KR20090103263A - Cooling device in a illuminator using LED by peltier effect - Google Patents
Cooling device in a illuminator using LED by peltier effectInfo
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Abstract
Description
본 발명은 발광다이오드 조명기구의 발광다이오드에서 발생하는 열을 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 지속적으로 방출함으로써 효과적인 냉각이 이루어질 수 있도록 한 발광다이오드 조명기구의 냉각 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling technology of a light emitting diode luminaire which enables effective cooling by continuously dissipating heat generated from the light emitting diode of the light emitting diode luminaire using the Peltier Effect.
일반적으로 다수개의 발광다이오드(LED)를 이용한 조명기구에서는 전기의 일부(약 20 ~ 30%)만 빛 에너지로 전환되고, 나머지는 열에너지로 전환되어 열이 발생하게 된다.In general, in a lighting device using a plurality of light emitting diodes (LEDs), only a part of electricity (about 20 to 30%) is converted into light energy, and the rest is converted into thermal energy to generate heat.
이렇게 발생하는 열에 의한 온도가 일정 온도(예를 들어, 60℃) 이하에서는 발광다이오드의 휘도에 영향을 미치지 않으나, 상기 일정 온도 이상이 되면 발광다이오드에 영향을 미쳐 휘도가 급격히 저하되며, 이러한 영향에 의해 발광다이오드의 효율이 저하된다. 따라서 발광다이오드의 효율을 저해하는 요인인 고열을 제거하는 방법이 지속적으로 연구되고 있다.When the temperature generated by the heat does not affect the brightness of the light emitting diode below a certain temperature (for example, 60 ° C.), when the temperature exceeds the predetermined temperature, the brightness of the light emitting diode is affected and the brightness is sharply reduced. As a result, the efficiency of the light emitting diode is reduced. Therefore, a method of removing high heat, which is a factor that hinders the efficiency of the light emitting diode, has been continuously studied.
종래에 발광다이오드에서 발생하는 열을 제거하기 위해 제안된 방법은 공랭식, 수냉식 및 고열전도 금속기판의 세 가지로 개발되었다.Conventionally, the proposed method for removing heat generated from light emitting diodes has been developed in three ways: air-cooled, water-cooled, and high thermal conductivity metal substrates.
공랭식은 자연대기를 이용한 넓은 열방사면과 강제순환 팬을 주로 이용하였고, 수냉식은 빗물과 냉각오일을 이용하는 동시에 넓은 열방사면을 갖는 구조로 구성되어 있으며, 고열전도 금속기판은 메탈베이스(알루미늄 또는 구리)와 얇은 구리판을 고열전도 절연체로 일체화한 기판으로 구성되어있다.The air-cooling type mainly uses a wide heat radiating surface using a natural atmosphere and a forced circulation fan. The water-cooling type is composed of a structure having a wide heat radiating surface while using rain water and cooling oil. The high-heat conductive metal substrate is a metal base (aluminum or copper). And a thin copper plate are composed of a substrate in which a high thermal conductive insulator is integrated.
강제순환 방식의 공랭식은 넓은 열방사면과 순환 팬의 구성으로 부피가 커지는 단점이 있으며, 자연순환 방식의 공랭식은 효율을 일정하게 유지하기 어려운 단점이 있다. 빗물을 이용한 수냉식은 동절기에 동파 될 염려와 효율이 일정하지 않다는 단점이 있으며, 냉각오일을 이용하는 수냉식은 냉각오일 량을 점검 및 보충을 해야하는 불편함을 초래한다. 또한, 고열전도 금속기판 방식은 작은 기판크기, 방열효과 증대, 디자인이 자유롭다는 등의 장점이 있으나, 소재의 강도가 약하고 금속판의 두께와 방열판의 형상에 따라 열 방출 효율이 달라져서 적정 온도를 유지하기가 어려운 단점이 있다. Forced circulation type air-cooled formula has a disadvantage that the volume is large due to the configuration of a wide heat radiation surface and the circulation fan, natural air-cooled system has a disadvantage that it is difficult to maintain the constant efficiency. Water cooling using rainwater has the disadvantage of freezing in winter and the efficiency is not constant, and water cooling using cooling oil causes inconvenience of checking and replenishing the amount of cooling oil. In addition, the high thermal conductivity metal substrate method has advantages such as small substrate size, increased heat dissipation effect, and free design. However, the strength of the material is low and the heat dissipation efficiency varies depending on the thickness of the metal plate and the shape of the heat dissipation plate. There are disadvantages that are difficult to do.
결론적으로 상기와 같은 세 가지의 종래 발광다이오드 조명기구에 적용된 냉각장치로는 일정한 냉각효과를 기대할 수 없으며, 관리의 편리성을 기대할 수 없었다.In conclusion, the cooling device applied to the above three conventional light emitting diode lighting fixtures cannot expect a constant cooling effect and can not expect the convenience of management.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 발광다이오드 조명기구에 적용된 냉각장치에 의해 발생하는 정적 냉각효과의 어려움과 관리가 불편하다는 제반 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention has been proposed to solve the problems of the static cooling effect generated by the cooling device applied to the conventional light emitting diode lighting device as described above, and the various problems of inconvenient management.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광다이오드 조명기구의 발광다이오드에서 발생하는 열을 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 지속적으로 방출함으로써 효과적인 냉각이 이루어질 수 있도록 한 발광다이오드 조명기구의 냉각 장치를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a cooling device of the light emitting diode luminaire to enable effective cooling by continuously dissipating heat generated from the light emitting diode of the light emitting diode luminaire using the Peltier Effect (Peltier Effect). There is.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 미세 전류를 이용하여 발광다이오드의 적정 냉각온도를 유지하고, 발광다이오드의 밝기 유지 및 수명 연장이 가능하며, 조명기구의 구조를 단순화하면서도 환경 친화성 향상을 도모하고, 높은 신뢰성과 유지 보수 및 관리의 편리함을 제공해주기 위한 발광다이오드 조명기구의 냉각 장치를 제공하는 데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to maintain an appropriate cooling temperature of the light emitting diode by using a micro current, to maintain the brightness of the light emitting diode and to extend the life of the light emitting diode, while simplifying the structure of the lighting fixtures while promoting environmental friendliness In addition, the present invention provides a cooling device for a light emitting diode lighting device to provide high reliability and convenience of maintenance and management.
상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "발광다이오드 조명기구의 냉각 장치"는,"Cooling device of a light emitting diode lighting device" according to the present invention for solving the above problems,
발광다이오드를 이용하여 가로등이나 보안등과 같이 휘도를 확보하기 위한 조명기구에 있어서,In the lighting fixture to secure the brightness, such as a street light or security light using the light emitting diode,
다수개의 발광다이오드로 구성되는 발광부와;A light emitting unit comprising a plurality of light emitting diodes;
상기 발광부에 구동용 전원을 공급하는 주 전원부와;A main power supply unit for supplying driving power to the light emitting unit;
상기 발광부에 밀착하여 열전 작용으로 상기 발광부에서 발생하는 열을 흡열하는 고열전도 금속기판과;A high thermal conductivity metal substrate in close contact with the light emitting unit and absorbing heat generated from the light emitting unit by a thermoelectric action;
상기 고열전도 금속기판의 흡열을 펠티어 효과를 통해 방출하는 전기적 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises an electrical cooling unit for emitting the endotherm of the high thermal conductivity metal substrate through the Peltier effect.
상기에서, 전기적 냉각부는,In the above, the electrical cooling unit,
다수개의 직렬로 연결된 반도체와;A plurality of semiconductors connected in series;
상기 반도체에 구동용 전원을 공급하는 보조 전원부와;An auxiliary power supply unit supplying driving power to the semiconductor;
상기 반도체에 의해 전달되는 열을 방출하기 위한 전도체와;A conductor for dissipating heat transferred by said semiconductor;
상기 전도체의 열을 방출하면서 절연 기능을 하는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises an insulator for insulating function while releasing heat of the conductor.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드 조명기구의 냉각 장치는,In addition, the cooling device of the LED lighting device according to the present invention,
상기 고열전도 금속기판의 상부에 구비되어 상기 발광부에서 발생한 열을 전달하면서 상기 발광부와 상기 고열전도 금속기판의 전기적인 연결을 제한하는 절연체와;An insulator provided on an upper portion of the high thermal conductive metal substrate to limit electrical connection between the light emitting portion and the high thermal conductive metal substrate while transferring heat generated from the light emitting portion;
상기 절연체와 상기 발광부 사이에 구비되어, 상기 절연체에 가해지는 외부 충격을 완충하는 완충재를 더 포함하는 것이 바람직하며,It is preferable to further include a cushioning material provided between the insulator and the light emitting part to cushion an external impact applied to the insulator.
더욱 바람직하게는, 상기 절연체는 세라믹으로 구현하고, 상기 완충재는 고온에도 견딜 수 있는 난연성 절연고무인 것을 특징으로 한다.More preferably, the insulator is implemented in ceramic, and the cushioning material is characterized in that the flame-retardant insulating rubber that can withstand high temperatures.
또한, 상기 전기적 냉각부는,In addition, the electrical cooling unit,
상기 전기적 냉각부에 가해지는 외부 충격을 완충하는 완충재를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 완충재는 고온에도 견딜 수 있는 난연성 절연고무인 것을 특징으로 한다. It is preferable to further include a buffer for cushioning the external shock applied to the electrical cooling unit, the buffer is characterized in that the flame-retardant insulating rubber that can withstand high temperatures.
또한, 상기 보조 전원부는 상기 발광부의 일정한 냉각온도 유지를 위해 상기 반도체에 미세 전류를 공급하는 것을 특징으로 한다.The auxiliary power supply unit may supply a fine current to the semiconductor to maintain a constant cooling temperature of the light emitting unit.
또한, 상기 고열전도 금속기판은,In addition, the high thermal conductivity metal substrate,
메탈베이스와 얇은 구리판을 고열전도 절연체로 일체화한 기판인 것을 특징으로 한다.It is a board | substrate which integrated the metal base and the thin copper plate by the high thermal conductive insulator, It is characterized by the above-mentioned.
본 발명에 따르면 반도체를 미세 전류로 제어함으로써 적정 냉각온도 유지가 가능한 효과가 있으며, 이로 인해 발광다이오드의 휘도 유지와 내용 연수를 보장할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to maintain an appropriate cooling temperature by controlling the semiconductor with a fine current, and thus, there is an advantage of ensuring luminance and useful life of the light emitting diode.
또한, 조명기구의 형상을 단순화할 수 있어 제작비용을 줄일 수 있으며, 아울러 발광다이오드의 수명 연장으로 유지관리에 용이함도 제공해주는 장점이 있다.In addition, it is possible to simplify the shape of the lighting fixture to reduce the manufacturing cost, and also has the advantage of providing ease of maintenance by extending the life of the light emitting diode.
또한, 난연성 절연고무를 세라믹에 접착하여 외부의 충격에 의해 세라믹이 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by attaching the flame-retardant insulating rubber to the ceramic has an effect that can prevent the ceramic from being damaged by an external impact.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 조명기구의 냉각장치 단면도.1 is a cross-sectional view of a cooling device of a light emitting diode lighting device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명기구의 냉각장치 구조도.2 is a structure diagram of a cooling device of a light emitting diode lighting device according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101… 반도체101... semiconductor
102, 103… 전도체102, 103... conductor
104, 105… 절연체104, 105... Insulator
106… 얇은 구리판106... Thin copper plate
107, 108… 난연성 절연고무107, 108... Flame Retardant Insulation Rubber
109… 보조 전원부109... Auxiliary power
110… 히트 싱크110... Heat sink
113… 발광부113... Light emitting part
115… 주 전원부115... Main power
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention. If it is determined that the detailed description of the known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 조명기구의 냉각장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명기구의 냉각장치 구조도로서, 발광부(113), 주 전원부(115), 난연성 절연고무(107), 고열전도 금속기판(106, 104, 102), 전기적 냉각부(101, 103, 105), 난연성 절연고무(108), 보조 전원부(109)로 구성된다.1 is a cross-sectional view of a cooling device of a light emitting diode lighting device according to the present invention, Figure 2 is a structural diagram of a cooling device of a light emitting diode lighting device according to the present invention, the light emitting unit 113, the main power supply 115, flame-retardant insulating rubber 107, high thermal conductive metal substrates 106, 104, 102, electrical cooling sections 101, 103, 105, flame retardant insulating rubber 108, and auxiliary power supply section 109.
발광부(113)는 다수개의 발광다이오드로 구성되며, 주 전원부(115)는 리드선을 통해 상기 발광부(113)에 구동용 전원을 공급해주게 된다.The light emitting unit 113 includes a plurality of light emitting diodes, and the main power supply unit 115 supplies driving power to the light emitting unit 113 through a lead wire.
이러한 발광부(113)는 히트 싱크(Die heat sink)(110)의 상부 소정 위치에 접착제(D/B resin)(112)에 의해 접착되며, 상기 발광부(113)의 상부에는 렌즈(114)가 장착된다. 렌즈(114)는 광 확산 기능을 수행함과 아울러 발광다이오드를 보호하는 기능을 수행한다.The light emitting unit 113 is adhered by an adhesive (D / B resin) 112 to an upper predetermined position of the die heat sink 110, the lens 114 on the upper portion of the light emitting unit 113. Is fitted. The lens 114 performs a light diffusing function and a function of protecting the light emitting diode.
난연성 절연고무(107)는 상기 히트 싱크(110)와 납땜(111)에 의해 결합되며, 상기 난연성 절연고무(107)의 하단에는 고열전도 금속기판(106, 104, 102)이 결합된다. 여기서 난연성 절연고무(107)와 고열전도 금속기판(106, 104, 102)은 금속기판과 절연고무를 결합하기 위한 다양한 결합방법에 의해 결합하는 것이 바람직하다.The flame retardant insulating rubber 107 is coupled by the heat sink 110 and the soldering 111, and the high thermal conductive metal substrates 106, 104, and 102 are coupled to the lower end of the flame retardant insulating rubber 107. Here, the flame retardant insulating rubber 107 and the high thermal conductive metal substrates 106, 104, and 102 are preferably joined by various bonding methods for bonding the metal substrate and the insulating rubber.
고열전도 금속기판은 동 또는 알루미늄과 같은 메탈베이스(102)와 얇은 구리판(106)을 고열전도 절연체(104)로 일체화한 금속 기판이다. 이러한 고열전도 금속기판의 절연체(104)는 min80㎛로서 1.8 ~ 12W/m.k의 열전도가 있어 일반적인 세라믹 기판과 동등한 방열 효과를 갖는다. 기판 자체의 방열효과가 높아 기판 사이즈의 소형화가 가능하며, 이러한 장점으로 인해 상부의 히트 싱크(110)의 크기도 소형화가 가능해진다. The high thermal conductive metal substrate is a metal substrate in which a metal base 102 such as copper or aluminum and a thin copper plate 106 are integrated with a high thermal conductive insulator 104. The insulator 104 of the high thermal conductivity metal substrate has a heat conductivity of 1.8 to 12 W / m.k, which is min 80 μm, and has a heat dissipation effect equivalent to that of a general ceramic substrate. Since the heat dissipation effect of the substrate itself is high, it is possible to miniaturize the size of the substrate. Due to this advantage, the size of the upper heat sink 110 is also reduced.
전기적 냉각부는 펠티어 효과를 통해 열을 방출하는 기능을 하는 것으로서, P형 및 N형 반도체(101)가 다수 개 직렬로 연결되고, 보조 전원부(109)에 의해 상기 반도체(101)에 구동용 전원이 공급된다. 반도체(101)의 구동용 전원은 직류로써 미세 전류로도 충분히 구동이 가능하다. 반도체(101)의 하부에는 상기 반도체(101)에 의해 전달되는 열을 방출하기 위한 전도체(103)가 구비되는 데, 이러한 전도체(103)는 구리 또는 알루미늄으로 구현하는 것이 바람직하다. 그리고 전도체(103)의 하부에는 상기 전도체(103)의 열을 방출하면서 절연 기능을 하는 세라믹 성분의 절연체(105)가 구비된다.The electrical cooling unit functions to release heat through the Peltier effect. A plurality of P-type and N-type semiconductors 101 are connected in series, and a driving power supply is supplied to the semiconductors 101 by an auxiliary power supply unit 109. Supplied. The power supply for driving the semiconductor 101 can be sufficiently driven by a direct current with a direct current. The lower portion of the semiconductor 101 is provided with a conductor 103 for dissipating heat transferred by the semiconductor 101, the conductor 103 is preferably implemented by copper or aluminum. A lower portion of the conductor 103 is provided with an insulator 105 made of a ceramic component that insulates and dissipates heat from the conductor 103.
그리고 절연체(105)의 하부에는 외부 충격을 완충하여 상기 절연체(105)가 파손되는 것을 방지하기 위한 완충재인 난연성 절연고무(108)를 결합한다. 이러한 난연성 절연고무(108)는 표면 온도가 800℃ ∼ 1600℃인 경우에도 견딜 수 있는 난연성 절연고무를 사용하는 것이 바람직하다.And the lower portion of the insulator 105 is coupled to the flame-retardant insulating rubber 108, which is a cushioning material for preventing the insulator 105 from being damaged by buffering an external impact. The flame-retardant insulating rubber 108, it is preferable to use a flame-retardant insulating rubber that can withstand even when the surface temperature is 800 ℃ to 1600 ℃.
이와 같이 구성된 본 발명은 가로등, 보안등, 전광판, 자동차 라이트 등과 같이 발광다이오드를 장착한 조명기구에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치로서 사용된다.The present invention configured as described above is used as a cooling device for cooling heat generated in a lighting device equipped with a light emitting diode such as a street light, a security light, an electric sign, an automobile light, and the like.
동작 원리를 설명하면, 주 전원부(115)에 의해 발광다이오드 구동 전원이 리드선을 통해 발광부(113)에 공급되면, 각각의 발광다이오드는 발광을 하게 되고, 이로 인해 생성된 광을 렌즈(114)가 확산하여 조명 역할을 한다.When the operation principle is described, when the LED driving power is supplied to the light emitting unit 113 by the main power supply unit 115 through the lead wire, each light emitting diode emits light, and thus the light generated by the lens 114 Diffuses to serve as a light.
다수개의 발광다이오드가 발광을 하면 열이 발생하게 되고, 일차적으로 히트 싱크(110)에 의해 방열을 수행하나, 지속적인 발광으로 히트 싱크(110)에 의해 방열할 수 없는 상태의 열이 발생하게 되면, 해당 열은 열전도율이 뛰어난 난연성 절연고무(107)를 통해 전달된 후 얇은 구리판(106)과 절연체(104)와 동/알루미늄과 같은 메탈베이스(102)로 이루어진 고열전도 금속기판을 통해 방열 된다.When a plurality of light emitting diodes emit light, heat is generated, and heat is primarily radiated by the heat sink 110, but when heat is generated that cannot be radiated by the heat sink 110 due to continuous light emission, The heat is transmitted through the flame retardant insulating rubber 107 having excellent thermal conductivity and then radiated through a high thermal conductive metal substrate made of a thin copper plate 106 and an insulator 104 and a metal base 102 such as copper / aluminum.
주지한 고열전도 금속기판의 방열 기능은 LED 등의 조명장치의 분야에서 이미 공지된 기능이므로, 자세한 설명은 생략한다.Since the heat dissipation function of the well-known high thermal conductivity metal substrate is a function already known in the field of a lighting device such as an LED, detailed description thereof will be omitted.
다음으로, 고열전도 금속기판의 하부에 형성된 전기적 냉각부에 의해 실질적인 냉각이 이루어지게 되는 데, 여기서 전기적 냉각부는 펠티어 효과를 이용하여 고열전도 금속기판의 방열을 흡열하여 방출하게 된다.Subsequently, substantial cooling is performed by the electrical cooling unit formed under the high thermal conductive metal substrate, wherein the electrical cooling unit absorbs and radiates heat radiation of the high thermal conductive metal substrate by using the Peltier effect.
일반적으로, 펠티어 효과는 두 개의 서로 다른 금속이 2개의 접점을 가지고 붙어 있을 때, 이 두 금속의 양단에 전위차를 걸어주면, 전위의 이동에 의하여 열의 이동이 발생하는 현상을 말하며, 기 전력에 의해서 이동하는 자유전자가 보다 높은 페르미 준위로 이동하기 위해서는 에너지를 흡수해야만 하는 과정에서, 가장 구하기 쉬운 열에너지를 흡수하여 이동함으로써 전자를 내어주는 편에서는 지속적으로 열이 흡수되고, 반대편에서는 지속적으로 열이 방출된다는 원리이다. In general, the Peltier effect refers to a phenomenon in which two different metals have two contacts, and when a potential difference is applied to both ends of the two metals, heat transfer occurs due to the movement of the potential. While moving free electrons must absorb energy in order to move to a higher Fermi level, heat is continuously absorbed on the side that gives up electrons by absorbing and moving the most readily available heat energy, and continuously on the other side. It is a principle.
가해지는 전류량과 발열/흡열되는 열량은 하기의 [수학식1]과 같다.The amount of current applied and the amount of heat generated / exothermized are shown in Equation 1 below.
여기서 dQ는 가해주는 열량을 의미하고, 이러한 열량 변화에 의해서 만들어지는 전류를 dI라고 한다. 비례 상수 π를 펠티에 계수 혹은 제어벡 계수라고 한다.Here, dQ means the amount of heat applied, and the current generated by the change of calories is called dI. The proportional constant π is called the Peltier coefficient or the Control Beck coefficient.
주지한 바와 같이 펠티어 소자를 이용한 냉각을 구현하기 위해서는 두 개의 서로 다른 금속이 2개의 접점을 갖고 있어야 한다는 전제조건이 필요하다. 그러나 하나의 소자로는 큰 냉각효과를 기대하기 어려우므로, 본 발명에서는 펠티어 소자를 여러 개 직렬로 결합한 열전 모듈(TEM: Thermo Electric Module)의 형태로 전기적 냉각부를 구현하였다.As is well known, in order to implement cooling using the Peltier element, a precondition that two different metals have two contacts is required. However, since it is difficult to expect a large cooling effect with one device, the present invention implements an electric cooling unit in the form of a thermoelectric module (TEM) in which several Peltier devices are coupled in series.
사용되는 반도체(101)는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합에 기반하고 있다. 여기에 사용되는 반도체는 일반적으로 반도체라고 불리는 갈륨/비소 반도체를 사용하지 못한다. 이것은 열전 모듈의 특성상 최고의 효율을 내기 위해서는 세 가지 조건이 조화를 이루어 줘야 하는 데, 이 세 가지는 제어벡 계수가 높아야 하며, 전기저항이 낮아야 하며, 열 전도성 또한 최대한 낮아야 한다. 여기서 전기 저항이 개입되는 이유는 반도체 자체의 발열 때문이다. 열로 손실되는 에너지의 양은 저항값의 제곱에 비례하기 때문에 저항이 낮으면 낮을수록 소자 자체의 발열이 적어서 소자 자체의 발열로 인한 전체적인 온도의 상승을 억제할 수 있다. 물론 전력 역시 적게 소모하게 된다. 열 전도성이 낮아야 한다는 것은 전위차에 의해 유도된 소자 양단의 온도차를 그대로 유지시키기 위함이다. 만약, 열 전도성이 높다면 양단의 온도차를 만들어준 것이 무의미하게 되기 때문이다. 이러한 모든 성질을 종합한 것이 '메리트 상수'라는 것이다. 메리트 상수는 Z라는 약자로 표기되며, 이를 수학식으로 표현하면 아래의 [수학식 2]와 같다.The semiconductor 101 used is based on the junction of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. The semiconductor used here does not use a gallium / arsenic semiconductor, commonly referred to as a semiconductor. In order to achieve the best efficiency due to the characteristics of thermoelectric modules, three conditions must be harmonized. These three have to have a high control Beck coefficient, low electrical resistance, and low thermal conductivity. The reason why the electrical resistance is involved is due to the heat generation of the semiconductor itself. Since the amount of energy lost by heat is proportional to the square of the resistance value, the lower the resistance, the less heat is generated in the device itself, thereby suppressing an increase in the overall temperature due to the heat generated by the device itself. Of course, less power is consumed. The low thermal conductivity is to maintain the temperature difference across the device induced by the potential difference. If the thermal conductivity is high, it is meaningless to make the temperature difference between both ends. The sum of all these properties is called the Merit constant. The merit constant is abbreviated as Z, which is expressed as Equation 2 below.
현재 가장 많이 사용되는 펠티어 소자로는 텔로오르화 비스무스(Bi2Te3), 텔루오르화 납(PbTe)이 있다.Peltier devices most commonly used are bismuth fluoride (Bi2Te3) and lead tellurium (PbTe).
따라서 본 발명에서는 반도체(101)를 P형 반도체와 N형 반도체를 여러 개 직렬로 연결하여 구현하며, 전류를 N형 반도체 기준으로 공급하면, P형 반도체 내에서 정공은 상측 고열전도 금속기판과의 접점에서 생성되어 하측 전도체(103)의 접점 쪽으로 이동한다. 여기서 정공이 열을 실어나르는 역할을 하게 되며, 결론적으로 상측의 고열전도 금속기판의 지속적으로 차가워지며, 하측 전도체(103)는 지속적으로 뜨거워진다. Accordingly, in the present invention, the semiconductor 101 is implemented by connecting a plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors in series, and when a current is supplied based on the N-type semiconductor, holes in the P-type semiconductor are separated from the upper high-temperature conductive metal substrate. It is generated at the contact and moves toward the contact of the lower conductor 103. Here, the hole plays a role of carrying heat, and consequently, the upper high thermal conductive metal substrate is continuously cooled, and the lower conductor 103 is continuously heated.
전도체(103)에서 방출된 열은 절연체(105)와 난연성 절연고무(108)를 통해 외부로 방출됨으로써, 발광다이오드의 냉각 작용이 이루어지게 된다.Heat emitted from the conductor 103 is discharged to the outside through the insulator 105 and the flame retardant insulating rubber 108, thereby cooling the light emitting diode.
부가적으로 반도체(101)의 구동용 전원을 미세전류로 하고, 이것을 조절함으로써 냉각 온도의 제어가 가능하며, 결론적으로 미세전류의 제어로 적정 냉각 온도를 유지할 수 있게 되는 것이다.In addition, it is possible to control the cooling temperature by setting the power source for driving the semiconductor 101 as a microcurrent and adjusting it, and consequently, it is possible to maintain an appropriate cooling temperature by controlling the microcurrent.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
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