KR20180000550A - 차량용 램프 - Google Patents

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KR20180000550A
KR20180000550A KR1020160078672A KR20160078672A KR20180000550A KR 20180000550 A KR20180000550 A KR 20180000550A KR 1020160078672 A KR1020160078672 A KR 1020160078672A KR 20160078672 A KR20160078672 A KR 20160078672A KR 20180000550 A KR20180000550 A KR 20180000550A
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duct
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lens
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KR1020160078672A
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원부운
신종배
이세운
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프는 광원, 상기 광원을 지지하는 베젤, 상기 광원과 이격되어 배치되며, 상기 광원으로부터 나온 빛을 출사하고, 상기 광원 및 상기 베젤의 적어도 일부를 수용하는 렌즈, 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이에 흐르는 공기를 위한 제1 덕트, 상기 제1 덕트와 분리되며, 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 위한 제2 덕트, 그리고 상기 제1 덕트와 상기 제2 덕트로 온도가 상이한 공기를 유입시키는 송풍부를 포함한다.

Description

차량용 램프{LAMP FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자를 포함하는 차량용 램프에 관한 것이다.
차량용 램프는 차량 운행시 차량의 전방 또는 후방을 비추기 위한 것으로, 광원 및 렌즈를 포함하며, 광원으로부터 나온 빛은 렌즈를 통하여 출사된다.
이때, 광원으로부터 발생한 다량의 열은 차량용 램프의 성능 및 수명에 영향을 미칠뿐만 아니라, 렌즈 내부의 온도를 높이는 요인이 될 수 있다.
한편, 렌즈 외부와 내부의 온도 차로 인하여, 렌즈 외부에 결빙이 발생하거나, 렌즈 내부에 결로가 발생할 수 있다. 이와 같이, 렌즈 내부에 발생한 결로는 광원의 고장 또는 성능 저하를 일으키는 요인이 될 수 있다.
따라서, 차량용 램프의 온도 및 습도를 동시에 제어하는 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제습 및 방열 성능이 우수한 차량용 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프는 광원, 상기 광원을 지지하는 베젤, 상기 광원과 이격되어 배치되며, 상기 광원으로부터 나온 빛을 출사하고, 상기 광원 및 상기 베젤의 적어도 일부를 수용하는 렌즈, 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이에 흐르는 공기를 위한 제1 덕트, 상기 제1 덕트와 분리되며, 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 위한 제2 덕트, 그리고 상기 제1 덕트와 상기 제2 덕트로 온도가 상이한 공기를 유입시키는 송풍부를 포함한다.
상기 베젤의 다른 면으로 형성된 공간에 배치되며, 상기 광원과 연결되는 광원용 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 덕트로 유입되는 공기의 온도는 상기 제2 덕트로 유입되는 공기의 온도보다 높을 수 있다.
상기 송풍부는 열전소자를 포함하며, 상기 열전소자의 발열 영역은 상기 제1 덕트와 연결되고, 상기 열전소자의 흡열 영역은 상기 제2 덕트와 연결될 수 있다.
상기 열전소자는, 제1 기판, 제2 기판, 그리고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 포함하며, 상기 제1 기판은 발열 기판이고, 상기 제2 기판은 상기 흡열 기판일 수 있다.
상기 송풍부는, 상기 제1 기판에 접촉하며 상기 제1 덕트의 유입구와 연결되는 제1 히트싱크, 그리고 상기 제2 기판에 접촉하며 상기 제2 덕트의 유입구와 연결되는 제2 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 송풍부는 상기 열전소자의 측면에 배치되며, 상기 열전소자의 제1 기판 및 상기 제2 기판을 향하여 동작하는 팬을 더 포함할 수 있다.
상기 팬은 상기 열전소자의 상기 제1 기판의 측면에 배치되는 제1 팬, 그리고 상기 열전소자의 상기 제2 기판의 측면에 배치되는 제2 팬을 포함하며, 상기 제1 팬 및 상기 제2 팬은 별도로 동작 가능하도록 설정될 수 있다.
상기 제1 덕트는 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이의 공간으로 공기를 유입하는 제1 유입 덕트, 그리고 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이의 공간으로부터 공기를 배출하는 제1 배출 덕트를 포함할 수 있다.
상기 제2 덕트는 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 유입하는 제2 유입 덕트, 그리고 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 배출하는 제2 배출 덕트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내부의 온도를 낮추면서도 결로 발생을 방지할 수 있는 차량용 램프를 얻을 수 있다.
도 1은 차량용 램프의 사시도이다.
도 2는 차량용 램프의 배면 투시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다.
도 7은 열전소자의 단면도이고, 도 8은 열전소자의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다.
도 10은 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 11은 도 10의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시한다.
도 12는 적층형 구조의 단위 열전 레그를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.
제2, 제1 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 실시예를 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 차량용 램프의 사시도이며, 도 2는 차량용 램프의 배면 투시도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 차량용 램프(10)는 광원(12), 베젤(14), 그리고 렌즈(16)를 포함한다. 차량용 램프(10)는 헤드램프와 혼용될 수 있다.
여기서, 광원(12)은, 예를 들어 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode), HID(High Intensity Discharge) 램프, 할로겐 램프, OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 하나의 광원(12)만을 도시하고 있으나, 하나의 차량용 램프(10) 내에는 두개 또는 그 이상의 광원이 포함될 수도 있다.
베젤(14)은 광원(12)을 지지하며, 광원(12)이 베젤(14)을 관통하도록 배치될 수도 있다. 베젤(14)의 한 면에는 광원(12)으로부터 나온 빛을 반사시키기 위한 처리가 될 수도 있다.
렌즈(16)는 차량용 램프(10)의 외관을 형성한다. 이에 따라, 렌즈(16)는 아우터 렌즈라 지칭될 수도 있다. 렌즈(16)는 광원(12)과 이격되어 배치되며, 광원(12)으로부터 나온 빛을 출사하고, 광원(12) 및 베젤(14)의 적어도 일부를 수용한다. 예를 들어, 렌즈(16)는 광원(12)으로부터 빛이 나오는 방향으로 광원(12)과 이격되어 배치되며, 광원(12) 및 베젤(14)을 둘러쌀 수 있다. 그리고, 광원(12), 베젤(14) 및 렌즈(16)는 차량의 기구물(20)에 장착될 수 있다.
이때, 광원(12)에서 발생하는 열로 인하여, 렌즈(16) 외부와 렌즈(16) 내부 간 온도 차가 커지므로, 렌즈(16) 내부에 결로가 발생할 수 있다. 또한, 광원(12)에서 발생하는 열은 차량용 램프(10) 자체의 온도를 상승시키므로, 내부 부품의 성능 및 수명에 영향을 미칠 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자를 이용하여 차량용 램프 내 온도를 제어하고, 공기를 순환시키고자 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다.
도 3 내지 4를 참조하면, 차량용 램프(300)는 광원(310), 광원(310)을 지지하는 베젤(320), 광원(310)과 이격되어 배치되며, 광원(310)으로부터 나온 빛을 출사하고, 광원(310) 및 베젤(320)의 적어도 일부를 수용하는 렌즈(330)를 포함한다.
여기서, 광원(310)은, 예를 들어 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode), HID(High Intensity Discharge) 램프, 할로겐 램프, OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 하나의 광원(310)만을 도시하고 있으나, 하나의 차량용 램프(300) 내에는 두개 또는 그 이상의 광원이 포함될 수도 있다.
베젤(320)은 광원(310)을 지지하며, 광원(310)이 베젤(320)을 관통하도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 광원(310)의 전면, 즉 빛이 나오는 면은 베젤(320)의 한 면(322)을 향하고, 광원(310)의 배면은 베젤(320)의 다른 면(324)을 향하도록 배치될 수 있다. 이때, 베젤(320)의 한 면에는 광원(310)으로부터 나온 빛을 반사시키기 위한 처리가 될 수도 있다.
렌즈(330)는 차량용 램프(300)의 외관을 형성한다. 이에 따라, 렌즈(330)는 아우터 렌즈라 지칭될 수도 있다. 렌즈(330)는 광원(310)으로부터 빛이 나오는 방향으로 광원(310)과 이격되어 배치될 수 있다.
이에 따라, 베젤(320)의 한 면(322)과 렌즈(330)의 내면(332) 사이에는 제1 공간(A1)이 형성되고, 베젤(320)의 다른 면(324)에는 제2 공간(A2)이 형성될 수 있다. 이때, 제2 공간(A2)에는 광원(310)과 연결되는 광원용 히트싱크(370)가 더 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 램프(300)는 제1 덕트(340), 제2 덕트(350) 및 송풍부(360)를 더 포함한다.
제1 덕트(340)는 제1 공간(A1)에 흐르는 공기를 위한 덕트이고, 제2 덕트(350)는 제2 공간(A2)에 흐르는 덕트일 수 있다.
그리고, 송풍부(360)는 제1 덕트(340) 및 제2 덕트(350)로 온도가 상이한 공기를 유입시킨다. 이때, 송풍부(360)는 제1 덕트(340)를 향하여 온풍을 유입시키고, 제2 덕트(350)를 향하여 냉풍을 유입시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 덕트(340)로 유입된 온풍은 렌즈 내면(332)을 따라 흐르며, 렌즈 내면(332)의 온도를 이슬점 이상으로 유지한다. 이에 따라, 렌즈 내면(332)에 결로가 발생하거나, 렌즈 외면(334)에 결빙이 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 렌즈 내면(332)에 발생한 결로를 제거할 수 있다.
또한, 제2 덕트(350)로 유입된 냉풍은 광원용 히트싱크(370)를 통과하면서 광원(310)을 냉각시킨다. 이에 따라, 광원(310) 주변의 온도를 낮게 유지할 수 있다.
이를 위하여, 송풍부(360)는 열전소자(100)를 포함하며, 열전소자(100)의 발열 영역은 제1 덕트(340)와 연결되고, 열전소자(100)의 흡열 영역은 제2 덕트(350)와 연결될 수 있다. 열전소자(100)의 발열 영역이 제1 덕트(340)와 연결되면, 열전소자(100)의 발열 영역으로부터 나온 온풍이 제1 덕트(340)로 유입될 수 있다. 그리고, 열전소자(100)의 흡열 영역이 제2 덕트(350)와 연결되면, 열전소자(100)의 흡열 영역으로부터 나온 냉풍이 제2 덕트(350)로 유입될 수 있다.
이때, 열전소자(100)는 제1 기판(160), 제2 기판(110), 그리고 제1 기판(160) 및 제2 기판(110) 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)를 포함하며, 제1 기판은 발열 기판이고, 제2 기판은 흡열 기판일 수 있다. 열전소자(100)에 관한 상세한 내용은 후술한다.
이때, 송풍부(360)는 열전소자(100)의 제1 기판(160)에 접촉하며 제1 덕트(340)의 유입구와 연결되는 제1 히트싱크(362), 그리고 열전소자(100)의 제2 기판(110)에 접촉하며 제2 덕트(350)의 유입구와 연결되는 제2 히트싱크(364)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 송풍부(360)는 열전소자(100)의 측면에 배치되며, 열전소자(100)의 제1 기판 및 제2 기판을 향하여 동작하는 팬(366)을 더 포함할 수 있다. 팬(366)을 통과한 바람은 열전소자(100)의 제1 기판, 예를 들어 발열 기판 및 제1 히트싱크(362)를 거쳐 제1 덕트(340)로 유입되며, 이와 동시에 열전소자(100)의 제2 기판, 예를 들어 흡열 기판 및 제2 히트싱크(264)를 거쳐 제2 덕트(350)로 유입될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 팬이 별도로 동작 가능하도록 설정될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다. 도 3 내지 4와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 송풍부(360)에 포함되는 팬(366)은 열전소자(100)의 제1 기판의 측면에 배치되는 제1 팬(502), 그리고 열전소자(100)의 제2 기판의 측면에 배치되는 제2 팬(504)을 포함하며, 제1 팬(502) 및 제2 팬(504)은 별도로 동작 가능하도록 설정될 수 있다. 이때, 제1 팬(502) 또는 제2 팬(504)의 동작은 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 공간(A1)의 결로 방지 또는 제거만이 필요한 경우, 제1 팬(502)만을 구동시킬 수 있으며, 제2 공간(A2)의 냉각만이 필요한 경우, 제2 팬(504)만을 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 덕트는 유입 덕트와 배출 덕트로 구분될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 램프의 사시도이다. 도 1 내지 5와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 제1 덕트(340)는 베젤(320)의 한 면(322)과 렌즈(330) 사이의 공간(A1)으로 공기를 유입하는 제1 유입 덕트(342), 그리고 베젤(320)의 한 면(322)과 렌즈(330) 사이의 제1 공간(A1)으로부터 공기를 배출하는 제1 배출 덕트(344)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 유입 덕트(342)는 광원(310)의 상부에 배치되고, 제1 배출 덕트(344)는 광원(310)의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 제2 덕트(350)는 베젤(320)의 다른 면(324)을 향하여 흐르는 공기를 유입하는 제2 유입 덕트(352), 그리고 베젤(320)의 다른 면(324)을 향하여 흐르는 공기를 배출하는 제2 배출 덕트(354)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 유입 덕트(352)는 광원(310)의 상부에 배치되고, 제2 배출 덕트(344)는 광원(310)의 하부에 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 공간(A1) 또는 제2 공간(A2)을 순환한 공기는 외부로 배출될 수 있고, 제1 공간(A1) 또는 제2 공간(A2)은 적정한 온도를 유지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 배출 덕트(344) 및 제2 배출 덕트(354)는 하나의 덕트로 합쳐질 수도 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 램프에 적용되는 열전소자의 단면도이고, 도 8은 도 7의 열전소자의 사시도이다.
도 7 내지 8을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다. 도 7 내지 8의 상부 기판(160)은 도 1 내지 6의 제1 기판을 의미할 수 있고, 이는 제1 히트싱크(362)에 직접 또는 간접 접촉할 수 있다. 그리고, 도 7 내지 8의 하부 기판(110)은 도 1 내지 6의 제2 기판을 의미할 수 있고, 이는 제2 히트싱크(364)에 직접 또는 간접 접촉할 수 있다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 발열 성능을 높일 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 열전 레그(130)는 제1단면적을 가지는 제1소자부(132), 제1소자부(132)와 대향하는 위치에 배치되며 제2단면적을 가지는 제2소자부(136), 그리고 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)를 연결하며 제3단면적을 가지는 연결부(134)를 포함할 수 있다. 이때, 연결부(134)의 수평방향의 임의의 영역에서의 단면적이 제1단면적 또는 제2단면적보다 작게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 소자부(132) 및 제2 소자부(136)의 단면적을 연결부(134)의 단면적보다 크게 형성하면, 동일한 양의 재료를 이용하여 제1소자부(132)와 제2소자부(136) 간의 온도차(T)를 크게 형성할 수 있다. 이에 따라, 발열측(Hot side)와 냉각측(Cold side) 사이에 이동하는 자유전자의 양이 많아지므로, 발전량이 증가하게 되며, 발열 효율 또는 냉각 효율이 높아지게 된다.
이때, 연결부(134)의 수평 단면 중 가장 긴 폭을 가지는 단면의 폭(B)과, 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)의 수평 단면 중 더 큰 단면의 폭(A or C) 간의 비가 1:(1.5~4)일 수 있다. 이에 따라, 발전 효율, 발열 효율 또는 냉각 효율을 높일 수 있다.
여기서, 제1소자부(132), 제2소자부(136) 및 연결부(134)는 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 반도체 물질을 포함하는 재료를 페이스트 형태로 제작한 후, 시트, 필름 등의 기재(1110) 상에 도포하여 반도체층(1120)을 형성한다. 이에 따라, 하나의 단위부재(1100)가 형성될 수 있다.
복수의 단위부재(1100a, 1100b, 1100c)를 적층하여 적층 구조물(1200)을 형성하고, 이를 절단하면 단위 열전 레그(1300)를 얻을 수 있다.
이와 같이, 단위 열전 레그(1300)는 기재(1110) 상에 반도체층(1120)이 형성된 단위부재(1100)가 복수로 적층된 구조물에 의하여 형성될 수 있다.
여기서, 기재(1110) 상에 페이스트를 도포하는 공정은 다양한 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 테이프캐스팅(Tape casting) 방법으로 행해질 수 있다. 테이프캐스팅 방법은 미세한 반도체 물질의 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent), 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer) 및 계면활성제 중 선택되는 적어도 하나와 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 제조한 후, 움직이는 칼날(blade) 또는 움직이는 기재 상에서 성형하는 방법이다. 이때, 기재(1110)는 10um~100um 두께의 필름, 시트 등일 수 있으며, 도포되는 반도체 물질로는 상술한 벌크형 소자를 제조하는 P 형 열전 재료 또는 N 형 열전 재료가 그대로 적용될 수 있다.
단위부재(1100)를 복수의 층으로 어라인하여 적층하는 공정은 50~250℃의 온도에서 압착하는 방법으로 행해질 수 있으며, 적층되는 단위부재(1100)의 수는, 예를 들어 2~50개일 수 있다. 이후, 원하는 형태와 사이즈로 절단될 수 있으며, 소결공정이 추가될 수 있다.
이와 같이 제조되는 단위 열전 레그(1300)는 두께, 형상 및 크기의 균일성을 확보할 수 있으며, 박형화가 유리하고, 재료의 손실을 줄일 수 있다.
단위 열전 레그(1300)는 원기둥 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등일 수 있으며, 도 10(d)에서 예시한 바와 같은 형상으로 절단될 수도 있다.
한편, 적층형 구조의 열전 레그를 제조하기 위하여, 단위 부재(1100)의 한 표면에 전도성층을 더 형상할 수도 있다.
도 11은 도 10의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시한다.
도 11을 참조하면, 전도성층(C)은 반도체층(1120)이 형성되는 기재(1110)의 반대 면에 형성될 수 있으며, 기재(1110)의 표면의 일부가 노출되도록 패턴화될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전도성층(C)의 다양한 변형예를 나타낸다. 도 11(a) 및 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 개구패턴(c1, c2)을 포함하는 메쉬타입 구조 또는 도 11(c) 및 도 11(d)에 도시된 바와 같이, 개방형 개구패턴(c3, c4)을 포함하는 라인타입 구조 등으로 다양하게 변형될 수 있다.
이러한 전도성층(C)은 단위부재의 적층형 구조로 형성되는 단위 열전 레그 내 단위부재 간의 접착력을 높일 수 있으며, 단위부재간 열전도도를 낮추고, 전기전도도는 향상시킬 수 있다. 전도성층(C)은 금속물질, 예를 들어 Cu, Ag, Ni 등이 적용될 수 있다.
한편, 단위 열전 레그(1300)는 도 12에 도시한 바와 같은 방향으로 절단될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 수직방향의 열전도 효율을 낮추는 동시에 전기전도특성을 향상할 수 있어 냉각효율을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
300: 차량용 램프
310: 광원
320; 베젤
330; 렌즈
340: 제1 덕트
350: 제2 덕트
360; 송풍부
370: 광원용 히트싱크
100: 열전 소자
110: 하부 기판
120: 하부 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 상부 전극
160: 상부 기판

Claims (10)

  1. 광원,
    상기 광원을 지지하는 베젤,
    상기 광원과 이격되어 배치되며, 상기 광원으로부터 나온 빛을 출사하고, 상기 광원 및 상기 베젤의 적어도 일부를 수용하는 렌즈,
    상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이를 향하여 배치되는 제1 덕트,
    상기 제1 덕트와 분리되며, 상기 베젤의 다른 면과 상기 광원을 향하여 배치되는 제2 덕트, 그리고
    상기 제1 덕트와 상기 제2 덕트로 온도가 상이한 공기를 유입시키는 송풍부
    를 포함하는 차량용 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베젤의 다른 면으로 형성된 공간에 배치되며, 상기 광원과 연결되는 광원용 히트싱크를 더 포함하는 차량용 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 덕트로 유입되는 공기의 온도는 상기 제2 덕트로 유입되는 공기의 온도보다 높은 차량용 램프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송풍부는 열전소자를 포함하며,
    상기 열전소자의 발열 영역은 상기 제1 덕트와 연결되고,
    상기 열전소자의 흡열 영역은 상기 제2 덕트와 연결되는 차량용 램프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열전소자는,
    제1 기판,
    제2 기판, 그리고
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 포함하며,
    상기 제1 기판은 발열 기판이고, 상기 제2 기판은 상기 흡열 기판인 차량용 램프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송풍부는,
    상기 제1 기판에 접촉하며 상기 제1 덕트의 유입구와 연결되는 제1 히트싱크, 그리고
    상기 제2 기판에 접촉하며 상기 제2 덕트의 유입구와 연결되는 제2 히트싱크를 더 포함하는 차량용 램프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 송풍부는 상기 열전소자의 측면에 배치되며, 상기 열전소자의 제1 기판 및 상기 제2 기판을 향하여 동작하는 팬을 더 포함하는 차량용 램프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팬은 상기 열전소자의 상기 제1 기판의 측면에 배치되는 제1 팬, 그리고 상기 열전소자의 상기 제2 기판의 측면에 배치되는 제2 팬을 포함하며,
    상기 제1 팬 및 상기 제2 팬은 별도로 동작 가능하도록 설정되는 차량용 램프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 덕트는 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이의 공간으로 공기를 유입하는 제1 유입 덕트, 그리고 상기 베젤의 한 면과 상기 렌즈 사이의 공간으로부터 공기를 배출하는 제1 배출 덕트를 포함하는 차량용 램프.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 덕트는 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 유입하는 제2 유입 덕트, 그리고 상기 베젤의 다른 면을 향하여 흐르는 공기를 배출하는 제2 배출 덕트를 포함하는 차량용 램프.
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