KR101606841B1 - Ｌｅｄ 전조등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전면이 개방되고 차량의 램프 하우징에 내장되는 통 형상의 본체; 상기 본체의 개방된 전면에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈; 상기 본체의 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 램프 하우징의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사 부재; 및 상기 본체의 내부에 설치되어 상기 반사 부재의 각도 및 상기 반사 부재와 상기 LED 모듈 사이의 거리를 가변시키는 반사 부재 가변 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전조등에 관한 것으로서, 광원의 손상 없이 작은 구동 부하를 이용하여 LED 전조등의 조사 각도 및 조사 형태를 가변시킬 수 있고, 효과적인 방열이 가능하다.

Description

ＬＥＤ 전조등{LED headlight}
본 발명은 LED를 광원으로 사용하여 차량의 전방을 밝혀주는 LED 전조등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원의 손상 없이 작은 구동 부하를 이용하여 LED 전조등의 조사 각도 및 조사 형태를 가변시킬 수 있고, 효과적인 방열이 가능한 LED 전조등에 관한 것이다.
일반적으로 전조등은 차량이나 오토바이 등의 전방에 부착되어 흐린 날이나 야간 주행시에 앞을 환하게 비추기 위해 설치된 전등으로서, 불빛을 아래쪽으로 비추는 하향등과 불빛을 위쪽으로 비추는 상향등으로 구성된다.
이러한 전조등에 사용되는 램프의 종류로는 할로겐 램프, HID 램프, LED 램프 등이 있는데, 최근에는 수명이나 효율 면에서 우수한 LED 램프가 전조등의 램프로 사용되고 있는 추세이다.
차량에 사용되는 LED 전조등은, 후방에 LED가 설치되고 전방에 반사경과 렌즈가 순차적으로 결합되어 LED 모듈을 형성하고 이 LED 모듈을 전조등의 하우징 내부에 설치하여 구성된다. 그리고, LED 모듈의 각도를 조절함으로써, 광선을 상향, 하향 또는 편향시킬 수 있었다.
이러한 방식의 LED 헤드램프가 공개특허공보 제10-2009-0116408호에 개시되어 있다. 이 선행문헌에 개시된 LED 헤드램프는, 램프 하우징, 리플렉터부 및 광원부가 하나의 모듈로 구성되고, 이 모듈이 회전축에 의해 일체로 회전되어 LED 광의 조사각을 변화시킬 수 있다.
그러나, 이와 같은 램프의 조사각 변화 방식은, LED 광이 조사되는 각도를 변화시킬 수 있을 뿐, LED 광이 조사되는 거리, 즉 조사 범위를 가변시킬 수는 없었다. 또한, 램프 하우징, 리플렉터부 및 광원부 전체를 동시에 가변시켜야 하기 때문에 구동 부하가 크고, 광원부의 가변에 따라 광원부를 구성하는 부품들의 손상 우려가 있었다.
또한, LED는 일반적으로 전기가 인가되면 인가된 에너지의 20 ~ 30%만이 빛으로 변환되고, 인가된 에너지의 70 ~ 80%는 열로 변환되기 때문에, 방열에 대한 대책이 필요하다. 특히, LDE 전조등의 광원으로 사용되는 고출력 LED(Power LED)의 경우, 방열 문제가 해결되지 못하면 단시간 내에 LED의 기능을 상실하게 된다.
선행문헌에 개시된 LED 헤드램프는, 전술한 방열 문제를 해소하기 위해, 램프 하우징의 후방 외측에 방열핀들을 구비한 방열부를 설치하여 LED로부터 발생하는 열을 방열시키는 방식을 채용하고 있다.
그러나, 선행문헌의 방열 구조는 램프 하우징 외측에 추가적인 방열부가 설치됨으로 인해, 방열을 위한 많은 공간이 필요하였다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, LED 광원의 조사각 및 조사 형태를 가변시킬 수 있는 LED 전조등을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED 광원을 고정시킨 상태로 조사각을 가변시킬 수 있어 가변을 위한 구동 부하를 줄이고, 광원의 손상을 방지할 수 있는 LED 전조등을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED에서 발생하는 열을 효율적으로 방열시키고, 방열 공간을 최소화할 수 있는 LED 전조등을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 전면이 개방되고 차량의 램프 하우징에 내장되는 통 형상의 본체; 상기 본체의 개방된 전면에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈; 상기 본체의 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 램프 하우징의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사 부재; 및 상기 본체의 내부에 설치되어 상기 반사 부재의 각도 및 상기 반사 부재와 상기 LED 모듈 사이의 거리를 가변시키는 반사 부재 가변 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반사 부재 가변 수단은 상기 반사 부재의 후방에 설치된 회동축 및 상기 회동축을 회동시키는 회동축 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 반사 부재 가변 수단은 상기 반사 부재와 상기 본체의 배면 사이에서 길이방향으로 이동되어 상기 LED 모듈과 상기 반사 부재 사이의 거리를 가변시키는 스크류 및 상기 스크류를 구동시키는 스크류 구동 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 본체의 전면에 위치되는 중심부와 상기 중심부로부터 상기 본체의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 상기 본체의 후방으로 구부러진 복수의 연장부를 구비하고, 상기 중심부에 상기 LED 모듈이 설치되며, 상기 중심부와 상기 연장부는 히트파이프로 이루어진 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 본체는 외부 표면에서 외측을 향해 볼록하게 형성된 복수의 결합부를 구비하고, 상기 연장부의 단부는 상기 결합부에 끼워져 상기 본체와 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 램프 하우징 전체를 가변시킬 필요없이 반사 부재만을 가변시켜 LED 광의 조사 각도 및 형태를 가변시킬 수 있어, 가변에 필요한 구동 부하를 줄이고 LED 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방열 부재를 통해 열을 효율적으로 방열하고 방열 공간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전조등을 개략적으로 도시한 측면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 LED 전조등의 조사각 가변 예를 도시한 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 LED 전조등의 조사 거리 가변 예를 도시한 측면 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 LED 전조등을 개략적으로 도시한 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 LED 전조등의 방열 부재를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 LED 전조등의 다른 형태를 개략적으로 도시한 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 LED 전조등의 방열 부재의 바람직한 형태를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED 전조등의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전조등을 개략적으로 도시한 측면 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 전조등은 차량의 램프 하우징(10)에 내장되는 본체(110), 본체(110)의 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈(120), LED 모듈(120)로부터 조사되는 광을 반사시켜 램프 하우징(10)의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사 부재(130) 및 반사 부재(130)의 각도를 가변시키고 반사 부재(130)와 LED 모듈(120) 사이의 거리를 가변시키는 반사 부재 가변 수단을 포함한다.
본체(110)는 차량의 램프 하우징(10) 내부에 설치되고, LED 모듈(120)로부터 조사된 광이 램프 하우징(10)의 전방으로 조사될 수 있도록 전면이 개방된 통 형상의 부재이다. 본 발명에서는 원통 형상의 본체(110)를 도시하였지만, 본체는 다면체 형상으로 구성될 수도 있다.
LED 모듈(120)은 본체(110)의 개방된 전면 측에 설치되는데, 본체(110)의 후방 즉, 램프 하우징(10)의 전면창(11)과 반대방향으로 광이 조사되도록 설치된다. 여기서, LED 모듈(120)은 복수의 LED 칩을 집적한 고출력의 LED 모듈인 것이 바람직하다.
반사 부재(130)는 본체(110)의 후방 내부에 설치되어, LED 모듈(120)로부터 출력되는 광을 반사시켜 램프 하우징(10)의 전방으로, 즉 램프 하우징(10)의 전면창(11)을 통해 광이 전방으로 조사되도록 한다. 이 반사 부재(130)는 본체(110)의 후방을 향하여 볼록한 렌즈 형태를 갖는다. 여기서, 반사 부재(130)는 구면 수차 및 색 수차의 왜곡 현상을 최소화하기 위해 포물면(paraboloid) 형태로 이루질 수 있다.
반사 부재 가변 수단은 본체(110)의 내부에서 본체(110)의 배면(111)과 반사 부재(130) 사이에 설치되어 반사 부재(130)의 각도 및 반사 부재(130)와 LED 모듈(120) 사이의 거리를 가변시킨다.
구체적으로, 반사 부재 가변 수단은 반사 부재(130)의 후방에 설치된 회동축(141)과 이 회동축(141)을 회동시켜 반사 부재(130)의 각도를 가변시키는 회동축 구동 모터(142)를 포함한다.
예를 들어, 차량의 상방으로 전조등의 빛을 조사하기 위해서 또는 차량의 하방으로 전조등의 빛을 조사하기 위해서 회동축 구동 모터(142)를 구동하여 회동축(141)을 상방, 하방 또는 좌우 방향으로 회동시킴으로써, 전조등으로부터 조사되는 빛의 방향을 가변시킬 수 있다. 도 2에는 상향등으로서의 역할을 하도록 반사 부재(130)의 각도가 가변된 상태가 도시되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 전조등의 빛의 방향을 가변시킬 때, 반사 부재(130)만이 가변되기 때문에, 종래와 같이 램프 하우징 전체를 가변시키는 것보다 구동 부하를 줄일 수 있고, 광원인 LED 모듈(120)은 고정된 상태를 유지할 수 있기 때문에, 가변에 따른 LED 모듈(120)의 손상을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 반사 부재 가변 수단은 반사 부재(130)와 본체(110)의 배면(111) 사이에서 길이방향으로 이동되어 LED 모듈(120)과 반사 부재(130) 사이의 거리를 가변시키는 스크류(143) 및 스크류(143)를 구동시키는 스크류 구동 모터(144)를 더 포함한다.
이러한 반사 부재 가변 수단에 의해, 전조등의 빛의 조사 거리와 형태를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 반사 부재(130)와 LED 모듈(120) 사이의 거리를 감소시킴으로써, 전조등의 빛이 더 좁은 범위로 더 멀리 조사되도록 하거나, 반사 부재(130)와 LED 모듈(120) 사이의 거리를 증가시킴으로써, 전조등의 빛이 더 넓은 범위로 더 가깝게 조사되도록 할 수 있다. 도 3에는 전조등의 빛이 넓은 범위로 가깝게 조사되도록 반사 부재(130)와 LED 모듈(120) 사이의 거리가 감소된 상태가 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 전조등은 반사 부재 가변 수단을 통해 LED 광의 조사 각도 및 조사 형태를 변화시킬 수 있어, 차량의 주행 중, 주행 속도 및 상황에 따라 운전자가 임의로 또는 자동으로 전조등의 광 조사 모드를 변환시킬 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 반사 부재(130)는 복수의 구역으로 분할되고, 이 복수의 분할 구역들은 별도의 구동부를 통해 개별적으로 가변되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 전조등의 빛의 모양, 지향 특성 등을 더욱 다양하게 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 전조등을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 LED 전조등의 방열 부재를 도시한 사시도이다. 도 4 및 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 LED 전조등은 LED 모듈(120)로부터 발생된 열을 방출하기 위한 방열 부재(150)를 더 포함한다.
방열 부재(150)는 본체(110)의 전방 내부에서 본체(110)의 내부 공간 중심에 위치되는 중심부(151) 및 중심부(151)로부터 본체(110)의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 본체(110)의 후방으로 구부러진 복수의 연장부(152)를 구비한다. 그리고, 중심부(151)의 일면(반사 부재(130)와 마주하는 면)에는 LED 모듈(120)이 설치된다.
여기서, 방열 부재(150)의 중심부(151)와 연장부(152)는 각각 판형 히트파이프와 관형 히트파이프로 구성된다. 히트파이프는 일반적으로 모세관 구조물이 설치된 진공의 관 내부에 적량의 휘발성 액체를 봉입한 파이프로서, 일단이 가열되면 내부의 액체가 증발하여 파이프의 중앙부를 지나 타단에서 응축되고, 응축된 액체가 파이프 내면의 위크(wick)를 통과하면서 모세관 현상에 의해 자동으로 본래 위치로 복귀하는 원리를 이용한 열교환 부재이다.
이러한 히트파이프는 동일한 단면적을 갖는 다른 금속 재질의 파이프보다 열전도도가 상당히 우수하다. 실제로 히트파이프의 열전도도는 상용 금속 중에 열전도도가 가장 높은 구리의 열전도도(380W/m·k)의 수백 배에서 천 배가 넘는다.
또한, 방열 효과를 증대시키기 위해서, 본체(110)는 금속재질로 이루어지고, 본체(110)의 외측면에는 일정하게 배열된 방열핀들(112)이 구비될 수 있다.
전술한 방열 부재(150)의 연장부(152)는 중심부(151)를 중심으로 반경방향으로 서로 일정간격 이격되어 복수개로 배열된다. 도 5에서 방열 부재(150)는 서로 반경방향으로 이격된 3개의 연장부(152)를 구비할 수 있지만, 본체(110)로부터 조사되는 LED 모듈(120)의 빛이 연장부에 의해 가려지는 것을 최소화하기 위해, 방열 부재(150)는 도 6에 도시된 것처럼 2개의 연장부(152)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 LED 전조등은 방열 부재(150)가 조사되는 LED 광의 경로를 최소한의 부피로만 차단하도록 구성되어, 램프 하우징의 외부로 조사되는 LED 광의 간섭을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 LED 전조등의 방열 부재(150)로 이용된 히트 파이프는, 그 일단이 LED 모듈(120)에서 발생하는 열에 의해 가열될 때, 히트 파이프 내부의 액체가 기화되어 타단측으로 이동하게 되므로, 히트 파이프 내부의 액체 기화 방향이 하부에서 상부가 되도록 히트 파이프를 배열하는 것이 바람직하다. 즉, 히트 파이프의 발열점이 하부에 그리고 냉각점이 상부에 위치되는 것이 바람직하다.
이러한 점을 고려하여, 도 7에는 바람직하게 배열된 방열 부재(150)가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 방열 부재(150)는 정면에서 볼 때, 'Y'자 형태로 배열된 3개의 연장부(152)를 구비한다. 이 연장부들(152) 중 하부의 연장부는 다른 연장부들과 함께 방열 부재(150)가 본체(110)에 체결되도록 하여 LED 모듈(120)을 지지하는 역할을 한다. 그리고 나머지 연장부들은 최대한 수직에 가깝게 배열된다. 이때, 하부의 연장부는 중력에 의해 액체의 기화가 원활하게 이루어지지 않으므로 히트 파이프 대신 일반적인 금속으로 구성되고, 나머지 상부의 연장부들은 히트 파이프로 구성된다.
따라서, 상부의 연장부들에서는 거의 수직한 방향으로 배열되어 히트 파이프 내부의 액체 기화가 원활하게 이루어지므로, 효과적인 방열 기능을 수행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본체(110)는 그 외부 표면에서 외측을 향하여 'C' 형상으로 볼록하게 형성된 복수의 결합부(113)를 구비한다. 이 복수의 결합부(113)는 각각 방열 부재(150)의 연장부(152)의 구부러진 부분이 삽입되어 결합되는 부분으로서, 연장부(152)는 결합부(113)의 내부에 끼워져 본체(110)와 결합된다.
이 결합부(113)는 연장부(152)의 구부러진 부분이 수용될 수 있는 홈 형상 부재로서, 본체(110)의 전방 단부에서 본체(110)의 길이방향(LED 모듈(120)로부터 출력되는 빛이 진행하는 방향과 나란한 방향)을 따라 본체(110)의 후방으로 소정길이 연장된다.
따라서, 연장부(152)의 구부러진 부분들을 각각 본체(110)의 결합부(113)에 끼워서 방열 부재(150)를 본체(110)의 후방으로 슬라이딩시켜 방열 부재(150)를 본체(110)에 설치할 수 있다.
바람직하게는, 본체(110)의 결합부(113)는 외측 일부, 정확하게는 돌출된 부분의 중앙 부분이 본체(110)의 길이방향을 따라 절개된 절개부(114)를 구비한다. 이러한 결합부(113)의 절개부(114)에 의해, 방열 모듈(150)을 본체(110)에 길이방향을 따라 이동시킨 후, 절개부(114)를 중심으로 결합부(113)를 양측에서 가압하여 방열 모듈(150)을 본체(110)에 체결할 수 있다. 따라서, 본체(110)에 방열 모듈(150)을 설치할 때, 별도의 체결 수단 없이 방열 모듈(150)을 본체(110)에 체결 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 LED 전조등의 방열 부재(150)는 히트파이프로 구성되고 LED 모듈의 설치 패널로서의 역할을 하여, LED 모듈(120)로부터 발생되는 열을 빠르게 본체(110)로 전달하여 효과적인 방열 기능을 수행 열전달 통로의 역할을 할 수 있고, 방열 공간을 최소화할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 램프 하우징 11: 전면창
110: 본체 111: 배면
112: 방열핀 113: 결합부
114: 절개부 120: LED 모듈
130: 반사 부재 141: 회동축
142: 회동축 구동모터 143: 스크류
144: 스크류 구동모터 150: 방열 부재
151: 중심부 152: 연장부

Claims (5)

  1. 전면이 개방되고 차량의 램프 하우징에 내장되는 통 형상의 본체;
    상기 본체의 개방된 전면에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈;
    상기 본체의 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 램프 하우징의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사 부재;
    상기 본체의 내부에 설치되어 상기 반사 부재의 각도 및 상기 반사 부재와 상기 LED 모듈 사이의 거리를 가변시키는 반사 부재 가변 수단; 및
    상기 본체의 전면에 위치되는 중심부와 상기 중심부로부터 상기 본체의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 상기 본체의 후방으로 구부러진 복수의 연장부를 구비하고, 상기 중심부에 상기 LED 모듈이 설치되며, 상기 중심부와 상기 연장부는 히트파이프로 이루어진 방열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전조등.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재 가변 수단은 상기 반사 부재의 후방에 설치된 회동축 및 상기 회동축을 회동시키는 회동축 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전조등.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사 부재 가변 수단은 상기 반사 부재와 상기 본체의 배면 사이에서 길이방향으로 이동되어 상기 LED 모듈과 상기 반사 부재 사이의 거리를 가변시키는 스크류 및 상기 스크류를 구동시키는 스크류 구동 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전조등.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 외부 표면에서 외측을 향해 볼록하게 형성된 복수의 결합부를 구비하고, 상기 연장부의 단부는 상기 결합부에 끼워져 상기 본체와 결합되는 것을 특징으로 하는 LED 전조등.
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