KR20160000009A

KR20160000009A - 광 반도체 조명장치

Info

Publication number: KR20160000009A
Application number: KR1020140076205A
Authority: KR
Inventors: 김동수; 차태균
Original assignee: (주)위너스라이팅; 위너스라이팅(주)
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-01-04

Abstract

본 발명은 저면에 적어도 하나 이상의 반도체 광소자가 배치되고, 상기 반도체 광소자로부터 발생되는 열을 일방향으로 전달하는 베이스 유닛; 상기 베이스 유닛의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제1 상변화 공간이 형성되는 양단 관통의 제1 상변화 유닛; 및 상기 작동 유체를 흡수하여 상기 제1 상변화 공간 전체에 균일하게 상기 작동 유체가 기화와 응축을 반복하도록, 상기 제1 상변화 공간에 수용되는 흡수 부재;를 포함하며, 에어는 저면 가장자리와 상기 제1 상변화 유닛의 외면을 통하여 양방향으로 유통이 가능한 것을 특징으로 하여, 반도체 광소자가 가동되는 중에는 작동 유체의 기화 및 응축을 반복시킴과 동시에 대류 또한 유도함으로써 지속적으로 발생되는 반도체 광소자의 열을 냉각시키면서 방열 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치에 관한 것이다.

Description

광 반도체 조명장치{OPTICAL SEMICONDUCTOR ILLUMINATING APPARATUS}

본 발명은 광 반도체 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 광소자가 가동되는 중에는 작동 유체의 기화 및 응축을 반복시킴과 동시에 대류 또한 유도함으로써 지속적으로 발생되는 반도체 광소자의 열을 냉각시키면서 방열 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치에 관한 것이다.

엘이디(발광 다이오드), 유기발광 다이오드, 레이저 다이오드, 유기전계 발광 다이오드 등과 같은 광원을 이용하는 광 반도체는 백열등과 형광등에 비하여 전력 소모량이 적으면서도 사용 수명이 길며 내구성도 뛰어남은 물론 훨씬 높은 휘도로 인하여 최근 조명용으로 널리 각광받고 있는 부품 중의 하나이다.

그러나, 이러한 광 반도체를 이용한 조명장치는 가동중에는 지속적으로 열을 발생시키게 되며, 이러한 광 반도체로부터 발생되는 열을 냉각시키거나 배출시키는 등의 발열 대책이 마련되어야만 장치 전체의 수명 연장 및 내구성을 확보할 수 있을 것이다.

이와 같은 관점에서 광 반도체를 이용한 조명장치는 열 전달율이 높은 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금이나 동 또는 동 합금으로 이루어진 금속재의 히트싱크를 장착하여 발열 대책에 대응하고 있다.

그러나, 이러한 히트싱크들은 통상 다이캐스팅이나 압출 등의 방법으로 생산되며, 일정 정도 이상의 방열 성능 구현을 위해서는 일정 정도 이상의 부피와 무게를 지니고 있어야 하므로, 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화 구현에는 한계가 있었던 것이다.

특허출원 제10-2007-0010134호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 반도체 광소자가 가동되는 중에는 작동 유체의 기화 및 응축을 반복시킴과 동시에 대류 또한 유도함으로써 지속적으로 발생되는 반도체 광소자의 열을 냉각시키면서 방열 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 제품이 설치된 위치나 방향에 관계없이 작동 유체의 기화에 따른 증기를 균일하게 분산시키고 응축시킴으로써 장치 전체에 균일한 냉각 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화 구현이 가능한 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 기존의 히트싱크를 대체할 수 있는 구조이면서 히트싱크와 동등 이상의 방열 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 저면에 적어도 하나 이상의 반도체 광소자가 배치되고, 상기 반도체 광소자로부터 발생되는 열을 일방향으로 전달하는 베이스 유닛; 상기 베이스 유닛의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제1 상변화 공간이 형성되는 양단 관통의 제1 상변화 유닛; 및 상기 작동 유체를 흡수하여 상기 제1 상변화 공간 전체에 균일하게 상기 작동 유체가 기화와 응축을 반복하도록, 상기 제1 상변화 공간에 수용되는 흡수 부재;를 포함하며, 에어는 저면 가장자리와 상기 제1 상변화 유닛의 외면을 통하여 양방향으로 유통이 가능한 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 광 반도체 조명장치는, 상기 베이스 유닛의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제2 상변화 공간이 형성되며, 내면은 상기 제1 상변화 유닛의 외면과 대면하도록 배치되는 양단 관통의 제2 상변화 유닛을 더 포함하며, 상기 흡수 부재는 상기 제2 상변화 공간에 수용되고, 에어는 상기 베이스 유닛과, 상기 제1 상변화 유닛과 상기 제2 상변화 유닛 사이에 형성되는 대류 공간을 통하여 양방향으로 유통이 가능한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베이스 유닛은, 저면에 상기 반도체 광소자가 어레이되는 평판 형상의 베이스 본체와, 상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제1 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되는 제1 안착홈과, 상기 제1 안착홈에 대응되게 상기 베이스 본체의 저면으로부터 돌출되는 격벽을 포함하며, 상기 반도체 광소자는 상기 격벽의 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 베이스 유닛은, 저면에 상기 반도체 광소자가 어레이되는 평판 형상의 베이스 본체와, 상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제1 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되는 제1 안착홈과, 상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제2 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되며, 상기 제1 안착홈의 외측에 형성되는 제2 안착홈과, 상기 제1 안착홈에 대응되게 상기 베이스 본체의 저면으로부터 돌출되는 격벽을 포함하며, 상기 반도체 광소자는 상기 격벽의 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 흡수 부재는, 다공질의 메탈 메쉬(metal mesh) 또는 메탈 폼(metal foam) 또는 캐필러리 링(capillary ring) 중 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 베이스 유닛은, 상기 베이스 본체에 관통되어 상기 제1 안착홈과 상기 제2 안착홈 사이에 복수로 배치되는 제1 벤트 슬롯을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 광 반도체 조명장치는, 상기 제1 상변화 유닛의 타단부 가장자리를 고정하고, 상기 베이스 유닛과 대면하며, 상기 제1 상변화 유닛의 타단부를 덮는 커버 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 광 반도체 조명장치는, 상기 제1 상변화 유닛 및 상기 제2 상변화 유닛의 타단부 가장자리를 고정하고, 상기 베이스 유닛과 대면하며, 상기 제1 상변화 유닛과 상기 제2 상변화 유닛각각의 타단부를 전부 덮는 커버 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 상변화 유닛은, 원기둥 형상인 양단 관통의 제1 내통과, 원기둥 형상이며, 상기 제1 내통의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 제1 외통과, 상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제1 내통의 외주면과 상기 제1 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제1 장착공간을 형성하는 제1 장착부를 포함하며, 상기 흡수 부재는 상기 제1 장착부에 내장되고, 상기 제1 장착부는 상기 베이스 유닛의 상면에 고정되며, 상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 타단부 가장자리는 상호 연결되고, 상기 제1 상변화 공간은 상기 제1 내통과 상기 제1 외통 및 상기 제1 장착부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 상변화 유닛은, 상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제1 내통의 외주면과 상기 제1 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제3 장착공간을 형성하는 제3 장착부를 더 포함하며, 상기 흡수 부재는 상기 제3 장착부에 내장되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 상변화 유닛은, 원기둥 형상인 양단 관통의 제2 내통과, 원기둥 형상이며, 상기 제2 내통의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 제2 외통과, 상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제2 내통의 외주면과 상기 제2 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제2 장착공간을 형성하는 제2 장착부를 포함하며, 상기 흡수 부재는 상기 제2 장착부에 내장되고, 상기 제2 장착부는 상기 베이스 유닛의 상면에 고정되며, 상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 타단부 가장자리는 상호 연결되고, 상기 제2 상변화 공간은 상기 제2 내통과 상기 제2 외통 및 상기 제2 장착부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 상변화 유닛은, 상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제2 내통의 외주면과 상기 제2 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제4 장착공간을 형성하는 제4 장착부를 더 포함하며, 상기 흡수 부재는 상기 제4 장착부에 내장되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 청구범위 및 상세한 설명에 기재된 '반도체 광소자'는 광 반도체를 포함하거나 이용하는 발광다이오드 칩 등과 같은 것을 의미한다.

이러한 '반도체 광소자'는 전술한 발광다이오드 칩을 포함한 다양한 종류의 광 반도체를 내부에 포함하는 패키지 레벨의 것을 포함한다고 할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 반도체 광소자가 어레이된 베이스 유닛의 상면에 제1 상변화 유닛이 장착되고, 제1 상변화 유닛에는 흡수 부재를 내장하여, 제1 상변화 유닛의 제1 상변화 공간에서 작동 유체의 기화와 응축을 반복시키는 구조를 채택함으로써, 반도체 광소자가 가동되는 중에는 지속적으로 발생되는 반도체 광소자의 열을 냉각시키면서 방열 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 좁은 제1 상변화 공간 내에 구비된 흡수 부재만으로도 일정한 부피와 크기를 지닌 중량물인 히트싱크를 대체하여 동등한 또는 그 이상의 방열 성능을 구현할 수 있으므로, 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화 구현이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 제1 상변화 유닛과 함께 제2 상변화 유닛을 베이스 유닛의 상면에 구비하여 자연 대류를 유도시킴으로써 방열 성능을 더욱 향상시킬 수도 있게 된다.

특히, 본 발명은 제1 상변화 유닛과 제2 상변화 유닛이 지면과 수직을 이루어 배치되든, 기울어져 경사지게 배치되든 그 설치 형태나 배치 구조에 관계없이 제1 상변화 공간 및 제2 상변화 공간에 내장된 흡수 부재가 작동 유체를 머금은채로 제1, 2 상변화 공간에 기화시킨 증기를 균일하게 분산시키고, 다시 기화된 증기가 제1, 2 상변화 공간의 기울어진 내측면 또는 수직한 내측면을 통해 최대한 반도체 광소자의 열을 냉각시킬 수 있게 응축되므로, 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 일부 절개 사시도
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 일부 절개 단면도 및 부분 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 일부 절개 단면도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.

상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다.

예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 일부 절개 사시도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 전체적인 구조를 나타낸 일부 절개 단면도 및 부분 단면도이다.

도면에서 미설명 부호로 900은 전원공급장치를 나타낸다.

본 발명은 도시된 바와 같이 베이스 유닛(300) 상에 흡수 부재(500)가 내장된 제1 상변화 유닛(100)이 장착된 구조임을 파악할 수 있다.

베이스 유닛(300)은 저면에 적어도 하나 이상의 반도체 광소자(400)가 배치되고, 반도체 광소자(400)로부터 발생되는 열을 일방향으로 전달하는 역할을 수행하는 것으로, 열 전도율이 높은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 상변화 유닛(100)은 베이스 유닛(300)의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제1 상변화 공간(PS1)이 형성되는 양단 관통의 부재이다.

흡수 부재(500)는 작동 유체를 흡수하여 제1 상변화 공간(PS1) 전체에 균일하게 작동 유체가 기화와 응축을 반복하도록, 제1 상변화 공간(PS1)에 수용되는 것이다.

따라서, 에어는 저면 가장자리와 제1 상변화 유닛(100)의 외면을 통하여 양방향으로 유통이 가능하며, 이러한 대류 작용과 함께 반도체 광소자(400)가 가동되는 동안에는 반도체 광소자(400)로부터 지속적으로 발생되는 열을 제1 상변화 공간(PS1)에 수용된 작동 유체의 기화 및 응축의 반복으로 냉각시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성의 실시예를 적용할 수 있으며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

본 발명은 자연 대류 또는 강제 대류를 유도하여 방열 효율을 더욱 높일 수 있도록 부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제2 상변화 공간(PS2)이 형성되며, 내면은 제1 상변화 유닛(100)과 함께 제2 상변화 유닛(200)을 더 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있을 것이다.

제2 상변화 유닛(200)은 베이스 유닛(300)의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제2 상변화 공간(PS2)이 형성되며, 내면은 제1 상변화 유닛(100)의 외면과 대면하도록 배치되는 양단 관통의 부재이다.

따라서, 후술할 흡수 부재(500)는 제2 상변화 공간(PS2)에 수용되고, 에어는 베이스 유닛(300)과, 제1 상변화 유닛(100)과 제2 상변화 유닛(200) 사이에 형성되는 대류 공간(CS)을 통하여 양방향으로 유통이 가능하게 되는 것이다.

한편, 베이스 유닛(300)은 더욱 상세하게 살펴보면 베이스 본체(310)에 제1 안착홈(311)과 격벽(320)이 형성된 구조임을 파악할 수 있다.

베이스 본체(310)는 저면에 반도체 광소자(400)가 어레이되는 평판 형상의 부재이며, 제1 안착홈(311)은 베이스 본체(310)의 상면에 함몰되고, 제1 상변화 유닛(100)의 일단부 가장자리가 고정되도록 한다.

여기서, 격벽(320)은 제1 안착홈(311)에 대응되게 베이스 본체(310)의 저면으로부터 돌출되어 후술할 리플렉터(600)가 고정 장착되는 면적과 공간을 제공하게 되며, 반도체 광소자(400)는 격벽(320)의 내측에 배치된다.

이때, 베이스 유닛(300)에는 제2 상변화 유닛(200)을 고려하여 제2 안착홈(312)을 더 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 제2 안착홈(312)은 베이스 본체(310)의 상면에 함몰되고, 제2 상변화 유닛(200)의 일단부 가장자리가 고정되며, 제1 안착홈(311)의 외측에 형성되는 것이다.

상기와 같은 베이스 유닛(300)에는 에어의 유통이 원활하게 이루어질 수 있도록 베이스 본체(310)에 관통되어 제1 안착홈(311)과 제2 안착홈(312) 사이에 복수로 배치되는 제1 벤트 슬롯(331)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치는 격벽(320)의 외면에 고정되는 리플렉터(600)를 더 구비할 수 있으며, 격벽(320)의 내면 가장자리에는 체결 단턱(321)이 단차지게 형성되고, 체결 단턱(321)에는 광학 커버(700)가 안착되어 고정되는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에 따른 광 반도체 조명장치는 제1 상변화 유닛(100)의 타단부 가장자리를 고정하고, 베이스 유닛(300)과 대면하며, 제1 상변화 유닛(100)의 타단부를 덮는 커버 유닛(800)을 더 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수도 있다.

커버 유닛(800)은 제1 상변화 유닛(100)의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하고, 제1 상변화 유닛(100)의 타단부 가장자리와의 견고한 체결력 유지를 통하여 구조적 안정성 및 강도를 높이기 위한 기술적 수단이라 할 수 있다.

여기서, 커버 유닛(800)은 제1 상변화 유닛(100)과 함께 제2 상변화 유닛(200)의 타단부 가장자리를 고정하고, 제1 상변화 유닛(100)과 제2 상변화 유닛(200)각각의 타단부를 전부 덮는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

이때, 커버 유닛(800)을 더욱 구체적으로 살펴보면 커버 본체(810)와 제1 고정홈(811) 및 제2 고정홈(812)을 포함하는 구조임을 명확하게 파악할 수 있다.

커버 본체(810)는 베이스 유닛(300), 즉 베이스 본체(310)과 대면하는 평판 형상의 부재이다.

제1 고정홈(811)은 커버 본체(810)의 저면에 함몰되어 제1 상변화 유닛(100)의 타단부 가장자리가 고정되게 하며, 제2 고정홈(812)은 커버 본체(810)의 저면에 함몰되어 제2 상변화 유닛(200)의 타단부 가장자리가 고정되게 하는 것이다.

제2 고정홈(812)은 제1 고정홈(811)의 외측에 형성되어 제2 상변화 유닛(200)의 일단부 외면을 감싸게 된다.

여기서, 커버 유닛(800)은 제1 상변화 유닛(100)과 제2 상변화 유닛(200) 각각의 타단부 가장자리가 견고하게 체결된 상태를 유지하고 비틀림 등의 변형에도 구조적 강도를 유지할 수 있도록 제1 보강 리브(821)와 제2 보강 리브(822)를 더 형성하는 것도 바람직하다.

즉, 제1 보강 리브(821)는 제1 고정홈(811)이 함몰된 깊이만큼 커버 본체(810)의 상면으로 돌출되고, 제2 보강 리브(822)는 제2 고정홈(812)이 함몰된 깊이만큼 커버 본체(810)의 상면으로 돌출됨으로써 형성될 수 있다.

아울러, 커버 유닛(800)은 도 3과 같이 커버 본체(810)에 관통되어 제1 고정홈(811)과 제2 고정홈(812) 사이에 복수로 배치되는 제2 벤트 슬롯(832)을 더 구비함으로써, 전술한 대류 공간(CS)을 통하여 에어가 제1 벤트 슬롯(331)과 제2 벤트 슬롯(832)의 양 방향으로 유통하여 대류를 활발히 유도할 수 있게 된다.

한편, 제1 상변화 유닛(100)은 전술한 바와 같이 제1 상변화 공간(PS1)을 형성하는 것으로, 크게 제1 내통(110)과 제1 외통(120)과 제1 장착부(130)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제1 내통(110)은 원기둥 형상인 양단 관통의 부재이며, 제1 외통(120)은 원기둥 형상이며, 제1 내통(110)의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 부재이다.

여기서, 제1 장착부(130)는 제1 내통(110)과 제1 외통(120)의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 제1 내통(110)의 외주면과 제1 외통(120)의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제1 장착공간(SS1)을 형성하는 것이다.

이때, 흡수 부재(500)는 제1 장착부(130)에 내장되고, 제1 장착부(130)는 베이스 유닛(300)의 상면, 즉 제1 안착홈(311)에 고정되며, 제1 내통(110)과 제1 외통(120)의 타단부 가장자리는 상호 연결된다.

따라서, 제1 상변화 공간(PS1)은 제1 내통(110)과 제1 외통(120) 및 제1 장착부(130)에 의하여 형성되는 것을 알 수 있다.

한편, 흡수 부재(500)는 다공질의 소재로 흡수성과 내열성과 내화학성 및 내부식성이 우수한 재질로 이루어지도록 하되, 다공질의 메탈 메쉬(metal mesh) 또는 메탈 폼(metal foam) 또는 캐필러리 링(capillary ring) 중 하나를 적절히 선택하여 장착할 수 있을 것이다.

여기서, 전술한 메탈 메쉬, 메탈 폼 또는 캐필러리 링에는 100㎛ 이하인 기공이 무수히 많이 형성되므로, 흡수 부재(500)는 이러한 기공에 작동 유체를 되도록 많이 흡수한 상태로 기화 및 응축을 반복시킬 수 있게 된다.

이때, 작동 유체는 반도체 광소자(400)로부터 발생되는 열에 의하여 지속적으로 기화 및 응축을 반복할 수 있도록 제1 상변화 공간(PS1) 중 일부를 차지하는 것이 바람직하다.

그리고, 작동 유체는 기화와 응축이 활발히 일어날 수 있으면서도 안정적인 물질이라면 어떠한 것도 무방하며, 예를 들면 증류수, 물, 에탄올, 암모니아, HFC 계열의 냉매 등을 사용할 수 있을 것이다.

따라서, 제1 상변화 유닛(100)은 제1 상변화 공간(PS1)에 내장된 흡수 부재(500)가 작동 유체를 머금은채로 제1 상변화 공간(PS1)에 기화시킨 증기를 균일하게 분산시키고, 다시 기화된 증기가 응축되어 제1 상변화 공간(PS1)을 형성하는 제1 내통(110) 및 제1 외통(120)의 내면을 따라 최대한 반도체 광소자(400)의 열을 냉각시킬 수 있게 환원되므로, 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 제2 상변화 유닛(200)은 전술한 바와 같이 제2 상변화 공간(PS2)을 형성하는 것으로, 크게 제2 내통(210)과 제2 외통(220)과 제2 장착부(230)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제2 내통(210)은 원기둥 형상인 양단 관통의 부재이며, 제2 외통(220)은 원기둥 형상이며, 제2 내통(210)의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 부재이다.

여기서, 제2 장착부(230)는 제2 내통(210)과 제2 외통(220)의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 제2 내통(210)의 외주면과 제2 외통(220)의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제2 장착공간(SS2)을 형성하는 것이다.

이때, 흡수 부재(500)는 제2 장착부(230)에 내장되고, 제2 장착부(230)는 베이스 유닛(300)의 상면, 즉 제2 안착홈(312)에 고정되며, 제2 내통(210)과 제2 외통(220)의 타단부 가장자리는 상호 연결된다.

따라서, 제2 상변화 공간(PS2)은 제2 내통(210)과 제2 외통(220) 및 제2 장착부(230)에 의하여 형성되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 흡수 부재(500)가 제1 상변화 유닛(100) 및 제2 상변화 유닛(200) 각각의 일단부에만 장착된 구조의 실시예를 적용할 수 있음은 물론, 도 4와 같이 제1 상변화 유닛(100) 및 제2 상변화 유닛(200) 각각의 타단부에까지도 장착된 구조의 실시예를 적용할 수 있다.

즉, 제1 상변화 유닛(100)은 제1 내통(110)과 제1 외통(120)의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 제1 내통(110)의 외주면과 제1 외통(120)의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제3 장착공간(SS3)을 형성하는 제3 장착부(140)를 더 포함하는 구조를 적용할 수 있는 것이다.

따라서, 흡수 부재(500)는 제3 장착부(140)에 내장되는 것을 알 수 있다.

또한, 제2 상변화 유닛(200)은 제2 내통(210)과 제2 외통(220)의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 제2 내통(210)의 외주면과 제2 외통(220)의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제4 장착공간(SS4)을 형성하는 제4 장착부(240)를 더 포함하는 구조를 적용할 수 있는 것이다.

따라서, 흡수 부재(500)는 제4 장착부(240)에 내장되는 것을 알 수 있다.

다시말해, 제1 상변화 유닛(100)의 제3 장착부(140)와 제2 상변화 유닛(200)의 제4 장착부(240)는 방향성에 구애받지 않는 조명장치의 구현이 가능하게 될 것이다.

즉, 제3 장착부(140)와 제4 장착부(240)가 각각 제1 상변화 유닛(100)과 제2 상변화 유닛(200)에 구비되면, 반도체 광소자(400)가 지면을 향하여 대면되게 배치된 경우, 즉 반도체 광소자(400)가 어레이된 베이스 유닛(300)이 제1 상변화 유닛(100)과 제2 상변화 유닛(200)의 하부측에 배치된 경우는 물론, 경관 조명용이나 보안등 또는 가로등과 같은 조명장치에도 적용될 수 있다.

더욱 구체적으로는 전술한 경관 조명용이나 보안등 또는 가로등과 같은 조명장치는 반도체 광소자(400)가 지면을 향하지 않고 지면에 대하여 제1, 2 상변화 유닛(100, 200)의 일단부가 지면에 대하여 상향 또는 하향 경사지게 배치된 경우라도 작동 유체는 제1, 2 장착공간(SS1, SS2)의 흡수 부재(500) 또는 제3, 4 장착공간(SS3, SS4)의 흡수 부재(500)측으로 쏠리게 될 것이다.

따라서, 어느 한쪽으로 쏠린 작동 유체는 흡수 부재(500)에 스며들고, 흡수 부재(500)에 스며든 작동 유체는 제1, 2 장착공간(SS1, SS2) 부근으로부터 제3, 4 장착공간(SS3, SS4)을 향하여, 또는 제3, 4 장착공간(SS3, SS4) 부근으로부터 제1, 2 장착공간(SS1, SS2)을 향하여 기화된 후, 기화된 증기는 균일하게 분산된 후 응축되는 것을 반복하게 될 것이다.

즉, 기화된 작동 유체는 경사진 제1, 2 상변화 공간(PS1, PS2)을 따라 응축되어 흘러내리면서 다시 기화될 준비 상태로 되돌아 가는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 반도체 광소자가 가동되는 중에는 작동 유체의 기화 및 응축을 반복시킴과 동시에 대류 또한 유도함으로써 지속적으로 발생되는 반도체 광소자의 열을 냉각시키면서 방열 성능을 구현할 수 있도록 하고, 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화 구현이 가능함은 물론, 기존의 히트싱크를 대체할 수 있는 구조이면서 히트싱크와 동등 이상의 방열 성능을 구현할 수 있도록 하는 광 반도체 조명장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 반도체 조명장치의 주요부인 제1 상변화 유닛(100)의 일측에 팬을 장착하여 제1 상변화 유닛(100)에 내장된 전원공급장치(900)와 반도체 광소자(400)로부터 발생되는 열을 강제로 대류시키고 냉각시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 특별히 도시하지는 않았지만 베이스 유닛(300)의 중심부 및 커버 유닛(800)의 중심부에 벤트홀을 천공하여 이러한 강제 대류의 효과를 더욱 높일 수 있게 되는 등 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...제1 상변화 유닛
110...제1 내통
120...제1 외통
130...제1 장착부
140...제3 장착부
200...제2 상변화 유닛
210...제2 내통
220...제2 외통
230...제2 장착부
240...제4 장착부
300...베이스 유닛
310...베이스 본체
311...제1 안착홈
312...제2 안착홈
320...격벽
321...체결 단턱
331...제1 벤트 슬롯
400...반도체 광소자
500...흡수 부재
600...리플렉터
700...광학 커버
800...커버 유닛
810...커버 본체
811...제1 고정홈
812...제2 고정홈
821...제1 보강 리브
822...제2 보강 리브
832...제2 벤트 슬롯
900...전원공급장치
CS...대류 공간
PS1...제1 상변화 공간
PS2...제2 상변화 공간
SS1...제1 장착공간
SS2...제2 장착공간
SS3...제3 장착공간
SS4...제4 장착공간

Claims

저면에 적어도 하나 이상의 반도체 광소자가 배치되고, 상기 반도체 광소자로부터 발생되는 열을 일방향으로 전달하는 베이스 유닛;
상기 베이스 유닛의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제1 상변화 공간이 형성되는 양단 관통의 제1 상변화 유닛; 및
상기 작동 유체를 흡수하여 상기 제1 상변화 공간 전체에 균일하게 상기 작동 유체가 기화와 응축을 반복하도록, 상기 제1 상변화 공간에 수용되는 흡수 부재;를 포함하며,
에어는 상기 베이스 유닛의 저면 가장자리와 상기 제1 상변화 유닛의 외면을 통하여 양방향으로 유통이 가능한 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 반도체 조명장치는,
상기 베이스 유닛의 상면에 일단부 가장자리가 고정되며, 내부에 작동 유체가 수용되는 기둥 형상의 제2 상변화 공간이 형성되며, 내면은 상기 제1 상변화 유닛의 외면과 대면하도록 배치되는 양단 관통의 제2 상변화 유닛을 더 포함하며,
상기 흡수 부재는 상기 제2 상변화 공간에 수용되고,
에어는 상기 베이스 유닛과, 상기 제1 상변화 유닛과 상기 제2 상변화 유닛 사이에 형성되는 대류 공간을 통하여 양방향으로 유통이 가능한 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 유닛은,
저면에 상기 반도체 광소자가 어레이되는 평판 형상의 베이스 본체와,
상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제1 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되는 제1 안착홈과,
상기 제1 안착홈에 대응되게 상기 베이스 본체의 저면으로부터 돌출되는 격벽을 포함하며,
상기 반도체 광소자는 상기 격벽의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 2에 있어서,
상기 베이스 유닛은,
저면에 상기 반도체 광소자가 어레이되는 평판 형상의 베이스 본체와,
상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제1 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되는 제1 안착홈과,
상기 베이스 본체의 상면에 함몰되고, 상기 제2 상변화 유닛의 일단부 가장자리가 고정되며, 상기 제1 안착홈의 외측에 형성되는 제2 안착홈과,
상기 제1 안착홈에 대응되게 상기 베이스 본체의 저면으로부터 돌출되는 격벽을 포함하며,
상기 반도체 광소자는 상기 격벽의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수 부재는,
다공질의 메탈 메쉬(metal mesh) 또는 메탈 폼(metal foam) 또는 캐필러리 링(capillary ring) 중 하나인 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 4에 있어서,
상기 베이스 유닛은,
상기 베이스 본체에 관통되어 상기 제1 안착홈과 상기 제2 안착홈 사이에 복수로 배치되는 제1 벤트 슬롯을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 반도체 조명장치는,
상기 제1 상변화 유닛의 타단부 가장자리를 고정하고, 상기 베이스 유닛과 대면하며, 상기 제1 상변화 유닛의 타단부를 덮는 커버 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 2에 있어서,
상기 광 반도체 조명장치는,
상기 제1 상변화 유닛 및 상기 제2 상변화 유닛의 타단부 가장자리를 고정하고, 상기 베이스 유닛과 대면하며, 상기 제1 상변화 유닛과 상기 제2 상변화 유닛각각의 타단부를 전부 덮는 커버 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상변화 유닛은,
원기둥 형상인 양단 관통의 제1 내통과,
원기둥 형상이며, 상기 제1 내통의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 제1 외통과,
상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제1 내통의 외주면과 상기 제1 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제1 장착공간을 형성하는 제1 장착부를 포함하며,
상기 흡수 부재는 상기 제1 장착부에 내장되고,
상기 제1 장착부는 상기 베이스 유닛의 상면에 고정되며,
상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 타단부 가장자리는 상호 연결되고,
상기 제1 상변화 공간은 상기 제1 내통과 상기 제1 외통 및 상기 제1 장착부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 상변화 유닛은,
상기 제1 내통과 상기 제1 외통의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제1 내통의 외주면과 상기 제1 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제3 장착공간을 형성하는 제3 장착부를 더 포함하며,
상기 흡수 부재는 상기 제3 장착부에 내장되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 상변화 유닛은,
원기둥 형상인 양단 관통의 제2 내통과,
원기둥 형상이며, 상기 제2 내통의 외주면과 대면하는 내주면을 지닌 양단 관통의 제2 외통과,
상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 일단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제2 내통의 외주면과 상기 제2 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제2 장착공간을 형성하는 제2 장착부를 포함하며,
상기 흡수 부재는 상기 제2 장착부에 내장되고,
상기 제2 장착부는 상기 베이스 유닛의 상면에 고정되며,
상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 타단부 가장자리는 상호 연결되고,
상기 제2 상변화 공간은 상기 제2 내통과 상기 제2 외통 및 상기 제2 장착부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제2 상변화 유닛은,
상기 제2 내통과 상기 제2 외통의 타단부 가장자리를 각각 연결하고, 상기 제2 내통의 외주면과 상기 제2 외통의 내주면 사이의 거리보다 크거나 같은 내경을 지닌 링 형상의 제4 장착공간을 형성하는 제4 장착부를 더 포함하며,
상기 흡수 부재는 상기 제4 장착부에 내장되는 것을 특징으로 하는 광 반도체 조명장치.