KR101504945B1 - 배광각도를 제한하기 위한 렌즈 및 이를 적용한 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배광각도를 제한하기 위한 렌즈 및 이를 적용한 히트싱크에 관한 것으로, 발광원에서 발광된 빛 중에서 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 일부 빛을 차단하도록 몸체의 일측부 또는 양측부 내면에 부착된 차광부재를 구비한 렌즈와, 이 렌즈가 장착되면서 방열체 및 방열핀을 구비한 히트싱크를 구비함으로써, 발광원에서 발광한 빛의 배광각도를 기설정된 배광각도 내에서 효율적으로 제한할 수 있고, 특히 종래의 차량의 전조등에서의 할로겐 램프의 배광각도와 렌즈를 통해 발광하는 배광각도가 거의 동일하며, 최적의 방열 효율을 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

배광각도를 제한하기 위한 렌즈 및 이를 적용한 히트싱크{Lens for restricting light distribution angel and heat sink with thereof}

본 발명은 LED에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 각도로 발광할 수 있도록 한 배광각도를 제한하기 위한 렌즈 및 이를 적용한 히트싱크에 관한 것이다.

일반적으로, LED는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 형성시키고 이들의 재결합에 의하여 소정 파장의 광을 발산하는 소자이다.

이러한 LED는 광 변환 효율이 높으므로 소비전력이 상대적으로 매우 낮으며, 광원이 소형이므로 소형화, 박형화 및, 경량화에 적합하면서도 무한 확장 설치가 가능하고, 수명이 반영구적이다. 또한, LED는 열적 또는 방전 발광이 아니므로 예열이 불필요하여 응답 속도가 대단히 신속하고, 점등회로가 간단하다.

그리고, LED는 방전용 기체 및 필라멘트를 사용하지 않으므로 내충격성이 크고 안전하며 환경오염 유발 요인이 적고, 고(高)반복 펄스 동작이 가능하여 시신경의 피로가 덜하며, 풀 칼라의 구현이 가능하다는 장점으로 인해 고급 실내외 조명용으로 널리 사용되고 있으며, 특히 종래 LED의 일반적인 문제점이었던 저휘도 문제를 개선한 고휘도 LED가 상업적 규모로 시판됨으로 인하여 그 용도 및 사용처는 급속히 확대되고 있다.

한편, LED는 모듈을 만드는 방식에 따라, 여러 개의 개별 LED 칩을 1개의 보드에 일정한 간격을 두고 배치하는 SMD 타입과, 여러 개의 LED 칩을 1개의 보드 위에 묶음형태로 밀집으로 배열한 COB(chip on board) 타입으로 구분된다.

최근에 이르러 COB 타입의 LED 모듈의 활용방향으로 종래의 할로겐 전구를 대체하고자 하는 개발이 요구되었다.

이러한 종래의 기술의 일 예로 할로겐 전구로 제작된 차량용 헤드램프는 도 1에 도시된 바와 같이, 반사갓(10) 내에 위치를 달리하여 설치된 다수의 할로겐 전구(11) 및, 할로겐 전구(11)에서 발광된 빛의 일부를 차단하기 위한 블럭(12)을 포함하여 이루어졌다.

여기서, 다수의 할로겐 전구(11)는 헤드램프를 하향등 또는 상향등으로 조작하는 경우 각각 점등하도록 설치된다. 일 예로, 전방 할로겐 전구(11)와 후방 할로겐 전구(11)를 구비하고, 하향등인 경우 전방 할로겐 전구(11)가 점등되면서 후방 할로겐 전구(11)가 소등되며, 상향등인 경우 전방 할로겐 전구(11)가 소등되면서 후방 할로겐 전구(11)가 점등되도록 이루어진다.

또한, 블럭(12)은 할로겐 전구(11)에서 발광된 빛이 하방으로 조사되는 것을 제한하고, 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 빛을 차단하도록 하나 이상이 설치된다.

여기서, 할로겐 전구(11)에서 발광된 빛을 블럭(12)이 제한하는 구조에 대해 보다 간단하면서 효율적으로 차단하기 위한 구조로 개선하고자 한다.

KR1296336 10

상기된 개선 요구를 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 배광각도를 제한하기 위한 차광부재를 구비한 렌즈 및, 이 렌즈를 히트싱크에 장착하여 효율적으로 방열하도록 된 배광각도를 제한하기 위한 렌즈 및 이를 적용한 히트싱크를 제공함에 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배광각도를 제한하기 위한 렌즈는, 발광원의 배광각도를 제한하도록 된 조명등에 있어서, 발광원이 내부에 위치하도록 일정 길이를 갖는 몸체 및, 발광원에서 발광된 빛 중에서 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 일부 빛을 차단하도록 몸체의 일측부 또는 양측부 내면에 부착된 차광부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

여기서, 몸체는 일면 또는 양면이 개방된 중공의 다각면체인 것을 특징으로 한다.

또한, 몸체는 길이방향으로 일측단에서 타측단으로 그 직경이 점차 증가하며, 직경이 넓어지는 타측부에는 단차에 의해 직경이 확장된 부위가 형성되고, 단차로 확장된 부위는 몸체의 길이방향으로 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 차광부재는 제1차광부재를 포함하고, 이 제1차광부재는 호퍼를 길이방향으로 절반을 자른 형상이고, 몸체에서 단차로 확장된 부위에 배치되도록 직경이 넓은 일측부와, 급격히 좁아지는 중간부위 및, 중간부위보다 완만히 좁아지는 타측부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 차광부재는 제2차광부재를 포함하고, 이 제2차광부재는 고깔을 길이방향으로 절반을 자른 형상이고, 길이방향으로 볼록하게 완면한 곡면을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 렌즈를 적용한 히트싱크는, 본 발명의 렌즈가 장착되고, 발광원의 접속단자가 접속하는 접속구가 형성된 방열체 및, 방열체에 형성되어 방열하는 방열핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 볼록한 가운데 부위에 형성된 평평부, 평평부에 형성되어 방열체의 일부가 끼워지는 중심홀, 렌즈의 일측면에 돌출 형성된 결합돌기가 끼워지도록 중심홀 주변에 형성된 결합홀 및, 발광원의 열기 또는 렌즈의 내부 열기가 유동하도록 중심홀 주위에 일정 간격으로 형성된 통기홀을 구비한 고정브라켓;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 일정 길이의 다각면체인 몸체에 차광부가 내장되어 이루어진 렌즈는 LED 또는 할로겐 전구 등을 포함한 발광원에서 발광한 빛의 배광각도를 기설정된 배광각도 내에서 효율적으로 제한할 수 있고, 특히 종래의 차량의 전조등에서의 할로겐 램프의 배광각도와 렌즈를 통해 발광하는 배광각도가 거의 동일하다는 효과가 있다.

렌즈를 기존의 조명등의 구조를 그대로 유지한 상태에서 발광원의 배광각도를 제한하기 위한 기존 구성품을 단순 교체할 수 있는 효과가 있다.

또한, 발광원에서 발생하는 열이 히트싱크 및 방열팬에 의해 강제로 방열되므로 최적의 방열 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 종래의 차량용 전조등이 개략적으로 도시된 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 렌즈의 평면도이다.
도 3은 도 2의 렌즈가 적용된 히트싱크가 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3의 분리사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성>

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 렌즈의 평면도이고, 도 3은 도 2의 렌즈가 적용된 히트싱크가 개략적으로 도시된 사시도이며, 도 4는 도 3의 분리사시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 렌즈와, 이 렌즈가 적용된 히트싱크를 구분하여 설명한다.

<렌즈>

본 발명에 따른 렌즈(100)는 도 2 및 도 3에서와 같이, 발광원(미도시)에서 발광하는 빛이 내부의 중공부를 통과하여 조사되도록 한 부재이다. 이 렌즈(100)는 삼각, 사각, 오각, 육각형 및 다각형이면서 발광원이 내부에 배치되는 속이 빈 중공의 기둥형상이다. 일 예로, 렌즈(100)는 중공의 육각 기둥형상이며, 일단면은 개방되고, 타단면은 개방 또는 폐쇄되어 이루어진다.

이러한 다각형 기둥형상의 렌즈(100)에 의해 중공인 내부로 조사된 빛이 길이방향의 다각면에서 굴절되어 다양한 각도로 조사된다. 이때, 발광원의 빛 중에서 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 일부 빛을 차단하도록 이루어지고, 이러한 상향으로 제한된 조사각도는 특히 차량의 전조등의 조사각도와 동일 또는 유사하다. 여기서, 발광원은 종래의 할로겐 전구 및 LED 모듈을 포함하고, 조명등의 종류에 따라 백열전구 및 형광등을 포함할 수도 있다.

이러한 렌즈(100)는 몸체(101)와, 몸체(101)의 내부이면서 길이방향 양측부에 장착된 제1,2차광부재(102,103)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 몸체(101)는 대략 길이방향의 일면 또는 양면이 개방된 중공의 다각면체이고, 길이방향으로 일측단에서 타측단으로 그 직경이 점차 증가하며, 직경이 넓어지는 타측부에는 단차(段差)를 두어 직경이 확장된 부위가 형성된 형상이다. 그리고, 단차로 확장된 부위는 몸체(101)의 길이방향으로 동일한 직경을 갖는다.

여기서, 몸체(101)에 형성된 다각면은 발광된 빛을 일정 각도로 굴절시키고, 이들 다각면에 의해 굴절된 빛들이 렌즈(100) 주변을 밝게 한다. 이러한 배광구조는 주변을 밝히는 종래의 할로겐 전구와 동일 또는 유사하다. 여기서, 몸체(101)의 하측에서 굴절된 빛들 중 설정된 각도 이상의 각도로 상향 조사되는 일부의 빛은 제2차광부재(103)에 의해 차단된다.
즉 도 3 및 도 4의 적색으로 표현된 것에 의해 차단된다.

또한, 제1,2차광부재(102,103)는 발광원에서 발광된 빛이 하향으로 조사되는 것을 차단하거나, 렌즈(100)의 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 빛을 차단함으로써, 외부로 배광된 빛이 일정 각도 이상의 상향으로 조사되지 않도록 하기 위해 설치된다. 이러한 상향으로 제한된 조사각도는 특히 차량의 전조등의 조사각도와 동일 또는 유사하다.

먼저, 제1차광부재(102)는 대략 호퍼를 길이방향으로 절반을 자른듯한 형상이고, 몸체(101)에서 단차로 확장된 부위에 배치되도록 직경이 넓은 일측부와, 급격히 좁아지는 중간부위 및, 중간부위보다 좀 더 완만히 좁아지는 타측부로 이루어진다. 이 제1차광부재(102)는 발광원에서 발광된 빛 중 제1차광부재(102)의 하부로 조사되는 일부를 차단한다.

그리고, 제1차광부재(102)의 직경이 넓은 부위가 렌즈(100)의 확장된 부위의 내면에 부착 또는 장착되고, 이때 각각의 단차들이 맞닿도록 한다.

또한, 제2차광부재(103)는 대략 고깔을 길이방향으로 절반을 자른듯하고, 길이방향으로 볼록하게 완만한 곡면을 이루는 형상이다. 여기서, 제2차광부재(103)의 직경이 넓은 일부위가 렌즈(100)의 길이방향에 대해 직경이 좁은 부위의 내면에 부착 또는 장착된다. 이 제2차광부재(103)는 몸체(101)의 하측에서 굴절되어 상향으로 조사되는 빛 중 일부를 차단함으로써, 반사갓(10,도 1 참조) 외부로 배광하는 빛이 설정된 각도 이상의 상향으로 조사되는 것을 방지한다.

이러한 제1차광부재(102)와 제2차광부재(103)는 도 2에서와 같이, 각각의 최소직경 부위가 상호 떨어져 대응하여 위치하도록 배치된다. 따라서, 제1차광부재(102)와 제2차광부재(103)의 직경이 좁은 부위 이외의 공간 및 상호 이격된 공간을 통해 발광원에서 발광된 빛이 몸체(101)의 하향으로 조사되어 렌즈(100) 주위를 배광한다. 하지만, 제1차광부재(102)가 렌즈(100)의 하부로 조사되는 발광원의 빛을 일부 차단하고, 제2차광부재(103)가 하측에서 굴절되어 상향으로 조사되는 빛 중 수평을 기준으로 설정 각도 이상의 상향으로 조사되는 것을 차단함으로써, 발광원에서 발광되는 빛을 최대한 설정 각도 이내로 집중시키면서 이용자나 행인의 눈부심을 방지할 수 있다.

그리고, 몸체(101)의 제1차광부재(102)측 단면에는 고정브라켓(120)과의 결합을 위해 일정 간격으로 다수의 결합돌기(104)가 형성된다. 이 결합돌기(104)는 후술된 고정브라켓(120)의 결합홀(123)에 체결된다.

<히트싱크>

본 발명에 따른 렌즈를 적용한 히트싱크는 발광원에서 발생한 열을 방열하는 부재로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 발광원이 접속하는 접속구(111)가 형성된 방열체(112), 방열을 위한 방열핀(113) 및, 고정브라켓()을 구비한다.

먼저, 방열체(112)는 도 2 및 도 3에서와 같이 대략 원기둥 형상이고, 길이방향으로 관통하여 접속구(111)가 형성되고, 일측부가 고정브라켓(120)의 결합홀에 끼워진다. 이 방열체(112)의 접속구(111)에 발광원의 접속단자가 끼워지면서 외부 배터리와 연결된 전선(미도시)과 전기적으로 접속된다. 그리고, 방열체(112)는 발광원에서 발생한 열을 방열핀(113)까지 전열(傳熱)한다.

또한, 방열핀(113)은 방열체(112)에 의해 전달된 열을 최대한 방열할 수 있도록 방열체(112)를 중심으로 방사상 형태로 다수 형성된다. 이 방열핀(113)은 방열 효과를 극대화하기 위해 방열핀(113)의 개수를 증가시키거나, 방열핀(113)의 높이 및 길이를 증가시키거나, 방열체(112)에 길이방향으로 히트파이프를 매립할 수도 있다. 이때, 히트파이프는 방열체(112)의 일단부에 부착된 발광원으로부터 전이된 열을 타단부로 신속히 전열하기 위한 부재이다.

또한, 고정브라켓(120)은 렌즈(100)가 고정되는 부재로서, 도 2 및 도 3에서와 같이 가운데 부위에 볼록한 평평부(121)가 형성된 형상이다. 이때, 평평부(121)에 방열체(112)의 일부가 끼워지는 중심홀이 형성되고, 중심홀의 주위에 일정 간격으로 다수의 통기홀(122)이 형성되며, 몸체(101)에 형성된 결합돌기(104)가 끼워지도록 중심홀의 주위에 일정 간격으로 다수의 결합홀(123)이 형성된다. 이 고정브라켓(120)은 발광원를 반사갓(10,도 1 참조) 및 종래의 램프에 고정하는 매개체의 기능을 한다.

여기서, 통기홀(122)은 외부 공기가 렌즈(100)의 내부로 유동하거나, 발광원의 뜨거운 열기 또는 렌즈(100) 내의 열기가 외부로 유동하도록 형성된 것이다.

한편, 본 발명에 따른 히트싱크는 상기된 구성요소 이외에 방열효과를 향상시키기 위해 별도의 방열팬(미도시)이 추가로 구성할 수 있다.

이 방열팬은 방열핀(113)의 방열체(112) 반대측 부위에 장착되어 히트싱크(110)로 전열된 열을 외부로 배출하거나, 반대로 외부의 차가운 공기를 히트싱크(110)로 공급하여 방열효과를 얻을 수도 있다. 이때, 방열팬에 의해 공급된 외부 공기가 렌즈(100)의 내부로 유동하거나, 발광원의 뜨거운 열기 또는 렌즈(100) 내의 열기가 외부로 유동하게 되고, 이러한 공기의 유동은 고정브라켓(120)의 통기홀(122)을 통해 이루어진다. 물론, 이 통기홀(122)은 방열팬이 미장착된 경우에도 형성될 수 있고, 이 통기홀(122)을 통해 발광원 열기 또는 렌즈(100) 내의 열기가 외부로 유동할 수 있도록 한다.

이 방열팬은 히트싱크(110)의 방열핀(113)에 형성된 체결홀(미도시)이나, 방열핀(113)들 사이에 형성된 체결홀(미도시)에 볼팅 또는 나사 등의 체결부재로 체결되어 고정된다.

또한, 방열팬과 방열핀(113) 사이에는 방열팬의 작동시 발생하는 진동을 흡수하기 위한 방진부재(미도시)가 개재될 수 있다. 이 방진부재는 고무, 스펀지 또는 탄성체 등의 탄성재질로 제작된다. 또한, 방진부재는 방열팬과 방열핀(113)이 접촉하는 부위 전체 또는 일부위에 다수 부착될 수도 있다. 이때, 방진부재가 개재된 상태에서의 방열팬과 방열핀(113)의 체결이 진동에 의해 해제되는 것을 방지하기 위해 나사 또는 볼트 등의 체결부재와 방열팬과의 접촉되는 부위에 별도의 탄성부재가 개재될 수 있고, 또는 히트싱크(110)에 나사 또는 볼팅 체결된 체결부재가 방열팬과는 탄성부재가 개재된 채로 끼움결합될 수 있다.

한편, 발광원이 COB형 LED 모듈 또는 SMD형 LED 모듈인 경우, 입력전압변동이 심하거나 낮은 전압으로부터 안정된 밝기 및 높은 효율을 제공하기 위한 정전류구동IC(미도시)를 더 설치할 수 있다. 이 정전류구동IC는 LED의 순방향 전류를 직접 제어하고, 정전류원 회로의 부하 트랜지스터에 걸리는 전압을 센싱하여 전원 공급회로 출력전압을 제어하고, 이를 통해 일정 수준의 부하전류를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 정전류구동IC는 DC/DC 방식으로 LDM을 구동하면서 고출력 LED를 사용함으로써, 차량 전원의 소비전력을 감소시키고, 발열을 효과적으로 관리할 수 있다. 또한, 정전류구동IC는 입력 전압보다 출력 전압을 높이기 위해 부스트(boost) 방식의 구동 토폴로지(power topology)를 이용한다. 여기서, 정전류구동IC는 LED모듈(120)의 하부에 배치되거나 기판(121)의 일측부에 배치될 수 있다. 이러한 정전류구동IC, DC/DC방식, LDM, 부스트 및 토폴로지 등은 기성품을 이용한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:렌즈
101:몸체
102:제1차광부재
103:제2차광부재
104:결합돌기
110:히트싱크
111:접속구
112:방열체
113:방열핀
120:고정브라켓
121:평평부
122:통기홀
123:결합홀.

Claims (7)

1. 발광원의 배광각도를 제한하도록 된 조명등에 있어서,
   상기 발광원이 내부에 위치하도록 일정 길이를 갖는 몸체(101) 및, 상기 발광원에서 발광된 빛 중에서 하부에서 굴절되어 상향으로 조사되는 일부 빛을 차단하도록 상기 몸체(101)의 양측부 내면에 부착된 차광부재를 구비하되, 상기 몸체(101)는 양면이 개방된 중공의 다각면체이고, 상기 몸체(101)는 길이방향으로 일측단에서 타측단으로 그 직경이 점차 증가하며, 직경이 넓어지는 타측부에는 단차에 의해 직경이 확장된 부위가 형성되고, 상기 단차로 확장된 부위는 몸체(101)의 길이방향으로 동일한 직경으로 형성되며, 상기 차광부재는 몸체에서 직경이 넓은 타측단에 부착되는 제1차광부재(102)를 포함하고, 상기 제1차광부재(102)는 호퍼를 길이방향으로 절반을 자른 형상이고, 상기 몸체(101)에서 단차로 확장된 부위에 배치되도록 직경이 넓은 일측부와, 급격히 좁아지는 중간부위 및, 중간부위보다 완만히 좁아지는 타측부로 이루어지고, 상기 차광부재는 몸체에서 직경이 좁은 일측단에 부착되는 제2차광부재(103)를 포함하고, 상기 제2차광부재(103)는 고깔을 길이방향으로 절반을 자른 형상이고, 길이방향으로 볼록하게 완면한 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 배광각도를 제한하기 위한 렌즈.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항의 렌즈(100)가 장착되고,
   상기 발광원의 접속단자가 접속하는 접속구(111)가 형성된 방열체(112) 및, 상기 방열체(112)에 형성되어 방열하는 방열핀(113)을 구비하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
   
7. 제6항에 있어서,
   볼록한 가운데 부위에 형성된 평평부(121), 상기 평평부(121)에 형성되어 상기 방열체(112)의 일부가 끼워지는 중심홀, 상기 렌즈(100)의 일측면에 돌출 형성된 결합돌기(104)가 끼워지도록 상기 중심홀 주변에 형성된 결합홀(123) 및, 상기 발광원의 열기 또는 상기 렌즈(100)의 내부 열기가 유동하도록 상기 중심홀 주위에 일정 간격으로 형성된 통기홀(122)을 구비한 고정브라켓(110);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.

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