KR102468106B1 - 차량용 램프 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 열전도성 폴리머를 포함하는 베젤부; 상기 베젤부의 전방에 배치되는 렌즈; 상기 렌즈를 향해 광을 방출하는 발광소자 및 상기 발광소자가 배치되는 회로기판을 포함하는 발광모듈; 및 상기 발광모듈과 베젤부 사이에 배치된 열전모듈을 포함하는 차량용 램프를 개시한다.

Description

차량용 램프 {Lamp for vehicle}
실시 예는 차량용 램프에 관한 것이다.
자동차의 헤드램프는 차량의 운행시 차량 전방을 비추기 위해 사용되는 것으로, 헤드 램프의 내부에는 광원이 구비되어 있고, 광원에서 발산되는 빛에 의해 차량 전방의 상부 또는 하부로 빛을 조사한다.
이러한 헤드 램프는 광원 자체의 열과 자동차의 엔진에서 전해지는 열 등으로 인해 고온의 환경 조건을 갖는다. 따라서, 외부와 온도 차이가 발생하게 되고 이로 인해 헤드 램프 내부에 결로(condensation, 結露)가 발생하게 된다.
이 같은, 헤드램프 내부의 습기 발생 문제는 헤드 램프의 광원부 고장 및 상품성을 저하시키는 문제가 있고, 또한 차량 헤드 램프 시스템에서 고질적인 문제점으로 인식되고 있다.
실시 예는 열 방출이 우수하고 결로 방지 가능한 차량용 램프를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 램프는, 열전도성 폴리머를 포함하는 베젤부; 상기 베젤부의 전방에 배치되는 렌즈; 상기 렌즈를 향해 광을 방출하는 발광소자 및 상기 발광소자가 배치되는 회로기판을 포함하는 발광모듈; 및 상기 발광모듈과 베젤부 사이에 배치된 열전모듈을 포함한다.
상기 베젤부는 열을 상기 렌즈측으로 방출할 수 있다.
상기 열전모듈은 상기 회로기판을 냉각하는 흡열부, 및 상기 베젤부를 가열하는 발열부를 포함할 수 있다.
상기 베젤부는 상기 발광모듈과 열전모듈이 배치되는 제1베젤과, 상기 발광모듈과 렌즈 사이에 배치되는 제2베젤, 및 상기 제1베젤과 제2베젤을 연결하는 제3베젤을 포함할 수 있다.
상기 제2베젤은 상기 발광소자와 대응하는 위치에 형성된 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1베젤은 일 방향으로 연장된 복수 개의 단턱부를 포함하고, 상기 발광모듈과 열전모듈은 복수 개의 단턱부에 각각 배치될 수 있다.
상기 열전모듈에 인가되는 전력은 상기 발광소자에 인가되는 전력의 70% 내지 90%일 수 있다.
상기 열전모듈에 의해 가열된 베젤부의 최고 온도는 용융 온도의 70%이하일 수 있다.
상기 열전모듈에 의해 가열된 베젤부의 온도는 90℃ 내지 150℃일 수 있다.
실시 예에 따르면, 발광소자에서 발생한 열을 효과적으로 방열할 수 있다.
또한, 발광소자에서 발생한 열을 이용하여 렌즈의 표면 온도를 높임으로써 결로를 방지할 수 있다.
또한, 히트 싱크나 별도의 팬(fan)과 같은 부품들을 생략할 수 있다.
도 1은 헤드 램프의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 램프의 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 발광소자에서 방출된 열이 방열되는 구성 및 베젤부에서 방출된 복사열에 의해 렌즈가 가열되는 개념을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 3의 변형예이고,
도 5는 열전모듈을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 방열판을 구비한 차량용 램프의 온도 분포를 측정한 결과이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 램프의 온도 분포를 측정한 결과이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 표면의 온도 분포를 측정한 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 차량용 램프의 전체 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 램프의 개념도이다.
도 1을 참고하면, 차량의 전방에 배치되는 헤드램프는 하이빔(30), 로우빔(20), 및 주간 전조등(DRL, Daytime Running Light)(40)을 구비하고, 외관을 형성하는 렌즈(10)를 포함할 수 있다.
헤드램프는 일반적으로 렌즈(10)보다는 램프의 후방 측 온도가 더 높아진다. 따라서, 렌즈에 갑자기 차가운 공기 또는 유체가 접촉하는 경우 렌즈의 표면 온도가 이슬점 온도 이하로 내려가 결로(Condensation, 結露)가 발생할 수 있다.
주간 전조등(40)은 주간에도 점등되는 유닛이므로 렌즈의 결로를 방지하는데 활용도가 높을 수 있다. 그러나 주간 전조등(40)은 전조등의 열원이 상대적으로 높지 않고, 나머지 광원(로우빔, 하이빔)의 추가 열원이 없으므로 렌즈의 온도를 상승시키는데 한계가 있다.
이하에서 실시 예는 주간 전조등을 기준으로 설명하나, 렌즈 내부의 결로를 방지하는데 활용될 수 있는 차량용 램프에 모두 적용될 수 있다.
도 2를 참고하면 실시 예에 따른 차량용 램프는, 열전도성 폴리머를 포함하는 베젤부(110), 베젤부(110)의 전방에 배치되는 렌즈(10), 베젤부(110)에 배치되는 발광모듈(120), 및 발광모듈(120)과 베젤부(110) 사이에 배치된 열전모듈(130)을 포함한다.
베젤부(110)는 열전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 열전도성 폴리머는 PPS(Polyphenylene Sulfide), LCP(Liquid crystal polymer), Nylon 등의 열 가소성 수지, 및 수지에 분산된 필러를 포함할 수 있다. 예시적으로 필러는 금속 계열, 탄소 계열, 및 세라믹/금속/탄소의 혼합 계열 중 적어도 하나일 수 있다. 금속 계열은 산화 금속, 메탈 카바이드, 메탈 파우더 등을 포함할 수 있으며, 탄소 계열은 그라파이트, 탄소 섬유 등을 포함할 수 있다.
열전도성 폴리머는 열전도율이 5W/mk이상 70W/mk이하이거나, 5W/mk 이상 20W/mk이하일 수 있다. 예시적으로 열전도성 폴리머는 평면(In-Plane)을 기준으로 열 전도율이 7 W/mk이상일 수 있다.
베젤부(110)는 발광모듈(120)과 열전모듈(130)이 안착되는 제1베젤(111)과, 발광모듈(120)의 광 경로 상에 배치되는 제2베젤(112), 및 제1베젤(111)과 제2베젤(112)을 연결하는 제3베젤(113)을 포함한다.
제1베젤(111)은 일 방향으로 복수 개의 단차부(111a)를 갖도록 형성되고, 각 단차부(111a)는 발광모듈(120)과 열전모듈(130)이 배치될 수 있는 장착면을 제공할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제1베젤(111)은 일 방향으로 평탄면을 가질 수도 있다.
제2베젤(112)은 제1베젤(111)의 전방에 배치되어 제1베젤(111)에 전달된 열을 전방으로 방사할 수 있다. 또한, 제2베젤(112)은 발광소자(121)에서 방출된 광의 광량을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
제2베젤(112)은 발광소자(121)와 대응되는 위치에 배치되는 개구부(113a)를 포함할 수 있다. 발광소자(121)의 광량은 개구부(113a)의 직경, 위치에 따라 달라질 수 있다. 개구부(113a)의 개수는 발광소자(121)의 개수와 일치할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 만약, 제2베젤(112) 자체가 광을 일부 투과시키는 재질이라면 개구부는 생략될 수도 있다.
렌즈(10)는 헤드램프의 가장 외부인 아우터 렌즈(10)일 수 있다. 렌즈(10)는 램프 하우징과 결합하여 전체적인 외관을 형성할 수 있다. 렌즈(10)는 베젤부(110)의 전방에 배치될 수 있다. 렌즈(10)는 베젤부(110)는 물리적으로 접촉할 수도 있다.
발광모듈(120)은 렌즈(10)를 향해 광을 방출하는 발광소자(121), 및 발광소자(121)가 실장되는 회로기판(122)을 포함할 수 있다. 발광소자(121)는 하나 또는 다수개가 배치될 수 있다. 발광모듈(120)은 LED, LD, OLED 등 다양한 발광소자(121)를 구비하는 발광패키지와 발광소자(121)에 인접하여 형성되는 반사부재를 포함할 수 있다.
열전모듈(130)은 발광모듈(120)에서 발생하는 열을 흡수하는 동시에 베젤부(110)를 가열하여 렌즈(10)의 표면 온도를 높이는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 열전모듈(130)은 발광모듈(120)을 냉각시키는 히트 싱크인 동시에, 렌즈(10)의 표면에 형성된 결로를 제거하는 데미스터(Demister)의 열원으로 기능할 수 있다.
패키징된 발광모듈(120)과 열전모듈(130)은 제1베젤(111)의 단턱부(111a)에 각각 배치될 수 있다. 그러나, 전체 발광모듈(120)은 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 각각의 열전모듈(130) 역시 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 발광소자에서 방출된 열이 방열되는 구성 및 베젤부에서 방출된 복사열에 의해 렌즈가 가열되는 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 변형예이고, 도 5는 열전모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 회로기판(122)을 통해 발광소자(121)에 전원이 인가되면 발광소자(121)에서 방출된 광(L1)은 렌즈(10)를 향해 방출된다. 이때, 발광소자(121)에서 방출된 광(L1)은 제2베젤(112)의 개구부(113a)를 통해 렌즈(10)로 입사될 수 있다.
열전모듈(130)은 발광모듈(120)에 배치된 흡열부(130a) 및 베젤부(110)에 배치된 발열부(130b)를 포함한다. 발광모듈(120)은 흡열부(130a)에 의해 냉각된다. 따라서, 발광소자(121)에 인가되는 전원을 높여 광량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 발광소자(121)의 개수를 줄일 수 있다. 기존의 히트 싱크도 생략할 수 있다.
열전모듈(130)에 전원이 인가되면 발열부(130b)는 제1베젤(111)을 가열하게 된다. 제1베젤(111)의 열원은 제3베젤(113)을 경유하여 제2베젤(112)로 이동하고, 제2베젤(112)은 렌즈(10)를 향해 복사열(H)을 방출할 수 있다. 전술한 바와 같이 베젤부(110)는 열전도성 폴리머로 제작되므로 열전도율이 높다. 제2베젤(112)의 복수 효율을 높이기 위해 제1베젤(111)의 후면에는 제1열차단층(140)이 배치될 수 있다.
열전모듈(130)에 인가되는 전력량은 전체 발광소자(121)에 인가되는 전력량보다 작을 수 있다. 열전모듈(130)에 인가되는 전력량은 전체 발광소자(121)에 인가되는 전력량의 70%내지 90%일 수 있다. 열전모듈(130)에 인가되는 전력량이 70%미만인 경우에는 렌즈(10) 표면에 충분한 복사열을 전달할 수 없는 문제가 있으며, 전력량이 90%를 초과하는 경우에는 베젤부(110)의 온도가 과도하게 높아져 내열 강도가 과도하게 감소하고 일부 영역에서 용융이 진행될 수 있다.
열전모듈(130)에 의해 가열된 베젤부(110)의 최고 온도는 용융 온도의 70%이하일 수 있다. 즉, 베젤부(110)의 용융 온도가 203℃ 내지 250℃인 경우 베젤부(110)의 온도가 약 150℃가 되도록 제어될 수 있다. 베젤부(110)의 온도가 150℃를 초과하는 경우 충분한 내열 강도를 확보하지 못하는 문제가 있다.
또한, 베젤부(110)의 온도가 90℃미만인 경우에는 충분한 복사열을 방출할 수 없어 데미스터(Demister) 기능이 약해지는 문제가 있다. 일반적으로 열전도성 폴리머는 온도가 높아질수록 복사 효율이 높아진다. 따라서, 열전모듈(130)에 의해 가열된 베젤부(110)의 온도는 90℃ 내지 150℃, 또는 100℃ 내지 120℃일 수 있다.
도 4를 참고하면, 제2베젤(112)은 렌즈(10)의 곡률과 대응되는 곡률을 가질 수 있다. 이 경우 렌즈(10)의 내주면에 균일하게 복사열을 방출할 수 있어 결로를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제2베젤(112)의 내주면(발광소자(121)와 마주보는 면)에는 제2열차단층(113b)이 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 렌즈(10)를 향해 방사되는 복사열의 효율을 높일 수 있다. 제2열차단층(113b)은 복사열을 차폐할 수 있는 물성을 가진 층이면 특별히 제한되지 않는다.
도 5를 참고하면, 열전모듈(130)은 제1기판(131)과 제2기판(132) 사이에 배치되는 제1반도체소자(133) 및 제2반도체소자(134)를 포함할 수 있다. 제1기판(131) 및 제2기판(132)은 절연기판 또는 금속기판일 수 있다.
제1기판(131) 및 제2기판(132)이 금속기판인 경우, 제1기판(131) 및 제2기판(132)과 전극층(135, 136) 사이에는 유전체층(137, 138)이 배치될 수 있다.
제1기판(131) 및 제2기판(132)은 Cu 또는 Cu 합금일 수 있으며, 두께는 0.1mm 내지 0.5mm를 만족할 수 있다. 금속기판의 두께가 0.1mm 보나 얇은 경우나 0.5mm를 초과하는 경우 방열 특성이 지나치게 높거나 열전도율이 너무 높아 열전모듈(130)의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다. 그러나, 베젤부(110)를 가열하기 위하여 제1기판(131)에 비해 제2기판(132)의 두께를 더 얇게 제작할 수도 있다.
열전모듈(130)은 단위 셀(열전반도체소자가 한 쌍으로 이루어진 것)이 다수 연결되어 모듈화한 구조일 수도 있다. 또한, 복수 개의 단위소자를 적층한 구조일 수도 있다.
열전모듈(130)은 전원(G) 인가에 따른 반도체 성질을 이용하여 제1기판(131)은 냉각시키고 제2기판(132)은 발열시키는 구조라면 특별히 한정하지 않는다. 열전모듈(130)은 펠티어 효과(Peltier effect)를 갖는 다양한 구조가 모두 적용될 수 있다.
도 6은 방열판을 구비한 차량용 램프의 온도 분포를 측정한 결과이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 램프의 온도 분포를 측정한 결과이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 표면의 온도 분포를 측정한 결과이다.
도 6을 참고하면, 발광모듈(120)과 베젤부(110) 사이에 방열판이나 히트싱크가 배치된 구조의 경우 베젤부(110)를 효과적으로 가열하지 못함을 알 수 있다. 즉, 제2베젤(112)의 온도가 제1베젤(111)에 비해 현저하게 낮음을 알 수 있다.
이에 비해 도 7을 참고하면, 상대적으로 제2베젤(112)의 온도가 많이 상승하였음을 알 수 있다. 일부 구간에서는 제1베젤(111)과 유사한 온도 분포를 갖고 있음을 알 수 있다. 즉, 열전모듈(130)에 의해 효과적으로 제1베젤(111)이 가열되어 제2베젤(112)에 전달된 것을 확인할 수 있다.
도 7을 참고하면, 제2베젤(112)에서 방출된 복사열에 의해 렌즈(10)의 표면 온도가 매우 상승하였음을 알 수 있다. 측정 결과, 렌즈(10)의 내면 온도는 36도 이상으로 측정되었다. 따라서, 열전모듈(130) 및 열전도성 폴리머를 포함하는 베젤부(110)가 데미스터의 기능을 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.
10: 렌즈
110: 베젤부
111: 제1베젤
112: 제2베젤
113: 제3베젤
120: 발광모듈
121: 발광소자
122: 회로기판
130: 열전모듈

Claims (9)

  1. 열전도성 폴리머를 포함하는 베젤부;
    상기 베젤부의 일 영역에 배치되는 열전모듈;
    상기 열전모듈과 상기 베젤부의 일 영역 사이에 배치되는 발광모듈; 및
    상기 발광모듈의 광 출사 경로상에 배치되는 렌즈를 포함하고,
    상기 베젤부는 상기 열전모듈과 접촉하는 제1 베젤, 상기 발광모듈과 대향하는 제2 베젤 및 상기 제1 베젤과 상기 제2 베젤을 연결하는 제3 베젤을 포함하고,
    상기 제2 베젤은 상기 렌즈의 곡률과 대응되는 곡률을 갖고,
    상기 제2 베젤은 상기 발광모듈과 마주보는 면에 열 차단층이 배치된 차량용 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광모듈은 상기 열전모듈 상에 배치되는 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치되는 발광소자를 포함하고,
    상기 열전모듈은 상기 회로기판을 냉각하는 흡열부, 및 상기 베젤부를 가열하는 발열부를 포함하는 차량용 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 베젤은 상기 발광소자와 대응하는 위치에 형성된 개구부를 포함하는 차량용 램프.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 베젤은 일 방향으로 연장된 복수 개의 단턱부를 포함하고,
    상기 발광모듈과 열전모듈은 복수 개의 단턱부에 각각 배치되는 차량용 램프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전모듈에 의해 가열된 베젤부의 온도는 90℃ 내지 150℃인 차량용 램프.
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