KR20150015901A - 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 led 램프 모듈 및 그 방열 구조 - Google Patents

플렉시블 기판을 이용한 자동차용 led 램프 모듈 및 그 방열 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 및 방열 구조에 관한 것으로 LED 광원의 수명과 효율을 제고하고 LED 램프 어셈블리의 구조를 단순화한다. 본 발명은 자동차용 LED 램프 본체(100); LED 광원(110)을 하우징(130) 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200); LED 광원(110)측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열전도성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300); 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)로부터 전도되는 열을 하우징(130) 외부로 방출하는 히트 싱크(140)를 포함한다.

Description

플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 및 그 방열 구조{AUTOMOBILE LED HEAD LAMP MODULE USING FLEXIBLE SUBSTRATE AND HEAT SINK STRUCTURE THEREOF}
본 발명은 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 및 그 방열 구조에 관한 것으로 더 상세하게는 자동차용 LED 램프의 취약한 방열 구조를 개선하여 LED 광원의 수명과 효율을 제고하고 LED 램프 구조를 단순화하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 및 방열 구조에 관한 것이다.
자동차용 헤드 램프는 사용하는 광원이 벌브형과 LED형으로 구분되며 외부로부터 물 등의 수분과 불순물 입자가 광원으로 들어가지 못하도록 거의 밀폐에 가까운 어셈블리(assembly)를 가지고 있다. 밀폐된 헤드 램프 어셈블리는 통풍성이 열악하여 하우징 안의 온도를 빠르게 상승시키는 원인을 제공한다. 고압 벌브(bulb)형 광원은 헤드 램프 하우징 안의 온도가 높아도 성능에 거의 영향을 주지 않지만 LED 광원은 열에 의해 수명과 효율에서 많은 영향을 받는다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 자동차용 벌브형 헤드 램프 어셈블리(10)이다. 도 2는 도 1의 부분별 세부 도면을 각각 (a)(b)(c)로 구분하여 도시한 도면으로서 (a)는 렌즈부(20), (b)는 리플렉터부(30), (c)는 램프 하우징부(40) 이다.
렌즈부(20)는 도 2의 (a)를 참조하면 프론트 렌즈(21), 인너 렌즈(22), 인너 리플렉터(23), 베젤(24: bezel), 패킹제(25) 등으로 되어 있다. 리플렉터부(30)는 도 2의 (b)를 참조하면 리플렉터(31)와 여기에 결합 되는 벌브(32)를 포함하며 그 밖에 피봇 리테이너, 쉴드 등의 여러 부품들의 조합으로 이루어진다. 그리고 램프 하우징부(40)는 도 2의 (c)를 참조하면 마운팅 브래킷(43)을 갖는 하우징 본체(41)와 더스트 커버(42)로 구성되고 그 밖에 사인 벌브, 피봇 브래킷, 벤트 튜브 등의 부품을 포함한다.
자동차용 벌브형 헤드 램프(10)는 광원으로서 고압 벌브가 적용되어 LED 광원에 비해 비교적 열 영향을 적게 받고 열에 의한 급격한 수명저하나 조명 효율에서도 변동이 적다.
도 3의 (a)(b)는 LED 광원이 적용된 자동차용 LED 헤드 램프 제품 사진이다. 일반적으로 LED는 주변 온도가 100℃가 넘을 경우 수명이 25℃ 온도 조건일 때와 비교하면 대략 50% 이하의 수명을 나타내는 것으로 알려져 있다. 현재 사용되어 지는 자동차용 LED 헤드 램프의 경우 하우징 어셈블리 내부 온도는 보통 100℃의 고열에 도달한다. 따라서 LED 광원을 사용하는 자동차용 헤드 램프는 하우징 어셈블리 내부 온도를 낮추는 것이 중요하지만 아직 이에 대한 대안이 제시되지 않은 실정이다.
LED 광원은 반도체 광원으로 LED p-n junction의 온도에 따라 그 수명과 효율이 민감하게 영향을 받으므로 일반적으로 LED 광원을 이용하는 조명기구를 만들려면 LED 광원 부분, LED 광원의 열을 전달하는 부분, 열을 방출하는 부분(Heat Sink)을 기본적으로 포함한다.
마찬가지로 LED를 광원으로 이용하는 일반적인 자동차용 헤드 램프를 살펴보면 도 4의 사진에 나타나 있는 바와 같이 LED 광원부, 열전도부, 방열부(Heat Sink)가 하나의 어셈블리(assembly)로 되어 있고 이는 주로 방열을 효과적으로 하기 위하여 가능하면 하우징 안에 방열부를 두고 그 방열부 주변부에 팬(Fan)을 설치하여 대류를 일으켜 방열을 촉진하도록 되어 있다.
도 4의 사진을 참조하면 LED 광원 모듈 주변에 냉각 핀을 갖는 방열부인 히트 싱크가 일체화되어 직접 설치되어 있다. 열 전달 부품에는 열전도율이 좋은 paste 또는 TIM(Thermal Interface Materials) 시트(sheet)를 사용하거나 아니면 히트 파이프(heat pipe)와 같은 열전도 부품을 사용하며 열을 방출하는 히트 싱크는 보통 알루미늄과 같은 금속으로 방열 핀 구조를 가지고 대류에 의해 방열이 되도록 되어 있다.
그러나 이러한 방열 구조에서는 히트싱크가 온도가 높은 어셈블리 내부에 있기 때문에 효과적인 방열이 어렵다. 물론 히트싱크를 어셈블리 외부에 장착하면 효과적인 방열이 가능하나 자동차용 헤드 램프는 X-Y 틸팅(tilting)이 되어야 하므로 어셈블리 외부에 방진을 만족하면서 설치될 수가 없다. 즉 자동차용 LED 헤드 램프의 빔 조사 방향은 일반적으로 LED 광원의 틸팅각 조절을 통해 결정하는데 LED 광원의 다각 틸팅 제어를 위해서는 열전도부가 연성(flexible)이 있어야 하지만 종래의 방열 구조에 의하면 이러한 연성을 기대할 수 없다. 예를 들면, 히트 파이프 등은 냉각 핀을 갖는 알루미늄 다이캐스팅으로 제작된다. 이것은 물성적으로 경성(Rigid)이어서 그 자체로서는 LED 광원의 틸팅을 가이드 하거나 유도하지 못한다.
대한민국 특허출원 제10-2007-0100069호에는 LED 광원의 효율적인 배치 운용을 위한 플렉시블 기판이 기재되어 있으나 방열부인 히트 싱크를 포함하지 않는 기판에 대한 부분적인 경연성을 제공한다.
이와 같이 LED 광원을 사용하는 종래의 자동차용 LED 헤드 램프는 밀폐된 헤드 램프 하우징 어셈블리 안에 내장된 LED 광원의 틸팅을 자유롭게 유도하지 못하는 문제가 있고, 방열을 위해 대면적 부피의 히트 파이프를 필요로 하고 램프 디자인 설계 자유도를 충분히 확보하지 못하는 한계가 있었으며, LED 광원의 열을 효율적으로 방출하지 못해 LED의 가용 수명을 낮추는 문제점이 있었다. 또한 방열을 위해 별도의 팬을 하우징 안에 설치하는 등 부품 수가 많아지고 팬 등의 부품 고장에 대한 조기 대응도 어렵고 까다로우며 복잡하다. 또한 제작 원가도 지나치게 비싼 문제도 있다.
특허문헌 1. 대한민국 특허출원 제10-2007-0100069호
본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차용 LED 램프 어셈블리에서 취약한 방열 구조를 개선하여 LED 광원의 수명과 효율을 제고하고 LED 램프 어셈블리의 구조를 단순화하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 밀폐된 자동차용 LED 램프 어셈블리 안에 내장된 LED 광원에 플렉시블 하고 열전도가 우수한 열전도체 PCB를 적용함으로써 LED 광원에 대한 틸팅 자유도를 제공하여 고품질 고성능의 자동차용 LED 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 헤드 램프 하우징 에셈블리에 실장된 LED 광원의 열을 방출하는 히트 싱크 부분을 램프 하우징 어셈블리 외부에 둘 수 있게 하여 램프 하우징의 공간 확장 없이 LED 광원의 열을 효과적으로 방출하는 자동차용 LED 램프 모듈을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈은, 빔이 투과하는 전면 투명부, 상기 전면 투명부와 결합 되는 하우징, 상기 하우징 안에 LED 광원이 실장된 자동차용 LED 램프 본체; 상기 LED 광원을 하우징 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판; 상기 플렉시블 PCB 기판에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열전도성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드; 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판과 근접된 위치에서 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드로부터 전도되는 열을 하우징 외부로 방출하는 히트 싱크;를 포함한다.
선택적으로, 본 발명에서 사용되는 LED 광원은 LED 패키지형 또는 칩 온 보드(COB:Chip-On-Board)형 중에서 선택된 어느 하나이거나 LED 패키지형과 칩 온 보드(COB)형이 복합된 것 중 하나이다.
또한, 본 발명은, 하우징의 외부에 LED 광원의 열을 방출하는 히트 싱크가 구비된다.
또한, 본 발명은, 하우징의 외부에 히트 싱크를 설치하는데 있어서 플렉시블 PCB 기판에 포함되는 플렉시블 히트 스프레이더 패드와 대면하는 위치에 마운팅하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명은, 플렉시블 PCB 기판을 굽히고 휨이 가능하도록 하는 플렉시블 메탈 포일; 상기 플렉시블 메탈 포일의 표면 일부 또는 일단에 패터닝으로 형성되어 LED 광원에 전기적 신호를 입력하는 커넥터; LED 광원의 열을 면 방향으로 유도하여 전도하는 플렉시블 히트 스프레이더 패드;를 포함한다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 PCB 기판의 일단이 상기 하우징 안에 U자형으로 구부러진 모양으로 하우징 내벽에 부착 설치되고, 타단은 LED 광원이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅된다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 PCB 기판의 일단이 상기 하우징 안에 L자형으로 구부러진 모양으로 하우징 바닥에 부착 설치되고, 타단은 LED 광원이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅된다.
또한, 본 발명은, LED 광원의 전면에 광학 렌즈를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명은, LED 광원의 X-Y 틸팅을 위하여 LED 광원이 배열되는 플렉시블 PCB 기판을 지지하는 X-Y 틸팅 서포터;를 하우징 내부에 구비한다.
바람직하게는, 본 발명에서 사용하는 플렉시블 메탈 포일 재료는 알루미늄, 구리 중 선택된 어느 하나이다.
바람직하게는, 본 발명에서 사용하는 플렉시블 메탈 포일 재료는 알루미늄과 구리를 적층상 구조로 포함하는 적층 플렉시블 메탈 플레이트 시트이다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Pad)를 구성하는 구성 입자가 그래파이트-금속 나노 분말;을 포함한다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)를 구성하는 구성 입자가 상용화되어 있는 인조 흑연;을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명은, 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)는 두께가 50㎛ 두께 조건에서 면 방향 열전도도가 500 W/mK 내외의 열전도율을 나타내고 수직방향으로는 5 W/mK 내외로 상대적으로 면 방향에 비해 낮은 열전도율을 갖는다.
본 발명의 다른 특징은, LED를 광원으로 사용하는 자동차용 LED 램프를 발광하기 위해 LED 광원을 배열하는 플렉시블 PCB 기판; 상기 플렉시블 PCB 기판과 면 대응 접촉면을 형성하여 상기 플렉시블 PCB 기판으로부터 전도되는 열을 면 방향으로 전도하는 그래파이트-금속 나노 분말 복합 성형 플레이트, 또는 인조 흑연 입자가 금속 나노 복합 분말 입자와 혼합된 복합 성형 플레이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 플렉시블 히트 스프레이더 패드;를 사용하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조를 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은, 방사 빔이 투과하는 전면 투명부, 상기 전면 투명부와 결합 되는 하우징, 상기 하우징 안에 LED 광원이 실장된 자동차용 LED 램프 본체; 상기 LED 광원을 하우징 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판; 상기 플렉시블 PCB 기판에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열도전성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드; 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판과 근접된 위치에서 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드로부터 전도되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크;를 포함하여 이루어지며, 상기 LED 램프 본체의 하우징 주변부에 외부 공기를 통풍시켜 상기 히트 싱크에 대한 외기 접촉량을 늘려주는 벤팅 홀;을 설치한 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조를 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 하우징의 외부에 LED 광원의 열을 방출하는 히트 싱크가 구비된다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 PCB 기판의 일단이 상기 하우징 안에 U자형으로 구부러진 모양으로 하우징 내벽에 부착 설치되고 타단은 LED 광원이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 구성되며, 상기 히트 싱크는 하우징 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드와 대향면으로 조우하는 하우징의 외벽 수직방향에 장착된다.
또한, 본 발명은, 플렉시블 PCB 기판의 일단이 상기 하우징 안에 L자형으로 구부러진 모양으로 하우징 바닥에 부착 설치되고 타단은 LED 광원이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 구성되며, 상기 히트 싱크는 하우징 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드와 대향면으로 조우하는 하우징의 외벽 수평방향에 장착된다.
바람직하게는, 본 발명은, 벤팅 홀에 대하여 히트 싱크가 마주 보는 위치에 마운팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 헤드 램프 하우징 외부에 팬을 달아 히트 싱크를 방열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플렉시블 PCB 기판을 이용하는 자동차용 LED 램프 모듈은 플렉시블 PCB 기판 위에 LED 광원을 장착하여 LED 광원의 열이 플렉시블 PCB 기판을 통해 전도되어 하우징 어셈블리 외부에 장착된 히트 싱크(aluminum base heat sink)에서 안정적으로 방열 되도록 유도하는 고성능 방열 헤드 램프를 제공한다.
또한, 흑연 계열의 고성능 플렉시블 히트 스프레이더 패드를 통해 LED 광원의 열을 신속하면서도 효과적으로 방열부로 도피시켜 LED 광원의 수명과 효율을 개선한다.
또한, LED 광원부, 열전도부, 방열부 부품이 플렉시블 PCB 기판 및 플렉시블 스프레이더 패드의 열전도부에 의해 서로 분리되어 있어 방열부와 상관없이 LED 광원부에 자동차용 헤드 램프에서 요구하는 X-Y 축 틸트 세팅 기능을 제공한다.
또한, 방열부인 히트 싱크를 자동차용 헤드 램프 하우징 외부에 장착되게 유도하여 하우징 내부의 열을 외부로 방출하고 외부에서 방열부를 인위적 대류를 만들어 고신뢰성 방열성능을 제공한다.
또한, 팬(fan)을 헤드 램프 하우징 외부에 장착할 수 있으므로 팬의 교체나 보수 점검 등의 정비가 용이하다. 또한 어셈블리 내부 고온 분위기에 팬을 두는 것에 비해 상대적으로 저온인 어셈블리 외부에 팬을 위치시킬 수 있으므로 팬을 통한 방열 효율성이 크게 높아진다.
또한, 밀폐 하우징 어셈블리로 처리되는 자동차용 LED 헤드 램프의 하우징 내부 고열 문제를 별도의 방열 팬 또는 방열 공간 확장, 그리고 새로운 방열 유로 개설 등과 같은 구조 및 디바이스 변경에 의하지 않고 충분한 방열성을 제공한다.
또한, 히트 싱크를 하우징 외부에 장착할 수 있으므로 실제 LED 램프 본체 및 하우징 설계에서 사이즈의 비대화를 막고 구조를 단순화해서 싼 가격의 헤드 램프를 제공할 수 있으며 하우징의 내부 공간을 광학 성능 개선을 위한 디자인 설계에 반영하여 고성능 LED 헤드 램프를 제공한다.
도 1은 일반적인 자동차 헤드 램프 어셈블리.
도 2는 도 1의 부분별 분해도로서 (a)는 렌즈부, (b)는 리플렉터부, (c)는 램프 하우징부.
도 3은 자동차용 LED 헤드 램프 어셈블리 참고 사진으로서 (a)는 정면, (b)는 배면 사진.
도 4는 종래의 자동차용 LED 헤드 램프 모듈 사진으로서 히트 싱크가 모듈에 포함되어 일체화된 사진.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 LED 램프 모듈의 모식도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판.
도 7의 (a)(b)는 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판의 절곡 상태 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판을 통한 틸트 및 포커싱 조정 예상도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 LED 램프 모듈의 모식도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 LED 램프 모듈의 모식도이다. 도 5를 참조하면, LED 빔이 투과하는 전면 투명부(120), 전면 투명부(120)와 결합되는 하우징(130), 상기 하우징(130) 안에 LED 광원(110)이 실장된 자동차용 LED 램프 본체(100)가 구성된다.
그리고 LED 광원(110)을 하우징(130) 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200)이 구성된다.
그리고 플렉시블 PCB 기판(200)에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원(110)측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열전도성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)가 구성된다.
그리고 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판(200)과 근접된 위치에서 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)로부터 전도되는 열을 하우징(130) 외부로 방출하는 히트 싱크(140)를 포함하여 구성된다.
여기서, LED 광원(110)은 LED 패키지형 또는 칩 온 보드(COB:Chip-On-Board)형 중에서 선택된 어느 하나이거나 LED 패키지형과 칩 온 보드(COB) 형이 복합된 LED 광원을 사용할 수 있다.
또한, 하우징(130) 내부 열을 방출하는 히트 싱크(140)는 하우징(130)의 외부에 장착하여 구성된다. 도 5를 참조하면 LED 광원(110)의 열을 방출하는 히트 싱크(140)가 하우징(130)의 외부에 장착된 예로 도시되어 있다.
또한, 하우징(130)의 외부에 구비되는 히트 싱크(140)는 플렉시블 PCB 기판(200)에 포함되는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대면하는 위치에 마운팅하여 플렉시블 히트 스프레이더(300)로부터 전도되는 열을 바로 방출하도록 구성된다.
이렇게 방열부인 히트 싱크(140)를 헤드 램프 하우징(130) 외부에 장착하는 경우 LED 광원(110)에 의해 생성되는 하우징(130) 내부의 열을 플렉시블 히트 스프레이더(300)를 통해 히트 싱크(140)로 전도하여 열을 외부로 방출하고 히트 싱크(140)는 외부에서 인위적 대류를 만들어서 효과적인 방열을 달성한다. 그리고 히트 싱크(140)의 방열을 효과적으로 하기 위하여 팬(미도시)을 장착하는 경우 팬의 위치를 자유롭게 선택하여 장착할 수 있게 된다. 팬의 위치는 하우징 내부에 설치하였던 종래 설치 위치와 상이한 위치를 갖는다. 따라서 팬을 점검하거나 고장에 의한 교체시 복잡한 헤드 램프 하우징 어셈블리를 분해하지 않고도 외부에서 간편하게 팬을 점검하고 교체할 수 있게 해준다. 또한 자동차 전면 또는 하우징 주변부에 간단한 벤트 홀(vent hole) 유로를 만들어서 주행 중 외기 유입에 의한 히트 싱크(140)의 열교환이 이루어지도록 할 수 있으므로 굳이 팬을 통한 강제 냉각에 의하지 않고도 효과적인 방열이 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 플렉시블 PCB 기판(200)을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 플렉시블 PCB 기판(200)은 굽히고 휨이 가능한 플렉시블 메탈 포일(210), 플렉시블 메탈 포일(210)의 표면 일부 또는 일단에 패터닝으로 형성되어 LED 광원(110)에 전기적 신호를 입력하는 커넥터(220), LED 광원(110)의 열을 면 방향으로 유도하여 전도하는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)를 포함하여 구성된다.
도 7은 본 발명에 따른 플렉시블 PCB 기판의 절곡 상태 예시도로서 (a)는 U자형 절곡 상태이고 (b)는 L자형 절곡예로서 모두 헤드 램프 하우징(130) 내부에서 자유롭게 휘거나 구부려서 사용할 수 있다.
플렉시블 PCB 기판(200)을 U자형으로 구부려서 사용하는 경우 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단을 하우징(130)의 내벽면에 부착 설치하고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 X-Y축 틸트를 세팅하여 LED 광원(110)의 포커싱을 완료하여 부착할 수 있다.
마찬가지로 플렉시블 PCB 기판(200)을 L자형으로 구부려서 사용하는 경우 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단을 하우징(130) 바닥에 부착 설치하고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 X-Y축 틸트를 세팅하여 LED 광원(110)의 포커싱을 완료하여 부착할 수 있다.
그리고 LED 광원(110)의 전면에는 광학 성능 유지를 위한 별도의 광학 렌즈(150)가 장착된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판을 통한 틸트 및 포커싱 조정 예상도 이다. 도 8을 참조하면, 플렉시블 PCB 기판(200)에 어태칭 되는 LED 광원(110)의 위치는 플렉시블 PCB 기판(200)의 자유 곡면으로 변형을 통해 LED 광원(110)의 X-Y 틸팅 각 θ를 자동 반자동 또는 수동으로 자유롭게 조정 가능함을 알 수 있다.
그리고 LED 광원(110)의 X-Y 축 틸트를 위하여 LED 광원(110)이 배열되는 플렉시블 PCB 기판(200)을 지지하는 X-Y 틸팅 서포터(160)를 하우징(130) 내부에 설치하여 구성된다.
플렉시블 PCB 기판(200)을 구성하는 플렉시블 메탈 포일(210) 재료는 알루미늄, 구리 중 선택된 어느 하나일 수 있으며 알루미늄과 구리를 적층상 구조로 포함하는 적층 플렉시블 메탈 플레이트일 수 있다. 모두 열전도성이 비교적 좋은 재료들이다.
알루미늄과 구리는 동일한 두께 조건에서 각각 원소 합금량에 따라 탄성력과 열전도성이 다른 특성을 나타낸다. 일반적으로 동일한 두께 조건과 합금 양을 기준으로 구리는 알루미늄에 비해 탄성력이 양호하다. 플렉시블 메탈 포일(210)을 플렉시블 PCB 기판(200) 레이어로 적용하는 경우 열전도도에 영향을 미치지 않는 범주에서 전체 굴절률 등을 자유롭게 조절하여 사용할 수 있다.
본 발명은 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300) 구성 입자가 그래파이트-금속 나노 분말을 포함한다. 그리고 상용화되어 있는 인조 흑연을 포함할 수 있다.
플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)는 두께가 50㎛ 인 Thin 시트 조건에서 면 방향 열전도도가 500 W/mK 내외의 열전도율을 나타내고 수직방향으로는 5 W/mK 내외로 상대적으로 면 방향에 비해 낮은 열전도율을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조는, LED를 광원으로 사용하는 자동차용 LED 램프를 발광하기 위해 LED 광원을 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200)과, 플렉시블 PCB 기판(200)과 면 대응 접촉면을 형성하여 상기 플렉시블 PCB 기판(200)으로부터 전도되는 열을 면 방향으로 전도하는 그래파이트-금속 나노 분말 복합 성형 플레이트, 또는 인조 흑연 입자가 금속 나노 복합 분말 입자와 혼합된 복합 성형 플레이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)를 통해 완성될 수 있다.
상용화된 미국 GrafTech 사의 인조 흑연을 이용한 Heat Spreader는 수평 전도율이 1,500 W/mK 이상의 것도 출시되어 있다.
또한, 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)는, Heat Spreader Sheet는 Martin Smalc et al. "Thermal performance of Natural Graphite Heat Spreaders" 에 나와 있듯이 50㎛ 두께 sheet 상태에서 면 방향으로의 열전도도는 500 W/mK 정도의 높은 열전도율을 갖고 수직방향으로는 5 W/mK 정도의 낮은 열전도율을 갖는 물질로 소개되어 있다.
그리고, 기존의 알루미늄 열전도율이 220 W/mK 정도이고 구리의 열전도율도 388 W/mK 여서 알루미늄이나 구리의 4 내지 7배 정도의 높은 전도율을 갖는다. 그리고 이러한 Heat Spreader sheet pad는 경연성의 물성을 나타낸다. 즉 어느 정도 flexible 하여 약간의 tilt 등의 movement를 충분히 수용하는 특성이 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 방사 빔이 투과하는 전면 투명부(120)), 전면 투명부(120)와 결합 되는 하우징(130), 상기 하우징(130) 안에 LED 광원(110)이 실장된 자동차용 LED 램프 본체(100); LED 광원(110)을 하우징(130) 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200); 플렉시블 PCB 기판(200)에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원(110)측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열도전성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300); 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판(200)과 근접된 위치에서 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)로부터 전도되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(140);를 포함한다.
그리고 LED 램프 본체(100)의 하우징(130) 주변부에 외부 공기를 통풍시켜 상기 히트 싱크(140)에 대한 외기 접촉을 유도하도록 설치된 벤팅 홀(160)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조 는 도 9를 참조하면, 하우징(130)의 외부에 LED 광원(110)의 열을 방출하는 히트 싱크(140)가 구성된다.
그리고 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 하우징(130) 안에 U자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 내벽에 부착 설치되고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅하고 히트 싱크(140)는 하우징(130) 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판(200) 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대향면으로 조우하는 하우징(130)의 외벽 수직방향에 장착된다.
또한, 본 발명은 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 상기 하우징(130) 안에 L자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 바닥에 부착 설치되고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅하고 히트 싱크(140)는 하우징(130) 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판(200) 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대향면으로 조우하는 하우징(130)의 외벽 수평방향에 장착된다. 그리고 히트 싱크(140)는 벤팅 홀(160)에 대하여 마주 보는 위치에 마운팅하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 플렉시블 PCB 기판을 이용하는 자동차용 LED 램프 및 그 방열 구조는, 플렉시블 하고 열전도율이 좋은 플렉시블 PCB 기판 (200)위에 LED 광원(110)을 장착하여 LED 광원(110)의 열이 플렉시블 PCB 기판(200)을 통해 전도되어 하우징 어셈블리 외부에 장착된 히트 싱크(aluminum base heat sink)에서 방열 되도록 유도한다.
열전도성이 양호한 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)는 Flexibility를 갖고 있는 플렉시블 메탈 포일(210)에 수평 열전도율이 일반 메탈에 비해 4 내지 7 배에 달하는 흑연 계열의 Heat Spreader Sheet를 사용하고 플렉시블 메탈 포일에 LED를 장착하여 LED 광원의 열이 효과적으로 플렉시블 PCB 기판(300)을 통하여 전도된다.
그리고 본 발명은 LED 광원부, 열전도부, 방열부 3개의 부품이 플렉시블 PCB 기판 및 플렉시블 스프레이더 패드의 열전도부에 의해 서로 분리되어 있어서 방열부와 상관없이 LED 광원부에 자동차용 헤드 램프에서 요구하는 X-Y 틸트를 수용한다.
그리고 방열부인 히트 싱크가 자동차용 헤드 램프 하우징 외부에 장착이 될 수 있게 하여 하우징 내부의 열을 외부로 방출하고 외부에서 방열부를 인위적 대류를 만들어서 효과적인 방열을 달성한다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 자동차 전면 또는 하우징(130) 주변부에 간단한 벤트 홀(160: vent hole) 유로를 만들어서 주행 중 외기 유입에 의한 히트 싱크(140)의 열교환이 이루어져 팬을 통한 강제 송풍방식의 냉각에 의하지 않고도 효과적인 방열이 가능하고 헤드 램프 하우징 외부에 팬을 달아 히트 싱크를 방열하는 것도 가능하다.
도 10은 팬(180)을 하우징(130)의 외부에 달아 히트 싱크(140)를 방열하는 예로서 히트 싱크(140)의 방열을 효과적으로 달성하기 위하여 팬(180)을 하우징(130) 외부에 설치하여 사용할 수 있다. 팬(180)이 헤드 램프 하우징 내부에 있 는 종래의 경우 고장 등이 발생하면 복잡한 헤드 램프 하우징을 분해하지 않으면 팬을 정비하거나 수리할 수 없지만, 본 발명은 팬(180)을 하우징(130) 외부에 두어 히트 싱크(140)를 외부에서 직접 방열할 수 있도록 설치할 수 있으므로 아주 간편하게 팬을 교체할 수 있다. 또한 하우징 내부에 팬을 두는 경우 내부의 온도가 워낙 높아 팬 운용이 효과적이지 않지만 본 발명은 외부에 위치하는 히트 싱크를 외부 팬을 사용하여 방열할 수 있으므로 방열 효과가 양호하다.
또한, 밀폐 하우징 어셈블리로 처리되는 자동차용 LED 헤드 램프의 하우징 내부 고열 문제를 별도의 방열 팬 또는 방열 공간 확장, 그리고 새로운 방열 유로 개설 등과 같은 구조 및 디바이스 변경에 의하지 않고 열전달과 전도에 의한 자연 유도 방식으로 LED 광원에서 생성되는 열을 밖으로 빼내 하우징 내부 LED 광원의 열화에 의한 수명 문제나 효율 저하 등에 대비할 수 있도록 하고, 히트 싱크(140)를 하우징(130) 외부에 장착할 수 있으므로 실제 LED 램프 본체 및 하우징 설계에서는 사이즈의 비대화를 막을 수 있으며 구조를 단순화해서 싼 가격으로 제작할 수 있고 히트 싱크(140)를 하우징(130) 외부에 둠으로써 공간을 광학 성능 개선을 위한 디자인 설계에 반영할 수 있는 자유도를 크게 하여 고성능 헤드 램프를 제작할 수 있게 한다.
본 발명은 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다. 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: LED 램프 본체
110: LED 광원
120: 전면 투명부
130: 하우징
140: 히트 싱크
150: 광학 렌즈
160: 벤트 홀
170: 차체
180: 팬
200: 플렉시블 PCB 기판
210: 플렉시블 메탈 포일
220: 커넥터
230: 설치용 구멍
300: 플렉시블 스프레이더 패드

Claims (22)

  1. 빔이 투과하는 전면 투명부(120), 상기 전면 투명부(120)와 결합 되는 하우징(130), 상기 하우징(130) 안에 LED 광원(110)이 실장된 자동차용 LED 램프 본체(100); 상기 LED 광원(110)을 하우징(130) 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200);상기 플렉시블 PCB 기판(200)에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원(110)측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열전도성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300); 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판(200)과 근접된 위치에서 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)로부터 전도되는 열을 하우징(130) 외부로 방출하는 히트 싱크(140); 및 상기 히트 싱크(140)가 하우징(130) 외부에 위치하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원(110)은 LED 패키지형 또는 칩 온 보드(COB:Chip-On-Board)형 중에서 선택된 어느 하나이거나 LED 패키지형과 칩 온 보드(COB) 형이 복합된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징(130)의 외부, 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대면하는 위치에 히트 싱크(140)가 구비된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징(130)의 외부에 구비되는 히트 싱크(140)는 상기 플렉시블 PCB 기판(200)에 포함되는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대면하는 위치에 마운팅된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 PCB 기판(200)은,
    굽히고 휨이 가능한 플렉시블 메탈 포일(210); 상기 플렉시블 메탈 포일(210)의 표면 일부 또는 일단에 패터닝으로 형성되어 LED 광원(110)에 전기적 신호를 입력하는 커넥터(220); 상기 LED 광원(110)의 열을 면 방향으로 유도하여 전도하는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300);를 포함하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 상기 하우징(130) 안에 U자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 내벽에 부착 설치되고, 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 상기 하우징(130) 안에 L자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 바닥에 부착 설치되고, 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 세팅된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 광원의 전면에 광학 렌즈(150)가 포함된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 있어서,
    상기 LED 광원(110)의 X-Y 틸팅을 위하여 LED 광원이 배열되는 플렉시블 PCB 기판(200)을 지지하는 X-Y 틸팅 서포터(160);가 하우징(130) 내부에 설치된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 플렉시블 메탈 포일(210) 재료는 알루미늄, 구리 중 선택된 어느 하나인 칩 온 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 플렉시블 메탈 포일(210) 재료는 알루미늄과 구리를 적층상 구조로 포함하는 적층 플렉시블 메탈 플레이트인 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)를 구성하는 구성 입자가 그래파이트-금속 나노 분말;을 포함하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)를 구성하는 구성 입자가 상용화되어 있는 인조 흑연;을 포함하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(Heat Spreader Pad)는 두께가 50㎛ 인 Thin 시트 조건에서 면 방향 열전도도가 500 W/mK 내외의 열전도율을 나타내고 수직방향으로는 5 W/mK 내외로 상대적으로 면 방향에 비해 낮은 열전도율을 갖는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 어셈블리 외부에 팬(180)을 달아 히트 싱크(140)를 방열하는 방열 구조를 포함하는 자동차용 LED 램프 모듈.
  16. LED를 광원으로 사용하는 자동차용 LED 램프를 발광하기 위해 LED 광원을 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200); 상기 플렉시블 PCB 기판(200)과 면 대응 접촉면을 형성하여 상기 플렉시블 PCB 기판(200)으로부터 전도되는 열을 면 방향으로 전도하는 그래파이트-금속 나노 분말 복합 성형 플레이트, 또는 인조 흑연 입자가 금속 나노 복합 분말 입자와 혼합된 복합 성형 플레이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300);를 사용하는 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  17. 방사 빔이 투과하는 전면 투명부(120)), 상기 전면 투명부(120)와 결합 되는 하우징(130), 상기 하우징(130) 안에 LED 광원(110)이 실장된 자동차용 LED 램프 본체(100); 상기 LED 광원(110)을 하우징(130) 안에 배열하는 플렉시블 PCB 기판(200); 상기 플렉시블 PCB 기판(200)에 면 대응으로 밀착하여 새로운 레이어를 형성하고 LED 광원(110)측 열을 면 방향을 따라 전도하는 열도전성 매질로 선택된 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300); 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)가 레이어로 포함된 플렉시블 PCB 기판(200)과 근접된 위치에서 상기 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)로부터 전도되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크(140);를 포함하여 이루어지며, 상기 LED 램프 본체(100)의 하우징(130) 주변부에 외부 공기를 통풍시켜 상기 히트 싱크(140)에 대한 외기 접촉량을 늘려주는 벤팅 홀(160);을 설치한 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하우징(130)의 외부에 LED 광원(110)의 열을 방출하는 히트 싱크(140)가 구비된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 상기 하우징(130) 안에 U자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 내벽에 부착 설치되고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 구성되며, 상기 히트 싱크(140)는 하우징(130) 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판(200) 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대향면으로 조우하는 하우징(130)의 외벽 수직방향에 장착된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 플렉시블 PCB 기판(200)의 일단이 상기 하우징(130) 안에 L자형으로 구부러진 모양으로 하우징(130) 바닥에 부착 설치되고 타단은 LED 광원(110)이 전면 방향으로 빔을 조사하도록 구성되며, 상기 히트 싱크(140)는 하우징(130) 내벽에 부착된 플렉시블 PCB 기판(200) 또는 플렉시블 히트 스프레이더 패드(300)와 대향면으로 조우하는 하우징(130)의 외벽 수평방향에 장착된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항에 있어서,
    상기 벤팅 홀(160)에 대하여 히트 싱크(140)가 마주 보는 위치에 마운팅된 플렉시블 기판을 이용한 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
  22. 제 17 항 내지 제 20 항에 있어서,
    상기 하우징(130) 외부에 팬(180)을 달아 히트 싱크(140)를 방열하는 자동차용 LED 램프 모듈 방열 구조.
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