KR100756714B1 - 차량의 ｌｅｄ 헤드램프 방열구조 - Google Patents

차량의 ｌｅｄ 헤드램프 방열구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 LED 헤드램프로부터 발생되는 열을 방출할 수 있도록 하는 방열구조에 관한 것으로,
LED는 온도의 상승에 따라서 급격하게 발광 효율이 떨어지므로 LED 자체의 정션온도를 높이거나 주위의 온도를 낮추는 방열 시스템을 갖추어야 하지만 차량의 LED 헤드램프의 방열 기술은 아직까지 그렇다 할 기술이 없었던 바,
다수의 LED(11)를 포함하는 LED 모듈(10); 상기 LED 모듈(10)의 후방에 설치되고, LED 모듈(10)로부터 발생된 열을 전달받아 집열기(30)로 전달하는 히트싱크(20); 상기 히트싱크(20)에 접속되고, 히트싱크(20)로부터 공급되는 열을 집열하는 집열기(30); 상기 집열기(30)에 집열된 열을 히트파이프(40)를 통해 전달받는 열중계기(50); 상기 열중계기(50)의 후방에 설치되는 최종 히트싱크(60); 상기 열중계기(50)와 최종 히트싱크(60)의 사이에 설치되는 열전소자(70);를 구비하는 것 등을 특징을 하는 본 발명에 의하면 LED의 효율적인 방열을 도모할 수 있게 되어 LED의 성능 저하를 방지할 수 있게 되므로 LED 헤드램프의 배광 효율을 높일 수 있게 되고, 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)이 적용된 경우에도 램프 광원의 회전(swivel)으로 인한 열전달 손실을 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
LED 헤드램프, 히트싱크, 집열기, 열중계기, 열전소자, 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)

Description

차량의 ＬＥＤ 헤드램프 방열구조 {a LED head lamp heat radiation structure for a vehicle }
도 1은 본 발명의 한 실시예의 사시도
도 2는 동 실시예의 분해 사시도
도 3은 동 실시예의 히트싱크와 집열기의 결합부위 종방향 절제 사시도
도 4는 동 실시예의 히트싱크의 사시도
도 5는 동 실시예의 집열기의 횡방향 절제 사시도
도 6은 동 실시예의 열중계기의 횡방향 절제 사시도
도 7a 내지 도 7c는 스티어링 휠의 회전위치에 따른 헤드램프 회전상태도 및 조명상태도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : LED 모듈 11 : LED
20 : 히트싱크 21 : 집열기 접속부
30 : 집열기 31 : 가이드홈
40 : 히트파이프 50 : 열중계기
51, 52 : 방열핀 53 : 열전달 매질
60 : 후방 히트싱크 70 : 열전소자
80 : 스텝핑 모터 TC : 열합성물
본 발명은 차량의 LED 헤드램프로부터 발생되는 열을 방출할 수 있도록 하는 방열구조에 관한 것으로, 더 자세하게는 LED 모듈의 후방에 설치되는 히트싱크에 집열기 및 열중계기, 최종 히트싱크를 접속한 것에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 헤드램프의 광원으로는 할로겐 램프나 가스방전식 램프를 주로 사용하여 왔다.
상기 할로겐 램프의 경우 색온도가 3200K 정도로 약간 붉은 색 계열을 띠고, 수명도 최고 1000시간 이내이기 때문에 지속적인 필드 문제가 되고 있다.
이에 비교할 때 가스방전식 램프의 경우 색온도가 약 4300K정도로 백색에 가깝고, 수명이 오래가기 때문에 고가임에도 불구하고, 고급차량에 많이 사용되고 있는 실정이다.
한편 백색 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)의 경우 색온도가 약 5500K로 태양광에 가까워 사람의 눈에 피로를 가장 적게 해주므로 최근 차량의 헤드램프 광원으로 주목받고 있다.
또한 상기 LED의 경우 사이즈를 최소화함으로서 램프의 디자인 자유도를 높여줄 뿐만 아니라 반영구적인 수명으로 인해 경제성도 갖추고 있다.
그러나 차량의 헤드램프 광원으로서의 LED에서 가장 취약한 것이 온도이다.
즉, LED는 온도의 상승에 따라서 급격하게 발광 효율이 떨어지므로 LED 자체의 정션온도를 높이거나 주위의 온도를 낮추는 방열 시스템을 갖추어야 하지만 정션온도를 높이는데는 한계가 있으므로 방열 시스템을 효율적으로 사용하여야 하는데, 기존 컴퓨터나 노트북에서 사용하고 있는 것과 같은 히트싱크나 FAN을 이용하는 것으로는 방열 효과에 한계가 있으며, 적응형 정방 조명 시스템(AFLS; Adaptive Front Lighting System)이 채용되면 램프 내부에 움직이는 구조가 채용되어야 하고 움직이는 구조 속에서 최적의 방열 효과를 나타내야 한다.
차량의 LED 헤드램프의 방열 기술은 아직까지 그렇다 할 기술이 없으며, 향후 지속적인 연구 개발이 이루어져야 한다.
한편 LED의 성능이 향상됨에 따라 더욱 고온의 열을 방출하게 되고, 고온의 열은 LED의 성능을 떨어뜨리게 된다.
LED의 정션온도가 향후 계속 개선될 것으로 예상되지만 좀 더 효과적으로 헤드램프의 배광효율을 높이기 위해서는 개선된 방열 시스템은 필수 불가결한 조건이라 할 수 있다.
또한 향후 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)이 법규화되어 적용될 것이므로 그의 적용에 따른 램프 광원의 회전(swivel)으로 인한 열전달 손실을 막기 위한 기술도 필요하게 된다.
본 발명은 상기 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 LED 소자를 이용한 헤드램프를 채용하는 차량에 있어서 LED의 효율적인 방열을 도모할 수 있도록 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조를 제공하는 데에 있는 것이다.
아울러 본 발명은 그 다른 목적이 LED 헤드램프의 회전(swivel)으로 인한 열전달 손실을 막을 수 있도록 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조를 제공하는 데에 있는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 다수의 LED를 포함하는 LED 모듈의 후방에 설치한 히트싱크를 집열기에 접속하고, 집열기에 집열된 열을 히트파이프를 통해 열중계기로 전달하며, 열중계기의 후방에 최종 히트싱크를 설치하는 동시에 열중계기와 최종 히트싱크의 사이에 열전소자를 설치하는 것 등을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의해 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 1에는 본 발명의 한 실시예의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 분해 사시도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 차량의 LED 헤드램프 방열구조는 다수의 LED(11)를 포함하는 LED 모듈(10); 상기 LED 모듈(10)의 후방에 설치되고, LED 모듈(10)로부터 발생된 열을 전달받아 집열기(30)로 전달하는 히트싱크(20); 상기 히트싱크(20)에 접속되고, 히트싱크(20)로부터 공급되는 열을 집열하 는 집열기(30); 상기 집열기(30)에 집열된 열을 히트파이프(40)를 통해 전달받는 열중계기(50); 상기 열중계기(50)의 후방에 설치되는 최종 히트싱크(60); 상기 열중계기(50)와 최종 히트싱크(60)의 사이에 설치되는 열전소자(70);를 구비하여서 되는 것이다.
도시된 실시예에서 열중계기(50)는 도 6과 같이 전방체(50a)의 후방에 형성된 다수의 방열핀(51)과 후방체(50b)의 전방에 형성된 다수의 방열핀(52)이 서로 엇갈리게 배열되고, 각 방열핀(51)(52) 사이의 공간에 열전달 매질(53)이 충전된 형태를 갖는다.
한편 도시된 실시예는 차량 진행방향에 따라 헤드램프의 조사방향이 자동으로 변환되는 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)을 적용할 수 있도록 한 것으로, LED 모듈(10)이 스텝핑 모터(80)에 접속되어 좌우방향으로 회전될 수 있게 된다.
적응형 전방 조명 시스템(AFLS)이 적용되면 헤드램프가 회전구조를 가지게 되고, 회전구조를 가지게 되면 열전달 시스템의 움직일 수 있도록 제작되어야 한다.
도시된 실시예는 도 3내지 도 5와 같이 집열기(30) 내부에 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 결합되어 좌우방향으로 회전될 수 있도록 하는 가이드홈(31)이 형성된 형태를 가진다.
그리고 집열기(30)의 가이드홈(31)에 결합된 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 좌우방향으로 회전하기 위해서는 둘 사이에 미세한 공극이 필요한데, 이 공극은 열전달을 방해하게 된다.
따라서 도시된 실시예와 같이 상기 공극에 열전달이 잘 이루어질 수 있도록 하는 열합성물(TC;Thermal Compound)을 충전하고, 열합성물(TC)이 채워져 있는 집열기(30)의 가이드홈(31) 내부를 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 좀 더 손쉽게 움직이도록 함은 물론 열합성물(TC)이 골고루 퍼지게 하기 위해서 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)의 표면 및 이면에 다수의 열합성물 유동로(21a)를 형성하는 것이 극히 바람직하다.
도면부호중 미설명부호 34 및 54는 히트파이프 접속구멍이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 있어서 LED 모듈(10)에서 발생된 열은 LED 모듈(10)의 후방에 장착된 히트싱크(20)를 통해 전달되어 집열기(30)로 모이게 된다.
그리고 집열기(30)로 집열된 열은 히트파이프(40)를 통해 열중계기(50)로 이동된다.
도시된 실시예에서 상기 열중계기(50)는 두 개의 방열핀(51)(52) 형상이 엇갈리게 구성되어 있고, 이 엇갈리게 구성된 틈 사이를 열전달 매질(53)이 메우고 있다.
따라서 단일 매질인 경우보다 방열핀(51)(52)과 열전달 매질(53) 사이의 접촉면적을 넓게 하여 더 빨리 열전달을 이룰 수 있게 된다.
열중계기(50)와 최종 히트싱크(60) 사이에는 열전소자(70)가 들어가게 되는데, 전류를 흘리면 열전소자(70) 양면의 온도차가 발생하여 한쪽은 냉각, 한쪽은 발열을 하게 된다.
따라서 냉각시키는 면을 열중계기(50)로 향하도록 위치시키고, 발열시키는 면을 최종 히트싱크(60)로 향하도록 위치시키게 되면 열중계기(50)까지 전달된 열은 일부는 최종 히트싱크(60)를 통해 직접 외부로 발산되고, 그 나머지는 열전소자(70)의 냉각효과를 통해 외부로 방출된다.
이처럼 본 발명에 있어서는 일반적인 히트싱크만 사용하는 것보다 내부에 열전소자(70)를 삽입함으로써 열전달 효과를 증대시킬 수 있고, 그 증대되는 열전달 효과만큼 최종 히트싱크(60)의 사이즈를 줄일 수 있어 복잡한 헤드램프의 구조를 단순화시킬 수 있게 된다.
또한 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)이 적용된 경우 도 7a와 같이 차량 좌회전시에 LED 모듈(10)이 좌측으로 회전되어 차량 진행방향인 좌측방향으로 헤드램프 빛이 조사되고, 도 7b와 같이 직진시에 LED 모듈(10)이 전방을 향하도록 하여 차량 진행방향인 전방으로 헤드램프 빛이 조사되며, 도 7c와 같이 차량 우회전시에 LED 모듈(10)이 우측으로 회전되어 차량 진행방향인 우측방향으로 헤드램프 빛이 조사된다.
본 발명에 있어서는 전술한 바와 같이 LED 모듈(10)이 스텝핑 모터(80)에 접속되고, 집열기(30) 내부에 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 결합되어 좌우방향으로 회전될 수 있도록 하는 가이드홈(31)이 형성되어 LED 모듈(10) 및 히트싱크(20)가 좌우방향으로 회전할 수 있게 된다.
그리고 집열기(30)의 가이드홈(31)과 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21) 사이에 마련되는 공극에 열합성물(TC;Thermal Compound)을 충전되어 열전달이 잘 이루어질 수 있게 되고, 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)의 표면 및 이면에 다수의 열합성물 유동로(21a)가 형성되어 열합성물(TC)이 채워져 있는 집열기(30)의 가이드홈(31) 내부를 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 좀 더 손쉽게 움직일 수 있게 됨은 물론 열합성물(TC)이 골고루 퍼지게 된다.
이상에서와 같이 본 발명은 LED 모듈의 후방에 설치한 히트싱크를 집열기에 접속하고, 집열기에 집열된 열을 히트파이프를 통해 열중계기로 전달하며, 열중계기의 후방에 최종 히트싱크를 설치하는 동시에 열중계기와 최종 히트싱크의 사이에 열전소자를 설치한 것으로, 본 발명에 의하면 LED의 효율적인 방열을 도모할 수 있게 되어 LED의 성능 저하를 방지할 수 있게 되므로 LED 헤드램프의 배광 효율을 높일 수 있게 되고, 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)이 적용된 경우에도 램프 광원의 회전(swivel)으로 인한 열전달 손실을 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 다수의 LED(11)를 포함하는 LED 모듈(10); 상기 LED 모듈(10)의 후방에 설치되고, LED 모듈(10)로부터 발생된 열을 전달받아 집열기(30)로 전달하는 히트싱크(20); 상기 히트싱크(20)에 접속되고, 히트싱크(20)로부터 공급되는 열을 집열하는 집열기(30); 상기 집열기(30)에 집열된 열을 히트파이프(40)를 통해 전달받는 열중계기(50); 상기 열중계기(50)의 후방에 설치되는 최종 히트싱크(60); 상기 열중계기(50)와 최종 히트싱크(60)의 사이에 설치되는 열전소자(70);를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
  2. 제1항에 있어서, 열중계기(50)는 전방체(50a)의 후방에 형성된 다수의 방열핀(51)과 후방체(50b)의 전방에 형성된 다수의 방열핀(52)이 서로 엇갈리게 배열되고, 각 방열핀(51)(52) 사이의 공간에 열전달 매질(53)이 충전된 것을 특징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량 진행방향에 따라 헤드램프의 조사방향이 자동으로 변환되는 적응형 전방 조명 시스템(AFLS)을 적용할 수 있도록 상기 LED 모듈(10)을 스텝핑 모터(80)에 접속하여 좌우방향으로 회전될 수 있게 한 것을 특 징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
  4. 제3항에 있어서, 집열기(30) 내부에 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 결합되어 좌우방향으로 회전될 수 있도록 하는 가이드홈(31)을 형성한 것을 특징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
  5. 제4항에 있어서, 집열기(30)의 가이드홈(31)과 그에 결합된 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21) 사이에 마련되는 공극에 열전달이 잘 이루어질 수 있도록 하는 열합성물(TC;Thermal Compound)을 충전한 것을 특징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
  6. 제5항에 있어서, 열합성물(TC)이 채워져 있는 집열기(30)의 가이드홈(31) 내부를 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)가 좀 더 손쉽게 움직이도록 함은 물론 열합성물(TC)이 골고루 퍼지게 하기 위해서 히트싱크(20)의 집열기 접속부(21)의 표면 및 이면에 다수의 열합성물 유동로(21a)를 형성한 것을 특징으로 하는 차량의 LED 헤드램프 방열구조.
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