KR20240029101A - 나중에 구성가능한 led 모듈 및 차량 헤드라이트 - Google Patents
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Abstract
복수의 발광 다이오드(LED) 장착 구역(3)을 갖는 캐리어를 포함하는 디바이스가 설명된다. LED 장착 구역들 각각은 콘택 패드 쌍(4)을 포함하고, 콘택 패드 쌍(4)은 복수의 LED 장착 구역들의 제1 서브세트 내의 LED 장착 구역에 전기적으로 결합되거나, 복수의 LED 장착 구역들의 제2 서브세트 내의 각자의 LED 장착 구역에서 분로 요소(20)와 직렬로 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, LED들(10)은 복수의 LED 장착 구역의 제1 서브세트 내에 배치될 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 8월 10일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/231,569호, 및 2021년 7월 21일자로 출원된 국제 특허 출원 번호 제PCT/CN2021/107705호의 이익을 주장하며, 그 내용들은 본 명세서에 참조로 포함된다.
예를 들어, 다이오드 레이저들을 포함하는 임의의 또는 모든 반도체 발광 디바이스들을 포함할 수 있는 발광 다이오드들(LED들)은 에너지 효율 및 수명과 같은 기술적 속성들이 우수하기 때문에 종래 기술의 광원들을 더 자주 대체하고 있다. 이는, 휘도, 광도, 및/또는 빔 형상화(예를 들어, 차량 헤드라이팅) 등의 관점에서, 까다로운 응용들에도 해당될 수 있다. 높은 루멘 출력을 전달하기 위해, 전형적으로, 하나보다 많은 LED가 요구될 수 있고, 이 LED들은, 예를 들어, 어레이 패턴으로 배열될 수 있다. 추가적으로, 그것들의 에너지 효율에도 불구하고, 고전력 LED들과 같은 LED들은 LED 접합 온도들을 낮게 유지하기 위해, LED를 히트싱크에 연결하는 등에 의한 냉각을 요구하는 상당한 열을 여전히 발생시킬 수 있다.
복수의 발광 다이오드(LED) 장착 구역을 갖는 캐리어를 포함하는 디바이스가 설명된다. LED 장착 구역들 각각은 콘택 패드 쌍(a pair of contact pads)을 포함하고, 콘택 패드 쌍은 복수의 LED 장착 구역들의 제1 서브세트 내의 LED 장착 구역에 전기적으로 결합되거나, 복수의 LED 장착 구역들의 제2 서브세트 내의 각자의 LED 장착 구역에서 분로 요소(shunting element)와 직렬로 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, LED들은 복수의 LED 장착 구역의 제1 서브세트 내에 배치될 수 있다.
첨부 도면들과 함께 예시적으로 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED 모듈의 LED들과 분로 요소들 사이의 직렬 연결의 회로도이다.
도 3은 다른 예시적인 LED 모듈의 일부의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 차량 헤드라이트를 위한 다양한 LED 배열들 및 차량 앞의 그것들의 결과적인 밝기 분포들의 개략도들이다.
도 7은 도 1 또는 도 3의 LED 모듈의 2개의 직렬 연결의 예시적인 병렬 연결의 개략도이다.
도 8은 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 9는 또 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 1은 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED 모듈의 LED들과 분로 요소들 사이의 직렬 연결의 회로도이다.
도 3은 다른 예시적인 LED 모듈의 일부의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 차량 헤드라이트를 위한 다양한 LED 배열들 및 차량 앞의 그것들의 결과적인 밝기 분포들의 개략도들이다.
도 7은 도 1 또는 도 3의 LED 모듈의 2개의 직렬 연결의 예시적인 병렬 연결의 개략도이다.
도 8은 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 9는 또 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
상이한 광 일루미네이션 시스템들(light illumination systems) 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이 예들은 상호 배타적이지 않고, 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나의 예에서 발견된 특징들은 하나 이상의 다른 예에서 발견된 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시한 예들은 단지 예시적 목적들을 위해 제공되고, 그것들은 본 개시내용을 어떤 방식으로든 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 명세서 전체에 걸쳐서 유사한 요소들을 가리킨다.
제1, 제2, 제3 등의 용어들이 본 명세서에서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이 요소들은 이 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 요소를 제2 요소라고 부를 수 있고, 제2 요소를 제1 요소라고 부를 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함할 수 있다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 또 다른 요소 "상에" 있거나 또 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 지칭될 때, 이 요소는 또 다른 요소 상에 직접 있거나 또 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나 또는 개재 요소(intervening element)들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대조적으로, 한 요소가 또 다른 요소 "상에 직접(directly on)" 있거나 또 다른 요소 "상으로 직접(directly onto)" 연장되는 것으로 지칭될 때, 어떠한 개재 요소들도 존재하지 않을 수 있다. 한 요소가 또 다른 요소에 "연결(connected)" 또는 "결합(coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 한 요소가 다른 요소에 직접 연결 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 결합될 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 한 요소가 또 다른 요소에 "직접 연결(directly connected)" 또는 "직접 결합(directly coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 그 요소와 다른 요소 사이에 어떠한 개재 요소들도 존재하지 않는다. 이 용어들은 도면들에 묘사된 임의의 배향 이외에 요소의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.
"아래에(below)", "위에(above)", "상부(upper)", "하부(lower)", "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적인 용어들이 도면들에 예시된 바와 같이 한 요소, 층, 또는 영역과 또 다른 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이 용어들은 도면들에 묘사된 배향 이외에 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.
이미 언급한 바와 같이, 차량 헤드라이팅과 같은 높은 루멘 응용들의 경우, 고전력 LED들은 요구된 광속을 전달하기 위해 다수로 사용될 필요가 있을 수 있다. 그렇게 하기 위해, 전형적으로, 이러한 LED들은 어레이 패턴에서와 같이 서로 가까이 배치될 수 있다. 그러나, 필요한 광속을 산출하는 것 외에, 다수의 LED를 사용하는 것은 또한 추가 설계 옵션들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 예컨대 발광 구역의 크기, 휘도, 및 광속과 관련하여, 적절한 LED들을 선택하는 것에 의해, 그리고 예컨대 LED-간 거리들(또는 LED 밀도) 및 광원의 전체 형상과 관련하여, LED들의 상대적 배열을 선택하는 것에 의해, LED 광원의 특성들이 크게 달라질 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 차량의 앞의 도로 상에, LED들을 촬상하는 광학 시스템들의 설계 외에, LED 광원 특성들의 설계가 아주 많이 이용될 수 있다.
차량 헤드라이트들을 설계할 때, 기술적 고려사항들에 추가하여 설계 양태들이 고려될 수 있다. 자동차 제조업체들은 차량의 조명 특징들(lighting features)을 경쟁 제품과의 중요한 차별점(differentiator)으로 간주한다. 놀랄 것도 없이, 시장에는 LED 광원들의 레이아웃에서 또한 크게 상이한 많은 상이한 헤드라이팅 시스템들이 존재한다.
LED 모듈을 제조함에 있어서, LED들은 LED들을 동작시키기 위해 요구되는 전기 회로부의 적어도 일부를 통합하는 회로 보드 또는 리드 프레임과 같은 캐리어 상에, 그리고 특히 고전력 LED들의 냉각을 개선하기 위해 히트싱크(그 다음에 전기 회로부가 별개의 컴포넌트로서 추가될 수 있음) 상에 더 자주 그리고 더 직접적으로 배치될 수 있다. LED들의 타입 또는 수를 변경하거나, 그것들의 상대적 공간 배열(LED-간 거리들 및 상대적 배치)을 변경하는 것 등에 의해, LED 모듈을 수정하는 것은, 전형적으로 전체 LED 모듈, 히트싱크, 및 전기 회로부(예를 들어, 회로 보드 또는 리드 프레임)의 완전한 재설계를 요구할 수 있다. 이러한 재설계에 의해, 이전의 제조 툴들이 사용되지 않을 수 있거나, 적어도 상당한 변경들을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 히트싱크들을 위한 스탬핑 또는 몰딩 툴들은 변경되거나 새롭게 만들어질 필요가 있을 수 있고, 회로 보드들 상의 콘택 패드들 및 연결 라인들은 재배치될 필요가 있을 수 있고, 전형적으로, 예를 들어, 회로 보드들을 위한 새로운 프린트 매트릭스들을 요구한다. 각각 생산량이 낮은 많은 LED 광원 형상들을 고려할 때, 이러한 심각한 재설계의 필요성과 새로운 또는 적어도 심각하게 적응된 제조 툴들의 필요성은 규모의 경제성을 제공하지 않을 수 있다.
이러한 상황을 적어도 완화하기 위해, 본 명세서에 설명된 실시예들은 LED 모듈들을 위한 설계 플랫폼을 제공한다. 본 명세서에 설명된 실시예들에서, 설계 플랫폼은 LED 광원의 많은 상이한 형상들 및 휘도 분포들을 실현하기 위한 잠재력을 보유하고 특정 응용을 위한 타깃화된 LED 광원의 특정한 특성들이 나중에(late) 구성될 수 있는 LED 모듈의 레이아웃을 포함할 수 있다. 따라서, 제안된 LED 모듈은 많은 상이한 최종 변형들에 대해 동일한 툴들을 사용하여 통합된 방식으로 제조될 수 있다.
도 1은 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도이다. 도 1에 예시된 예에서, 히트싱크(1)는 시트 금속으로부터 스탬핑되고, 대체로 평면 상부 면과 아래로 굽은 측면들을 갖는다. 히트싱크(1)의 평면 상부 면 상에, 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 캡슐화된 리드 프레임과 같은 회로 보드(2)가 LED 모듈에 대한 전기적 연결들을 제공하고 LED들(10) 이외의 전기 컴포넌트들을 운반할 수 있다. 그것의 중간 부분에서, 회로 보드(2)는 히트싱크(1)의 상부 면의 중앙 부분을 나타내는 컷아웃(cutout)을 가질 수 있고, 여기서, 2-행 어레이로 배열되어, LED 장착 구역들(3)이 배치될 수 있다. 이들 장착 구역들(3)의 적어도 일부에서, 최적의 열 접촉을 위해, LED들(10)은 접착에 의해 또는 열 패드의 사용에 의해서와 같이 히트싱크(1) 상에 직접 장착될 수 있다. 회로 보드(2) 상에, (개념적 그룹화(5)에 의해 표시된) 장착 구역들(3)과 일대일 관계로, 콘택 패드 쌍들(4)이 배치될 수 있어, 각각의 콘택 패드 쌍(4)은 그것의 대응하는 LED 장착 구역(3)에 대향한다.
도 1의 하부의 확대된 상세들에서 더 잘 인식가능한 바와 같이, 장착 구역들(3)의 일부에서, 리본 본드들(15)과 같은 것에 의해 그것의 대응하는 콘택 패드 쌍(4)의 콘택 패드들(4)에 전기적으로 연결되는 전극들(11)을 갖는 LED들(10)(발광 구역(12)을 가짐)이 장착될 수 있다. 다른 LED 장착 구역들(3)은 비어 있다. 그러나, 그러한 빈(empty) 장착 구역들(3)에 대응하는 콘택 패드 쌍들(4)의 콘택 패드들(4)은 분로 요소(20)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 보드(2)의 (도시되지 않은) 전기적 연결들은 콘택 패드 쌍들(4)을 직렬로 전기적으로 연결할 수 있으므로, 이 직렬 연결이 LED들(10)과 분로 요소들(20)의 직렬 연결을 야기할 수 있다.
따라서, 본 개시내용은 LED 장착 포지션들(3)을 갖는 일종의 "표준화된" 캐리어(도 1에서, 히트싱크(1)), 및 LED 장착 구역들(3)에 일대일 대응(5)으로 콘택 패드 쌍들(4)을 포함하고, 콘택 패드 쌍들(4)을 전기적 직렬 연결로 연결하는"표준화된" 전기 회로부(도 1에서, 회로 보드(2)에 의해 구성됨)를 제조하는 것을 제안한다. 그 다음, 나중 구성 단계(late configuration step)에서, 설계자는 어느 LED들(10)을 어디에 배치할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 이러한 나중 구성 단계에서만, 설계자는 발광 구역의 크기, 휘도, 및 광속 등의 관점에서 이용할 LED들의 타입들을 선택하고, 이러한 LED들(10)을 배치할 장착 구역들(3)을 선택하여, LED들(10)이 장착되는 구역의 형상 및 그 구역 내의 그것들의 장착 밀도(LED-간 거리)를 결정할 필요가 있다.
캐리어 및 전기 회로부가 많은 응용들에 대해 동일할 수 있고, 따라서 대량 제조될 수 있지만, LED들(10)의 배치 및 그것들의 전극들(11)을, 예를 들어, 리본 본드들(15)을 통해 그것들의 대응하는 콘택 패드 쌍의 콘택 패드들(4)에 연결시키는 것, 및 나머지 콘택 패드 쌍들의 콘택 패드들(4)에 대한 분로 요소들(20)의 배치(및 연결)는 표준 픽 앤 플레이스(pick and place) 및, 예를 들어, 반도체 제조에서의 솔더 프로세스들을 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들은 LED들(10)을 어디에 배치할지의 자유도를 감소시킴으로써 설계 프로세스를 단순화할 뿐만 아니라, 훨씬 더 중요하게는, 이전에 요구된 맞춤형 제조 프로세스들을 표준 대량 제조 프로세스들로 변환한다.
도 1에서와 같이, 전기 회로부를 수용하기 위해 회로 보드(2)를 사용하는 경우, 이러한 회로 보드(2)는, 예를 들어, 표준 FR4 PCB, 또는 회로 보드가 회로 보드 상에 장착된 컴포넌트들의 열 분산 및 소산을 지원해야 하는 경우에는 절연 금속 기판(Insulated Metal Substrate, IMS) 보드인 것으로 선택될 수 있다. IMS 보드 대신에, 캡슐화된 리드 프레임이 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 히트싱크(1)로부터 분리된 회로 보드(2)(또는 리드 프레임) 대신에, 이들 2개의 컴포넌트도 통합될 수 있다. 예를 들어, LED들을 장착할 뿐만 아니라 전기 회로부를 포함(및 분로 요소들을 장착)하기 위해 캐리어를 사용할 수 있다. 이러한 후자의 경우에는, 하부의 히트싱크에 열적으로 결합된 IMS 또는 리드 프레임이 특히 유리할 수 있다.
도 2는 도 1의 LED 모듈의 LED들과 분로 요소들 사이의 직렬 연결의 회로도이다. 분로 요소들(20)은 LED들(10) 사이의 직렬 연결을 닫는 목적의 역할을 할 수 있는데, 그 이유는, 그렇지 않으면, 연관된 LED(10)를 갖지 않는 콘택 패드 쌍들의 콘택 패드들(4)이 개방 회로로 이어지기 때문이다.
이러한 쇼트커팅(shortcutting)을 위해, 제로-옴 저항기들(zero-ohm resistors)은 분로 요소들(20)에 대한 유리한 선택일 수 있다. 그러나, 기본적으로는, 닫힌 스위치들, 고정된 값의 비-제로-옴 저항기들(fixed value non-zero-ohm resistors), 및 제어가능한 배리스터들이 또한 작동할 것이다. 그러나, 이러한 스위치들, 고정된 값의 비-제로-옴 저항기들 및 제어가능한 배리스터들은 본 명세서에 설명된 LED 모듈 예들의 나중(또는 심지어 동작 시에만) 구성가능성을 훨씬 더 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 일부 실시예들에서, 이러한 요소는 장착된 LED(10)에 병렬로 추가 분로 요소(20)로서 추가될 수 있다. 추가 분로 요소(20)는 리본 본드들(15)에 의해 LED(10)의 전극들(11)에 이미 연결된 콘택 패드 쌍의 콘택 패드들(4) 사이에 전기적으로 결합될 수 있다.
이러한 상황에서, 추가 분로 요소(20)는 이러한 LED(10)로의 바이패스로서 병렬(분로) 전류 경로를 개방할 수 있다. 도 3은 분로 요소(20)가 LED(10)를 바이패스하는 병렬 전류 경로를 개방하는 다른 예시적인 LED 모듈의 일부의 개략도이다. 추가 분로 요소(20)에 대한 스위치를 선택하는 것은 LED(10)를 쇼트 커팅(또는 완전히 바이패싱)하는 것을 허용할 수 있고, 따라서, LED(10)에 대한 단일 어드레싱가능성을 산출(yield)할 것이다. 추가 분로 요소(20)를 위해 고정된 값의 비-제로-옴 저항기를 사용하는 것은 LED(10)를 통한 전류, 및 그에 따른 LED(10)의 밝기를 또한 감소시킬 수 있다. 이것은, 설계자가 LED 광원의 이 부분에 대해 더 적은 밝기를 원할 수 있는 캐리어(1)에 단일 타입의 LED가 장착되는 경우에 특히 유용할 수 있다. 추가 분로 요소(20)를 위한 제어가능한 배리스터는 심지어 제로에서부터 중간 값들을 지나 LED(10)의 전체 밝기까지 전체, 동작 시 변경가능한, 밝기 제어를 허용할 수 있다.
이러한 변형을 사용하는 것은 LED 모듈의 제조를 훨씬 더 통합할 수 있다. 이를 위해, LED들(10)은 모든 장착 구역들(3)에 배치될 수 있다. 그 다음, 분로 요소들(20)의 배치(및 분로 요소들(20)에 대해 선택된 본질)만이 어느 LED들(10)이 동작하는지 및 LED 모듈에 전력을 공급하는데 있어서 이들이 어떻게 동작하는지를 결정할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제로-옴 저항기들(점퍼들)을 사용하는 것은, 어느 LED를 쇼트커팅하고 어느 LED를 동작시킬지에 대한 나중 구성을 허용할 수 있다.
장착된 LED들(10)의 동작중 제어를 위해, 전기 회로부는 그러한 추가 분로 요소들(20)에 이용되는 스위치들 및/또는 배리스터들을 위한 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 제어기는, 도 1에 도시된 바와 같은 실시예에서, 콤팩트 모듈을 산출하기 위해 회로 보드(2) 상에 장착될 수 있다. 또한, 전기 커넥터가, 예를 들어 회로 보드(2) 상에 장착함으로써, 전기 회로부에 또한 추가될 수 있다. 이러한 커넥터를 통해, LED 모듈은 LED 모듈을 차지하는 디바이스의 회로부에 접촉될 수 있다(예를 들어, 그것은 그것의 헤드라이트들 내에 LED 모듈을 통합하는 자동차의 보드 전자장치들에 연결될 수 있다).
본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 LED 모듈의 기능성은 동작 시에 장착된 LED들에 의해 방출된 광을 처리하는 주 및/또는 보조 광학계들을 추가함으로써 더 향상될 수 있다. 각각의 시준기가 그것의 대응하는 LED에 가깝고 그것의 앞에 있는 시준기들의 세트와 같은 주 광학계가 비교적 멀리 떨어져 있는 LED들(예를 들어, LED-간 거리들 ≥ 200㎛)에 유용할 수 있다. 주 광학계를 떠나는 광은, 예를 들어, 보조 광학계에 의해, 가장 간단한 경우에, 예를 들어, 단일 투사 렌즈에 의해, 차량의 앞의 도로 상에 촬상될 수 있다. 더 조밀한 간격의 LED들을 이용하면, 주 광학계가 필요하지 않을 수 있으며 적절하게 구성된 보조 광학계 단독으로 완전한 광학 처리가 행해질 수 있다.
차량 헤드라이트 응용들을 위해, LED 장착 구역들은 하나 이상의 행을 갖는 어레이로 배열될 수 있다. 이러한 LED 모듈이 차량 헤드라이트의 램프 고정물(lamp fixture)에 의해 수용된 후에, 이러한 행들은 수평일 수 있다. 행 내에 더 많은 LED들을 추가하면, 행 중심과 행 경계들 사이의 LED 밀도(LED-간 거리들)를 변화시키는 것이 도로 중간과 도로 경계들 및 그 너머 사이의 밝기를 변화시키는 것을 허용하는 더 넓은 빔들을 허용할 수 있다.
도 4 내지 도 6은, 명료성을 위해 LED 장착 구역들(3)이 생략된, 차량 헤드라이트를 위한 다양한 LED 배열들 및 차량 앞의 그것들의 결과적인 밝기 분포들의 개략도들이다. 이 도면들은 그것들의 상부 부분들 (a)에서 차량 헤드라이트를 위한 이러한 어레이의 수평 행 내의 LED들(10)의 3가지 배열을 도시한다. 그것들은 그것들의 하부 부분들 (b)에서 차량 앞에 배치된 수직 스크린 상의 이들 LED 배열들에 의해 획득된 밝기 분포를 도시한다. 3가지 상황 모두는 0° 내지 -20°의 수직 빔 범위 및 -50° 내지 +50°의 수평 빔 범위를 보여준다.
도 4에서는, LED 밀도가 행의 중간에서 얇아져서, 차량의 도로 차선의 중간에서 밝기가 다소 감소하여 도로 경계들에서 및 그 너머에서 밝기를 향상시키는 이점이 있다. 대신에, 도 5에 예시된 실시예는 중간에서뿐만 아니라 경계들에서도 일정한 LED 밀도를 이용한다. 도 4에서와 동일한 수인 5개의 LED(10)를 이용하는 것은 좌측 및 우측 최외곽 콘택 패드 쌍들(4)이 LED(10)를 갖지 않음을 의미할 수 있다. 따라서, 도 5의 밝기 분포는 더 좁은 밝기 프로파일(즉, 도로 경계들에서 및 그 너머에서 더 적은 광)을 희생하여 차량의 도로 차선의 중간에서 더 높은 강도를 가질 수 있다. 다시, 도 6은 도 4와 동일한 LED 배열(즉, 행의 중간에서 얇아진 LED 밀도)을 갖는다. 그러나, 차량의 도로 차선의 중간에 대한 도 4에서 결과적으로 나타난 밝기 감소를 보상하기 위해, 도 6은 다른 LED 장착 포지션들(3)에서보다 행 중심에서 더 강력한 LED(10.1)를 이용한다. 이를 위해, 예를 들어, 더 큰 발광 구역(12)을 갖고/갖거나 더 높은 휘도를 갖는 중심 LED(10.1)를 선택할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 또한 LED들(10)과 분로 요소들(20)을 직렬로 연결하는 회로 라인들(30)(예를 들어, 회로 보드(2) 상에 인쇄됨) 및 LED들(10)에 전력을 공급하는 전류원(40)을 도시한다. 여기서, 회로 라인들(30)은 콘택 패드들(4)로부터 콘택 패드들(4)의 모든 쌍들에 대한 분로 요소들(20)의 장착 포지션들로의 연결들을 포함할 수 있다. 대량 제조에서 규모의 경제성과 나중 구성가능성(late configurability)을 위해, 이러한 연결들은 그 추가적인 비용이 무시할 수 있는 바로 시작부터(from the very start) 전기 회로부 내에 포함될 수 있다.
LED 모듈의 추가 실시예에서, 콘택 패드 쌍들의 하나보다 많은 직렬 연결을 조합하고 이 직렬 연결들을 서로 병렬로 연결할 수 있다. 도 7은 도 1 또는 도 3의 LED 모듈의 2개의 직렬 연결의 예시적인 병렬 연결의 개략도이다. 도 7에 예시된 예에서, LED들(10)과 분로 요소들(20)의 제1 직렬 연결(50.1) 및 LED들(10)과 분로 요소들(20)의 추가 직렬 연결(50.2)이 제공된다. 2개의 직렬 연결(50.1, 50.2)은 이후 연결 라인들(30)에 의해 전류원(40)에 서로 병렬로 전기적으로 결합될 수 있다. 이러한 셋업은, 충분한 광속을 위해 단일 직렬 연결에서 유용하게 수용될 수 있는 것보다 더 많은 LED(10)가 필요한 경우에 유용할 수 있다.
도 7의 2개의 직렬 연결(50.1, 50.2)의 이러한 병렬 연결을 행할 때, 공간 레이아웃은 도 1의 배열이 계속 사용될 수 있는 방식으로 선택되었다. 다시 말해서, LED들(10)은 전기 회로부(콘택 패드 쌍들(4), 분로 요소들(20), 및 연결 라인들(30)을 가짐)를 포함하는 회로 보드(2)의 중앙 컷아웃에 의해 노출된 히트싱크(1)의 평면 상부 면 상에 장착될 수 있다.
도 8은 본 명세서에 설명된 실시예들 및 예들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(800)의 도면이다. 도 8에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(800)은 전력 라인들(802), 데이터 버스(804), 입력 필터 및 보호 모듈(806), 버스 송수신기(808), 센서 모듈(810), LED DC/DC(direct current to direct current) 모듈(812), 로직 LDO(low-dropout) 모듈(814), 마이크로컨트롤러(816) 및 액티브 헤드램프(818)를 포함한다.
전력 라인들(802)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(804)는 차량과 차량 헤드램프 시스템(800) 사이에서 그를 통해 데이터가 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(800)은 차량 내의 다른 위치들로부터 방향 지시등(turn signaling)을 턴 온하거나 헤드램프들을 턴 온하기 위한 명령어들과 같은 명령어들을 수신할 수 있고, 원하는 경우 차량 내의 다른 위치들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(810)은 데이터 버스(804)에 통신가능하게 결합될 수 있고, 차량 헤드램프 시스템(800) 또는 차량 내의 다른 위치들에, 예를 들어, 환경 조건들(예를 들어, 하루 중 시간, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예를 들어, 주차, 운행중(in-motion), 운행 속도, 또는 운행 방향), 및 다른 객체들(예를 들어, 차량들 또는 보행자들)의 존재/포지션과 관련된 추가적인 데이터를 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 결합된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 또한 차량 헤드램프 시스템(800) 내에 포함될 수 있다. 도 8에서, 헤드램프 제어기는 마이크로컨트롤러(μc)(816)와 같은 마이크로컨트롤러일 수 있다. 마이크로컨트롤러(816)는 데이터 버스(804)에 통신가능하게 결합될 수 있다.
입력 필터 및 보호 모듈(806)이 전력 라인들(802)에 전기적으로 결합될 수 있고, 예를 들어, 전도된 방출(conducted emission)들을 감소시키고 전력 내성(power immunity)을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 또한, 입력 필터 및 보호 모듈(806)은 정전기 방전(electrostatic discharge, ESD) 보호, 로드-덤프(load-dump) 보호, 교류발전기 필드 감쇠(alternator field decay) 보호, 및/또는 역 극성(reverse polarity) 보호를 제공할 수 있다.
LED DC/DC 모듈(812)은 필터링된 전력을 수신하고 구동 전류를 제공하여 액티브 헤드램프(818)의 LED 어레이 내의 LED들에 전력을 공급하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(106)과 액티브 헤드램프(818) 사이에 결합될 수 있다. LED DC/DC 모듈(812)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압을 갖는 7 볼트 내지 18 볼트의 입력 전압, 및 (예를 들어, 부하, 온도 또는 다른 인자들로 인한 인자 또는 로컬 캘리브레이션 및 동작 조건 조정들에 의해 결정된 대로의) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간(예를 들어, 0.3 볼트) 더 높을 수 있는 출력 전압을 가질 수 있다.
로직 LDO 모듈(814)이 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(806)에 결합될 수 있다. 로직 LDO 모듈(814)은 또한 CMOS 로직과 같은 액티브 헤드램프(818) 내의 전자장치들 및/또는 마이크로컨트롤러(816)에 전력을 제공하기 위해 액티브 헤드램프(818) 및 마이크로컨트롤러(816)에 결합될 수 있다.
버스 송수신기(808)는, 예를 들어, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 SPI(serial peripheral interface) 인터페이스를 가질 수 있고, 마이크로컨트롤러(816)에 결합될 수 있다. 마이크로컨트롤러(816)는 센서 모듈(810)로부터의 데이터에 기초하여, 또는 센서 모듈(810)로부터의 데이터를 포함하여, 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 액티브 헤드램프(818) 내의 이미지 버퍼에 전달가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 게다가, 마이크로컨트롤러(816)는 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고, 시동 동안 개방/단락 픽셀들(open/short pixels)을 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에서 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 풀 프레임, 차분(differential) 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로컨트롤러(816)의 다른 특징들은 로직 LDO 출력뿐만 아니라, 다이 온도를 포함한 CMOS 상태의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것 외에도, 사이드 마커 또는 방향 지시등과 함께 상보적으로 사용하는 것, 및/또는 주간 주행등을 활성화하는 것과 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.
도 9는 또 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(800)의 도면이다. 도 9에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(900)은 응용 플랫폼(902), 2개의 LED 조명 시스템(906 및 908), 및 보조 광학계(910 및 912)를 포함한다.
LED 조명 시스템(908)은 광 빔들(914)(도 9의 화살표들(914a 및 914b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(906)은 광 빔들(916)(도 9의 화살표들(916a 및 916b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 보조 광학계(910)가 LED 조명 시스템(908)에 인접하고, LED 조명 시스템(908)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(910)를 통과한다. 유사하게, 보조 광학계(912)가 LED 조명 시스템(906)에 인접하고, LED 조명 시스템(906)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(912)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서는, 차량 헤드램프 시스템에 어떠한 보조 광학계들(910/912)도 제공되지 않는다.
포함되는 경우, 보조 광학계들(910/912)은 하나 이상의 도광체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 도광체는 에지 발광형(edge lit)일 수 있거나 또는 도광체의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(908 및 906)은 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구들에 삽입되어, 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구 광 가이드) 또는 외부 에지(에지 조명 광 가이드) 내로 광을 주입할 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 도광체는 LED 조명 시스템들(908 및 906)에 의해 방출된 광을, 예를 들어, 기울기, 모따기 분포(chamfered distribution), 좁은 분포, 넓은 분포, 또는 각도 분포와 같은, 원하는 방식으로 형상화할 수 있다.
응용 플랫폼(902)은 도 9의 데이터 버스(904)와 전력 라인들(802) 중 하나 이상 또는 그 일부를 포함할 수 있는 라인들(904)을 통해 LED 조명 시스템들(906 및/또는 908)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서(차량 헤드램프 시스템(900) 내의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)가 응용 플랫폼(902)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 도 8의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(800)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(908 및 906)은 그 자신의 센서 모듈, 연결성 및 제어 모듈(connectivity and control module), 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(900)은, 조향가능한 광을 제공하기 위해 LED들이 선택적으로 활성화될 수 있는, 조향가능한 광 빔들(steerable light beams)을 갖는 자동차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이미터들 또는 LED들의 어레이는 형상 또는 패턴을 정의 또는 투사하거나 도로의 선택된 섹션들만을 일루미네이션하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 조명 시스템들(906 및 908) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명(illumination)을 요구하는 장면의 부분들(예를 들어, 도로 또는 횡단보도)을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 8의 센서 모듈(810) 내의 센서들과 유사함)일 수 있다.
도 10은 디바이스 또는 LED 모듈을 제조하는 예시적인 방법의 흐름도(1000)이다. 도 10에 예시된 예에서, 캐리어가 제공된다(1002). LED 장착 구역이 캐리어 상에 형성될 수 있다(1004). 각각의 장착 구역 내에 콘택 패드 쌍이 형성될 수 있다(1006). LED 장착 구역들의 제1 서브세트 내에 콘택 패드 쌍과 직렬로 분로 구역(shunting area)이 제공되어 전기적으로 연결될 수 있다(1008). LED 장착 구역들의 제2 서브세트에서, 콘택 패드 쌍들은 하나 이상의 LED를 장착하기 위한 영역들에 전기적으로 연결될 수 있다(1010). 일부 실시예들에서, LED들은 완전한 LED 디바이스를 형성하기 위해 LED 장착 영역들의 제2 서브세트에서 캐리어에 열적으로 결합될 수 있다. 디바이스 또는 LED 모듈이 헤드라이트들과 같은 자동차 조명 시스템에서 사용되는 실시예들에서, 디바이스 또는 LED 모듈은 주 광학계 및 보조 광학계가 포함되고 디바이스 또는 LED 모듈과 정렬될 수 있는 램프 고정물에 장착될 수 있다.
실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 본 설명이 주어지면, 본 발명 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 도시되고 설명된 특정 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
Claims (20)
- 디바이스로서,
복수의 발광 다이오드(LED) 장착 구역을 포함하는 캐리어를 포함하고, 상기 LED 장착 구역들 각각은:
하나 이상의 LED를 장착하기 위한 영역, 및
콘택 패드 쌍(a pair of contact pads)을 포함하고,
상기 콘택 패드 쌍은 상기 복수의 LED 장착 구역들의 제1 서브세트 내의 상기 LED 장착 구역에 전기적으로 결합되거나, 상기 복수의 LED 장착 구역들의 제2 서브세트 내의 각자의 LED 장착 구역에서 분로 요소와 직렬로 전기적으로 연결되는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 캐리어는 히트 싱크를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 LED를 장착하기 위한 영역은 상기 히트 싱크 바로 위에 있는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 적어도 상기 분로 요소 및 상기 콘택 패드 쌍 사이의 직렬 연결을 형성하는 임의의 전기 회로부를 포함하는 회로 보드 또는 리드 프레임 중 하나를 추가로 포함하는, 디바이스.
- 제3항에 있어서, 상기 회로 보드는 IMS 보드와 FR4 PCB 중 하나로부터 선택되는, 디바이스.
- 제0항에 있어서, 상기 분로 요소는 스위치, 제로-옴 저항기(zero-ohm resistor), 고정된 값 비-제로-옴 저항기(fixed value non-zero-ohm resistor), 또는 제어가능한 배리스터(controllable varistor) 중 하나 이상인, 디바이스.
- 제0항에 있어서,
상기 캐리어 상의 복수의 추가 발광 다이오드(LED) 장착 구역- 상기 추가 LED 장착 구역들 각각은:
추가 콘택 패드 쌍을 포함하고,
상기 추가 콘택 패드 쌍은 상기 복수의 추가 LED 장착 구역들의 추가 제1 서브세트 내의 상기 추가 LED 장착 구역에 전기적으로 결합되거나, 상기 복수의 LED 장착 구역들의 추가 제2 서브세트 내의 각자의 추가 LED 장착 구역에서 분로 요소와 직렬로 전기적으로 연결됨 -; 및
상기 복수의 장착 구역과 상기 복수의 추가 장착 구역의 직렬 연결 사이에 전기적 병렬 연결을 확립하는 전기 회로부를 추가로 포함하는, 디바이스. - 발광 다이오드(LED) 모듈로서,
복수의 발광 다이오드(LED) 장착 구역을 포함하는 캐리어를 포함하고, 상기 LED 장착 구역들 각각은:
콘택 패드 쌍,
상기 LED 장착 구역들의 제1 서브세트 상에 있고 상기 콘택 패드 쌍에 인접하여 전기적으로 결합된 적어도 하나의 LED, 및
적어도 상기 LED 장착 구역들의 제2 서브세트 내의 상기 콘택 패드 쌍 사이에 직렬로 전기적으로 결합된 분로 요소를 포함하고, 상기 LED 장착 구역들의 상기 제2 서브세트 상에는 어떠한 LED도 배치되지 않는, LED 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 캐리어는 히트 싱크를 포함하고,
상기 적어도 하나의 LED는 상기 LED 장착 구역들의 상기 제1 서브세트 내의 상기 히트 싱크에 열적으로 결합되는, LED 모듈. - 제7항에 있어서, 적어도 상기 분로 요소 및 상기 콘택 패드 쌍 사이의 직렬 연결을 형성하는 임의의 전기 회로부를 포함하는 회로 보드 또는 리드 프레임 중 하나를 추가로 포함하는, LED 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 서브세트 내의 상기 LED 장착 구역들 각각 내에 있는 상기 장착 패드 쌍은 상기 각자의 LED 장착 구역 내의 상기 각자의 LED에 전기적으로 결합되는, LED 모듈.
- 제00항에 있어서, 상기 제1 서브세트 내의 상기 LED 장착 구역들 각각은 상기 콘택 패드 쌍 사이에 전기적으로 연결된 추가 분로 요소를 추가로 포함하는, LED 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 분로 요소는 스위치, 제로-옴 저항기(zero-ohm resistor), 고정된 값 비-제로-옴 저항기(fixed value non-zero-ohm resistor), 또는 제어가능한 배리스터(controllable varistor) 중 하나 이상인, LED 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED는 복수의 LED를 포함하고, 그 중 적어도 하나는 발광 구역의 크기, 휘도 또는 광속 중 하나 이상이 상이한, LED 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 LED 장착 구역들은 하나 이상의 행을 갖는 어레이로 배열되는, LED 모듈.
- 제14항에 있어서, 상기 어레이의 상기 행들의 행의 중간에 있는 상기 LED들의 밀도는 상기 행의 경계에 있는 상기 LED들의 밀도와 상이한, LED 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 캐리어 상의 복수의 추가 발광 다이오드(LED) 장착 구역- 상기 추가 LED 장착 구역들 각각은:
추가 콘택 패드 쌍,
상기 추가 LED 장착 구역들의 추가 제1 서브세트 상에 있고 상기 추가 콘택 패드 쌍에 인접한 적어도 하나의 추가 LED, 및
적어도 상기 추가 LED 장착 구역들의 추가 제2 서브세트 내의 상기 추가 콘택 패드 쌍 사이에 직렬로 전기적으로 결합된 추가 분로 요소를 포함하는 전기 회로부를 포함하고, 상기 추가 LED 장착 구역들의 상기 추가 제2 서브세트 상에는 어떠한 LED도 배치되지 않음 -; 및
상기 복수의 장착 구역과 상기 복수의 추가 장착 구역의 직렬 연결 사이에 전기적 병렬 연결을 확립하는 추가적인 전기 회로부를 추가로 포함하는, LED 모듈. - 제7항에 있어서, 상기 분로 요소를 제어하도록 구성되는 제어기를 추가로 포함하는, LED 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 분로 요소 및 상기 직렬 연결을 만들기 위한 임의의 회로부를 위한 전기 커넥터를 추가로 포함하는, LED 모듈.
- 차량 헤드라이트로서,
램프 고정물(lamp fixture); 및
상기 램프 고정물에 장착된 LED 모듈을 포함하고, 상기 LED 모듈은:
복수의 발광 다이오드(LED) 장착 구역을 포함하는 캐리어를 포함하고, 상기 LED 장착 구역들 각각은:
콘택 패드 쌍,
상기 LED 장착 구역들의 제1 서브세트 상에 있고 상기 콘택 패드 쌍에 인접한 적어도 하나의 LED, 및
적어도 상기 콘택 패드 쌍 사이에 직렬로 전기적으로 결합된 분로 요소를 포함하고, 상기 LED 장착 구역들의 상기 제1 서브세트 상에는 어떠한 LED도 배치되지 않는, 차량 헤드라이트. - 제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 LED 모두에 가까운 주 광학계; 및
보조 광학계를 추가로 포함하는, 차량 헤드라이트.
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