KR102282123B1 - 차량용 램프의 설계 방법 및 차량용 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원과, 상기 광원의 전방에 배치되는 렌즈 및 열전도성 소재로 이루어지며 상기 광원과 상기 렌즈를 연결하고 열복사면을 포함하는 베젤부를 포함하는 차량용 램프의 설계 방법으로서, a) 상기 렌즈의 표면온도변화를 종속변수로 하고, 상기 렌즈와 상기 열복사면의 이격거리를 독립변수로 하여 회귀 분석하는 단계; b) 상기 회귀 분석을 통해 상기 표면온도변화 중 제빙온도변화에 대응되는 기준이격거리를 검출하는 단계; c) 상기 광원 별로 검출된 기준이격거리와 상기 광원의 출력의 상관관계를 도출하는 단계를 포함하는 차량용 램프의 설계 방법을 제공하여, 램프 디자인 설계의 공간적 제약을 제거하면서도, 렌즈의 제빙 효과를 극대화 할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

차량용 램프의 설계 방법 및 차량용 램프{DESIGN METHOD OF LAMP FOR VEHICLE AND LAMP FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 램프의 설계 방법 및 차량용 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전도성 소재를 통해 광원에서 발생하는 열을 복사열로 방출하는 냉각 구성을 구비한 차량용 램프의 설계 방법 및 차량용 램프에 관한 것이다.

차량용 램프는 일반적으로 차량의 전방에 설치되는 헤드 램프와 차량의 후방에 설치되는 테일 램프로 크게 구분된다. 일반적으로, 헤드 램프는 자동차의 전방 양측에 장착되어 야간 주행 시 운전자의 주행 방향 시야를 확보 한다.

최근 이러한 차량용 램프의 광원으로 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)(이하, LED라 함)가 사용될 수 있다. 일반적으로 LED를 사용한 차량용 램프는 색 온도가 약 5500K로 태양 광에 가까워 사람의 눈에 피로를 가장 적게 해주는 장점이 있다. 그리고 LED로 구성되는 차량용 램프는 크기가 작기 때문에 램프의 디자인 자유도가 높고, 반영구적인 수명으로 인해 경제성도 갖추고 있다.

이러한 LED는 통상적으로 모듈 형태로 제작된다. 그리고 LED 모듈은 LED에서 방사되는 열을 적절히 냉각시켜 주기 위해 LED 방열 모듈(Heat Sink)과 조립된다. 통상적으로, LED 방열 모듈은 평판 형상을 하고서 다수 개의 냉각핀이 한쪽 측면으로부터 돌출한 형상을 가진다. 그리고 램프 뒤쪽에 배치된 팬을 통해 유입되는 공기에 의해 냉각핀이 냉각되면서 대류에 의한 냉각이 수행된다.

그러나, 이러한 차량용 램프의 냉각 구성은 램프 뒤쪽에 팬과 대류 공간이 마련되어야 하기 때문에, 램프의 디자인을 설계하는데 있어서 공간상 제약이 큰 문제점이 있다.

아울러, 램프의 결빙 또는 램프에 쌓인 눈이나 서리를 녹이기 위하여, 램프에는 히터와 팬과 같은 별도의 장치가 추가적으로 구비되어야 하는데, 이 또한, 램프의 디자인을 설계하는데 있어서 공간상 제약이 크게 하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방열 효율을 확보하면서 램프 디자인 설계의 공간적 제약을 제거할 수 있는 차량용 램프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광원과, 상기 광원의 전방에 배치되는 렌즈 및 열전도성 소재로 이루어지며 상기 광원과 상기 렌즈를 연결하고 열복사면을 포함하는 베젤부를 포함하는 차량용 램프의 설계 방법으로서, a) 상기 렌즈의 표면온도변화를 종속변수로 하고, 상기 렌즈와 상기 열복사면의 이격거리를 독립변수로 하여 회귀 분석하는 단계와, b) 상기 회귀 분석을 통해 상기 표면온도변화 중 제빙온도변화에 대응되는 기준이격거리를 검출하는 단계와, c) 상기 광원 별로 검출된 기준이격거리와 상기 광원의 출력의 상관관계를 도출하는 단계를 포함하는 차량용 램프의 설계 방법을 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 표면온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도의 차이를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제빙온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서 제빙이 이루어지는 상기 렌즈의 표면온도의 차이를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이격거리는 광축 방향을 기준으로 상기 렌즈와 상기 열복사면 사이의 거리인 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 광원은 발광 다이오드 인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 발명은, 광원과, 상기 광원의 전방에 배치되는 렌즈 및 상기 광원과 상기 렌즈를 연결하고, 열전도성 소재로 이루어져 열복사면을 포함하는 베젤부를 포함하고, 상기 렌즈와 상기 열복사면은 기준이격거리 만큼 떨어져 배치되며, 상기 기준이격거리는 상기 렌즈의 표면온도변화를 종속변수로 하고 상기 렌즈와 상기 열복사면의 이격거리를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해 검출되는 것으로 상기 표면온도변화 중 제빙이 이루어지는 제빙온도변화에 대응되는 것인 차량용 램프를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차량용 램프로서, 표면온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도의 차이를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차량용 램프로서, 상기 제빙온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서 제빙이 이루어지는 상기 렌즈의 표면온도의 차이를 의미할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차량용 램프로서, 상기 이격거리는 광축 방향을 기준으로 상기 렌즈와 상기 열복사면 사이의 거리일 수 있다.

바람직하게는, 상기 차량용 램프로서, 상기 광원은 발광 다이오드 인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전도성 소재로 이루어지는 베젤부의 열복사면을 통해 광원에서 발생하는 열을 방출하고, 방출되는 열을 이용하여 렌즈의 결빙 또는 렌즈에 쌓인 눈이나 서리를 녹일 수 있도록, 렌즈와 열복사면을 최적의 위치에 설치함으로써, 램프 디자인 설계의 공간적 제약을 제거하면서도, 렌즈의 제빙 효과를 극대화 할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회귀 분석을 통해 기준이격거리를 검출하고, 검출된 기준이격거리와 광원의 출력의 상관관계를 도출하여 램프 설계를 위한 일반식을 모델링 함으로써, 램프 설계를 용이하게 하는 유리한 효과를 제공한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 램프를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 램프의 설계 방법을 도시한 도면,
도 4는 출력이 3W인 광원에서, 이격 거리와 표면온도변화의 회귀 분석 결과를 도시한 그래프이고,
도 5는 출력이 5W인 광원에서, 이격 거리와 표면온도변화의 회귀 분석 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

차량용 램프의 광원으로서, LED를 사용할 경우, LED에서 발생하는 열을 방출하는 수단이 필수적으로 구비될 필요가 있다. LED는 열이 많이 발생하는 부품으로 고온의 방출열로 인하여 LED의 수명이 저하될 수 있기 때문이다. 통상적으로 방열 수단으로서 LED 기판에 방열핀을 부가하고 송풍을 위한 팬을 포함한 구성이 램프 뒤쪽에 마련되었다. 그러나, 이러한 방열 수단은 심미감을 높이기 위한 램프의 디자인을 설계하는데 있어서 많은 공간적 제약을 유발하였고, 중량 및 제조 비용의 증가를 초래하였다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 램프는 이러한 공간적 제약과, 중량 증가 및 제조 비용 증가를 해결하기 위해서, 기존의 방열핀과 팬을 제거하고 LED에서 발생한 열을 차량 내부가 아닌 차량의 외부로 방열시키고자 안출된 것이며, 이때, 외부로 방열된 열을 이용하여 램프의 외곽에 배치된 렌즈에 쌓인 눈이나 서리를 녹이기 위해 안출된 장치이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 램프를 도시한 도면이다. 이러한, 도 1은 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 1에서 도시한 차량용 램프는 차량의 전방에 설치되는 헤드 램프를 예시한 것이고, 도 2에서 도시한 차량용 램프는 차량의 후방에 설치되는 테일 램프를 예시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 차량용 램프는 광원(110)과, 렌즈(120)와, 열전도성 소재로 이루어지는 베젤부(120)를 포함할 수 있다. 이러한, 도 1 및 도 2는 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

광원(110)은 발광 다이오드(이하, LED라 한다.)일 수 있다. 그리고, 광원(110)은 단일 광원이 배치되거나, 가로 방향 또는 세로 방향으로 복수 개의 광원(110)이 정렬되어 배치될 수 있다. 복수 개의 광원(110)이 배치된 경우, 각각의 광원(110)에서 조사된 빛은 조합되어 소정의 배광 패턴을 구현할 수 있다.

렌즈(120)는 광원(110)의 전방에 배치될 수 있다.

베젤부(120)는 헤드 램프의 경우, 광원(110)의 위치에 대응하여 내측에 리플렉터가 형성된 소켓이 마련되도록 형성될 수 있다. 그리고, 테일 램프의 경우, 광원(110)의 위치에 대응하여 프레임 형태로 배치될 수 있다.

이러한 베젤부(120)는 열전도성 소재로 이루어져 일정한 열복사면(131)을 포함할 수 있다. 열복사면(131)은 렌즈(120)를 마주보도록 배치되어 광원(110)에서 전달된 열을 열복사를 통해 대기 중에 방출하는 역할을 한다. 점등되어 광원(110)에서 발생된 열은 베젤부(130)에 형성된 방열 패스를 통해 열복사면(131)으로 전달되고, 열복사면(131)에서 열복사 형태로 대기로 방출될 수 있다.

그 결과, 램프 뒤쪽에 별도의 팬이나 대류 공간과 같은 방열을 위한 설비를 구비하지 않아도 되기 때문에, 램프의 디자인을 설계하는데 있어서 공간적 제약을 제거할 수 있다.

한편, 열복사면(131)을 통해 복사된 열은 렌즈(120)를 투과하여 외부로 방출되는데, 일 실시예에 따른 차량용 램프는 렌즈(120)를 투과하는 복사열을 램프의 결빙 제거나 렌즈(120)에 쌓인 눈이나 서리를 녹이는 작업(이하, 제빙 작업이라 한다)의 열에너지로서 활용하고자 한다.

제빙 작업을 위해서는 렌즈(120)의 표면온도변화가 기준값이 이상이 되어야 한다. 여기서, 렌즈(120)의 표면온도변화란, 광원(110)이 꺼진 상태에서의 렌즈(120)의 표면온도와, 광원(110)이 켜진 상태에서의 광원(110)이 켜진 상태에서의 렌즈(120)의 표면온도의 차이를 의미한다.

렌즈(120)의 결빙 제거 또는 렌즈에 쌓인 눈이나 서리 등을 녹일 수 있는 렌즈(120)의 표면온도변화(이하, 제빙온도변화라 한다.)는 대략 10°일 수 있다.

이때, 렌즈(120)의 표면온도에 영향을 줄 수 있는 요소로서, 광원(110)의 출력과 렌즈(120)까지의 거리가 있는데, 차량용 램프를 설계하는데 있어서, 광원(110)의 출력이 낮거나 렌즈(120)까지 거리가 긴 경우, 제빙온도변화를 구현하기 어려운 문제점이 있다.

이하, 베젤부(130)의 열복사면(131)을 통해 방출되는 복사열을 이용하여 제빙온도변화를 구현할 수 있는 광원(110)의 출력에 대응한 렌즈(120)와 열복사면(131)의 최적의 위치 관계를 설계하는 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 램프의 설계 방법을 도시한 도면이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 렌즈(120)의 표면온도변화를 종속변수로 하고 렌즈(120)와 열복사면(131)의 거리(이하, 이격 거리라 한다.)(도 1 및 도 2의 D)를 독립변수로 하여 회귀 분석을 실시할 수 있다.(S100) 이때, 이격 거리(D)는 광축 방향을 기준으로 하는 렌즈(120)와 열복사면(131) 사이의 거리일 수 있다.

도 4는 출력이 3W인 광원에서, 이격 거리와 표면온도변화의 회귀 분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 5는 출력이 5W인 광원에서, 이격 거리와 표면온도변화의 회귀 분석 결과를 도시한 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 각각 광원(110)의 출력이 3W, 5W일 때, 이격 거리(D)에 따른 렌즈(120)의 표면온도변화(△T)를 회귀 분석하여, 출력이 상이한 각 광원(110) 별로 제빙온도변화(A)를 구현하는 이격 거리(이하, 기준이격거리(D1)라 한다.)를 구한다.(S200)

예를 들어, 도 5를 참조하면, 광원(110)의 출력이 5W 인 경우, 제빙온도변화(A)인 10°에서 이격 거리는 30mm에 해당하고, 이 거리가 기준이격거리(D1)에 해당한다. 따라서, 5W의 광원(110)의 경우, 이격 거리(D)가 30mm가 되도록 설계하는 경우 제빙 효과를 극대화할 수 있다. 이렇게 열전도성 소재로 이루어지는 베젤부(130)를 통해 방출되는 복사열을 이용하여 제빙온도변화(A)를 구현하기 때문에 제빙 작업을 위한 부속 장치 제거로 램프 디자인을 위한 공간을 확보하고, 제조 비용을 크게 줄일 수 있게 된다.

다음으로, 광원(110) 별로 검출된 기준이격거리(D1)와 광원(110)의 출력의 상관관계를 도출한다.(S300)

구체적으로 아래 <표 1>에서 도시한 바와 같이, 출력(예를 들어, 5W,4W,3W,2W)이 상이한 각 광원 별로 기준이격거리(D1)들을 구한다.

광원의 출력(W)	기준이격거리(D1)	제빙온도변화(△T)
5	50.382	10°
4	39.682	10°
3	28.532	10°
2	17.382	10°

그리고, 광원(110)의 출력과 기준이격거리(D1)의 상관관계를 도출한다. 그리고 도출한 상관관계에 기초하여, 모델링을 통해 아래 수학식 1과 같은 수식을 도출할 수 있다.

<수학식 1>

D1=-A+BW

여기서, D1은 기준이격거리를 나타내며, W는 광원의 출력을 나타낸다.

A, B는 다양한 차량에 적용된 램프의 조건에서 측정한 기준이격거리(D1) (D1)와 광원(110)의 출력에 관한 데이터에 기초한 상관관계를 만족하는 상수 값으로서, A는 4.5 내지 5.5 사이의 어느 상수 값일 수 있으며, B는 11.0 내지 12.0 사이의 어느 상수 값일 수 있다.

예를 들어, 적용 차량에 있어서, A가 4.918이고, B가 11.15일 때, 해당 차량의 광원(W)의 출력이 3.26W인 경우, 기준이격거리(D1)는 상기 수학식 1(-4.198+11.15*3.26=31.4)에 의해 해당 차량의 렌즈(120)와 열복사면(131)은 31.4m가 떨어진 상태로 설계되었을 때, 제빙 성능을 확보할 수 있는 것으로 확인할 수 있다.

이처럼 상기 수학식 1과 같은 일반식을 통해 차량의 렌즈(120)와 열복사면(131)의 기준이격거리(D1)를 쉽게 산출할 수 있기 때문에, 열복사면(131)에서 방출되는 복사열을 이용하여 렌즈(120)의 제빙 성능을 확보하기 위한 램프 설계를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 차량용 램프의 설계 방법 및 차량용 램프에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 광원
120: 렌즈
130: 베젤부
131: 열복사면

Claims (10)

1. 컴퓨팅 장치에 의해 각 단계가 수행되는 광원, 상기 광원의 전방에 배치되는 렌즈 및 열전도성 소재로 이루어지며 상기 광원과 상기 렌즈를 연결하고 열복사면을 포함하는 베젤부를 포함하는 차량용 램프의 설계 방법으로서,
   a) 상기 렌즈의 표면온도변화를 종속변수로 하고, 상기 렌즈와 상기 열복사면의 이격거리를 독립변수로 하여 회귀 분석하는 단계;
   b) 상기 회귀 분석을 통해 상기 표면온도변화 중 제빙온도변화에 대응되는 기준이격거리를 검출하는 단계;
   c) 상기 광원 별로 검출된 기준이격거리와 상기 광원의 출력의 상관관계를 도출하는 단계
   를 포함하고,
   상기 열복사면은 상기 렌즈를 마주보고 배치되고, 상기 이격거리는 광축 방향을 기준으로 상기 렌즈와 상기 열복사면 사이의 거리이고,
   상기 표면온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도의 차이이고,
   상기 제빙온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서 제빙이 이루어지는 상기 렌즈의 표면온도의 차이이고,
   상기 상관관계는 하기 수학식 1에 의해 도출되는 차량용 램프의 설계 방법.
   <수학식 1>
   D1=-A+BW
   여기서, D1은 기준이격거리를 나타내며, W는 광원의 출력을 나타내고, A, B는 기준이격거리(D1)와 광원(110)의 출력에 관한 데이터에 기초한 상관관계를 만족하는 차량별 상수 값임.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 광원;
   상기 광원의 전방에 배치되는 렌즈;및
   상기 광원과 상기 렌즈를 연결하고, 열전도성 소재로 이루어져 열복사면을 포함하는 베젤부를 포함하고,
   상기 렌즈와 상기 열복사면은 광축 방향을 기준으로 하는 이격거리 만큼 떨어져 배치되며, 기준이격거리는 상기 렌즈의 표면온도변화를 종속변수로 하고 상기 렌즈와 상기 열복사면의 이격거리를 독립변수로 하는 회귀 분석을 통해 검출되는 것으로 상기 표면온도변화 중 제빙이 이루어지는 제빙온도변화에 대응되는 것이며,
   상기 표면온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도의 차이이고,
   상기 제빙온도변화는 상기 광원이 꺼진 상태에서의 상기 렌즈의 표면온도와, 상기 광원이 켜진 상태에서 제빙이 이루어지는 상기 렌즈의 표면온도의 차이이고,
   상기 기준이격거리는 하기 수학식 1에 의해 산출되는 차량용 램프.
   <수학식 1>
   D1=-A+BW
   여기서, D1은 기준이격거리를 나타내며, W는 광원의 출력을 나타내고, A, B는 상기 기준이격거리와 상기 광원의 출력에 관한 데이터에 기초한 상관관계를 만족하는 차량별 상수 값임.
6. 삭제
7. 삭제
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9. 삭제
10. 삭제

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