Nanocrystalline diamond(NCD) coated aluminium plates were prepared and applied as heat sinks for LED modules. NCD films were deposited on 1 mm thick Al plates for times of 2 - 10 h in a microwave plasma chemical vapor deposition reactor. Deposition parameters were the microwave power of 1.2 kW, the working pressure of 90 Torr, the $CH_4/Ar$ gas ratio of 2/200 sccm. In order to enhance diamond nucleation, DC bias voltage of -90 V was applied to the substrate during deposition without external heating. NCD film was identified by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The Al plates with about 300 nm thick NCD film were attached to LED modules and thermal analysis was carried out using Thermal Transient Tester (T3ster) in a still air box. Thermal resistance of the module with NCD/Al plate was 3.88 K/W while that with Al plate was 5.55 K/W. The smaller the thermal resistance, the better the heat emission. From structure function analysis, the differences between junction and ambient temperatures were $12.1^{\circ}C$ for NCD/Al plate and $15.5^{\circ}C$ for Al plate. The hot spot size of infrared images was larger on NCD/Al than Al plate for a given period of LED operation. In conclusion, NCD coated Al plate exhibited better thermal spreading performance than conventional Al heat sink.
In recent years, many researchers have considered the building energy consumption reduction accordingly to deal with abnormal climate changes and greenhouse gas reduction. However, the lighting energy use ratio has increased in spite of the development of the high efficiency lighting device. Therefore, the study aims to produce the LED lighting applications for the effective lighting heat removal by using the heat characteristics of LED lighting and analyzing the heat removal effect. In order to increase radiant heat efficiency, the heat pipe and heat sink was attached on PCB as LED lighting applications. Experiment was conducted to verify the temperature and air velocity of inside duct: thermocouples, anemometer. The heat removal effect of LED lighting applications was measured by observing the temperature of the lighting applications and the change of air velocity in duct. The experiment shows that the temperature change in the duct according to air velocity was $0.9{\sim}5.8^{\circ}C$. It is also concluded that heat removal was calculated from 33 to 81W.
LED(Light Emitting Diode) 조명기기는 장수명, 저탄소, 고효율의 장점을 가지고 있어 현재 가정용 램프, 자동차 조명등, 신호등에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 자동차 LED 전조등용 MCPCB LED를 제작한 후 방열성능 최적화를 수행하였다. 개발된 LED 전조등은 히트파이프와 팬의 조합시 목표 방열성능 달성이 가능하였고 팬의 on-off 제어를 통해 팬의 수명 또한 3배 정도 연장 가능함을 보였다.
열전소자를 사용하여 발광다이오드의 방열효과를 조사하였다. 열전소자의 냉각기능인 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하여, 고전력 발광다이오드의 방열과 p-n접합부의 온도를 제어하였다. 정격전류(350 mA)에 대한 고전력(1 W급) 발광다이오드(Light Emitting Diodes: LEDs)의 온도와 p-n접합부 온도는 각각 $64.5^{\circ}C$와 $79.1^{\circ}C$이다. 열전소자의 입력 전력 0.1~0.2 W에 대하여, LED의 온도와 접합부 온도는 각각 $54.2^{\circ}C$와 $68.9^{\circ}C$로 낮아진다. 열전소자에 입력 전력을 0.2 W 이상으로 증가할수록, LED의 온도와 접합부의 온도가 상승한다. 이는 열전소자에 의하여 흡수된 열이 LED로 역류하기 때문이다. 따라서 열전 소자의 냉각기능을 유지하기 위하는 열의 역류를 제어하여야 하며, 열의 역류는 LED의 온도와 방열장치의 온도 차가 클수록 커진다.
The purpose of this paper is to analyze thermal characteristics of the heat sinks to maximize the thermal diffusivity for LED floodlight. The 2 kind of samples were prepared by vapor chamber manufacturing technology using the heat pipe principle. It was analyzed the maximum temperature reduction effect and the thermal diffusion from the heat source depending on the types of chambers with 3 kind of working fluids. As a result, it was confirmed that thermal conductivity 23% increased, GVC-R type than IVC-R type.
Dark Mura phenomena which can happen at the region with high temperature gradient in a Notebook LCD Monitor using LED light source has numerically been studied. The calculation was conducted under the nearly realistic conditions by considering the anisotropic thermal properties of materials and the real dimensions of each component. The two performance indices of LED monitor, i.e., the maximum temperature and the spacial gradient of temperature were examined for the various shapes, lengths and thickness of heat sink plate. Calculated results give more reasonable temperature distribution comparing with experimental results.
최근에 LED나 OLED와 같은 조명용 소자의 온도 상승에 따른 문제점을 개선하기 위하여 전기 도금 방법을 사용하여 제작한 두께가 두꺼운 금속 필름을 heat sink로 사용하고 있다. Cu 필름과 같은 두꺼운 금속 필름은 습식 방법인 전기 도금으로 제작하여 주로 소자의 방열판으로 사용되어 왔으나 건식의 증착 방법을 이용한 수 백 ${\mu}m$의 Cu 금속 필름에 대한 필요성이 요구되고 있다. 본 연구에서 설계 제작된 유도 가열 방식의 Cu 필름 증착 장비는 가열부가 세라믹 도가니 히터 부분과 세라믹 도가니 부분으로 분리된 이중 구조의 heating 방식을 채택하여 열 손실을 최소화 하고 보온 효과를 극대화시켰다. 또한 유도 가열 방식으로 초고속의 필름 증착 속도를 구현하였다. 그리고 열전도도가 높고 안정적인 두꺼운 Cu 필름 증착기술을 확보하고 최적화 하여 $1000{\AA}/s$의 증착율로 $100{\mu}m$의 필름을 증착 하였으며 ~2.0% 이내의 두께 균일도를 얻었다.
본 논문은 LED조명기구의 상용화에 문제가 되고 있는 방열설계에 관한 논문으로서, CF-design을 이용한 방열해석을 통하여 문제해결의 방법을 제시한다. 해석 결과 시뮬레이션 값과 시작품 제작 후 측정 온도와의 차이가 6[$^{\circ}C$]이하로 도출되었으며 주어진 제 요소들을 잘 활용하면 실제작품의 목표치에 근접하는 결과를 얻을 수 있다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권2호
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pp.96-101
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2016
The thermal management of high-power LED components in an assembly structure is crucial for the stable operation and proper luminous function. This study employs numerical tools to determine the optimum thermal design in LEDs with a heat sink consisting of a crevice-type vapor-chamber heat pipe. The effects of the MCPCB are investigated in terms of the substrate thicknesses on which the LEDs are mounted. Further, different placement configurations in a system module are considered. This study found that for a confined area, a power of 40 W/LED is applicable to a high-power package. Furthermore, the thermal conductivity of dielectric layer materials should ideally be greater than 0.9 W/m.K. The temperature conditions of the vapor chamber in a heat pipe greatly affect the thermal performance of the system. At an offset distance of 9.0 mm and a $2^{\circ}C$ increase in the temperature of the heat pipe, the resulting maximum temperature increase is approximately $1.9^{\circ}C$ for each heat dissipation temperature. Finally, at a thermal conductivity of 0.3 W/m.K, it was found that the total thermal resistance changes dramatically. Above 1.2 W/m.K, the resistance change reduces exponentially.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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