KR20080046689A - Ｌｅｄ 헤드램프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 축(14)을 중심으로 광을 방출하도록 배열된 복수 개의 LED 유닛들(12)을 포함하는 고체 상태 광원(10)에 관한 것이다. 각각의 LED 유닛(12)은 다수의 LED들, 예를 들어, 5개까지의 LED를 포함할 수 있다. 그들은 모두 단일 컬러를 방출할 수 있거나, 다수의 컬러들이 특정 효과를 위하여 결합될 수 있다. 광 투과 도광기(16)는 LED 유닛들(12)과 연관되고 복수 개의 입력 윈도우들(18)을 포함한다. 각각의 LED 유닛(12)은 각각의 입력 윈도우에 면하고, 각각의 윈도우(18)는 상기 축(14)을 가로로 가로막아 LED 유닛들(12)로부터 광을 수신한다. 입력 윈도우들(20)은 공통의 출력 윈도우(20)로 안내되고, 출력 윈도우(20)는 입력 윈도우들(18)에 따라 축 방향으로 정렬된다. 도광기(16)는 입력 윈도우들(18)과 출력 윈도우(20) 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들(22)을 갖는다.

Description

ＬＥＤ 헤드램프 시스템{LED HEADLAMP SYSTEM}

본 출원인은 2005년 8월 31일자로 출원된 LED 헤드램프 시스템에 대한 미국 가출원 제60/712,772호에 대한 우선권을 주장하는 바이다.

본 발명은 광원에 관한 것이고, 특히 고체 상태(solid-state) 광원에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 백열등의 광 분포 패턴을 모방하기 위하여 헤드램프에 채택될 수 있는 고체 상태 광원에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 자동차 헤드램프 조명으로서 사용될 수 있는 고체 상태 광원에 관한 것이다.

LED는 이제 효율성 및 내구성을 위하여 여러 종류의 다양한 조명 응용예에 사용되고 있다. 가장 난해한 조명 응용예 중 하나는 자동차 헤드 라이팅이고, LED의 긴 수명과 강건성 때문에 헤드램프에 LED를 사용하는 것이 추진된다. 양호한 휘도(luminance)가 요구되나, LED는 텅스텐 할로겐 필라멘트들 또는 아크 방전에 비해 현저히 낮은 휘도를 가지므로, 요구되는 총 루멘을 생성하기 위하여 복수 개의 LED들이 사용되어야 한다. 이것은 복수 개의 LED를 함께 한 조로 짜맞춤으로써 달성될 수 있으나, 분산된 광원들을 광학적으로 통합하는 것은 어렵고, 자동차 전조등(forward automotive lighting)은 우수한 빔 지향성을 요구하다. 따라서 충분한 루멘 및 양호한 빔 구조를 갖는 LED 헤드램프 시스템에 대한 요구가 존재한다. 넓은 영역에 걸쳐 LED를 분산시킴으로써 헤드라이트 기능을 달성하는 것이 가능하다. 이것은 과도한 가열의 문제를 해소하는데 도움이 되나, 상이한 방향들로부터의 빔 정렬을 요구함으로써 빔 구성(beam building) 및 광학 문제들을 악화시킨다. 그것은 또한 하우징 및 지지 구조들을 커지고, 성가시며 비싸게 만든다. 따라서 광학적으로 컴팩트한 LED 헤드 라이팅 시스템에 대한 요구가 존재한다.

따라서 본 발명의 목적은 선행 기술의 단점들을 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 LED 헤드램프들을 개선하는 것이다.

이러한 목적들은 본 발명의 일 태양에 따라, 일반적으로 축을 중심으로 광을 방출하도록 배열된 복수 개의 LED 유닛들을 포함하는 고체-상태 광원을 제공함으로써 달성된다. 광 투과 도광기(light transmissive light guide)는 복수 개의 입력 윈도우를 구비하고, 복수 개의 입력 윈도우는 각각의 입력 원도우와 면하는 각각의 LED 유닛을 구비한다. 각각의 윈도우는 가로로 축을 가로막고 LED 유닛들로부터 광을 수신한다. 공통의 출력 윈도우는 입력 윈도우들에 따라 축 방향으로 정렬된다. 도광기는 입력 윈도우들과 출력 윈도우 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들을 갖고, 렌즈는 출력 윈도우에 따라 축 방향으로 정렬되고 출력 윈도우로부터 수신된 광을 조명되어야 할 필드로 지향된 목적하는 빔 패턴으로 굴절시키기 위하여 출력 윈도우에 대해 배치된 초점을 갖는다. 전기 커넥터는 LED 유닛들에 에너지를 공급하기 위해 외부 전원으로부터 전력을 제공하고, 하우징은 LED 유닛들, 도광기, 렌즈 및 전기 커넥터를 적절한 관계로 보유한다.

도 1은 도 3의 라인 1-1을 따라 절개된 본 발명의 일 실시예에 대한 정면도이다.

도 2는 도 1의 실시예의 측면도이다.

도 3은 도 1의 라인 3-3을 따라 절개된 본 발명의 실시예에 대한 평면도이다.

도 4는 제자리에 도광기를 구비한 도 3의 실시예의 측면도이다.

도 5는 자동차 헤드램프의 일 실시예에 대한 다이어그램이다.

본 발명, 그리고 본 발명의 다른 추가적인 목적, 이점들 및 성능의 더 나은 이해를 위하여, 전술한 도면과 함께 이하의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조한다.

이제 도면을 참조하면, 도 1에는 일반적으로 축(14)을 중심으로 광을 방출하기 위해 배열된 복수 개의 LED 유닛들(12)을 포함하는 고체 상태 광원(10)이 도시되어 있다. 각각의 LED 유닛(12)은 다수의 LED, 예를 들어, 5개까지의 LED를 포함할 수 있다. 그것들은 모두 동일한 하나의 컬러를 방출할 수 있거나, 다수의 컬러들이 특정 효과를 위하여 결합될 수 있다. 광 투과 도광기(16)는 LED 유닛들(12)과 연관되고, 복수 개의 입력 윈도우들(18)을 구비한다. 각각의 LED 유닛(12)은 각각의 입력 윈도우(18)와 면하고, 각각의 윈도우(18)는 축(14)을 가로로 가로막고 LED 유닛들(12)로부터 광을 수신한다. 입력 윈도우들(18)은 입력 윈도우들(18)에 따라 축 방향으로 정렬된 공통의 출력 윈도우(20)로 안내된다. 도광기(16)는 도광 기(16)에서의 총 내부 반사를 향상시키기 위하여 입력 윈도우들(18)과 출력 윈도우(20) 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들(22)을 갖는다.

렌즈(24)는 출력 윈도우(20)에 따라 축 방향으로 정렬되고, 출력 윈도우(20)로부터 수신된 광을 조명되어야 할 필드로 지향된 목적하는 빔 패턴으로 굴절시키기 위하여 출력 윈도우에 대해 배치된 초점을 갖는다.

전기 커넥터(26)는 LED 유닛들에 에너지를 공급하기 위하여 외부 전원으로부터 전력을 제공한다.

히트싱크(heatsink)로서 기능할 수도 있는 하우징(28)은 LED 유닛들(12), 도광기(16), 렌즈(24) 및 전기 커넥터(26)를 적절한 관계로 보유한다. 히트싱크 기능을 증가시키기 위하여, 복수 개의 열-방사 핀들(29)이 하우징(28)에 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 출력 윈도우(20)는 40 제곱 밀리미터 미만의 면적을 갖는다.

도 5에 다이어그램으로 도시된 차량 램프 시스템(30)은 복수 개의 고체 상태 광원들(10)을 포함할 수 있고, 상이한 광원들은 상이한 광 출력을 제공하도록, 예를 들어, 하나의 광원(10)은 상향 빔을 제공하고 다른 광원은 하향 빔을 제공하도록 형성된다.

부가하여, 광원들은 빔 분산 기능(beam spread function), 핫 스팟 빔 기능(hot spot beam function) 등을 제공하도록 구성될 수 있다.

LED 유닛들(12)은 인쇄 회로 기판 상에 직접 설치된 세라믹 고착물(fixture) 들에 포함될 수 있다. LED 유닛들(12)은 바람직하게 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 한 줄 또는 두 줄로 배열된다.

도광기(16)는 광 투과 재료로 형성된다. 유리 또는 폴리카보네이트와 같은 플라스틱이 사용될 수 있다. 바람직한 재료는 저렴한 비용으로 바람직한 광학 형태를 취하도록 몰딩가능하다. 도광기는 하나 이상의 LED 유닛들(12)을 면하여 하나 이상의 LED로부터 광을 수신하기 위하여 빔 축(14)을 가로로 가로막는 하나 이상의 입력 윈도우(18)를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 각각의 LED 유닛(12)에 대한 하나의 도광기 입력 윈도우(18)가 존재한다. 요구된다면, 2 이상의 LED 유닛들(12)이 특정 입력 윈도우(18)로 지향될 수 있다. 그 다음 바람직한 개별적인 입력 윈도우들(18)은 방출된 광의 상당 부분을 포착하기 위하여 LED 유닛의 출력 영역 중 각각의 하나에 이른다. 만약 예를 들어 빔 기능 어레이에 5개의 LED 유닛들(12)이 존재한다면, 5개의 별개의 입력 윈도우들(18)이 존재하고, 각각의 입력 윈도우는 대응하는 LED 유닛의 방출 영역에 이르도록 가까이 배치된다. 대안적으로, 입력 윈도우는 어레이의 모든 LED들에 이를 수 있다. 예를 들어, 5개의 LED 유닛들이 상향 빔 분산 기능의 수평 띠를 구성한다면, 하나의 입력 윈도우는 LED 유닛 폭의 5배 더하기 인접하는 LED 유닛들 간의 간격보다 약간 더 큰 수평 폭을 가질 것이고 그에 의해 5개의 LED 유닛들의 출력 영역에 이를 것이다.

도광기(16)는 입력 윈도우(들)(18)에 따라 축 방향으로 정렬되고 복수 개의 입력 윈도우들에 이르는 공통의 출력 윈도우(20)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 공통의 출력 윈도우(20)는 입력 윈도우 면적들보다 더 큰 면적을 가지나, 바람 직하게 필라멘트를 모방하는 크기를 갖는다. 일반적으로, 가능한 작은 출력 윈도우를 갖는 것이 바람직하고, 궁극적으로 이상적인 광점 소스(optical point source)를 형성한다. 불행하게도, 작은 출력 윈도우는 통과된 광의 양을 컷오프하고, 투과는 광학 크기에 대해 밸런싱되어야 한다. 도광기(16)는 총 내부 반사를 가능하게 하기 위하여 입력 윈도우와 출력 윈도우 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들을 갖는다.

지지 레그들(32)은 예를 들어, 볼트(36)를 수용할 수 있는 플랜지(34)에 의해 하우징(28) 상의 위치에 도광기(16)를 배치한다. 도광기(16)는 LED들(12) 사이를 가교하도록 형성될 수 있고, LED들(12)에 인접한 입력 윈도우들(18)을 튼튼하게 그리고 정확히 고정하기 위하여 레그들(32)에 의해 하우징(28)에 고착된다. 바람직한 실시예에서, 입력 윈도우들, 출력 윈도우 및 지지부(레그들(32))를 구비하는 도광기는 LED들의 어레이를 지지하는 기판에 고착된 광 투과 재료로부터 몰딩된 단일 바디이고, 그에 의하여 입력 윈도우들을 각각의 LED들에 관련하여 정면으로 면하여 정확히 고정한다.

종합적으로, 본 발명은 바람직한 도광기에 각각의 광 공급 LED 유닛들(12)에 면하는 각각의 좁은 입력 윈도우들(18)을 구비한 복수 개의 테이퍼링된 부분들의 형태를 제공하고, 더 넓은 출력 단부들은 단일의 출력 윈도우(20)로서 함께 병합된다. 각각의 입력 윈도우들로부터 공통의 출력 윈도우로의 바람직한 측벽 각도(들)는 특정 빔 기능을 위한 빔 각도에 대응한다. 상향 및 하향 빔 핫 스팟 각도들, 상향 및 하향 빔 분산 각도들을 가진 도광기들이 존재할 수 있다. 유사하게, 굴곡 빔 기능들(bending beam function), 즉, 동적 방향등(dynamic turning lighting) 또는 전면의 전조등 시스템 조명, 및 안개등, 시그널링, 주간 운행(daylight running), 마커 또는 목적하는 빔의 분산(높이 및 폭 각도)이 도광기 구조에서 시작되는 경우의 다른 기능들을 위한 도광기들이 존재할 수 있다. 헤드램프의 외관을 매끄럽게 하거나 메우거나 스타일링하는 다른 빔 특징들을 포함하는 것 또한 바람직하다. 이러한 상이한 모든 기능들은 복수 개의 광원 어셈블리들에 수용될 수 있다.

현재 본 발명의 바람직한 실시예로 고려되는 것이 설명되고 기술되었으나, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 여러 변형예 및 수정예가 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명하다.

Claims (10)

1. 일반적으로 축을 중심으로 광을 방출하도록 배열된 복수 개의 LED 유닛들;

   복수 개의 입력 윈도우들 및 상기 입력 윈도우들에 따라 축 방향으로 정렬된 공통의 출력 윈도우를 포함하는 광 투과 도광기 - 여기서, 각각의 LED 유닛은 각각의 입력 윈도우에 면하고, 각각의 입력 윈도우는 상기 축을 가로로 가로막아 상기 LED 유닛들로부터 광을 수신하고, 상기 도광기는 상기 입력 윈도우들과 상기 출력 윈도우 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들을 가짐 -;

   상기 출력 윈도우에 따라 축 방향으로 정렬되고, 상기 출력 윈도우로부터 수신된 광을 조명되어야 할 필드로 지향된 목적하는 빔 패턴으로 굴절시키기 위하여 상기 출력 윈도우에 대하여 배치된 초점을 갖는 렌즈;

   상기 LED 유닛들에 에너지를 공급하기 위하여 외부 전원으로부터 전력을 제공하는 전기 커넥터; 및

   상기 LED 유닛들, 도광기, 렌즈 및 전기 커넥터를 적절한 관계로 보유하는 하우징;

   을 포함하는 고체 상태 광원.
2. 제1항에 있어서,

   상기 출력 윈도우는 40 제곱 밀리미터 미만의 면적을 갖는,

   고체 상태 광원.
3. 복수 개의 고체 상태 광원들 - 여기서, 각각의 광원은 일반적으로 축을 중심으로 광을 방출하도록 배열된 적어도 하나의 LED를 포함하는 적어도 하나의 LED 유닛을 포함함 -;

   입력 윈도우들 및 상기 입력 윈도우들에 따라 축 방향으로 정렬된 공통의 출력 윈도우를 포함하는 광 투과 도광기 - 여기서, 입력 윈도우들은 하나 이상의 LED 유닛들에 면하도록 상기 축을 가로로 가로막아 상기 하나 이상의 LED들로부터 광을 수신하고, 상기 도광기는 상기 입력 윈도우들과 상기 출력 윈도우 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들을 가짐 -;

   상기 각각의 출력 윈도우들에 따라 축 방향으로 정렬되고, 상기 출력 윈도우들로부터 수신된 광을 조명되어야 할 필드로 지향된 목적하는 빔 패턴으로 굴절시키기 위하여 상기 출력 윈도우들에 대하여 배치된 초점을 갖는 렌즈;

   상기 LED 유닛들에 에너지를 공급하기 위하여 외부 전원으로부터 전력을 제공하는 전기 커넥터; 및

   상기 LED 유닛들, 상기 도광기, 상기 렌즈 및 상기 전기 커넥터를 적절한 관계로 보유하는 하우징;

   을 포함하는 차량 램프 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   적어도 하나의 광원은 상향 빔 기능을 제공하는,

   차량 램프.
5. 제3항에 있어서,

   적어도 하나의 광원은 하향 빔 기능을 제공하는,

   차량 램프.
6. 제3항에 있어서,

   적어도 하나의 광원은 분산 빔 기능을 제공하는,

   차량 램프.
7. 제3항에 있어서,

   적어도 하나의 광원은 핫 스팟 빔 기능을 제공하는,

   차량 램프.
8. 제3항에 있어서,

   적어도 하나의 광원은 굴곡 빔 기능을 제공하는,

   차량 램프.
9. 일반적으로 축을 중심으로 광을 방출하기 위하여 기판 상에 배열된 복수 개의 LED 유닛들; 및

   복수 개의 입력 윈도우들 및 상기 입력 윈도우들에 따라 축 방향으로 정렬된 공통의 출력 윈도우를 포함하는 단일의 광 투과 도광기 - 여기서, 각각의 LED 유닛은 각각의 입력 윈도우에 면하고, 각각의 입력 윈도우는 상기 축을 가로로 가로막아 상기 LED 유닛들로부터 광을 수신하며, 상기 도광기는 상기 입력 윈도우들과 상기 출력 윈도우 사이에서 연장되는 매끄러운 측벽들을 포함하고, 상기 단일의 도광기는 상기 각각의 LED들에 대하여 고정되게 상기 입력 윈도우들을 배치시키고 보유하기 위하여 상기 기판에 대해 고정된 지지부를 포함함 -

   를 포함하는,

   고체 상태 광원.
10. 제9항에 있어서,

    상기 출력 윈도우에 따라 축 방향으로 정렬되고, 상기 출력 윈도우로부터 수신된 광을 조명되어야 할 필드로 지향된 목적하는 빔 패턴으로 굴절시키기 위하여 상기 출력 윈도우에 대하여 배치된 초점을 갖는 렌즈;

    상기 LED 유닛들에 에너지를 공급하기 위하여 외부 전원으로부터 전력을 제공하는 전기 커넥터; 및

    상기 LED 유닛들, 도광기, 렌즈 및 전기 커넥터를 적절한 관계로 보유하는 하우징;

    을 더 포함하는,

    고체 상태 광원.

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