KR20140046146A - 광원장치 및 이를 이용한 차량용 헤드라이트 - Google Patents

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KR20140046146A
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남경필
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Abstract

본 발명은 광원장치 및 이를 이용한 차량용 헤드라이트에 관한 것으로서, 복수의 발광소자가 직렬로 연결된 복수의 발광소자 스트링이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부; 상기 발광소자 어레이부의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부; 상기 발광소자 어레이부에 구동 전원을 공급하는 구동부; 상기 발광소자 어레이부의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부; 및 상기 구동부에 인가되는 외부전원과 상기 구동부의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 차단부를 포함하여, 광량을 균일하게 유지할 수 있으며, 손상이 방지되는 효과가 있다.

Description

광원장치 및 이를 이용한 차량용 헤드라이트{Lighting Device and Head Light for Vehicle using the same}
본 발명은 광원장치 이를 이용한 차량용 헤드라이트에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 반도체 발광소자는 전기에너지를 이용하여 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 접합된 반도체의 전자와 정공이 재결합하며 발생하는 에너지를 광으로 변환하여 방출한다. 이러한 발광 다이오드는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 발광 다이오드(예, 질화 갈륨계 반도체)를 이용한 휴대폰 키패드, 턴 시그널 램프, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광 다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 자동차용 헤드라이트, 대형 TV의 백라이트 유닛 등과 같이, 발광 다이오드의 용도가 점차 대형화, 고출력화, 고효율화된 제품으로 진행하고 있으므로 이와 같은 용도에 사용되는 발광 다이오드의 특성도 이를 충족하는 높은 수준이 요청되고 있다.
이와 같이, 발광 다이오드의 용도가 자동차용 헤드라이트로 확대됨에 따라, 발광 다이오드의 광량을 일정하게 유지하고 일부 발광 다이오드에 이상이 발생한 경우에 손상을 방지하기 위한 방법이 요청되고 있다.
본 발명의 일실시 형태의 목적 중의 하나는 발광소자 어레이 중 일부 발광소자에 문제가 발생하였을 때에 발광소자 어레이 전체를 소등하여, 점등된 발광소자 어레이의 광량을 균일하게 유지하며, 손상이 방지되는 광원장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일실시 형태의 목적 중의 하나는 발광소자 어레이 중 일부 발광소자에 문제가 발생하였을 때에 발광소자 어레이 전체를 소등하여, 점등된 발광소자 어레이의 광량을 균일하게 유지하며, 손상이 방지되는 차량용 헤드라이트를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일측면은 복수의 발광소자가 직렬로 연결된 복수의 발광소자 스트링이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부; 상기 발광소자 어레이부의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부; 상기 발광소자 어레이부에 구동 전원을 공급하는 구동부; 상기 발광소자 어레이부의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부; 및 상기 구동부에 인가되는 외부전원과 상기 구동부의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 차단부를 포함하는 광원장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 감지부는 상기 복수의 발광소자 스트링에 각각 직렬 연결된 복수의 스위칭소자를 구비하며, 상기 스위칭소자는, 컬렉터단이 상기 발광소자 스트링에 연결되며 이미터단은 인접하는 다른 스위칭소자의 베이스단과 연결되어 복수의 스위칭소자가 순차적으로 접속될 수 있다.
또한, 상기 제2 감지부는 스위칭소자를 구비하며, 상기 스위칭소자는 상기 구동부에서 게이트에 인가되는 전류가 차단되면 상기 차단부로 출력되는 출력신호를 턴 오프할 수 있다.
또한, 상기 스위칭소자는 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 차단부는 제1, 제2 및 제3 스위칭소자를 구비하되, 상기 제2 스위칭소자는 베이스단이 상기 제2 감지부의 출력단과 연결되고 컬렉터단이 상기 제3 스위칭소자의 게이트단에 연결되어, 상기 제2 감지부에 의해 개방이 감지된 경우에 턴 오프되어 상기 제3 스위칭소자를 도통하는 전류를 차단하며, 상기 제1 스위칭소자는 베이스단이 상기 제1 감지부의 출력단과 연결되고 컬렉터단이 상기 제2 스위칭소자의 이미터단과 연결되어, 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 턴 오프되어 상기 제2 스위칭소자를 도통하는 전류를 차단하며, 상기 제3 스위칭소자는 게이트단이 상기 제2 스위칭소자의 컬렉터단과 연결되어, 상기 제1 또는 제2 스위칭소자가 턴 오프되면 상기 제3 스위칭소자도 턴 오프되어 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 스위칭소자는 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 제3 스위칭소자는 P 채널 FET 일 수 있다.
또한, 상기 차단부는 상기 제3 스위칭소자의 소스단과 드레인단에 병렬연결된 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단부의 입력단에는 다이오드가 순방향 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 복수의 발광소자가 직렬로 연결된 복수의 발광소자 스트링이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부, 상기 발광소자 어레이부의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부, 상기 발광소자 어레이부에 구동 전원을 공급하는 구동부, 상기 발광소자 어레이부의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부 및 상기 구동부에 인가되는 외부전원과 상기 구동부의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 차단부를 포함하는 광원장치; 상기 발광소자 어레이부의 상부측에 구비되어 상기 발광소자 어레이부에서 출사되는 빛을 반사시키는 반사부; 및 상기 반사부를 통해 반사되는 빛을 외부로 발산시키는 렌즈 커버부를 포함하는 차량용 헤드라이트를 제공한다.
본 발명의 일실시 형태에 의한 광원장치 및 이를 이용한 차량용 헤드라이트는 광량을 균일하게 유지할 수 있으며, 손상이 방지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 광원장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 광원장치의 회로도이다.
도 3은 도 2의 복수의 발광모듈 스트링 중 하나의 스트링이 개방된 경우를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 2의 발광소자 어레이부가 단락된 경우를 도시한 회로도이다.
도 5는 도 2의 발광소자 어레이부가 개방된 경우를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광원장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 의한 차량용 헤드라이트를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 차량용 헤드라이트의 광원장치를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 광원장치(1000)의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 광원장치(1000)의 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의한 광원장치(1000)는, 발광소자 스트링(1311)이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부(1310), 상기 발광소자 스트링(1311) 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부(1320), 상기 발광소자 어레이부(1310)에 구동 전원을 공급하는 구동부(1220), 상기 발광소자 어레이부(1310)의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부(1230) 및 상기 구동부(1220)에 공급되는 전원을 차단하는 차단부(1210)를 포함한다.
상기 발광소자 어레이부(1310)는 복수의 발광소자(D9-D23)를 구비하며, 상기 복수의 발광소자(D9-D23)는 복수의 발광소자 스트링(1311a-1311e)을 이루어 배치되되, 상기 복수의 발광소자 스트링(1311a-1311e)은 상호 병렬로 연결되도록 배치된다. 상기 발광소자(D9-D23)는 전기 신호 인가 시 빛을 방출하는 소자라면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 바람직하게는 발광 다이오드(LED)가 이용될 수 있을 것이다. 상기 발광소자 스트링(1311a-1333e)을 구성하는 발광소자(D9-D23)의 개수는 및 상기 발광소자 스트링(1311a-1333e)의 개수는 일정한 수로 제한되는 것은 아니며, 상기 구동부(1220)가 상기 발광소자 어레이부(1310)에 공급가능한 전력에 의해 정해진다.
이와 같은 발광소자 어레이부(1310)는 복수의 발광소자 스트링(1311a-1311e)이 서로 병렬로 구성되어, 일부 발광소자 스트링이 손상되더라도 다른 발광소자 스트링은 점등되게 된다. 이러한 점은 일부의 발광소자가 점등되지 않더라도 나머지 발광소자가 점등될 필요가 있는 경우에는 유용하게 사용될 수 있으나, 일정한 광량이 유지하는 것에는 어려움이 있을 수 있다. 예를 들어, 법규에 의해 광량의 최저점을 제한하고 있는 자동차용 헤드라이트의 경우에는, 복수의 발광소자 중 일부의 발광소자가 점등되지 않게 되면 충분한 광량이 확보되지 못하여, 법규를 위반한 헤드라이트 운용이 될 수 있다. 따라서, 복수의 발광소자 중 일부의 발광소자가 손상되어 점등되지 못한 경우에, 나머지 발광소자도 점등되지 않게 하면, 법규를 만족하는 광량인지 여부를 사용자가 손쉽게 확인할 수 있게 된다.
또한, 일부 발광소자에 손상이 발생하여 발광소자 어레이부(1310) 전체가 개방 또는 단락되는 문제가 발생하기도 하는데, 이와 같은 경우에 상기 발광소자 어레이부(1310)에 공급되는 전원이 차단되지 못하면 발광소자 어레이부(1310) 전체가 손상될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태는 발광소자 어레이부(1310)의 입력단과 출력단 사이에 개방 또는 단락이 발생하면 전원 공급을 차단하여, 발광소자 어레이부(1310)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
상기 제1 감지부(1320)는 발광소자 어레이부(1310)의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링(1311) 중 어느 하나의 개방 여부를 감지한다. 상기 제1 감지부(1320)는 상기 복수의 발광소자 스트링(1311)에 각각 직렬 연결된 복수의 스위칭소자(Q8-Q12)를 구비할 수 있으며, 상기 스위칭소자(Q8-Q12)는 각각의 컬렉터단이 상기 발광소자 스트링(1311)의 출력단에 연결된다.
차단부(1210)에 연결되는 스위칭소자(Q12)를 제외한 스위칭소자(Q8-Q11)는 각각의 이미터단이 인접하는 스위칭소자의 베이스단과 연결될 수 있다. 이때, 각각의 스위칭소자(Q8-Q12)의 이미터단은 인접하는 스위칭소자의 베이스단과 연결될 수 있다. 따라서, 어느 하나의 발광소자 스트링(1311)이 개방되어 전류가 흐르지 않게 되면 인접하는 스위칭소자의 베이스단에 인가되는 전류가 차단되어, 인접하는 스위칭소자가 턴 오프되는 것이다.
구체적으로, 도 3을 참조하여 설명하면, 발광소자 D12가 손상되어 발광소자 스트링(1311b)이 개방되면, Q9를 통과하여 Q10의 베이스부로 흐르는 전류가 차단되어 Q10이 턴 오프되게 되며, 연쇄적으로 Q11과 Q12도 턴 오프되게 된다. 따라서, 차단부로 인가되는 I2가 흐르지 않게 되어 M1을 턴 오프하게 되는 것이다.
상기 제2 감지부(1230)는 상기 발광소자 어레이부(1310)의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지한다. 상기 제2 감지부(1230)는 상기 구동부(1220)의 출력단과 연결되어 상기 발광소자 어레이부(1310)에 인가되는 전류에 변화가 발생하면 이를 감지하여 상기 차단부(1210)로 하여금 상기 구동부(1220)에 공급되는 전류를 차단하도록 한다. 구체적으로, 상기 제2 감지부(1230)는 스위칭소자(Q2)를 구비할 수 있으며, 상기 Q2는 상기 구동부(1220)에서 베이스단에 인가되는 전류가 차단되면, 상기 차단부에 연결된 출력신호를 턴 오프하여 외부 전원부(1100)에서 상기 구동부(1220)로 공급되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 구동부(1220)는 상기 발광소자 어레이부(1310)에 구동 전원을 공급한다. 상기 구동부(1220)는 변환된 직류 전압을 발광소자 어레이부(2310)를 구동하는 데 적합한 전류로 변환하여 공급하는 DC-DC 변환기가 사용될 수 있다. 예를 들면, 외부 전원부(1100)의 전압이 발광소자(D9-D23)의 구동 전압보다 큰 경우 사용되는 강압형(벅, Buck) 변환기, 외부 전원부(1100)의 전압이 발광소자(D9-D23)의 구동 전압보다 작은 경우에는 승압형(부스트, Boost) 변환기, 외부 전원부(1100)의 전압이 발광소자(D9-D23)의 구동 전압 위에서 아래로 변할 수 있는 상황에 사용되는 벅-부스트(Buck-Boost) 변환기 등이 사용될 수 있다.
상기 차단부(1210)는 상기 구동부(1220)에 인가되는 외부 전원부(1100)와 상기 구동부(1220)의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부(1320)에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부(1230)에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부(1220)에 공급되는 전원을 차단하여, 구동부(1220) 및 발광소자 어레이부(1310)에 과전류가 공급되어 손상되는 것을 방지한다. 이때, 상기 외부 전원부(1100)는 자동차 헤드 램프의 전원공급장치 일 수 있다. 또한, 상기 차단부(1210)의 입력단에는 다이오드(D1)를 설치하여 전원부(1100)로부터 역전압이 인가되었을 경우에 구동부(1220)가 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
상기 차단부(1210)는 상기 외부 전원부(1100)와 상기 구동부(1220)의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부(1320)에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부(1230)에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부(1220)에 공급되는 전원을 차단한다.
상기 차단부(1210)는 제1 스위칭소자(Q7), 제1 스위칭소자(Q1) 및 제3 스위칭소자(M1)를 구비할 수 있다.
상기 제1 스위칭소자(Q7)는 베이스단이 상기 제1 감지부(1320)의 출력단에 연결될 수 있으며 컬렉터단은 제2 스위칭소자(Q1)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제1 감지부(1320)로부터 출력 전류(I2)가 공급되면 턴 온 상태를 유지하며, 제1 감지부(1320)가 상기 발광소자(D9-D23) 중 적어도 하나의 개방을 감지하여 출력 전류(I2)가 차단되면 턴 오프 된다. 상기 제1 스위칭소자(Q7)가 턴 오프되면 제3 스위칭소자(M1)의 게이트단에 인가되는 전압과 소스단에 입력되는 전압이 같게 되어 상기 제3 스위칭소자(M1)가 턴 오프되게 된다.
상기 제2 스위칭소자(Q1)는 베이스단이 상기 제2 감지부(1230)의 출력단에 연결될 수 있으며 컬렉터단은 상기 제3 스위칭소자(M1)의 게이트단과 연결될 수 있으며 이미터단은 상기 제1 스위칭소자(Q7)의 컬렉터단과 연결될 수 있다. 따라서, 정상 상태에서는 상기 구동부(1220)로부터 R2와 R3를 거쳐 공급되는 전류에 의해 턴 온 상태를 유지하며, 상기 발광소자 어레이부(1310)가 개방 또는 단락되어 상기 제2 감지부(1230)의 출력신호가 차단되면 턴 오프된다. 상기 제2 스위칭소자(Q1)가 턴 오프되면 제3 스위칭소자(M1)의 게이트단에 인가되는 전압과 소스단에 입력되는 전압이 같게 되어 상기 제3 스위칭소자(M1)가 턴 오프되게 된다.
상기 제3 스위칭소자(M1)는 게이트단이 상기 제2 스위칭소자(Q1)의 컬렉터단과 연결되어, 상기 제1 또는 제2 스위칭소자(Q7, Q1)가 턴 오프되면 상기 제3 스위칭소자(M1)도 턴 오프되어 상기 외부 전원부(1100)로부터 상기 구동부(1220)에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 또한, 상기 차단부(1210)의 입력단에는 다이오드(D1)를 순방향 연결하여 외부 전원부(1100)로부터 역전압이 인가되는 것을 방지할 수도 있다.
상기 제1 및 제2 스위칭소자(Q7, Q1)는 NPN 트랜지스터가 사용될 수 있으며, 상기 제2 스위칭소자(M1)는 P 채널 FET 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 차단부(1210), 구동부(1220) 및 제2 감지부(1230)는 하나의 기판 위에 설치하여 발광소자 어레이 구동모듈(1200)을 구성할 수 있으며, 상기 발광소자 어레이부(1310) 및 제1 감지부(1320)는 다른 하나의 기판 위에 설치하여 발광소자 어레이 모듈(1300)을 구성할 수도 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 외부 전원부(1100)는 자동차 헤드 램프의 전원공급장치가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 이와 같은 구성의 광원장치(1000)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2 참조하여, 발광소자 어레이부(1310)가 정상동작하는 경우에 대하여 설명한다. 외부 전원부(1100)에서 공급되는 전류(I1) 중 일부는 R1을 거쳐 M1의 게이트에 인가된다. M1으로 P-채널 FET를 사용한 경우에는, R1에 의해 소스의 전압보다 게이트의 전압이 더 낮게 되므로 M1이 턴 온 되어 구동부(1220)로 전류가 공급된다. 상기 구동부(1220)에 전류가 공급되면 상기 구동부(1220)는 발광소자 어레이부(1310)의 입력단에 구동 전원을 공급하여 상기 발광소자 어레이부(1310)의 발광소자(D9-D23)를 점등시킨다. 구체적으로, 상기 구동부(1220)로부터 공급된 전류는 발광소자 스트링(1311a)을 점등시키며 Q8의 컬렉터 단에 공급된다. Q8에 공급된 전류는 이미터단에 연결된 인접한 Q9의 베이스단에 인가되어 Q9를 턴 온시키며, 발광소자 스트링(1311b)을 점등시킨다. 이와 같이 Q10-Q12도 순차적으로 턴 온되면서 각각 연결된 발광소자 스트링(1311c-1311e)을 점등시키게 되며, 차단부(1210)의 Q7의 베이스단에 인가되어 Q7을 턴 온 시키게 된다.
또한, 일부 구동 전류는 R2를 거쳐 R3와 R4로 인가되며, 이때, R3의 값을 Q1을 턴 온 시킬 수 있을 정도의 값으로 정하고, R6의 값은 Q2를 턴 온 시키지 못할 정도의 값으로 정하면, Q1만 턴 온되므로, M1는 턴 온 상태를 유지하게 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 발광소자 어레이부(1310) 중 어느 하나의 발광소자(D10)가 개방된 경우의 동작에 대해 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이, 발광소자 어레이부(1310)에 구동 전류가 공급되어 점등된 상태에서, 발광소자(D10)가 손상되어 개방상태가 되면, 발광소자 스트링(1311b)에 흐르는 전류가 차단된다. 따라서, Q9을 통하여 흐르는 전류가 없게 되므로, Q10의 베이스부로 인가되는 전류 또한 없게 되어 Q10은 턴 오프 상태가 되게 된다. 따라서, Q11, Q12가 연쇄적으로 턴 오프되어 차단부(1210)로 인가되는 전류(I2)가 차단된다. 따라서, Q7의 베이스단으로 인가되는 전원이 차단되어, Q7이 턴 오프 상태가 되며, M1의 게이트단의 전압과 소스단의 전압이 같게되어, M1도 턴 오프상태가 되므로, 구동부(1220)로 인가되는 전류가 차단되어 발광소자 어레이부(1310)에 공급되는 전류가 차단되는 것이다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 발광소자 어레이부(1310)의 입력단과 출력단이 단락된 경우의 동작에 대해 설명한다. 상기 발광소자 어레이부(1310)가 단락된 경우에는 구동부(1220)의 모든 전류(I1)가 접지로 흐르게 되므로, 제1 감지부(1320)의 Q8의 베이스부에 인가되는 전류가 차단되어 Q8이 턴 오프된다. 따라서, Q9-Q12도 순차적으로 턴 오프되게 되므로 차단부(1210)로 흐르는 전류(I2)도 차단되게 된다. 따라서, Q8-Q12의 각각에 연결된 발광소자 스트링(1311a-1311e)도 소등되게 된다. 모든 전류가 접지를 통하여 흐르게 되므로, R2를 통하여 흐르는 전류도 차단되게 되어 Q1의 베이스단에 인가되는 전류도 차단되어 Q1은 턴 오프 상태가 되며, M1의 소스단과 게이트단의 전압이 같게 되므로 M1도 턴오프 상태가 된다. M1이 턴 오프 되므로, 구동부(1220)로 인가되는 전류가 차단되어 발광소자 어레이부(1310)에 공급되는 전류가 차단되는 것이다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 발광소자 어레이부(1310)가 개방된 경우를 설명한다. 발광소자 어레이부(1310)가 개방되면, 구동부(1220)의 모든 전류(I1)가 R2를 통하여 흐르게 된다. 따라서, 단락된 경우와 같이 발광소자 어레이부(1310)로 전류가 인가되지 않으므로, 발광소자 어레이부(1310)는 소등되게 되며, 차단부(1210)로 흐르는 전류(I2)도 차단되게 된다. 따라서, I2는 Q2를 턴 온시키게 되며, Q1의 베이스단에 인가되는 전류가 감소되어 Q1을 턴 오프하게된다. Q1이 턴 오프되면 단락된 경우와 같이 M1도 턴 오프되어 발광소자 어레이부(1310)에 공급되는 전류가 차단되는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 발광소자 어레이부(1310) 중 어느 하나의 발광소자가 손상되어 개방되거나, 발광소자 어레이부(1310)의 양단이 개방 또는 단락되면 모든 발광소자가 소등되며, 구동부(1220)에 공급되는 전원도 차단되어, 발광소자 어레이부(1310)를 포함한 광원장치(1000)가 보호되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광원장치(2000)에 대해 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광원장치(2000)는 차단부(2210)의 구성이 앞서 실시한 실시형태와 다른 것이 특징이며, 다른 부분의 구성은 동일하게 구성할 수 있다.
본 실시형태는 광원장치(2000)의 초기구동시에 인가되는 전압이 서서히 높아지는 경우에 회로의 동작을 보장하기 위한 구성이다. 구동 전압이 서서히 상승하는 경우에 P-채널 FET는 턴 온 상태가 되지 않는 문제점이 있다. 따라서, 구동 초기에 전압이 불안정할 경우에는 차단부(2210)의 M1이 턴 온되지 못하여 발광소자 어레이부(2310)가 점등되지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 본 실시형태에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 M1과 병렬로 C3를 연결하고, M1의 게이트단에 Q3의 컬렉터단을 연결하고, Q3의 베이스단에는 Q5의 게이트단을 연결하였다. 이와 같이 구성하면, 광원장치(2000)의 구동 초기에 전압이 불안정하더라도 C3는 M1의 양단을 도통 상태로 유지하게 된다. 또한, 초기 전압이 상승하면 R9를 통하여 Q3가 턴 온되어, 앞서 설명한 실시예와 같이 회로가 정상동작 하게 된다. 또한, 일정 전압 이상 상승하게 되면 R11에 인가되는 전압에 의해 Q5가 턴 온 되므로 Q3는 턴 오프 상태가 되게된다.
이때, 구동부(2220)는 정상 동작하고 있으므로 출력 전류에 의하여 Q4가 턴 온되어 M2는 턴 온 상태를 유지하게 되는 것이다. 차단부(2210)를 제외한 다른 부분은 앞서 설명한 실시예와 동일하므로, 발광소자 어레이부(2310)에 문제가 발생한 경우에도 발광소자 어레이부(2310)를 포함한 광원장치(2000)가 보호되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 차량용 헤드라이트(10)에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 의한 차량용 헤드라이트를 도시한 단면도이고, 도 8은 도 7의 차량용 헤드라이트의 광원장치를 도시한 사시도이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 차량용 헤드라이트(10)는 광원장치(1000), 반사부(200), 렌즈 커버부(300)를 포함하며, 광원장치(1000)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(400)를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 광원장치(1000)는 외부 전원부(1100)와 전기적으로 연결되어 전원공급시 빛을 발광하는 광원기능을 수행한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 광원장치(1000)는 발광소자 스트링(1311)이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부(1310), 상기 발광소자 스트링(1311) 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부(1320), 상기 발광소자 어레이부(1310)에 구동 전원을 공급하는 구동부(1220), 상기 발광소자 어레이부(1310)의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부(1230) 및 상기 구동부(1220)에 공급되는 전원을 차단하는 차단부(1210)를 포함한다. 따라서, 발광소자 어레이부(1310) 중 어느 하나의 발광소자가 손상되어 개방되거나, 발광소자 어레이부(1310)의 양단이 개방 또는 단락되면 모든 발광소자가 소등되며, 구동부(1220)에 공급되는 전원도 차단되어, 발광소자 어레이부(1310)를 포함한 광원장치(1000)가 보호될 수 있다.
상기 반사부(200)는 상기 광원장치(1000) 및 방열부(400)의 상부측에 구비되어 상기 광원장치(1000)에서 출사되는 빛을 유도하여 반사시킨다. 상기 반사부(200)는 단면이 돔 형상으로 형성되어 상기 발광소자(D9-D23)에서 발광되는 빛을 자동차의 전방을 향하도록 안내하며, 전방이 개방된 형상으로 형성되어 상기 반사된 빛이 외부로 출사되도록 한다.
상기 발광소자 어레이부(1310)는 상기 복수의 발광소자(D9-D23)를 수용하는 캐비티(1600)를 구비하는 본체(1400)와 상기 본체(1400) 상에 결합되어 상기 캐비티(1600)를 덮는 렌즈부(1700)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 렌즈부(1700)는 상기 캐비티(1600)를 덮도록 상기 본체(1400)의 상부면에 결합되어 복수의 발광소자(D9-D23)에서 생성되는 빛을 집중하여 조사한다. 상기 렌즈부(1700)는 사각형의 단면형상을 갖는 직육면체 형상의 플레이트 구조로 전체적으로 본체(1400)의 형상과 대응되는 형상을 갖을 수 있다. 상기 렌즈부(1700)는 측면이 하면을 향해 하향 경사지게 구비되어 상기 렌즈부(1700)의 단면적의 크기가 상면에서 하면으로 갈수록 증가하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 광의 효율적인 집속을 위해 상기 렌즈부(1700)의 측면을 따라서 반사막(145)을 구비하는 것이 바람직하다. 반사막(145)은 실버 코팅과 같이 고반사율 물질을 코팅 또는 박막 형태로 부착하는 방식으로 구비될 수 있다. 렌즈부(1700)는 내열특성이 우수한 유리(glass) 소재를 사용하여 이루어질 수 있으며, UV 경화 혹은 열 경화성 접착제를 통해 본체(1400)와 결합됨으로써 수분이 본체(1400) 내부로 침투하는 것을 차단할 수 있다.
상기 렌즈 커버부(300)는 상기 반사부(200)를 통해 반사되어 출사되는 빛을 외부로 발산시키며, 중공형의 가이드(320) 및 렌즈(310)를 포함한다. 상기 가이드(320)는 상기 하우징(500)의 전방홀(520)을 따라 장착되며, 상기 반사부(200)를 통해 반사되어 상기 전방홀(520)을 통과하는 빛을 전방으로 안내한다. 상기 가이드(320)는 상기 렌즈(310)를 내부에 수용하도록 중공형의 원통구조를 가지며 사출성형을 통해 형성되는 플라스틱 사출물이다. 이때, 상기 렌즈(310)는 상기 가이드(320)의 전방에 장착되어 빛을 자동차의 전방을 향하도록 굴절시켜 분산시키며, 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 따른 차량용 헤드라이트(10)는 상기 방열부(400) 및 상기 반사부(200)를 고정시켜 지지하는 하우징(500)을 더 포함할 수 있다.
상기 광원장치(1000)는 방열부(400)의 상부에 장착될 수 있다. 상기 방열부(400)는 히트싱크(410)와 냉각팬(420)을 포함할 수 있으며, 상기 광원장치(1000)가 상부측에 구비되어 상기 광원장치(1000)에서 발생되는 열을 외부로 방출한다.
상기 히트싱크(410)는 상기 광원장치(1000)를 상부면에 실장하며, 상기 광원장치(1000)에서 발생하는 고온의 열을 외부로 방출한다. 이때, 넓은 표면적을 가지도록 하부면에 복수개의 홈을 형성할 수 있다.
상기 냉각팬(420)은 상기 히트싱크(410)의 하부측에 장착되어 상기 히트싱크(410)의 열 방출 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 하우징(500)은 일면에 상기 방열부(400)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(530)을 관통형성하며, 상기 면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 상기 반사부(200)가 상기 광원장치(1000)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(520)을 관통형성한다. 따라서, 상기 반사부(200)의 개방된 전방이 상기 전방홀(520)과 대응되도록 상기 반사부(200)가 상기 하우징(500)에 고정되어 상기 반사부(200)를 통해 반사된 빛이 상기 전방홀(520)을 통과하여 외부로 출사되도록 한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 차량용 헤드라이트 200: 반사부
300: 렌즈 커버부 310: 렌즈
320: 가이드 400: 방열부
410: 히트싱크 420: 냉각팬
500: 하우징 520: 전방홀
530: 중앙홀 1000, 2000: 광원장치
1100, 2100: 전원부 1200, 2200: 발광소자 어레이 구동모듈
1210, 2210: 차단부 1220, 2220: 구동부
1230, 2230: 제2 감지부 1300, 2300: 발광소자 어레이 모듈
1310, 2310: 발광소자 어레이부 1311, 2311: 발광소자 스트링
1320, 2320: 제1 감지부 1400: 발광소자 어레이 본체
1600: 캐비티 1700: 렌즈부
1750: 반사막

Claims (10)

  1. 복수의 발광소자가 직렬로 연결된 복수의 발광소자 스트링이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부;
    상기 발광소자 어레이부의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부;
    상기 발광소자 어레이부에 구동 전원을 공급하는 구동부;
    상기 발광소자 어레이부의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부; 및
    상기 구동부에 인가되는 외부전원과 상기 구동부의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 차단부를 포함하는 광원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지부는 상기 복수의 발광소자 스트링에 각각 직렬 연결된 복수의 스위칭소자를 구비하며,
    상기 스위칭소자는, 컬렉터단이 상기 발광소자 스트링에 연결되며 이미터단은 인접하는 다른 스위칭소자의 베이스단과 연결되어 복수의 스위칭소자가 순차적으로 접속된 것을 특징으로 하는 광원장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 감지부는 스위칭소자를 구비하며,
    상기 스위칭소자는 상기 구동부에서 게이트에 인가되는 전류가 차단되면 상기 차단부로 출력되는 출력신호를 턴 오프하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 광원장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는 제1, 제2 및 제3 스위칭소자를 구비하되,
    상기 제2 스위칭소자는 베이스단이 상기 제2 감지부의 출력단과 연결되고 컬렉터단이 상기 제3 스위칭소자의 게이트단에 연결되어, 상기 제2 감지부에 의해 개방이 감지된 경우에 턴 오프되어 상기 제3 스위칭소자를 도통하는 전류를 차단하며,
    상기 제1 스위칭소자는 베이스단이 상기 제1 감지부의 출력단과 연결되고 컬렉터단이 상기 제2 스위칭소자의 이미터단과 연결되어, 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 턴 오프되어 상기 제2 스위칭소자를 도통하는 전류를 차단하며,
    상기 제3 스위칭소자는 게이트단이 상기 제2 스위칭소자의 컬렉터단과 연결되어, 상기 제1 또는 제2 스위칭소자가 턴 오프되면 상기 제3 스위칭소자도 턴 오프되어 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 광원장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 스위칭소자는 P 채널 FET 인 것을 특징으로 하는 광원장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 제3 스위칭소자의 소스단과 드레인단에 병렬연결된 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차단부의 입력단에는 다이오드가 순방향 연결된 것을 특징으로 하는 광원장치.
  10. 복수의 발광소자가 직렬로 연결된 복수의 발광소자 스트링이 상호 병렬로 연결된 발광소자 어레이부, 상기 발광소자 어레이부의 출력단에 연결되며 상기 발광소자 스트링 중 어느 하나의 개방 여부를 감지하는 제1 감지부, 상기 발광소자 어레이부에 구동 전원을 공급하는 구동부, 상기 발광소자 어레이부의 입력단과 출력단 사이의 개방 또는 단락 여부를 감지하는 제2 감지부 및 상기 구동부에 인가되는 외부전원과 상기 구동부의 입력단을 연결하되 상기 제1 감지부에 의해 개방이 감지되거나 상기 제2 감지부에 의해 개방 또는 단락이 감지된 경우 상기 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 차단부를 포함하는 광원장치;
    상기 발광소자 어레이부의 상부측에 구비되어 상기 발광소자 어레이부에서 출사되는 빛을 반사시키는 반사부; 및
    상기 반사부를 통해 반사되는 빛을 외부로 발산시키는 렌즈 커버부를 포함하는 차량용 헤드라이트.
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