KR20140129693A - Ｌｅｄ 탐조등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면이 개방되거나 투명한 재료 밀봉되고, 열전도도가 높은 금속으로 이루어진 본체; 상기 본체의 전방 내부에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈; 상기 본체의 후방 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 본체의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사경; 및 상기 본체의 전방 내부에 위치되는 중심부와 상기 중심부로부터 상기 본체의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 상기 본체의 후방으로 절곡된 복수의 연장부를 구비하고, 상기 중심부에 상기 LED 모듈이 설치되며, 상기 중심부와 상기 연장부는 히트파이프로 이루어진 방열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등에 관한 것으로서, LED 모듈로부터 발생하는 열을 빠르게 외측으로 전달하여 방출시킬 수 있어. 휴대용 탐조등에서부터 대형의 원거리용 탐조등에까지 LED 광원을 적용할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 탐조등{LED Search Light}

본 발명은 LED(light emitting diode)를 광원으로 사용하는 LED 탐조등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 성능을 향상시킨 LED 탐조등에 관한 것이다.

일반적으로 탐조등은 야간에 원거리에 있는 특정 지역이나 특정 대상물에 광을 조사하여 탐지하기 위한 장치로서, 군용 또는 항공용으로 주로 사용된다. 이러한 탐조등은 가깝게는 수백 미터에서 멀게는 수 킬로미터 거리까지 광을 조사해야 하기 때문에, 광량이 많고 광도가 강하면서 빔의 배광이 최대한 평행하게 이루어져야 한다.

도 1에 도시된 종래의 고성능 탐조등은 주로 제논, HID, 할로겐 램프를 광원으로 사용한다. 그러나, 최근에는 LED의 우수한 내진동성, 높은 신뢰도, 저전력 소모량 등을 고려하여, LED 광원을 탐조등에 적용하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 LED 탐조등의 경우, 복수의 LED 패키지를 프레임에 설치하고 각각의 LED 패키지마다 렌즈를 설치한 것으로서, 탐조 거리가 불과 수백 미터에 지나지 않았다.

군용이나 항공용으로 사용되는 원거리용 탐조등에 LED 광원을 적용하여 종래의 제논, HID, 할로겐 램프를 광원으로 사용한 원거리용 탐조등의 성능을 확보하기 위해서는, 파워칩이라 불리는 고성능의 LED 칩들을 한 패키지에 집적시킨 COB(Chip on board) 타입의 LED를 사용해야 한다.

그런데, LED 칩은 그 표면적에 비례하여 발광 효율이 저하되고, 이에 따라 LED의 광 변환효율이 저하된다. 광 변환효율이 저하되면, 인가된 전력 중 열로 전환되는 비율이 증가되어 LED 칩의 발열량이 더욱 증가하게 된다. 이러한 발열량의 증가는 결국, 탐조등의 발광량 저하로 이어지므로, 탐조등의 기능을 상실시킨다. 실제로, 하나의 LED는 공급 전력의 25% 정도만 광으로 변환되고, 나머지 75% 정도는 열로 변환된다. 그러나, 복수의 LED들로 구성된 COB 타입의 LED의 경우 전체 광 변환 효율이 하나의 LED의 광 변환효율보다 30% 이상 저하된다.

이와 같이, 일반 탐조등에 LED 광원을 적용하는 것은 기술적인 어려움이 없지만, 방열 문제로 인한 광 변환효율 저하로 인해 군용 또는 항공용 등의 원거리용 탐조등에 LED 광원을 적용하는데 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 파워 LED 패키지에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하여 군용 또는 항공용 등의 원거리용 탐조등으로 사용 가능한 LED 탐조등을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 일면이 개방되거나 투명한 재료로 밀봉되고, 열전도도가 높은 금속으로 이루어진 본체; 상기 본체의 전방 내부에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈; 상기 본체의 후방 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 본체의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사경; 및 상기 본체의 전방 내부에 위치되는 중심부와 상기 중심부로부터 상기 본체의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 상기 본체의 후방으로 절곡된 복수의 연장부를 구비하고, 상기 중심부에 상기 LED 모듈이 설치되며, 상기 중심부와 상기 연장부는 히트파이프로 이루어진 방열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 LED 모듈이 설치된 상기 중심부의 반대편 면에는 냉각 팬이 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 방열 모듈의 중심부는 판형 히트파이프이고, 상기 연장부는 관형 히트파이프인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체는 외부 표면에서 외측을 향해 볼록하게 형성된 복수의 결합부를 구비하고, 상기 연장부의 단부는 상기 결합부에 끼워져 상기 본체와 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 결합부는 상기 본체의 전방 단부로부터 길이방향을 따라 소정길이 연장되고, 외측 일부가 상기 본체의 길이방향을 따라 절개되어, 상기 방열 모듈을 상기 본체의 길이방향을 따라 이동시킨 후 상기 절개된 부분을 가압하여 상기 방열 모듈을 상기 본체에 결합할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 결합부 내부에 결합된 상기 연장부의 절곡된 부분은 상기 본체의 외측면보다 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 반사경의 후방에는 상기 반사경을 상기 본체의 길이방향으로 가변시킬 수 있는 반사경 가변 수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 발열량이 매우 많은 대형의 파워 LED 패키지로 구성된 LED 모듈로부터 발생하는 열을 빠르게 외측으로 전달하여 방출시킬 수 있다. 이에 따라, 휴대용 탐조등에서부터 대형의 원거리용 탐조등에까지 LED 광원을 적용할 수 있다.

도 1은 제논, 할로겐 또는 HID 램프를 이용한 일반적인 탐조등을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 LED 탐조등을 개략적으로 도시한 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 LED 탐조등을 개략적으로 도시한 정면 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 LED 탐조등의 본체와 방열 모듈을 도시한 분해 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED 탐조등의 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 2는 본 발명에 따른 LED 탐조등을 개략적으로 도시한 측면 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 LED 탐조등을 개략적으로 도시한 정면 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 LED 탐조등의 본체와 방열 모듈을 도시한 분해 사시도이다.

도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 탐조등은 본체(100), LED 모듈(200), 반사경(300) 및 방열 모듈(400)을 포함한다.

본체(100)는 내부에 소정의 공간을 구비한 통 형상 부재로서, 광의 조사를 위해 일면(외부로 광이 조사되는 정면)이 개방되거나 투명한 재료로 밀봉되고, 열전도도가 높은 금속으로 이루어진다. 그리고, 본체(100)는 후술되는 LED 모듈(200)의 방열을 위해 열전도도가 높은 알루미늄이나 구리와 같은 금속으로 이루어진다.

LED 모듈(200)은 본체(100)의 전방 내부에 설치되어 본체(100)의 후방을 향하여 광을 출력한다. 여기서, LED 모듈(200)은 탐조등의 원거리 조사를 위해 광량 및 광도가 충분해야 하므로, 복수의 파워 LED 칩을 집적한 대용량의 파워 LED 패키지인 것이 바람직하다.

반사경(300)은 본체(100)의 후방 내부에 설치되어, LED 모듈(200)로부터 출력되는 광을 반사시켜 본체(100)의 전방으로 광이 조사되도록 한다. 이 반사경(300)은 본체(100)의 후방을 향하여 볼록한 렌즈 형태를 갖는다. 즉, 반사경(300)은 구면 수차 및 색 수차의 왜곡 현상을 최소화하기 위해 포물면(paraboloid) 형태로 이루어진다.

또한, 반사경(300)의 곡률은 LED 모듈(200)로부터 출력되어 반사되는 광이 본체(100)의 전방으로 평행하게 직진할 수 있도록 설계된다. 여기서, 반사경(300)은 LED 모듈(200)로부터 출력되어 반사되는 광의 배광각이 최소한 작아지도록 하는 위치에 설치되어야 한다. 즉, LED 모듈(200)과 반사경(300) 사이의 거리가 가변되도록 반사경(300)의 위치는 가변될 수 있다.

방열 모듈(400)은 본체(100)의 전방 내부에서 본체(100)의 내부 공간 중심에 위치되는 중심부(410) 및 중심부(410)로부터 본체(100)의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 본체의 후방으로 절곡된 복수의 연장부(420)를 구비한다. 그리고, 중심부(410)의 일면(반사경(300)과 마주하는 면)에는 LED 모듈(200)이 설치된다.

바람직하게는, 방열 모듈(400) 즉, 중심부(410)와 연장부(420)는 각각 판형과 관형의 히트파이프(heat pipe)로 구성된다. 히트파이프는 일반적으로 모세관 구조물이 설치된 진공의 관 내부에 적량의 휘발성 액체를 봉입한 파이프로서, 일단이 가열되면 내부의 액체가 증발하여 파이프의 중앙부를 지나 타단에 응축되고, 응축액이 파이프 내면의 위크(wik)를 통과하여 모세관 현상에 의해 자동으로 본래 위치로 복귀하는 원리를 이용한다.

여기서, 히트 파이프는 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 넘는 열 전달 부품이다.

대안적으로, 방열 모듈(400)의 중심부(410)는 상용 금속으로 이루어지고, 연장부(420)는 히트파이프로 이루어질 수 있다. 그러나, 더욱 효율적인 방열 효과를 위해, 방열 모듈(400)의 중심부(410)와 연장부(420)는 모두 히트파이프로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 방열 모듈(400)의 중심부(410)는 판형의 히트파이프로 형성되고, 연장부(420)는 관형의 히트파이프로 형성된다.

그리고, 판형 히트파이프로 형성된 중심부(410)에는 상술한 LED 모듈(200)이 설치된다. LED 모듈(200)은 기판에 집적된 복수의 LED들로 구성되어 중심부(410)에 설치된 구성일 수 있으나, 보다 효율적인 방열을 위해, LED 모듈(200)은 기판을 생략하고 복수의 LED들을 직접 중심부(410)에 설치한 구성일 수도 있다. 즉, 방열 모듈(400)의 중심부(410)가 기판의 역할을 할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 히트파이프로 이루어진 방열 모듈(400)은 LED 모듈(200)로부터 발생된 열을 빠르게 전달하는 열 통로의 역할을 하고, 본체(100)는 방열 모듈(400)로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판의 역할을 한다. 따라서, LED 모듈(200)로부터 발생된 열은 중심부(410)로부터 연장부(420)를 거쳐 본체(100) 측으로 빠르게 전달될 수 있다. 이로 인해, 대용량의 파워 LED 패키지로 구성된 LED 모듈(200)을 효과적으로 방열함으로써, 원거리용 LED 탐조등의 구현이 가능하다.

추가적으로, LED 모듈(200)이 설치된 중심부(410)의 반대편 면에는 냉각 팬(430)이 설치될 수 있다. 이러한 냉각 팬(430)은 방열 모듈(400)을 구성하는 히트파이프의 방열 성능에 더하여 LED 모듈(200)에 추가적인 냉각 효과를 제공한다.

또한, 방열 효과를 증대시키기 위해, 본체(100)는 외측면에 일정한 배열의 방열핀들(미도시)을 구비할 수도 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상술한 방열 모듈(400)의 연장부(420)는 중심부(410)를 중심으로 반경방향으로 서로 일정간격 이격되어 복수개로 배열된다. 바람직하게는, 연장부(420)는 가는 히트파이프들을 복수 방향으로 분할하여 적어도 3개 이상으로 배열된다. 이러한 연장부(420)의 분할 배열은 LED 모듈(200)로부터 출력된 후 반사되어 본체(100) 전방으로 조사되는 광의 진행 경로를 최대한 방해하지 않도록 하고, LED 모듈(200)을 안정적으로 고정하기 위한 것이다.

바람직하게는, 본체(100)는 그 외부 표면에서 외측을 향하여 'C' 형상으로 볼록하게 형성된 복수의 결합부(110)를 구비한다. 이 복수의 결합부(110)는 각각 방열 모듈(400)의 연장부(420)의 절곡된 부분이 삽입되어 결합되는 부분으로서, 연장부(420)는 결합부(110)의 내부에 끼워져 본체(100)와 결합된다.

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 결합부(110)는 연장부(420)의 절곡된 부분이 수용될 수 있는 홈 형상 부재로서, 본체(100)의 전방 단부에서 본체(100)의 길이방향(LED 모듈(200)로부터 출력되는 광이 진행하는 방향과 나란한 방향)을 따라 본체(100)의 후방으로 소정길이 연장된다.

따라서, 연장부(420)의 절곡 부분들을 각각 결합부(110)에 끼워서 방열 모듈을 본체(100)의 후방으로 슬라이딩시켜 방열 모듈(400)을 본체(100)에 설치할 수 있다. 이때, 결합부(110)의 연장 길이는 LED 모듈(200)이 설치되어야 하는 위치와 대응되도록 설계될 수 있다.

바람직하게는, 본체(100)의 결합부(110)는 외측 일부, 정확하게는 돌출된 부분의 중앙 부분이 본체(100)의 길이방향을 따라 절개된 절개부(120)를 구비한다. 이러한 결합부(110)의 절개부(120)에 의해, 방열 모듈(400)을 본체(100)에 길이방향을 따라 이동시킨 후, 절개부(120)를 중심으로 결합부(110)를 양측에서 가압하여 방열 모듈(400)을 본체(100)에 체결할 수 있다. 따라서, 본체(100)에 방열 모듈(400)을 설치할 때, 별도의 체결 수단 없이 방열 모듈(400)을 본체(100)에 체결 가능하다.

한편, 상술한 결합부(110)는 방열 모듈(400)의 연장부(420)와 최대한 접촉될 수 있도록 연장부(420)의 외형과 대응되는 형상으로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 결합부(110)와 연장부(420)의 접촉 면적 증가는 방열 모듈(400)의 방열 효과를 증대시킨다.

또한, 연장부(420)의 절곡된 부분은 본체(100)의 길이와 거의 대응되는 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성 역시, 결합부(110)와 연장부(420)의 접촉 면적을 증가시켜, 방열 모듈(400)의 방열 효과를 증대시킨다.

더 바람직하게는, 결합부(110)는 결합부(110) 내부에 결합된 연장부(420)의 절곡 부분이 본체(100)의 외측 표면보다 더 외부로 돌출되어 있도록 하는 구조를 갖는다. 이러한 구조에 의해, 연장부(420)는 본체(100)의 내부에서 더욱 외측으로 노출되고, 연장부(420)와 본체(100)와의 접촉면적이 증가되어 방열 효과가 더욱 증가된다.

한편, 도 2를 다시 참조하면, 반사경(300)의 후방에는 반사경 가변 수단(310)이 설치될 수 있다. 이 반사경 가변 수단(310)은 본체(100)의 길이방향을 따라 반사경(300)의 위치를 가변시키는 역할을 한다.

도면에 구체적으로 도시하지는 않았지만, 예를 들면, 반사경 가변 수단(310)은 스크류 및 구동 모터(미도시)를 이용하여 자동으로 반사경의 위치를 가변시키도록 구성될 수 있다. 또한, 반사경 가변 수단(310)은 구동 모터를 사용하지 않고 수동으로 반사경의 위치를 가변시키도록 구성될 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.

100: 본체 110: 결합부
120: 절개부 200: LED 모듈
300: 반사경 310: 반사경 가변 수단
400: 방열 모듈 410: 중심부
420: 연장부 430: 냉각팬

Claims (7)

1. 일면이 개방되거나 투명한 재료로 밀봉되고, 열전도도가 높은 금속으로 이루어진 본체;
   상기 본체의 전방 내부에 설치되어 후방으로 광을 출력하는 LED 모듈;
   상기 본체의 후방 내부에 설치되어 상기 LED 모듈로부터 출력되는 광을 반사하여 상기 본체의 전방으로 광이 조사되도록 하는 반사경; 및
   상기 본체의 전방 내부에 위치되는 중심부와 상기 중심부로부터 상기 본체의 내벽을 향하는 방향으로 연장된 후 상기 본체의 후방으로 절곡된 복수의 연장부를 구비하고, 상기 중심부에 상기 LED 모듈이 설치되며, 상기 중심부와 상기 연장부는 히트파이프로 이루어진 방열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 LED 모듈이 설치된 상기 중심부의 반대편 면에는 냉각 팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 방열 모듈의 중심부는 판형 히트파이프이고, 상기 연장부는 관형 히트파이프인 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.
   
4. 제1항 또는 제2항에 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 탐조등.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 결합부는 상기 본체의 전방 단부로부터 길이방향을 따라 소정길이 연장되고, 외측 일부가 상기 본체의 길이방향을 따라 절개되어, 상기 방열 모듈을 상기 본체의 길이방향을 따라 이동시킨 후 상기 절개된 부분을 가압하여 상기 방열 모듈을 상기 본체에 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 결합부 내부에 결합된 상기 연장부의 절곡된 부분은 상기 본체의 외측면보다 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 반사경의 후방에는 상기 반사경을 상기 본체의 길이방향으로 가변시킬 수 있는 반사경 가변 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 탐조등.

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