KR20130125060A - 진동 가능한 히트싱크를 포함한 차량용 램프 - Google Patents

Abstract

진동 가능한 히트싱크를 포함한 차량용 램프가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프는 반도체 발광 소자로 이루어진 광원, 상기 광원이 장착되고 상기 광원으로부터 발생된 열을 전달받는 지지부와 상기 지지부로부터 연장되어 상기 열을 방출하는 복수의 방열판을 포함하는 히트싱크, 및 상기 복수의 방열판의 적어도 일면에 부착되며 전원을 공급받아 수축과 팽창을 반복함으로써 상기 복수의 방열판에 진동을 가하는 압전판을 포함한다.

Description

진동 가능한 히트싱크를 포함한 차량용 램프{Vehicle lamps with vibratile heat sink}

본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동하여 광원으로부터 발생되는 열을 공기 중으로 효과적으로 배출할 수 있는 히트싱크를 포함하여 구성된 차량용 램프에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 야간 주행 시에 주행 방향의 사물을 잘 볼 수 있도록 하기 위한 용도 및 다른 차량이나 기타 도로 이용자에게 자기 차량의 주행 상태를 알리기 위한 용도의 등화장치를 구비한다.

차량의 전방에 구비되는 전조등은 차량이 진행하는 전방의 진로를 비추는 기능을 하는 조명등으로서, 야간에 전방 100m 거리에 있는 도로상의 장애물을 확인할 수 있는 밝기를 필요로 한다. 또한, 차량의 후방에 구비되는 후미등은 야간 주행 시 뒤 차량에게 자기 차량의 위치를 알리는 기능을 하는 조명등이고, 브레이크등은 역시 차량의 후방에 구비되어 뒤 차량에게 자기 차량이 감속하고 있음을 나타내는 조명등이다. 전조등은 백색 가시광을 조사하며, 후미등 및 브레이크등은 적색 광을 조사한다.

상기와 같은 차량용 등화장치의 광원으로는 통상적으로 벌브가 사용될 수 있는데, 최근에는 저전압이면서도 내구성이 우수하고 절전 효과가 있는 LED(light emitting diode)를 광원으로 하는 램프가 많이 개발되고 있는 실정이다. LED는, 주입된 전자와 정공이 재결합할 때 과잉 에너지를 빛으로 방출하는 다이오드이다.

상기와 같은 LED를 광원으로 한 헤드램프는 색 온도가 약 5500K로 태양광에 가까워 사람의 눈에 피로를 가장 적게 해주고, 크기가 작기 때문에 램프의 디자인 자유도를 높일 수 있으며, 반영구적인 수명을 가져 경제성도 있다는 장점이 있다. 그러나, LED 소자가 발광 시 고온의 열을 발생시키는 바, 상기 고온의 열에 의해 LED를 광원으로 한 헤드램프의 발광 효율이 크게 떨어진다.

상기와 같이 열에 의한 발광 효율 저하를 방지하기 위해 LED를 광원으로 한 차량용 램프는 방열 장치를 구비하는데, 종래의 LED 차량용 램프의 방열 장치는 차량용 램프의 하우징 내측에 설치되는 광원, 상기 광원의 저면에 구비되는 히트싱크 및 상기 히트싱크의 하부에 설치되는 냉각팬을 포함하여 구성된다. 상기 냉각팬이 회전하여 히트싱크 주변의 공기를 강제 대류시킴으로써 방열 효과를 향상시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래의 LED 차량용 램프의 방열 장치는 LED 소자에 직접적으로 접하여 열을 전달받는 히트싱크 뿐만 아니라 별도의 냉각팬을 구비해야 되기 때문에 제조 비용이 상승하고, 상기 냉각팬 자체가 장시간 동안 구동될 경우 추가적인 열을 발생시켜 냉각성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 냉각팬과 같은 별도의 장치를 구비하지 않고 히트싱크 주변의 공기를 강제 대류시켜 광원으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 공기 중으로 배출할 수 있는 차량용 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 언급된 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프는 반도체 발광 소자로 이루어진 광원, 상기 광원이 장착되고 상기 광원으로부터 발생된 열을 전달받는 지지부와 상기 지지부로부터 연장되어 상기 열을 방출하는 복수의 방열판을 포함하는 히트싱크, 및 상기 복수의 방열판의 적어도 일면에 부착되며 전원을 공급받아 수축과 팽창을 반복함으로써 상기 복수의 방열판에 진동을 가하는 압전판을 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프에 의하며, 압전판의 수축과 팽창에 의해 미세하게 진동하는 히트싱크가 히트싱크 주변에서 상기 히트싱크와 열을 교환하는 공기의 대류현상을 촉진한다. 상기와 같이 히트싱크의 진동에 의해 주변 공기의 대류현상이 촉진되고, 그 결과 히트싱크의 방열 효과가 향상된다. 본 실시예에 따른 차량용 램프는 냉각팬과 같이 히트싱크 주변 공기의 강제 대류를 발생시키기 위한 별도의 부재 없이도 히트싱크와 공기 사이의 열 교환 효율을 높여 광원으로부터 발생하는 고열을 효과적으로 발산시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 광원 및 히트싱크의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 히트싱크의 동작을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 광원 및 히트싱크의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프의 구성을 나타내는 측 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 광원(100) 및 히트싱크(200)의 구성 및 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 램프는 광원(100), 히트싱크(200) 및 압전판(300)을 포함한다.

광원(100)은 히트싱크(200)의 상부에 전기적으로 연결되도록 장착되어 빛을 방출하는 반도체 발광 소자로 구성된다. 일 예로, 상기 광원(100)은 단일 LED(Light Emitting Diode) 소자로 구성되거나 또는 LED 칩으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(100)은 히트싱크(200)의 지지부(210)에 장착되고, 광원(100)이 발광되는 경우 발생하는 고열이 히트싱크(200)의 지지부(210)를 통해 방열판(220)으로 전달된 후 방열판(220)에서 외부로 발산된다.

히트싱크(200)는 지지부(210)와 복수의 방열판(220)으로 구성된다. 지지부(210)의 상부에는 광원(100)이 장착되고, 지지부(210)는 광원(100)으로부터 점등 시 발생된 열을 전달받는다. 방열판(220)은 지지부(210)로부터 연장되어 광원(100)으로부터 전달 받은 열을 외부로 방출한다. 각 방열판(220)의 두께는 히트싱크(200)의 크기와 필요한 방열 능력 등에 따라 알맞게 조정될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 지지부(210)에 복수의 방열판(220)이 일정 간격을 두고 연장됨으로써 외부 공기와 접촉하는 표면적이 늘어나 열이 더 효과적으로 방출될 수 있다.

압전판(300)은 전원을 공급받아 수축과 팽창을 반복하는 압전(piezo-electric) 기판으로 이루어진다. 압전 기판은 압전(piezo-electric) 효과를 가져 분극 방향과 전기장의 방향에 따라 수축 또는 팽창하는 기판이다. 압전 효과란 결정체가 압력을 받아 결정의 양면 간에 전위차를 발생시키거나 반대로 결정체에 전위가 인가될 때 기계적 변형을 일으키는 것을 말한다. 본 실시예에서 압전판(300)은 양 전기장이 유도될 때 수축하고 음전기장이 유도될 때 팽창하며, 이를 위해 각 압전판(300)은 도 1 에 도시된 바와 같이 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(310)에 연결될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압전판(300)은 히트싱크(200)의 복수의 방열판(220)의 적어도 일면에 부착되어 전원을 공급받을 때 수축과 팽창을 반복하여 복수의 방열판(220)에 진동을 가한다. 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 압전판(300)은 복수의 방열판(220)에 포함된 각각의 방열판(220)의 동일한 방향의 면에 부착될 수 있다. 이 경우, 각각의 방열판(220)이 더 효과적으로 진동할 수 있다.

교류 전원장치에 의해 각 압전판(300)에 양 전기장과 음전기장이 교대로 인가되면, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(220)은 압전판(300)의 수축 및 팽창 작용으로 인해 미세하게 진동한다.

상기와 같이 압전판(300)이 복수의 방열판(220)에 가하는 진동에 의해 히트싱크(200)가 미세하게 진동하게 되고, 상기 진동은 히트싱크(200)를 둘러싼 외부 공기를 강제적으로 대류시켜 외부 공기의 대류에 의한 히트싱크(200)의 냉각 효과를 향상시킨다. 그 결과, 냉각팬과 같은 별도의 부재 없이 광원(100)으로부터 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있어, 제조 비용 및 램프 사이즈를 감소시킬 수 있고 장시간 이용 시 냉각팬으로부터 자체적으로 발생하는 열을 처리할 필요가 없다.

전술된 바와 같이, 본 실시예의 차량용 램프가 포함하는 히트싱크(200)의 각각의 방열판(220)에 부착된 압전판(300)은 전원 공급부(310)에 연결될 수 있는데, 일 실시예에 따르면 전원 공급부(310)는 압전판(300)에 교류 전원을 공급할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전원 공급부(310)는 직류 전원을 공급할 수 있는데, 이 경우 압전판(300)이 수축과 팽창을 반복하기 위해서는 압전판(300)은 D/A 컨버터를 통해 전원 공급부(310)와 연결될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전원 공급부(310)는 교류 전원을 제어할 수 있는데, 이 때 상기 교류 전원은 히트싱크(200)가 그 고유 진동수로 진동하게 할 수 있다. 즉, 교류 전원의 주파수는 압전판(300)의 수축 및 팽창 진동수를 결정하는 바, 교류 전원의 주파수에 따라 압전판(300)이 부착된 히트싱크(200)가 일정한 진동수로 진동할 수 있는데, 상기 일정한 진동수가 히트싱크(200)의 고유 진동수와 일치하는 경우 공명 현상이 발생하여 히트싱크(200)의 진폭이 최대가 될 수 있다. 이 때 히트싱크(200)가 그 고유 진동수로 진동하게 하기 위한 교류 전원의 주파수는 히트싱크(200)의 고유 진동수와 일치할 수 있으며, 또는 히트싱크(200)의 복수의 방열판(220) 및 지지부(210)의 형상 및 압전판(300)의 부착 위치를 고려하여 계산된 특정 주파수일 수 있다.

상기 실시예에 따라 히트싱크(200)가 그 고유 진동수로 진동하는 경우, 히트싱크(200)의 진동 효과가 최대가 되어 이를 통해 발생하는 주변 공기의 강제 대류 효과 또한 최대가 될 수 있다. 그 결과, 히트싱크(200)의 진동에 의한 방열 효과가 더욱 향상될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 광원(100) 및 히트싱크(200)의 구성을 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

본 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 차량용 램프는 열 인터페이스 재료(thermal interface material, TIM)(400)를 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열 인터페이스 재료(400)는 광원(100)과 지지부(210) 사이에 도포되어 광원(100)과 지지부(210)를 기밀하게 연결하며, 광원(100)으로부터 발생된 열을 지지부(210)로 전도한다.

열 인터페이스 재료(TIM)는 전자 부품과 상기 전자 부품이 장착되는 히트싱크(200)의 표면 사이에 형성되는 간극에 의해 발생하는 열 임피던스를 낮추기 위해 전자 부품과 히트싱크(200) 사이에 구비되는 재료이다. 전자 부품과 히트싱크(200)의 표면은 완전히 평활하지 않아 완전한 접촉이 달성되지 않고 사이에 간극이 발생하는데, 상기 간극에 채워진 공기는 낮은 열 전도율을 가져 열 임피던스를 증가시키기 때문이다. 상기와 같은 열 인터페이스 재료(TIM)는 보통 중합체 또는 탄성중합체의 기질과, 상기 기질 내에 분산된 열전도성 필러(thermally conductive filler)로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광원(100)과 히트싱크(200)의 지지부(210) 사이에 구비된 열 인터페이스 재료(400)는 탄성을 가져 압전판(300)의 팽창과 수축에 의해 발생하는 히트싱크(200)의 진동을 흡수할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에 따른 차량용 램프가 포함하는 열 인터페이스 재료(400)는 탄성중합체의 기질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서와 같이 열 인터페이스 재료(400)가 광원(100)으로부터 발생한 열을 히트싱크(200)로 효과적으로 전달함과 동시에 히트싱크(200)에서 발생한 진동을 흡수하는 경우, 히트싱크(200)의 진동이 광원(100)에는 전달되는 것이 차단될 수 있다. 그 결과, 히트싱크(200)가 진동함에도 불구하고 광원(100)은 진동하지 않은 채 빛을 안정하게 방출할 수 있으며, 그에 따라 본 실시예에 따른 차량용 램프는 외부 공기와의 접촉에 의한 방열 효과를 향상시킴과 동시에 흔들리지 않고 안정된 빛을 조사할 수 있다.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 램프의 구성을 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

또 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량용 램프는 반사경(20), 렌즈(10) 및 램프 하우징(30)을 더 포함할 수 있다.

반사경(20)은 광원(100)으로부터 조사된 빛을 차량용 램프의 전방을 향해 반사하며, 타원형 곡면 또는 파라볼라 곡면으로 이루어질 수 있다. 렌즈(10)는 반사경에 의해 반사된 빛을 통과시켜 외부로 방출한다. 상기 반사된 빛은 렌즈(10)를 통과하면서 굴절 및 집광될 수 있으며, 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 램프 하우징(30)은 광원(100), 히트싱크(200), 반사경(20) 및 렌즈(10)를 고정할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 광원
200: 히트싱크
210: 지지부 220: 방열판
300: 압전판
310: 전원 공급부
400: 열 인터페이스 재료 (TIM)
10: 렌즈 20: 반사경
30: 램프 하우징

Claims (7)

1. 반도체 발광 소자로 이루어진 광원;
   상기 광원이 장착되고 상기 광원으로부터 발생된 열을 전달받는 지지부와, 상기 지지부로부터 연장되어 상기 열을 방출하는 복수의 방열판을 포함하는 히트싱크; 및
   상기 복수의 방열판의 적어도 일면에 부착되며, 전원을 공급받아 수축과 팽창을 반복함으로써, 상기 복수의 방열판에 진동을 가하는 압전판을 포함하는 차량용 램프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압전판은 상기 복수의 방열판에 포함된 각각의 방열판의 동일한 방향의 면에 부착되는 차량용 램프.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압전판에 교류 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 차량용 램프.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전원 공급부는 상기 교류 전원이 상기 히트싱크를 고유 진동수로 진동하게 하도록 상기 교류 전원을 제어하는 차량용 램프.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원과 상기 지지부 사이에 도포되어 상기 광원과 상기 지지부를 기밀하게 연결하며, 상기 광원으로부터 발생된 열을 상기 지지부로 전도하는 열 인터페이스 재료(thermal interface material, TIM)를 더 포함하는 차량용 램프.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 열 인터페이스 재료는 상기 히트싱크에 가해진 진동을 흡수하도록 탄성을 갖는 재질로 이루어진 차량용 램프.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 광원으로부터 조사된 빛을 반사하는 반사경, 상기 반사된 빛을 통과시켜 외부로 방출하는 렌즈 및 상기 광원, 상기 히트싱크, 상기 반사경 및 상기 렌즈를 고정하는 램프 하우징을 더 포함하는 차량용 램프.

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