KR101370358B1 - 차량용 헤드라이트 - Google Patents

차량용 헤드라이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 헤드라이트(10)에 관한 것이다. 이 헤드라이트는, 청색 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 칩(18) 및 청색 광의 일부를 노란색 광으로 변환하기 위한 적어도 하나의 중첩 변환층(overlying converter layer; 20)을 포함하는 LED(12) - 노란색 광과 청색 광의 일부는 LED의 법선 방향으로 방출되는 청색을 띠는 백색 광을 형성하고, 노란색 광과 청색 광의 일부는 보다 넓은 이탈각(larger angles of departure)으로 방출되는 노란색을 띠는 백색 광을 형성함 - 와, 노란색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 중심 방향으로 지향시키고 청색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 주변 방향으로 지향시키는 수단(14, 16)을 포함한다.
또한, 본 발명은 이러한 헤드라이트를 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량용 헤드라이트, 변환층, 지향 수단, 발광 다이오드

Description

차량용 헤드라이트{VEHICLE HEADLIGHT}
본 발명은 차량 헤드라이트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 헤드라이트를 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량 헤드라이트는 차량의 운전자가 어두운 상태에서 도로 위와 도로 옆에 있는 물체를 볼 수 있게 하는 데 중요하다. 헤드라이트는 본래 백색 광이지만, 도로의 특정 구간에서 백색 광의 색 온도를 변경함으로써, 이점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 청색을 띠는 백색 광은 도로의 갓길에 있거나 도로 위에 있는 물체(예를 들어, 교통 신호, 보행자, 동물 등)의 가시성을 개선할 수 있다. 또한, 도로의 축을 따라 향하는 광에 있어서, 노란색을 띠는 백색 광은, 다가오는 차량들에 대해 더 즐겁고 도로의 특정 구간에서 주목을 덜 받게 하므로 더 유익할 수 있다.
이러한 특성을 얻는 한 가지 방식은, 필립스 사의 NightGuide 자동차 램프에서와 같이 헤드라이트의 램프의 외면에 적절한 색 코팅을 제공하는 것이다. 그러나, 이러한 색 코팅은, 램프로부터 방출되는 광의 일부를 흡수 및/또는 반사할 수 있으므로, 헤드램프의 효율을 방해할 수 있다. 다른 방식은 2가지 유형의 광원을 사용하는 것으로서, 하나의 광원은 노란색 광을 제공하기 위한 것이고 다른 하나의 광원은 청색 광을 제공하기 위한 것이다. 그러나, 이렇게 서로 다른 2개의 광원은 시간, 온도 등의 함수로서 서로 다르게 동작할 수 있으며, 이에 따라 시간에 따른 헤드라이트의 동작이 일관되지 못하게 된다. 또한, 서로 다른 2개의 광원을 구동하기 위해 보다 개선된 전자 장비가 필요하다. 또한, 서로 다른 기술들에 기초하는 광원들은 서로 다른 고장 메카니즘(failure mechanism)들을 가질 수 있어서, 여러 유형의 광원들을 포함하는 헤드라이트를 고장에 더 민감하게 한다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 극복하는 것이며 서로 다른 색 온도(color temperature)들을 특징으로 하는 개선된 헤드라이트를 제공하는 것이다.
다음에 따르는 설명으로부터 명백해지는 이러한 목적 및 다른 목적은, 청구범위에 따른 헤드라이트 및 이러한 헤드라이트를 포함하는 차량에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 차량용 헤드라이트를 제공하며, 이 헤드라이트는, 청색 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 칩 및 청색 광의 일부를 노란색 광으로 변환하기 위한 적어도 하나의 중첩 변환층(overlying converter layer)을 포함하는 LED - 노란색 광과 청색 광의 일부는 LED의 법선 방향으로 방출되는 청색을 띠는 백색 광을 형성하고, 노란색 광과 청색 광의 일부는 보다 넓은 이탈각(larger angles of departure)으로 방출되는 노란색을 띠는 백색 광을 형성함 - 와, 노란색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 중심 방향으로 지향시키고 청색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 주변 방향으로 지향시키는 수단을 포함한다.
본 발명은, LED 칩으로부터의 미변환된 청색 광(unconverted blue light)을 중첩 변환층으로부터의 변환된 노란색 광과 혼합함으로써 백색 광을 생성하는 기지의 기술에 기초하고 있다. 일관성 없는 색 혼합(inconsistent color mixing), 즉, 청색을 띠는 백색 광과 노란색을 띠는 백색 광의 혼합은, LED 칩면에 대하여 수직으로 이동하는 광선이 변환층을 통한 보다 짧은 이동 거리로 인해 보다 넓은 각으로 이동하는 광선보다 덜 흡수되어 노란색으로 변환된다는 사실로부터 발생하는 것이다. 따라서, 본 발명은 노란색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 중심 방향으로 향하게 하고 청색을 띠는 백색 광을 헤드라이트의 주변 방향으로 향하게 함으로써 이러한 일관성 없는 색 혼합이 활용될 수 있다는 이해에 기초한다. 차량에서 구현되는 경우, 헤드라이트의 중심 방향은 노란색을 띠는 백색 광이 도로의 축을 따라 향하도록 차량의 주 전진 운전 방향(main forwards driving direction)에 대응하는 한편, 청색을 띠는 백색 광은 전술한 이유로 인해 도로의 갓길(shoulder of the road)을 따라 향하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 서로 다른 색 온도들을 갖는 헤드라이트는, 하나의 유형의 광원(즉, LED)을 이용하여 달성될 수 있으며, 이에 따라 헤드라이트의 동작을 시간과 온도에 걸쳐 보다 일관성있게 할 수 있다. 또한, 비교적 간단한 전자 장비를 이용하여 그 하나의 유형의 광원을 구동할 수 있다. 또한, 어떠한 색 필터도 필요하지 않다.
상술한 지향 수단은, LED 칩의 측면으로부터 방출된 임의의 미변환된 청색 광을 헤드라이트의 주변 방향으로 지향시켜 그 청색 광을 청색을 띠는 백색 광에 더하도록 더 구성될 수 있다. 이러한 미변환된 청색 광은, 예를 들어, 변환층의 크기가 LED 칩과 동일한 경우에 또는 변환층의 크기가 LED 칩보다 작은 경우에 발생할 수 있다.
상술한 지향 수단은, 반사 소자, 굴절 소자, 회절 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 보다 넓은 각으로 방출된 노란색을 띠는 백색 광은 반사 소자에 의해 헤드라이트의 중심 방향으로 지향될 수 있는 한편, LED 법선을 따라 방출된 청색을 띠는 백색 광은 굴절 소자에 의해 헤드라이트의 주변 측면 방향으로 굴절된다.
헤드라이트는 LED를 덮는 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다. 이 렌즈는, 보다 넓은 각으로 이동하는 노란색을 띠는 백색 광이 더 많이 추출될 수 있도록, 변환층에서의 내부 전반사를 저감하려는 것이며, 이에 따라 보다 일관성 없는 색 혼합이 발생하고, 이것은 본 발명에 따른 헤드라이트에서 유익하게 활용된다. 렌즈는 예를 들어 실리콘 렌즈일 수 있다.
변환층은 세라믹 변환판과 같은 고상 변환판(solid-state converter plate)이 바람직하다. 이러한 변환판은 비고상(non-solid state) 변환층에 비교하여 더 강건(robust)하고 온도에 덜 민감할 수 있다. 변환층은 청색 광을 노란색 광으로 변환하기 위한 인광체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 전술한 바에 따른 적어도 하나의 헤드라이트를 포함하는 차량을 제공한다. 헤드라이트의 중심 방향은 차량의 주 전진 운전 방향에 거의 대응해야 한다. 따라서, 노란색을 띠는 백색 광은 도로 축과 임의의 다가오는 차량으로 지향되는 한편, 청색을 띠는 백색 광은 차량의 측면으로, 즉, 도로의 갓길을 따라 지향된다. 차량은 예를 들어 자동차이다.
이하, 본 발명의 현재 바람직한 일실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드라이트를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 헤드라이트의 LED의 상세도이다.
도 3은 도 2의 LED에서의 방출각에 대한 색 온도를 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시한 유형의 헤드라이트 2개를 포함하는 차량의 정면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드라이트(10)를 개략적으로 도시한다. 헤드라이트(10)는 반사기(14)와 굴절 소자(16) 뿐만 아니라 LED(12)도 포함한다. LED(12)는 전자 기기(도시하지 않음)에 의해 구동된다.
LED(12)는 도 2에 보다 상세히 도시되어 있다. 도 2를 참조해 보면, LED(12)는 청색 광을 방출하도록 구성된 LED 칩 또는 다이(18)를 포함한다. LED 칩(18)은 기판(19) 상에 배치된다. LED 칩(18) 상에는 변환판(20)이 제공되며, 인광체를 포함하는 고상 세라믹 변환판이 제공되는 것이 바람직하다. 적절한 변환판은 예를 들어 미국 특허 공개번호 US 2005/0269582에 개시되어 있다.
LED(12)의 동작시, LED 칩(18)의 최상위로부터 대부분 방출되는 청색 광은 부분적으로 흡수되고 중첩 변환판(20)의 인광체에 의해 노란색 광으로 변환된다. 이어서, 미변환된 청색 광과 변환된 노란색 광이 백색 광으로 혼합된다. 또한, 미 변환된 청색 광(23)은 LED 칩(18)의 측면으로부터 방출될 수 있다.
그러나, 변환층(20)에 소정의 두께와 인광체 농도가 주어지는 경우, LED 칩(18)의 표면에 수직으로 이동하는 광선(22)은, 변환판(20)을 통한 보다 짧은 이동 거리로 인해 보다 넓은 각으로 이동하는 광선(24)보다 덜 흡수되고 노란색으로 변환된다. 이에 따라, 일관성 없는 색 혼합이 발생하고, 여기서 청색을 띠는 백색 광은 LED 법선 방향으로 방출되고 노란색을 띠는 백색 광은 통상적으로 75°보다 넓은 이탈각(angles of departure)으로 방출된다. 일관성 없는 색 혼합을 촉진하기 위해, 변환판(20)은, 약간의 산란성을 갖는 변환판이 효과를 발휘한다고 해도, 미구조화 최상위면(unstructured top surface)을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 일관성 없는 색 혼합을 더 촉진하기 위해, 선택 사항으로서 LED(12)를 덮도록 실리콘 렌즈(26)를 배치할 수 있다. 실리콘 렌즈(26)는 보다 넓은 각으로 이동하는 노란색을 띠는 백색 광이 더 많이 추출될 수 있도록 변환판(20)에서 내부 전반사를 저감한다. 이러한 실리콘 렌즈(26)를 갖는 LED(12)에서 방출 각(x 축))에 대한 상관된 색 온도(correlated color temperature; y 축)가 도 3에 그래프로 도시되어 있다. 보다 높은 상관 색 온도는 청색을 더 띠는 광을 의미한다. 투명한 변환판도 일관성 없는 색 혼합을 더 촉진한다는 점을 주목하기 바란다.
다시 도 1을 참조해 보면, 이러한 일관성 없는 색 혼합은, 서로 다른 색 온도들을 특징으로 하는 헤드램프(10)를 제공하는 데 활용된다. LED(12)로부터 보다 넓은 이탈각으로 방출된 노란색을 띠는 백색 광(24)의 적어도 일부는 반사기(14)에 의해 헤드라이트(10)의 중심 방향으로 지향되는 한편, LED 법선을 따라 방출된 청 색을 띠는 백색 광(22)의 적어도 일부는 굴절 소자(16)에 의해 헤드라이트(10)의 주변 측면 방향으로 굴절된다. 도 1에서, 청색을 띠는 백색 광(22)은 오른쪽으로 지향되지만, 다른 방안으로 소정의 다른 주변 방향으로 지향될 수 있다. 게다가, 굴절 소자(16) 대신에 회절 소자를 이용할 수 있다. 또한, 청색을 띠는 백색 광과 노란색을 띠는 백색 광을 지향시키기 위한 다른 구성도 당업자에겐 자명하다. 또한, 여기서, 미변환된 청색 광(23; 도 1에는 도시되지 않음)은 우측으로 지향되어 청색을 띠는 백색 광(22)에 더해질 수 있다.
도 4는 도 1에 도시한 바와 같이 헤드라이트(10)를 포함하는 차량(28)의 정면도이다. 차량(28)은, 예를 들어, 자동차, 버스, 또는 트럭일 수 있다. 헤드라이트(10)는, 헤드라이트(10)의 중심 방향이 차량(28)의 주 전진 운전 방향(30)에 대응하도록 배치되고, 이에 따라 노란색을 띠는 백색 광(24)은 도로(32)와 임의의 다가오는 차량 쪽으로 지향된다. 반면에, 청색을 띠는 백색 광(22)은 도로(32)의 갓길(34) 쪽으로 지향된다. 전술한 바와 같이, 청색을 띠는 백색 광은 도로 옆에 있거나 도로 갓길에 있는 물체(예를 들어, 교통 신호, 보행자, 동물 등)의 가시성을 개선할 수 있는 한편, 노란색을 띠는 백색 광은 예를 들어 다가오는 차량에 대하여 보다 즐거운 것이다. 선택 사항으로서, 차량(28)은 헤드라이트(10)와 유사한 헤드라이트(10')를 더 포함할 수 있지만, 노란색을 띠는 광(24')이 도로(32) 쪽으로 지향되고 청색을 띠는 백색 광(22')이 좌측으로 지향되어, 도로(32)의 반대쪽에 있는 갓길(34')을 조명한다. 다른 방안으로, 헤드라이트(10')는 종래의 백색 헤드라이트일 수 있고, 또는 청색을 띠는 백색 광(22')이 오른쪽으로 지향되는 헤드라 이트(10)와 유사할 수 있다. 이렇게 전술한 다른 설정들은 우측 주행 교통(right-hand traffic)에 가장 적합하다. 좌측 주행 교통에서는, 그러한 설정들이 거울-반전(mirror-inverted)되어야 한다.
당업자라면 본 발명이 결코 전술한 바람직한 실시예들로 한정되지 않는다는 점을 인식한다. 오히려, 청구범위 내에서 많은 수정 및 변동이 가능하다. 예를 들어, 도 2에서는 하나의 LED 칩과 하나의 변환판이 도시되어 있지만, LED는 하나 또는 여러 개의 변환판에 의해 덮히는 여러 개의 LED 칩을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 LED 칩은 자신의 고유한 변환층을 가질 수 있다. 또한, 2개의 헤드라이트를 갖는 사륜 차량이 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 헤드라이트를 하나의 헤드라이트를 갖는 오토바이와 같은 이륜 차량에 마찬가지로 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 차량용 헤드라이트(10)로서,
    청색 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 칩(18) 및 상기 청색 광의 일부를 노란색 광으로 변환하기 위한 적어도 하나의 중첩 변환층(overlying converter layer; 20)을 포함하는 LED(12) - 상기 노란색 광과 청색 광의 일부는 상기 LED의 법선 방향으로 방출되는 청색을 띠는 백색 광을 형성하고, 상기 노란색 광과 청색 광의 일부는 보다 넓은 이탈각(larger angles of departure)으로 방출되는 노란색을 띠는 백색 광을 형성함 - 와,
    상기 노란색을 띠는 백색 광을 상기 헤드라이트의 중심 방향으로 지향시키고 상기 청색을 띠는 백색 광을 상기 헤드라이트의 주변 방향으로 지향시키는 수단(14, 16)
    을 포함하는 차량용 헤드라이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지향시키는 수단은, 상기 LED 칩의 측면으로부터 방출된 임의의 미변환된 청색 광(unconverted blue light)을 상기 헤드라이트의 주변 방향으로 지향시키도록 더 구성되어 있는 차량용 헤드라이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지향시키는 수단은 반사 소자, 굴절 소자, 회절 소자 중 적어도 하나를 포함하는 차량용 헤드라이트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED를 덮는 실리콘 렌즈와 같은 렌즈(26)를 더 포함하는 차량용 헤드라이트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변환층은 세라믹 변환판과 같은 고상 변환판(solid-state converter plate)인 차량용 헤드라이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변환층은 인광체를 포함하는 차량용 헤드라이트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 헤드라이트를 포함하는 차량(32).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 헤드라이트의 중심 방향은 상기 차량의 주 전진 운전 방향(main forward driving direction)에 대응하는 차량.
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