WO2015147431A1 - 방열 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

방열 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치 Download PDF

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WO2015147431A1
WO2015147431A1 PCT/KR2015/000434 KR2015000434W WO2015147431A1 WO 2015147431 A1 WO2015147431 A1 WO 2015147431A1 KR 2015000434 W KR2015000434 W KR 2015000434W WO 2015147431 A1 WO2015147431 A1 WO 2015147431A1
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WO
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heat dissipation
region
refrigerant
light emitting
heat
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/000434
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English (en)
French (fr)
Inventor
김태근
김석원
Original Assignee
인텔렉추얼디스커버리 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/51—Cooling arrangements using condensation or evaporation of a fluid, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present application relates to a heat dissipation structure and a light emitting device including the same.
  • a lighting device is a device for emitting light
  • a lighting device employing a light emitting diode (LED) as a light source that can improve the life of the lighting device and greatly improve the energy efficiency.
  • LED light emitting diode
  • LED has a characteristic that heat energy and light energy are emitted at the same time when voltage is applied, so that the light energy is reduced due to the heat generated from the LED when driving the lighting device, and thus the brightness of the LED is lowered.
  • Components included in the lighting device may be damaged by the heat of the LED, thereby reducing the life of the lighting device.
  • the heat pipe included in the disclosed lighting device includes a wick for moving the working fluid through a capillary phenomenon, and the configuration of the heat pipe is complicated to realize the capillary phenomenon, and the wick for the implementation of the capillary phenomenon
  • the working fluid is moved because it is made of a material having high hydrophilicity, there is a problem in that the moving speed is slow and there is a limit in terms of heat radiation efficiency.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention to provide a heat dissipation structure and a light emitting device that maximize the heat dissipation efficiency with a simple structure.
  • the heat dissipation structure As a technical means for achieving the above technical problem, the heat dissipation structure according to the first aspect of the present application, an element installation unit; And a refrigerant accommodating area provided above the device installation part and accommodating the refrigerant, an evaporation area in which the vaporized refrigerant is moved up and down, and a condensation area in which the vaporized refrigerant is condensed, is sequentially formed along the vertical direction.
  • the heat dissipation body may be coated with a hydrophobic material.
  • the light emitting device according to the second aspect of the present application, the heat radiation structure according to the first aspect of the present application; And one or more light emitting devices installed in the device installation unit.
  • the refrigerant receiving region, the evaporation region and the condensation region are sequentially formed along the vertical direction, after the refrigerant vaporized in the refrigerant receiving region toward the condensation region to condense by releasing heat energy, Since it is possible to return to the refrigerant receiving region by gravity, a simple heat dissipation structure having a circulation method of the refrigerant using gravity can be implemented.
  • the heat dissipation efficiency of the light emitting device can be maximized, and the reliability of the light emitting device can be improved by preventing the decrease of light output efficiency due to heat and the deterioration of brightness, thereby preventing damage to components.
  • the lifetime of the light emitting device can also be improved while reducing maintenance costs.
  • Figure 1 (a) is a schematic cross-sectional side view of the heat dissipation structure according to the first embodiment of the embodiment of the present application.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the heat dissipation structure according to the first embodiment of the embodiment of the present disclosure cut along the line (b)-(b) of FIG. 1.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view of a heat dissipation structure according to a second embodiment of one embodiment of the present application.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the heat dissipation structure according to the second embodiment of the embodiment of the present disclosure taken along the line (b)-(b) of FIG.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional side view of a heat dissipation structure according to a second embodiment of an embodiment of the present application in which the evaporator tube is spirally provided.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of a heat dissipation structure according to a second embodiment of an embodiment of the present application in which the upper and lower surfaces of the condensation region are formed obliquely toward the passage region.
  • terms (or upper, upper, lower, lower surface, etc.) related to a direction or a position in the description of the embodiments of the present application are set based on the arrangement state of each component shown in the drawings.
  • the portion facing toward the 12 o'clock position is generally the upper side
  • the surface facing the 12 o'clock position is generally the upper face
  • the 6 o'clock position is generally toward the 6 o'clock position. If the portion is lower, generally toward 6 o'clock, the lower surface may be.
  • main heat dissipation structure a heat dissipation structure (hereinafter, referred to as a “main heat dissipation structure”) according to an embodiment of the present application will be described.
  • Figure 1 (a) is a schematic cross-sectional view of the heat dissipation structure according to the first embodiment of an embodiment of the present application
  • Figure 1 (b) is a heat dissipation structure according to a first embodiment of an embodiment of the present application It is a schematic sectional drawing cut along the line (b)-(b) of FIG.
  • the heat dissipation structure is provided on the element installation unit 210 and the element installation unit 210, and is evaporated among the refrigerant receiving region 111 and the refrigerant 0 in which the refrigerant 0 is accommodated.
  • the heat dissipation body 110 includes an evaporation region 113 in which the refrigerant 0 moves up and a condensation region 112 in which the vaporized refrigerant 0 is condensed.
  • the coolant accommodating region 111 is a region in which the coolant 0 is heated by an external heat source, and the coolant 0 may receive heat energy and evaporate.
  • the evaporation region 113 may be a movement path of the vaporized refrigerant (0).
  • the hot gas containing the vaporized refrigerant (0) continues to dissipate while moving through the evaporation region (113), and thus the temperature of the gas containing the vaporized refrigerant (0) passes through the evaporation region (113). Can be gradually lowered.
  • the condensation area 112 is lowered to a temperature at which the temperature of the gas passing through the evaporation area 113 is condensed to the vaporized refrigerant (0), so that the thermal energy is finally condensed by the vaporized refrigerant (0) contained in the gas. (Condensed latent heat).
  • the released heat energy may be transferred to the heat dissipation body 110 to be released to the outside. Accordingly, the heat dissipation effect can be implemented.
  • heat energy may be emitted in the evaporation region 113 and the condensation region 112.
  • At least a portion of the refrigerant 0 accommodated in the refrigerant accommodating region 111 is applied to heat emitted from the light emitting element 220 installed when the light emitting element 220 is installed in the element installation unit 210. Can be vaporized.
  • the coolant 0 accommodated in the coolant accommodating region 111 may receive evaporated heat energy emitted from the light emitting device 220.
  • the refrigerant 0 may be evaporated, moved, and condensed to transfer heat energy to the heat dissipation body 110 so that the heat energy absorbed from the light emitting device 220 may be released to the outside through the heat dissipation body 110. Accordingly, heat radiation to the light emitting device 220 may be implemented.
  • the coolant accommodating region 111, the evaporation region 113, and the condensation region 112 are arranged in a vertical direction such that the refrigerant 0 condensed in the condensation region 112 returns to the coolant accommodating region 111 by gravity. Are formed sequentially along.
  • the heat dissipation structure is configured to circulate the refrigerant 0 using gravity, and accordingly, a simple and rapid refrigerant circulation structure can be implemented instead of the capillary structure of the conventional complicated and slow circulation method.
  • the heat dissipation body 110 is coated with a hydrophobic material.
  • At least an inner surface of the condensation region 112 of the inner surface of the heat dissipation body 110 may be coated with a hydrophobic material.
  • the refrigerant 0 condensed in the condensation region 112 and formed on the inner surface of the condensation region 112 is easily removed from the condensation region 112 due to the hydrophobicity of the inner surface. It can be quickly separated and moved in the direction of gravity, whereby the return of the refrigerant 0 to the refrigerant receiving region 111 can be made much easier.
  • the entire inner surface of the heat dissipation body 110, as well as the inner surface of the condensation region 112, may be coated with a hydrophobic material, thereby improving heat dissipation efficiency of the entire heat dissipation body 110.
  • the outer surface of the heat dissipation body 110 may be coated with a material having a higher thermal conductivity than the heat dissipation body 110.
  • Thermal energy contained in the gas including the vaporized refrigerant 0 is transferred to the heat dissipation body 110 by the movement of the gas through the evaporation region 113 and the condensation of the vaporized refrigerant 0 in the condensation region 112. Can be delivered.
  • the heat energy transferred to the heat dissipation body 110 may be discharged by being transferred to the outside.
  • the outer surface of the heat dissipation body 110 is coated with a material having a higher thermal conductivity than the heat dissipation body 110, the heat energy transferred to the heat dissipation body 110 may be more effectively released to the outside.
  • the material having a higher thermal conductivity than the heat dissipation body 110 may be the same material as the hydrophobic material.
  • the hydrophobic material may be graphene.
  • Graphene is a material made of carbon atoms, a material having high hydrophobic and high thermal conductivity.
  • the heat dissipation efficiency can be maximized by the heavy coating, and in addition, it is possible to minimize the condensation of the refrigerant 0 condensed on the inner surface of the condensation region 112 due to the superhydrophobicity of the graphene, so that the circulation of the refrigerant is faster. Can be done.
  • the coating on the heat dissipation body 110 may be performed by dipping.
  • the coating may be made by dipping the heat dissipation body 110 into a solution including a hydrophobic material.
  • the heat dissipation body 110 may have a sealed space.
  • the refrigerant receiving region 111 is formed at the lower portion of the sealed space
  • the evaporation region 113 is formed at the middle thereof
  • the condensation region 112 may be formed at the upper portion thereof.
  • the vaporized refrigerant 0 moves upward through the evaporation region 113 to move to the condensation region 112. do.
  • the condensation region 112 as described above, the vaporized refrigerant 0 finally condenses while releasing thermal energy, and the condensed refrigerant 0 is moved downward by the action of gravity to the refrigerant receiving region 111. Can be regressed.
  • the evaporation region 113 may not only serve as a passage through which the vaporized refrigerant 0 evaporates and rise, but also serve as a passage through which the condensed refrigerant 0 returns in the direction of gravity. can do.
  • the heat dissipation structure may include a heat dissipation fin 120, referring to Figure 1 (a). As shown in FIG. 2B, the heat dissipation fin 120 may protrude radially from the outer circumferential portion of the heat dissipation body 110.
  • the heat dissipation fins 120 By including the heat dissipation fins 120, the area exposed to the atmosphere of the heat dissipation structure can be increased. Accordingly, the discharge efficiency of the heat energy transferred to the heat dissipation body 110 to the outside may be improved.
  • a plurality of light emitting devices 220 may be provided below the device installation unit 210.
  • the heat dissipation body 110 may be provided corresponding to each of the plurality of light emitting devices 220. In other words, as shown in FIG. 1, it may mean that one heat dissipation body 110 may be provided corresponding to one light emitting device 220.
  • Figure 2 (a) is a schematic perspective view of a heat dissipation structure according to a second embodiment of an embodiment of the present application
  • Figure 2 (b) shows a heat dissipation structure according to a second embodiment of an embodiment of the present application It is a schematic sectional drawing cut along the line (b)-(b) of 2 (a).
  • 3 is a schematic cross-sectional view of a heat dissipation structure according to a second embodiment of an embodiment of the present application, in which an evaporator tube is spirally extended
  • FIG. 4 is an upper surface and a lower surface of the condensation region obliquely toward the passage region.
  • the second embodiment of the heat dissipation structure will be described based on a part different from the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are used for the same or similar components as those described above, and overlapping descriptions will be briefly or omitted.
  • the evaporation region 113 connects the refrigerant receiving region 111 and the condensation region 112 and may be formed through an evaporation tube 1131 having an outer surface exposed to the atmosphere.
  • an inside of the evaporation tube 1131 may be an evaporation region 113.
  • the evaporation region 113 may include an opening 1133 for communicating the inside and the outside of the evaporation tube 1131 to expose the atmosphere.
  • the evaporation tube 1131 may be arranged in the form of a lattice array.
  • the evaporation tube 1131 may be bent and extended to increase the surface area exposed to the atmosphere.
  • the evaporation tube 1131 may be provided to extend in a helical manner to increase the surface area exposed to the atmosphere.
  • the air exposure surface area of the evaporation tube 1131 may be maximized, and the heat radiation efficiency to the outside may be improved.
  • the temperature is sufficiently low as the gas containing the vaporized refrigerant (0) passes therethrough, so that the vaporized refrigerant (0) in the condensation region 112 can be finally condensed ( Length, external exposed surface area, etc.).
  • Such specifications may be changed according to the number, output, etc. of light emitting devices to be installed.
  • the heat dissipation structure includes a passage region formed separately from the evaporation tube 1131 so that the refrigerant 0 condensed in the condensation region 112 returns to the refrigerant receiving region 111. 115 may be included.
  • the condensation region 112 in the condensation region 112, at least one of an upper surface and a lower surface of the condensation region 112 is directed toward the passage region 115 so that the movement of the refrigerant 0 to be condensed is led to the passage region 115. It can be formed at an angle. 2 and 3, the condensation region 112 may be formed obliquely in an arc shape (see FIGS. 2 and 3).
  • the return of the refrigerant (0) to the refrigerant receiving region 111 can be made more easily, and the circulation of the refrigerant (0) is quickly made to radiate heat Efficiency can be maximized.
  • a plurality of light emitting devices 220 may be provided below the device installation unit 210.
  • one heat dissipation body 110 may be provided for the plurality of light emitting devices 220.
  • the light emitting device 220 may be a light emitting diode (LED) device, an organic light emitting diode (OLED) device, or the like, but is not limited thereto.
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • the heat dissipation structure is applied to the light emitting device to maximize the heat dissipation efficiency of the light emitting device, thereby reducing the maintenance cost, it is also possible to reduce the light output efficiency due to deterioration.
  • the heat dissipation structure may be applied to a light emitting device for indoor or outdoor lighting.
  • a light emitting device (hereinafter, referred to as a “light emitting device”) according to an exemplary embodiment of the present application will be described.
  • the same reference numerals are used for the same or similar components as the above-described salping configuration, and overlapping descriptions will be briefly or omitted.
  • the light emitting device includes at least one light emitting device 220 installed below the heat dissipation structure and the element mounting unit 210 according to the exemplary embodiment described above.
  • the light emitting device 220 may serve as a light source, and the heat radiating structure may dissipate heat emitted from the light emitting device 220.
  • the heat dissipation structure allows the circulation of the refrigerant 0 to be quickly and efficiently through a simple structure having a circulation method of the refrigerant 0 using gravity.
  • the heat dissipation structure is coated with a hydrophobic material on the inner surface of the heat dissipation body 110, the coating of the outer surface of the heat dissipation body 110 with a material having a higher thermal conductivity than the heat dissipation body 110, the circulation of the refrigerant (0) And the heat conduction effect can be maximized.
  • the light emitting device includes the heat dissipation structure, and thus the heat dissipation efficiency can be maximized, and the light reliability of the light emitting device 220 can be prevented, and the light output efficiency due to heat can be prevented, thereby improving the reliability of the illumination. It is possible to prevent damage to other components other than the device 220 and improve its lifespan.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

방열 구조체가 개시되며, 상기 방열 구조체는 소자 설치부; 및 상기 소자 설치부의 상부에 구비되고 냉매가 수용되는 냉매 수용영역, 상기 냉매 중 기화된 냉매가 상승 이동하는 증발영역 및 상승 이동한 상기 기화된 냉매가 응축되는 응축영역이 수직 방향을 따라 순차적으로 형성되는 방열 몸체를 포함하되, 상기 방열 몸체는 소수성 물질로 코팅된다.

Description

방열 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치
본원은 방열 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명 장치는 빛을 발산하는 장치로서, 근래에는, 조명 장치의 수명을 향상시킬 수 있고 에너지효율을 크게 향상시킬 수 있는 발광다이오드(LED)를 광원으로 채택한 조명 장치가 이용되고 있다.
그런데, LED는 전압을 가하면 열에너지와 빛에너지가 동시에 방출되는 특성이 있어서, 조명장치의 구동시 LED에서 발생되는 열로 인해 빛 에너지가 감소되고 결국 LED의 휘도가 저하되는 문제가 있으며, LED 및 그 외 조명장치에 포함되는 부품이 LED의 발열로 인해 손상되기도 하여 조명장치의 수명이 단축되는 문제가 있다.
이에 따라, 히트 파이프를 이용해 열을 순환시킴으로써 방열 효율을 향상시킨 조명 장치가 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0132213호에 개시된 바 있다.
그런데 개시된 조명 장치가 포함하는 히트 파이프는, 작동유체를 모세관 현상을 통해 이동시키는 윅(wick)을 포함하는바, 모세관 현상의 구현을 위해 히트 파이프의 구성이 복잡해지고, 모세관 현상의 구현을 위해 윅이 높은 친수성을 갖는 재질로 이루어져 작동유체가 이동되기는 하지만, 그 이동 속도가 느려 방열 효율 면에서 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단순한 구조로 방열 효율을 극대화시킨 방열 구조체 및 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 방열 구조체는, 소자 설치부; 및 상기 소자 설치부의 상부에 구비되고 냉매가 수용되는 냉매 수용영역, 상기 냉매 중 기화된 냉매가 상승 이동하는 증발영역 및 상승 이동한 상기 기화된 냉매가 응축되는 응축영역이 수직 방향을 따라 순차적으로 형성되는 방열 몸체를 포함하되, 상기 방열 몸체는 소수성 물질로 코팅될 수 있다.
또한, 본원의 제2 측면에 따른 발광 장치는, 본원의 제1 측면에 따른 방열 구조체; 및 상기 소자 설치부에 설치되는 하나 이상의 발광 소자를 포함할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 냉매 수용영역, 증발영역 및 응축영역이 수직 방향을 따라 순차적으로 형성됨으로써, 냉매 수용영역에서 기화되어 응축영역으로 향한 냉매가 열 에너지를 방출하여 응축된 후, 중력에 의해 냉매 수용영역으로 회귀할 수 있어, 중력을 이용한 냉매의 순환 방식을 갖는 간명한 구조의 방열 구조체가 구현될 수 있다.
또한, 이러한 방열 구조체를 포함하는 발광 장치에 의하면, 발광 장치의 방열 효율이 극대화될 수 있어, 열에 의한 광 출력 효율 감소 및 휘도 저하를 막아 발광 장치의 신뢰성이 향상될 수 있으며, 부품의 손상을 막아 유지보수 비용을 절감하면서 발광 장치의 수명 또한 향상될 수 있다.
도 1의 (a)는 본원의 일 실시예의 제1 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이다.
도 1의 (b)는 본원의 일 실시예의 제1 구현예에 따른 방열 구조체를 도 1의 (b)-(b)선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 2의 (a)는 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체의 개략적인 사시도이다.
도 2의 (b)는 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 도 2의 (a)의 (b)-(b)선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 3은 증발관이 나선형으로 연장 구비된 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이다.
도 4는 응축영역의 상면 및 하면이 통로영역을 향해 비스듬하게 형성된 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
참고로, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상부, 상면, 하부, 하면 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들어 도 1, 도 2의 (b), 도 3 및 도 4를 보았을 때 전반적으로 12시 방향을 향하는 부분이 상부, 전반적으로 12시 방향을 향하는 면이 상면, 전반적으로 6시 방향을 향하는 부분이 하부, 전반적으로 6시 방향을 향하는 면이 하면 등이 될 수 있다.
이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 방열 구조체(이하 '본 방열 구조체'라 함)에 대해 설명한다.
도 1의 (a)는 본원의 일 실시예의 제1 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이고, 도 1의 (b)는 본원의 일 실시예의 제1 구현예에 따른 방열 구조체를 도 1의 (b)-(b)선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 방열 구조체는, 소자 설치부(210) 및 소자 설치부(210)의 상부에 구비되고 냉매(0)가 수용되는 냉매 수용영역(111), 냉매(0) 중 기화된 냉매(0)가 상승 이동하는 증발영역(113) 및 기화된 냉매(0)가 응축되는 응축영역(112)을 포함하는 방열 몸체(110)를 포함한다.
냉매 수용영역(111)은 냉매(0)가 외부 열원에 의해 가열되는 영역으로서, 냉매(0)가 열 에너지를 받아 증발할 수 있다.
또한, 증발영역(113)은 기화된 냉매(0)의 이동 통로가 될 수 있다. 기화된 냉매(0)를 포함하는 고온의 기체는 증발영역(113)을 통해 이동하면서 계속적으로 방열하게 되며, 이에 따라 기화된 냉매(0)를 포함하는 기체의 온도는 증발영역(113)을 통과하면서 점차 낮아질 수 있다.
또한, 응축영역(112)은 증발영역(113)을 통과한 기체의 온도가 기화된 냉매(0)가 응축되는 온도까지 낮아져, 기체에 포함된 기화된 냉매(0)가 최종적으로 응축되면서 열 에너지(응축잠열)을 방출하는 영역일 수 있다. 또한, 방출된 열 에너지는 방열 몸체(110)로 전달되어 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 방열 효과가 구현될 수 있다.
이와 같이, 열 에너지 방출은 증발영역(113) 및 응축영역(112)에서 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 냉매 수용영역(111)에 수용된 냉매(0) 중 적어도 일부는, 소자 설치부(210)에 발광 소자(220)가 설치되었을 때, 설치된 발광 소자(220)로부터 방출되는 열에 의해 기화될 수 있다.
즉, 냉매 수용영역(111)에 수용된 냉매(0)는 발광 소자(220)로부터 방출되는 열 에너지를 받아 증발할 수 있다. 또한, 냉매(0)는 증발되어 이동 및 응축되면서 열 에너지를 방열 몸체(110)에 전달하여 발광 소자(220)로부터 흡수한 열 에너지가 방열 몸체(110)를 통해 외부로 방출되게 할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(220)에 대한 방열이 구현될 수 있다.
또한, 냉매 수용영역(111), 증발영역(113) 및 응축영역(112)은, 응축영역(112)에서 응축된 냉매(0)가 중력에 의해 냉매 수용영역(111)으로 회귀되도록, 수직 방향을 따라 순차적으로 형성된다.
즉, 본 방열 구조체는, 냉매(0)를 중력을 이용하여 순환시키는 구성으로서, 이에 따르면, 종래의 복잡하고 느린 순환 방식의 모세관 구조 대신에, 간명하면서도 신속한 냉매 순환 구조가 구현될 수 있다.
또한, 방열 몸체(110)는 소수성 물질로 코팅된다.
예시적으로, 방열 몸체(110)의 내면 중 적어도 응축영역(112)의 내면은 소수성 물질로 코팅될 수 있다.
소수성 물질이 응축영역(112)의 내면에 코팅되는 경우, 응축영역(112)에서 응축되어 응축영역(112)의 내면에 맺힌 냉매(0)가 내면의 소수성으로 인해 응축영역(112)으로부터 용이하고 신속하게 분리되어 중력 방향으로 이동될 수 있고, 이에 따라, 냉매(0)의 냉매 수용영역(111)으로의 회귀가 훨씬 용이해질 수 있다. 또한, 이를 통해 방열 몸체(110) 중 응축영역(112) 부분의 열 전도성을 높일 수 있어, 방열 효율 또한 크게 향상될 수 있다.
또한, 응축영역(112) 부분의 내면뿐만 아니라, 방열 몸체(110)의 내면 전체가 소수성 물질로 코팅될 수 있으며, 이를 통해 방열 몸체(110) 전체의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 방열 몸체(110)의 외면은 방열 몸체(110)보다 열 전도성이 높은 물질로 코팅될 수 있다.
기화된 냉매(0)를 포함하는 기체에 포함된 열 에너지는 증발영역(113)을 통한 기체의 이동 및 응축영역(112)에서의 기화된 냉매(0)의 응축에 의해 방열 몸체(110)로 전달될 수 있다. 또한, 방열 몸체(110)로 전달된 열 에너지는 외부로 전달됨으로써 방출될 수 있다. 이때, 방열 몸체(110)의 외면이 방열 몸체(110)보다 열 전도성이 높은 물질로 코팅되는 경우, 방열 몸체(110)로 전달된 열 에너지가 보다 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
또한, 방열 몸체(110)보다 열 전도성이 높은 물질은 소수성 물질과 동일한 물질일 수 있다.
예시적으로, 소수성 물질은 그래핀(graphene)일 수 있다.
그래핀은, 탄소 원자로 이루어진 물질로서, 높은 소수성(hydrophobic)을 갖는 물질이고, 열 전도성이 높은 물질이다.
특히, 방열 몸체(110)의 내면 중 적어도 응축영역(112)의 내면이 그래핀으로 코팅됨과 동시에, 방열 몸체(110)의 외면 또한 그래핀으로 코팅되는 경우, 높은 열 전도성을 갖는 그래핀의 2중 코팅에 의해 방열 효율이 극대화될 수 있으며, 아울러, 그래핀의 초소수성으로 인해 응축영역(112)의 내면에 응축된 냉매(0)가 맺히게 되는 것을 최소화할 수 있어, 보다 빠른 냉매의 순환이 이루어질 수 있다.
또한, 예시적으로, 방열 몸체(110)에 대한 코팅은 디핑(dipping)에 의해 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 소수성을 갖는 물질을 포함하는 솔루션에 방열 몸체(110)가 디핑됨으로써, 코팅이 이루어질 수 있다.
또한, 본 방열 구조체의 제1 구현예에 따르면, 도 1에 나타난 바와 같이, 방열 몸체(110)는 밀폐 공간을 가질 수 있다. 또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 밀폐 공간에는 그 하부에 냉매 수용영역(111)이 형성되고, 그 중간에 증발영역(113)이 형성되며, 그 상부에 응축영역(112)이 형성될 수 있다.
이러한 본 방열 구조체에 따르면, 냉매 수용영역(111)에 있던 냉매(0) 중 적어도 일부가 기화되면, 기화된 냉매(0)는 증발영역(113)을 통해 상승 이동하여 응축영역(112)으로 이동된다. 응축영역(112)에서는 상술한 바와 같이, 기화되었던 냉매(0)가 열 에너지를 방출하면서 최종적으로 응축되는데, 응축된 냉매(0)는 중력의 작용에 의해 하강 이동되어 냉매 수용영역(111)으로 회귀될 수 있다.
즉, 본 방열 구조체의 제1 구현예에 따르면, 증발영역(113)은 기화된 냉매(0)가 증발되어 상승하는 통로 역할 뿐만 아니라, 응축된 냉매(0)가 중력 방향으로 회귀하는 통로 역할도 할 수 있다.
또한, 본 방열 구조체는 도 1의 (a)를 참조하면, 방열핀(120)을 포함할 수 있다. 방열핀(120)은 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 방열 몸체(110)의 외주부로부터 방사상으로 돌출될 수 있다.
방열핀(120)을 포함함으로써, 본 방열 구조체의 대기에 대한 노출 면적이 늘어날 수 있다. 이에 따라, 방열 몸체(110)로 전달된 열 에너지의 외부로의 방출 효율이 향상될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 소자 설치부(210)의 하부에는 발광 소자(220)가 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 방열 몸체(110)는 복수 개의 발광 소자(220) 각각에 대응하여 구비될 수 있다. 다시 말해, 도 1에 나타난 바와 같이, 방열 몸체(110) 하나가 발광 소자(220) 하나에 대응하여 구비될 수 있음을 의미할 수 있다.
한편, 도 2의 (a)는 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체의 개략적인 사시도이고, 도 2의 (b)는 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 도 2의 (a)의 (b)-(b)선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다. 또한, 도 3은 증발관이 나선형으로 연장 구비된 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이고, 도 4는 응축영역의 상면 및 하면이 통로영역을 향해 비스듬하게 형성된 본원의 일 실시예의 제2 구현예에 따른 방열 구조체를 측면에서 바라본 개략적인 단면도이다.
이하에서는 본 방열 구조체의 제2 구현예를 제1 구현예와 차이가 있는 부분 위주로 살펴본다. 따라서, 앞서 살펴본 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 증발영역(113)은 냉매 수용영역(111)과 응축영역(112)을 연결하며, 외면이 대기에 노출되는 증발관(1131)을 통해 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 증발관(1131)의 내부가 증발영역(113)일 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 증발관(1131)이 대기에 노출되므로, 증발영역(113)을 통과하는 기체(기화된 냉매(0)를 포함하는 기체)로부터의 외부 열 방출이 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 증발영역(113)은 도 2의 (a)를 참조하면, 증발관(1131)이 대기에 노출되도록, 그 내부와 외부를 연통시키는 개구부(1133)를 포함할 수 있다.
또한, 예시적으로 도 2의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 증발관(1131)은 격자 어레이 형태로 배열될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 4를 참조하면, 증발관(1131)은 대기에 노출되는 표면적이 증가되도록 절곡 연장될 수 있다. 또는 도 3을 참조하면, 증발관(1131)은, 대기에 노출되는 표면적이 증가되도록 나선형으로 연장 구비될 수 있다.
이에 따라, 증발관(1131)의 대기 노출 표면적이 극대화될 수 있으며, 외부로의 방열 효율이 향상될 수 있다.
또한, 증발관(1131)은, 기화된 냉매(0)를 포함하는 기체가 이를 통과하면서 충분히 온도가 낮아져, 응축영역(112)에서 기화된 냉매(0)가 최종적으로 응축될 수 있도록 하는 제원(길이, 외부 노출 표면적 등)을 가짐이 바람직하다. 이러한 제원은 설치되는 발광 소자의 개수, 출력 등에 따라 변경될 수 있을 것이다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 방열 구조체는, 응축영역(112)에서 응축되는 냉매(0)가 냉매 수용영역(111)으로 회귀되도록 증발관(1131)과는 별도로 형성되는 통로영역(115)을 포함할 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 응축영역(112)은, 응축되는 냉매(0)의 이동이 통로영역(115)으로 유도되도록 상면 및 하면 중 적어도 하나 이상이 통로영역(115)을 향해 비스듬하게 형성될 수 있다. 예시적으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 응축영역(112)은 아치 형상으로 비스듬하게 형성될 수 있다(도 2 및 도 3 참조).
이러한 응축영역(112)의 상면 또는 하면의 비스듬한 경사 구조에 따라, 냉매(0)의 냉매 수용영역(111)으로의 회귀가 보다 용이하게 이루어질 수 있고, 냉매(0)의 순환이 신속하게 이루어져 방열 효율이 극대화될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 소자 설치부(210)의 하부에는 발광 소자(220)가 복수 개 구비될 수 있다. 예시적으로, 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 복수 개의 발광 소자(220)에 대하여 방열 몸체(110) 하나가 구비될 수 있다.
이상에서, 발광 소자(220)는 LED(Light Emitting Diode) 소자, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 소자 등일 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 방열 구조체는 발광 장치에 적용되어 발광 장치의 방열 효율을 극대화하고, 이를 통해 유지 보수 비용을 줄일 수 있으며, 열화에 의한 광 출력 효율 감소 또한 줄일 수 있다. 예시적으로, 본 방열 구조체는 실내 또는 실외 조명용 발광 장치에 적용될 수 있다. 또한, 발광 장치의 유지 보수 비용을 줄일 수 있으며, 열에 의한 광 출력 효율 감소를 줄일 수 있다.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 발광 장치(이하 '본 발광 장치'라 함)에 관하여 살핀다. 다만, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 발광 장치는, 상술한 본원의 일 실시예에 따른 방열 구조체 및 소자 설치부(210)의 하부에 설치되는 하나 이상의 발광 소자(220)를 포함한다.
발광 소자(220)는 광원 역할을 할 수 있고, 방열 구조체는 발광 소자(220)로부터 방출되는 열을 방산할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원의 일 실시예에 따른 방열 구조체는, 중력을 이용한 냉매(0)의 순환 방식을 갖는 간명한 구조를 통해 신속하고 효율적인 냉매(0)의 순환이 이루어지도록 한다. 나아가, 본 방열 구조체는 방열 몸체(110)의 내면은 소수성 물질로 코팅하고, 방열 몸체(110)의 외면에 대해서는 방열 몸체(110)보다 열 전도성이 높은 물질로 코팅함으로써, 냉매(0)의 순환 및 열 전도 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발광 장치는, 이러한 방열 구조체를 포함함으로써, 방열 효율이 극대화될 수 있고, 발광 소자(220)의 휘도 저하를 막고 열에 의한 광 출력 효율 감소를 막아 조명의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 발광 소자(220)외의 다른 부품들의 손상을 막아 그 수명이 향상될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 발광 장치의 방열 구조체에 있어서,
    소자 설치부; 및
    상기 소자 설치부의 상부에 구비되고 냉매가 수용되는 냉매 수용영역, 상기 냉매 중 기화된 냉매가 상승 이동하는 증발영역 및 상승 이동한 상기 기화된 냉매가 응축되는 응축영역이 수직 방향을 따라 순차적으로 형성되는 방열 몸체를 포함하되,
    상기 방열 몸체는 소수성 물질로 코팅되는 것인 방열 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 상기 방열 몸체보다 열 전도성이 높은 것인 방열 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 그래핀인 것인 방열 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 수용영역에 수용된 냉매 중 적어도 일부는, 상기 소자 설치부에 발광 소자가 설치되었을 때, 상기 발광 소자로부터 방출되는 열에 의해 기화되는 것인 방열 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 몸체의 내면 중 적어도 상기 응축영역의 내면은 상기 소수성 물질로 코팅되는 것인 방열 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 몸체의 외면은 상기 방열 몸체보다 열 전도성이 높은 물질로 코팅되는 것인 방열 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방열 몸체보다 열 전도성이 높은 물질은 상기 소수성 물질과 동일한 물질인 것인 방열 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은 디핑(dipping)에 의해 수행되는 것인 방열 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방열 몸체는 밀폐 공간을 갖는 것이되,
    상기 밀폐 공간에는 그 하부에 상기 냉매 수용영역이 형성되고, 그 중간에 상기 증발영역이 형성되며, 그 상부에 상기 응축영역이 형성되는 것인 방열 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소자 설치부의 하부에는 발광 소자가 복수 개 구비되고,
    상기 방열 몸체는, 상기 복수 개의 발광 소자 각각에 대응하여 복수 개가 구비되는 것인 방열 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 증발영역은, 상기 냉매 수용영역과 상기 응축영역을 연결하며, 외면이 대기에 노출되는 하나 이상의 증발관을 통해 형성되는 것인 방열 구조체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 응축영역에서 응축되는 냉매가 상기 냉매 수용영역으로 회귀되도록 상기 증발관과는 별도로 형성되는 통로영역을 더 포함하는 방열 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 응축영역은 응축되는 냉매의 이동이 상기 통로영역으로 유도되도록, 상면 및 하면 중 하나 이상이 상기 통로영역을 향해 비스듬하게 형성되거나 아치형으로 형성되는 것인 방열 구조체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 증발관은 대기에 노출되는 표면적이 증가되도록 절곡 연장되거나 나선형으로 연장되는 것인 방열 구조체.
  15. 발광 장치에 있어서,
    제1 항에 따른 방열 구조체; 및
    상기 소자 설치부에 설치되는 하나 이상의 발광 소자를 포함하는 발광 장치.
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