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KR100818745B1 - 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈 - Google Patents

냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈은 다수개의 발광다이오드들이 설치되는 기판과, 상기 기판의 하면에 설치되며 열교환 매체가 담긴 워터 자켓과, 상기 워터자켓의 적어도 일측에 설치되어 워터 자켓의 내부의 열교환매체를 냉각시키기 위한 펠티어 소자를 구비한다.
발광다이오드, 방열, 기판

Description

냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈{LED module having cooling apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,
도 3는 도 2에 도시된 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 또 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.
본 발명은 발광다이오드 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 기판에 복수개의 발광다이오드가 설치된 모듈(light emitting diode module)을 냉각시키기 위한 냉각장치을 가진 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 발광다이오드는 상대적으로 조도가 높은 투광기, 백라이트, 조명등에 이용되는데, 특히 최근에는 저소비전력 고출력의 발광다이오드가 개발되고 있다. 이러한 발광다이오드는 고수명, 저전력소모, 친환경적, 박형화 등의 장점을 갖는 반면 광효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 이러한 장점을 갖는 발광다이오드의 광효율은 대략 20~30%정도이다. 발광다이오드 1W의 소모전력에서 광효율을 30%로 보았을 때, 열로 발생되는 소모전력 비율이 70%이다.
상기와 같이 발광다이오드로부터 발생된 열은 발광다이오드를 열화시키게 되며 그 수명을 반감시킨다. 따라서 고출력의 발광다이오드에 있어서 방열수단은 필수적이다.
대한민국 공개특허 제 2005-0086391호에는 냉각 기능을 구비한 엘이디 패키지 인쇄회로기판 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 개시된 인쇄회로기판은 평판상의 히트 파이프가 구비된 구성이 개시되어 있다.
그리고 공개 특허 제 2006-008605호에는 엘이디 패키지의 열방출구조 및 이 구조를 구비한 엘이디 패키지가 구비되어 있다. 개시된 엘이디 패키지는 엘이디 칩, 접착층을 이용하여 엘이디 칩에 결합되는 메탈 슬러그 및 상기 엘이디 침을 둘러싼 몰딩을 포함하며, 상기 메탈슬러그는 엘이디 칩을 둘러싼 발산 벽면체 및 상기 발산 벽면체의 외부에 형성된 슬러그 기판을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 냉각 기능을 갖는 엘이디 패키지 또는 엘이디 패키지의 방열구조는 구조가 상대적으로 복잡하고, 공기와의 열전달에 의해 방열이 이루어지고 있으므로 충분한 냉각효과를 기대하기 어렵다. 특히 고출력의 엘이디의 경우 상기와 같은 방열구조로서는 열에 의한 엘이디의 열화를 방지할 수 없다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고휘도의 발광다이오드로부터 발생되는 열의 방출특성을 향상시킬 수 있으며, 발광다이오드의 열 에 의한 열화를 근본적으로 방지할 수 있는 냉각장치를 갖는 발광다이오드 램프 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 고출력의 발광다이오드를 이용한 램프 및 백라이트의 제작을 가능하게 하는 냉각장치를 갖는 발광다이오드 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 열교환매체를 이용하여 냉각시킴으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있는 냉각장치를 갖는 발광다이오드 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각장치를 갖는 발광다이오드 모듈은 다수개이 발광다이오드들이 설치되는 기판과, 상기 기판의 하면에 설치되며 열교환 매체가 담긴 워터 자켓과, 상기 워터자켓의 적어도 일측에 설치되어 워터 자켓 내부의 열교환매체를 냉각시키기 위한 펠티어 소자를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 워터 자켓에는 이를 관통하는 적어도 하나의 통기공이 형성되고, 이 통기공 또는 워터자켓의 외주면에는 방열휜이 설치된다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명에 따른 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈의 일 실시예를 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈(10)은 다수개의 발광다이오드(100)들이 설치되는 기판(11)과, 상기 기판(11)의 하면에 설치되며 열교 환 매체(27)가 담긴 워터 자켓(20)과, 상기 워터자켓(20)의 적어도 일측에 설치되어 워터 자켓(20)의 내부의 열교환매체(27)를 냉각시키기 위한 펠티어 소자(30)를 구비한다.
상기와 같이 구성된 발광다이오드 모듈를 구성하는 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 발광다이오드(100)는 많은 열의 방출이 필요한 고출력의 발광다이오드가 이용될 수 있다. 예컨데, 발광다이오드는 반사막을 갖는 하우징에 칩이 부착되고 하우징에 설치된 전극단자와 칩이 와이어 본딩되어 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
상기 발광다이오드가 설치되는 기판(11)은 발광다이오드(100)들을 지지함과 아울러 각 발광다이오드에 전류를 공급하기 위한 전극패턴(미도시)이 형성된 것으로 전극패턴과의 절연을 위한 절연층을 갖는 메탈기판 사용함이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
상기 워터자켓(20)은 상기 발광다이오드(100)로부터 방출되는 열을 기판을 통하여 방출할 수 있도록 하는 것으로, 내부에 열교환 매체(27)가 채워지는 공간부(21)를 가지는 케이스(22)를 구비하는데, 상기 케이스(22)와 기판(11)의 하면에는 열전달이 원활하게 이루어질 수 있도록 열전도성 접착재에 의해 접착시킴이 바람직하다. 또한 상기 워터자켓의 케이스(22)는 열전달 계수가 높은 알루미늄, 동등으로 제작함이 바람직하다.
상기 워터자켓(20)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 워터자켓(20)을 관통하는 적어도 하나의 통기공(23)이 설치될 수 있으며, 이 통기공(23)에는 도 4에 도시된 바와 같이 발열휜(24)이 설치될 수 있다. 상기 방열휜(24)은 워터자켓의 표면에 부착될 수도 있다. 그리고 상기 워터자켓(20)에는 물을 공급할 있는 공급밸브와 물을 배출하기 위한 드레인 밸브(25)가 설치될 수 있으며, 내부의 압력이상승하여 압력이 비정상적으로 높아지는 것을 방지하기 위한 안전변(26)이 설치될 수 있다.
한편, 상기 워터자켓(20)의 일측에는 상기 열교한 매체(27)로부터 열을 배출시키기 위한 펠티어 소자(30)가 설치된다. 이 펠티어 소자(30)는 냉각부위가 상기 워터자켓의 표면에 부착되고, 열을 방출하는 측은 대기중에 노출되도록 설치된다. 그리고 상기 대기중에 노출된 펠티어 소자(30)의 표면에는 열을 방출하기 위한 방열휜(31)이 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각장치를 가지는 발광다이오드 모듈의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(11)에 설치된 고출력의 발광다이오드(100)들이 구동되어 발광함에 따라 상대적으로 많은 열이 방출되는데, 이 방출된 열은 기판을 통하여 워터자켓(20)의 열교환 매체(27)로 전달된다.
이와 같이 열교환 매체(27)로 전달된 열은 워터자켓(20)의 표면을 통하여 방출됨과 아울러 펠티어 소자(30)에 의해 외부로 펌핑된다. 따라서 지속적으로 발광다이오드를 냉각시킬 수 있다.
특히 상기 워터자켓은 케이스(21)가 열전달계수가 상대적으로 높은 알루미늄 또는 동판으로 이루어져 있으므로 방열특성이 좋아 히트 싱크 역할 충분히 수행할 수 있으며, 워터자켓(20)에는 통기공(23)이 형성되거나 이 통기공(23)에 방열휜(24)이 설치되어 있으므로 그 표면적을 넓힐 수 있어 열의 방출특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 냉각장치를 갖는 발광다이오드 모듈은 기판에 설치되는 다수개의 발광다이오드로부터 방출되는 열을 동시에 방출할 수 있어 방열특성을 향상시킬 수 있으며, 고출력의 발광다이오드 모듈제작을 가능하게 한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 다수개의 발광다이오드들이 설치되는 기판과, 상기 기판의 하면에 설치되며 열교환 매체가 담긴 케이스를 구비한 워터 자켓과, 상기 케이스의 일측에 설치되어 워터 자켓의 케이스에 담긴 열교환매체를 냉각시키기 위한 펠티어 소자를 구비하며,
    상기 워터 자켓의 케이스에는 케이스를 관통하는 적어도 하나의 통기공이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 통기공 또는 워터자켓의 케이스 외주면에는 방열휜이 설치된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 케이스에는 열교환 매체를 배출하기 위한 드레인밸브와, 워터자켓의 케이스 내부 공간부 압력이 설정된 압력 이상으로 높아지는 것을 방지하는 안전변이 설치된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 가진 발광다이오드 모듈.
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