해 가해지는 손상을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서, LED 전구(100)의 기부(112)는 열 확산기 기부(113)를 포함한다. 열 확산기 기부(113)는 알루미늄, 구리, 황동, 마그네슘, 아연 등과 같은 임의의 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 열 확산기 기부(113)는 외피(101), LED 장착부(107), 및 열 전도성 액체(111) 중 하나 이상에 열 결합될 수 있다. 이는 LED(103)에 의해 발생되는 열의 일부가 열 확산기 기부(113)로 전도되어 그에 의해 소산되도록 허용한다.
LED 장착부(107)의 크기 및 형상은 전도성 액체(111) 및 열 확산기 기부(113)로 전도되는 열의 양에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, LED 장착부(107)가 큰 표면적 대 체적비를 갖도록 형성되면, LED 장착부(107) 내의 전체 열의 큰 비율이 LED 장착부(107)로부터 전도성 액체(111)로 전도될 수 있고, LED 장착부(107) 내의 전체 열의 작은 비율이 LED 장착부(107)로부터 열 확산기 기부(113)로 전도될 수 있다. LED 장착부(107)가 더 작은 표면적 대 체적비를 갖는 경우에, LED 장착부(107) 내의 전체 열의 작은 비율이 LED 장착부(107)로부터 전도성 액체(111)로 전도될 수 있고, LED 장착부(107) 내의 전체 열의 큰 비율이 LED 장착부(107)로부터 열 확산기 기부(113)로 전도될 수 있다.
본 실시예에서, LED 전구(100)의 기부(112)는 전구를 조명 기구에 연결하기 위한 커넥터 기부(115)를 포함한다. 커넥터 기부(115)는 종래의 조명 소켓 내로 삽입하기 위한 나사산(117)을 갖는 종래의 전구 기부일 수 있다. 그러나, 커넥터 기부(115)는 나사식 기부, 이중 프롱 커넥터, 표준 2-프롱 또는 3-프롱 콘센트 플러그, 베요닛 기부, 에디슨 스크루 기부, 단일 핀 기부, 다중 핀 기부, 리세스형 기부, 플랜지형 기부, 홈형 기부, 측면 기부 등과 같은 임의의 유형의 커넥터일 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2a - 도 2c는 LED 전구(100)의 단면도 상에 중첩된 열 전도성 액체(111)의 수동 대류 유동을 도시한다. 특히, 도 2a는 외피(101)가 기부(112) 위에 수직으로 배치되는 직립 수직 배향으로 위치된 LED 전구(100)의 상부 부분의 단면도를 도시한다. 화살표는 LED 전구(100)의 작동 중의 액체 유동의 방향을 표시한다. LED 전구(100)의 중심에서의 액체는 외피(101)의 상부를 향해 상승하는 것으로 도시되어 있다. 이는 LED(103)에 의해 발생되어, LED(103) 및 LED 장착부(107)를 거쳐 열 전도성 액체(111)로 전도식으로 전달되는 열로 인한 것이다. 열 전도성 액체(111)가 가열될 때, 그의 밀도는 주변 액체에 대해 감소하여, 가열된 액체가 외피(101)의 상부로 상승하게 한다.
도 1a에 대해 위에서 설명된 바와 같이, LED 장착부(107)들은 채널(109)에 의해 분리될 수 있다. 채널(109)에 의해 LED 장착부(107)들을 분리하는 것은 LED 장착부(107)의 표면적 대 체적비를 증가시킬 뿐만 아니라, LED 장착부들 사이에서의 열 전도성 액체(111)의 유동을 허용함으로써 열 전도성 액체(111)의 효율적인 수동 대류 유동을 용이하게 한다. 예를 들어, LED 장착부(107)의 표면을 따른 액체가 주변 액체보다 더 빠르게 가열되므로, 열 전도성 액체(111)의 상향 유동이 LED 장착부(107) 주위에서 그리고 채널(109) 내에서 발생된다. 일례로, 채널(109)은 외피(101)의 상부를 향하는 수직 채널을 형성하도록 성형될 수 있다. 결과적으로, 열 전도성 액체(111)는 채널(109)의 모서리를 따라 외피(101)의 상부 및 중심 향해 안내될 수 있다.
가열되면, 열 전도성 액체(111)는 외피(101)의 상부 부분에 도달하고, 열은 외피(101)로 전도식으로 전달되어, 열 전도성 액체(111)가 냉각되게 한다. 열 전도성 액체(111)가 냉각될 때, 그의 밀도는 감소하여, 열 전도성 액체(111)가 하강하게 한다. 일례로, 도 1a - 도 1b 및 도 2a - 도 2c에 의해 도시된 바와 같이, LED 장착부(107)의 상부 부분은 각도를 이룰 수 있다. LED 장착부(107)의 경사진 표면은 냉각된 열 전도성 액체(111)의 유동을 외측으로 그리고 외피(101)의 측표면을 따라 아래로 유도할 수 있다. 그렇게 함으로써, 열 전도성 액체(111)는 더 긴 기간 동안 외피(101)와 접촉 유지되어, 더 많은 열이 외피(101)로 전도식으로 전달되도록 허용한다. 또한, 열 전도성 액체(111)의 하방 유동이 외피(101)의 표면을 따라 집중되므로, LED 전구(100)의 중심에서의 상방 유동 액체와 외피(101)의 표면을 따른 하방 유동 액체 사이의 전단력이 감소되어, LED 전구(100) 내에서의 열 전도성 액체(111)의 대류 유동을 증가시킨다.
외피(101)의 바닥에 도달하면, 열 전도성 액체(111)는 LED 장착부(107)를 향해 내측으로 유동하고, LED(103)에 의해 발생되는 열이 액체를 가열하므로 상승한다. 가열된 열 전도성 액체(111)는 다시 위에서 설명된 바와 같이 채널(109)을 통해 안내된다. 설명된 대류 사이클은 LED 전구(100)의 작동 중에 LED(103)를 냉각시키기 위해 연속적으로 반복된다. 위에서 설명된 대류 유동은 외피(101) 내에서의 액체의 일반적인 유동을 나타냄을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 열 전도성 액체(111)의 일부는 액체가 하강 또는 상승하게 하기에 충분히 냉각 또는 가열되기 전에 외피(101)의 상부 및 바닥에 도달하지 않을 수 있음을 인식할 것이다.
도 2b는 외피(101)가 기부(112)와 동일한 평면 상에 배치되는 수평 배향으로 위치된 LED 전구(100)의 상부 부분의 2개의 단면도를 도시한다. 도 2b는 LED 전구(100)의 측면도 및 LED 전구(100)의 상부를 들여다본 정면도를 포함한다. 도 2a의 화살표와 유사하게, 화살표는 LED 전구(100)의 작동 중의 액체 유동의 방향을 표시한다. 도 2b의 측면도에서, LED 전구(100)의 중심에서의 액체는 외피(101)의 상부(이전의 측면)를 향해 상승하는 것으로 도시되어 있다. 이는 LED(103)에 의해 발생되어, LED(103) 및 LED 장착부(107)를 거쳐 열 전도성 액체(111)로 전도식으로 전달되는 열로 인한 것이다. 열 전도성 액체(111)가 가열될 때, 그의 밀도는 감소하여, 가열된 액체가 LED 전구(100)의 상부(이전의 측면)로 상승하게 한다.
도 1a에 대해 위에서 설명된 바와 같이, LED 장착부(107)들은 채널(109)에 의해 분리될 수 있다. 채널(109)에 의해 LED 장착부(107)들을 분리하는 것은 LED 장착부(107)의 표면적 대 체적비를 증가시킬 뿐만 아니라, 열 전도성 액체(111)의 유동을 유도함으로써 열 전도성 액체(111)의 효율적인 수동 대류 유동을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, LED 장착부(107)의 표면을 따른 액체가 주변 액체보다 더 빠르게 가열되므로, 열 전도성 액체(111)의 유동은 LED 장착부(107) 둘레에서 그리고 채널(109) 내에서 발생된다. 일례로, 도 2b의 정면도에 의해 도시된 바와 같이, 채널(109)은 상하 도면으로부터, 방사상 외측을 향하도록 성형될 수 있다. 액체 유동을 나타내는 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 채널(109)은 가열된 열 전도성 액체(111)를 채널(109)의 모서리를 따라 방사상 외측으로 외피(101)를 향해 안내할 수 있다. 이는 도 2b에 의해 도시된 바와 같이 액체의 효율적인 대류 유동을 발생시킬 수 있다. 추가로, 채널(109)은 열 전도성 액체(111)가 전체 장착 구조물 둘레에서 이동하기보다 LED 장착부(107)들 사이에서 유동하도록 허용함으로써 열 전도성 액체(111)의 효율적인 수동 대류 유동을 더욱 용이하게 할 수 있다.
가열된 열 전도성 액체(111)가 외피(101)의 상부(이전의 측면) 부분에 도달하면, 열이 외피(101)로 전도식으로 전달되어, 열 전도성 액체(111)가 냉각되게 한다. 열 전도성 액체(111)가 냉각될 때, 그의 밀도는 감소하여, 열 전도성 액체(111)가 하강하게 한다. 일례로, 도 1a - 도 1b 및 도 2a - 도 2c에 의해 도시된 바와 같이, LED 장착부(107)의 상부 부분은 LED 전구(100)의 중심을 향해 내측으로 각도를 이룰 수 있다. 도 2b의 측면도에 의해 도시된 바와 같이, LED 장착부(107)의 경사진 표면은 냉각된 열 전도성 액체(111)의 유동을 외피(101)의 측면(이전의 상부) 표면을 따라 아래로 유도할 수 있다. 그렇게 함으로써, 열 전도성 액체(111)는 더 긴 기간 동안 외피(101)와 접촉 유지되어, 더 많은 열이 외피(101)로 전도식으로 전달되도록 허용한다.
도 2b의 정면도에 의해 도시된 바와 같이, LED 장착부(107)의 평면도 프로파일은 외피(101)의 형상과 유사할 수 있다. 도시된 예에서, 이러한 형상은 원이다. 그러나, 외피(101) 및 LED 장착부(107)는 임의의 다른 원하는 형상으로 형성될 수 있음을 이해하여야 한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, LED 장착 표면들은 상이한 방사상 방향으로 향한다. LED 장착부(107)가 외피(101)의 형상에 일치하는 결과로서, LED 장착부(107)의 외측 측표면은 냉각된 열 전도성 액체(111)의 유동을 외피(101)의 측표면을 따라 아래로 안내할 수 있다. 그렇게 함으로써, 열 전도성 액체(111)는 더 긴 기간 동안 외피(101)와 접촉 유지되어, 더 많은 열이 외피(101)로 전도식으로 전달되도록 허용한다. 열 전도성 액체(111)의 하방 유동이 외피(101)의 외측 표면 상에 집중되므로, LED 전구(100)의 중심에서의 상방 유동 액체와 외피(101)의 표면을 따른 하방 유동 액체 사이의 전단력이 감소되어, LED 전구(100) 내에서의 열 전도성 액체(111)의 대류 유동을 증가시킨다.
외피(101)의 바닥에 도달하면, 열 전도성 액체(111)는 LED 장착부(107)를 향해 유동하고, LED(103)에 의해 발생되는 열이 액체를 가열하므로 상승한다. 가열된 열 전도성 액체(111)는 위에서 설명된 바와 같이 다시 채널(109)을 통해 안내된다. 설명된 대류 사이클은 LED 전구(100)의 작동 중에 LED(103)를 냉각시키기 위해 연속적으로 반복된다. 위에서 설명된 대류 유동은 외피(101) 내에서의 액체의 일반적인 유동을 나타냄을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 열 전도성 액체(111)의 일부는 액체가 하강 또는 상승하게 하기에 충분히 냉각 또는 가열되기 전에 외피(101)의 상부 또는 바닥에 도달하지 않을 수 있음을 인식할 것이다.
도 2c는 외피(101)가 기부(112) 아래에 수직으로 배치되는 뒤집힌 수직 배향에 위치된 LED 전구(100)의 상부 부분의 단면도를 도시한다. 화살표는 LED 전구(100)의 작동 중의 액체 유동의 방향을 표시한다. LED 전구(100)의 중심에서의 액체는 외피(101)의 상부(이전의 바닥)를 향해 상승하는 것으로 도시되어 있다. 이는 LED(103)에 의해 발생되어, LED(103) 및 LED 장착부(107)를 거쳐 열 전도성 액체(111)로 전도식으로 전달되는 열로 인한 것이다. 열 전도성 액체(111)가 가열될 때, 그의 밀도는 감소하여, 가열된 액체가 LED 전구(100)의 상부(이전의 바닥)로 상승하게 한다.
일례로, 도 1a에 대해 위에서 설명된 바와 같이, LED 장착부(107)들은 채널(109)에 의해 분리될 수 있다. 채널(109)에 의해 LED 장착부(107)들을 분리하는 것은 LED 장착부(107)의 표면적 대 체적비를 증가시킬 뿐만 아니라, 열 전도성 액체(111)의 유동을 유도함으로써 열 전도성 액체(111)의 효율적인 수동 대류 유동을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, LED 장착부(107)의 표면을 따른 액체가 주변 액체보다 더 빠르게 가열되므로, 열 전도성 액체(111)의 상방 유동이 LED 장착부(107) 둘레에서 그리고 채널(109) 내에서 발생된다. 일례로, 채널(109)은 외피(101)의 바닥(이전의 상부)을 향하는 수직 채널을 형성하도록 성형될 수 있다. 결과적으로, 열 전도성 액체(111)는 채널(109)의 수직 모서리를 따라 외피(101)의 상부(이전의 바닥)를 향해 안내될 수 있다.
가열된 열 전도성 액체(111)가 외피(101)의 상부(이전의 바닥) 부분에 도달하면, 열은 외피(101)로 전도식으로 전달되어, 열 전도성 액체(111)가 냉각되게 한다. 열 전도성 액체(111)가 냉각될 때, 그의 밀도는 증가하여, 열 전도성 액체(111)가 하강하게 한다. 가열된 열 전도성 액체(111)가 뒤집힌 수직 배향에서 위로 그리고 외측으로 이송되므로, 냉각된 열 전도성 액체(111)는 외피(101)의 측면을 따라 아래로 하강한다. 이는 열 전도성 액체(111)가 더 긴 기간 동안 외피(101)와 접촉 유지되도록 허용하여, 더 많은 열이 외피(101)로 전도식으로 전달되도록 허용한다. 또한, 열 전도성 액체(111)의 하방 유동이 외피(101)의 표면을 따라 집중되므로, LED 전구(100)의 중심에서의 상방 유동 액체와 외피(101)의 표면을 따른 하방 유동 액체 사이의 전단력이 감소되어, LED 전구(100) 내에서의 열 전도성 액체(111)의 대류 유동을 증가시킨다.
외피(101)의 바닥(이전의 상부)에 도달하면, 열 전도성 액체(111)는 LED 전구(100)의 중심을 향해 이동하여, LED(103)에 의해 발생되는 열이 액체를 가열하므로 상승할 수 있다. 일례로, 도 1a - 도 1b 및 도 2a - 도 2c에 의해 도시된 바와 같이, LED 장착부(107)의 바닥(이전의 상부) 부분은 LED 전구(100)의 중심을 향해 내측으로 각도를 이룰 수 있다. LED 장착부(107)의 경사진 표면은 도 2c에 의해 도시된 바와 같이, 가열된 열 전도성 액체(111)의 유동을 외피(101)의 상부(이전의 바닥) 부분으로 외측 및 상방으로 유도할 수 있다. 가열된 열 전도성 액체(111)는 채널(109)을 통해 외피(101)의 상부(이전의 바닥) 부분을 향해 추가로 안내될 수 있다. 설명된 대류 사이클은 LED 전구(100)의 작동 중에 LED(103)를 냉각시키기 위해 연속적으로 반복된다. 위에서 설명된 대류 유동은 외피(101) 내에서의 액체의 일반적인 유동을 나타냄을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 열 전도성 액체(111)의 일부는 액체가 하강 또는 상승하게 하기에 충분히 냉각 또는 가열되기 전에 외피(101)의 상부 및 바닥에 도달하지 않을 수 있음을 인식할 것이다.
도 2c에 대해 위에서 설명된 예에서, 외피(101)에 걸친 열 전도성 액체(111)의 수동 대류 유동은 LED 장착부(107)를 포함하는 중심 구조물의 포함에 의해 개선된다. 외피(101)의 중심 부근에서 LED 장착부(107) 상에 LED(103)를 제공하는 것은 발열 요소(LED)가 전구의 상부에 위치되는 종래의 LED 전구에 대해 위에서 설명된 상황을 회피한다.
하나의 특징이 특정 실시예와 관련하여 설명되는 것으로 보일 수 있지만, 본 기술 분야의 당업자는 설명된 실시예들의 다양한 특징들이 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 하나의 실시예와 관련하여 설명된 태양들은 독립적일 수 있다.

Claims (34)

  1. 발광 다이오드(LED) 전구이며,
    기부;
    기부에 연결된 외피;
    외피 내에 유지되는 열 전도성 액체;
    복수의 LED; 및
    외피 내에 배치된 복수의 LED 장착 표면
    을 포함하고,
    각각의 LED는 LED 장착 표면들 중 하나에 장착되고, LED 장착 표면들은 상이한 방사상 방향으로 향하고, LED 장착 표면은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때, 열을 LED로부터 외피로 전달하기 위해 LED 전구 내에서의 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성되고,
    적어도 3개의 상이한 배향은,
    외피가 기부 위에 수직으로 배치되는 제1 배향;
    외피가 기부와 동일한 수평 평면 상에 배치되는 제2 배향; 및
    외피가 기부 아래에 수직으로 배향되는 제3 배향
    을 포함하는, LED 전구.
  2. 제1항에 있어서, LED는 열 전도성 액체 내에 침지되는 LED 전구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, LED 장착 표면은 열 전도성 액체 내에 침지되는 LED 전구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, LED 장착 표면은 LED 장착부의 일부인 LED 전구.
  5. 제4항에 있어서, LED 장착부는 손가락 형상 돌출부이고, 손가락 형상 돌출부는 외피 내에 유지되는 열 전도성 액체 내로 돌출하는, LED 전구.
  6. 제5항에 있어서, 손가락 형상 돌출부의 쌍 사이에 형성된 복수의 채널을 추가로 포함하고,
    손가락 형상 돌출부 및 복수의 채널은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때 복수의 채널을 통한 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성되는, LED 전구.
  7. 제6항에 있어서, 복수의 채널은 제1 배향에서, 열 전도성 액체를 LED 전구의 중심 내에서 복수의 채널을 통해 기부로부터 멀리 위로 유동하고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, LED 전구.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 복수의 채널은 제2 배향에서, 열 전도성 액체를 복수의 채널을 통해 위로 그리고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, LED 전구.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 채널은 제3 배향에서, 열 전도성 액체를 LED 전구의 중심 내에서 복수의 채널을 통해 기부를 향해 위로 유동하고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, LED 전구.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 채널은 복수의 LED가 켜져 있을 때, 열을 복수의 LED 및 손가락 형상 돌출부로부터 외피로 전달하기 위해 열 전도성 액체를 대류 유동하도록 유도하도록 구성되는, LED 전구.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 손가락 형상 돌출부 및 복수의 채널은 외피의 중심으로부터 방사상 외측으로 향하는, LED 전구.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 손가락 형상 돌출부는 각도를 이룬 상부 부분을 포함하는, LED 전구.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, LED 장착 표면은 LED 전구가 수직 위치에 있을 때 수직선에 대해 각도를 이루는, LED 전구.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, LED들 중 적어도 하나와 LED 장착 표면들 중 적어도 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 열층을 추가로 포함하는 LED 전구.
  15. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 열층은 LED 장착 표면들 중 적어도 하나보다 더 높은 열 전도율을 갖는, LED 전구.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    기부는,
    손가락 형상 돌출부에 연결된 열 확산기 기부 - 열 확산기 기부는 손가락 형상 돌출부로부터 열을 전도식으로 전달하도록 구성됨 -; 및
    LED 전구를 기구에 연결하도록 구성된 커넥터 기부
    를 포함하는 LED 전구.
  17. 제16항에 있어서, 커넥터 기부는 나사산을 포함하는 LED 전구.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도성 액체는 광유, 실리콘 오일, 글리콜, 및 불화탄소로 구성된 그룹 중 하나인 LED 전구.
  19. 발광 다이오드(LED) 전구를 만드는 방법이며,
    기부를 획득하는 단계;
    기부에 외피를 연결하는 단계;
    열 전도성 액체로 외피를 충전하는 단계;
    외피 내에 복수의 LED 장착 표면을 배치하는 단계; 및
    LED 장착 표면 상에 복수의 LED를 장착하는 단계
    를 포함하고,
    각각의 LED는 LED 장착 표면들 중 하나에 장착되고, LED 장착 표면들은 상이한 방사상 방향으로 향하고, LED 장착 표면은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배치될 때, 열을 LED로부터 외피로 전달하기 위해 LED 전구 내에서의 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성되고,
    적어도 3개의 상이한 배향은,
    외피가 기부 위에 수직으로 배치되는 제1 배향;
    외피가 기부와 동일한 수평 평면 상에 배치되는 제2 배향; 및
    외피가 기부 아래에 수직으로 배치되는 제3 배향
    을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, LED 및 LED 장착 표면은 열 전도성 액체 내에 침지되는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, LED 장착 표면은 LED 장착부의 일부이고, LED 장착부는 손가락 형상 돌출부이고, 손가락 형상 돌출부는 외피 내에 유지되는 열 전도성 액체 내로 돌출하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 손가락 형상 돌출부의 쌍 사이에 형성된 복수의 채널을 추가로 포함하고,
    손가락 형상 돌출부 및 복수의 채널은 LED 전구가 적어도 3개의 상이한 배향으로 배향될 때 복수의 채널을 통한 열 전도성 액체의 수동 대류 유동을 용이하게 하도록 구성되는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 복수의 채널은 제1 배향에서, 열 전도성 액체를 LED 전구의 중심 내에서 복수의 채널을 통해 기부로부터 멀리 위로 유동하고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 복수의 채널은 제2 배향에서, 열 전도성 액체를 복수의 채널을 통해 위로 그리고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 채널은 제3 배향에서, 열 전도성 액체를 LED 전구의 중심 내에서 복수의 채널을 통해 기부를 향해 위로 유동하고 외피의 표면을 따라 아래로 유동하도록 유도하도록 구성되는, 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 채널은 복수의 LED가 켜져 있을 때, 열을 복수의 LED 및 손가락 형상 돌출부로부터 외피로 전달하기 위해 열 전도성 액체가 대류 유동하도록 유도하도록 구성되는, 방법.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 손가락 형상 돌출부 및 복수의 채널은 외피의 중심으로부터 방사상 외측으로 향하는 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 손가락 형상 돌출부는 각도를 이룬 상부 부분을 포함하는 방법.
  29. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, LED 장착 표면들은 LED 전구가 수직 위치에 있을 때 수직선에 대해 각도를 이루는 방법.
  30. 제19항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, LED들 중 적어도 하나와 LED 장착 표면들 중 적어도 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 열층을 추가로 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 적어도 하나의 열층은 LED 장착 표면들 중 적어도 하나보다 더 높은 열 전도율을 갖는 방법.
  32. 제19항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    기부는,
    손가락 형상 돌출부에 연결된 열 확산기 기부 - 열 확산기 기부는 손가락 형상 돌출부로부터 열을 전도식으로 전달하도록 구성됨 -; 및
    LED 전구를 기구에 연결하도록 구성된 커넥터 기부
    를 포함하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 커넥터 기부는 나사산을 포함하는 방법.
  34. 제19항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도성 액체는 광유, 실리콘 오일, 글리콜, 및 불화탄소로 구성된 그룹 중 하나인 방법.
KR1020137022747A 2011-02-01 2012-02-01 Led 전구 내에서의 수동 대류를 위한 액체의 전방향성 채널링 KR20140006930A (ko)

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