KR101060420B1 - 향상된 빔 색조를 갖는 자동차 전조등 - Google Patents

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바트 테르버그
데이비드 에스 브리스
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사빅 이노베이티브 플라스틱스 아이피 비.브이.
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Abstract

램프용 렌즈는 광 전구와 상호작용함으로써 렌즈를 통해 방출되는 빛의 품질을 향상시킬 수 있다. 포토루미네선트 염료 뿐만 아니라 비-포토루미네선트 염료도 폴리카보네이트 렌즈(23)에 혼입되어 광원의 색조를 변화시킬 수 있다. 또한, 홈(30) 또는 돌출부(32)와 같은 설계 특징부가 렌즈(23)에 포함되어, 포토루미네선트 물질에 의해 생성된 빛이 렌즈(23)를 이탈하고 방출된 빔에 부가되어 색조를 추가로 변화시키도록 할 수 있다. 방출된 빔은 적용 표준에 정의된 바와 같은 합법적인 색상 및 강도이다. 또한, 조명 성능은 불쾌한 눈부심을 감소시키거나, 휘도를 증가시키거나, 야간에 인간 눈의 도로 가시성을 강화시키는 빔을 생성하는 방식으로 향상될 수 있다.

Description

향상된 빔 색조를 갖는 자동차 전조등{AUTOMOTIVE HEADLAMPS WITH IMPROVED BEAM CHROMATICITY}
관련 출원에 대한 상호참조
본원은 2002년 4월 5일자 미국 가출원 제 60/370,790 호를 우선권으로 주장하는, 2003년 10월 9일자로 US 2003/0189838 A1 호로서 공개된 2002년 5월 13일자 미국특허출원 제 10/063,791 호와 관련되어 있다. 양 출원은 참조로서의 인용을 허용하는 법역 하에서 본원에서 참조로 인용된다.
본원은 광원 빔의 색조의 변화를 제공하는 램프, 특히 자동차 전조등에 사용될 수 있는 렌즈에 관한 것이다.
자동차 전조등은 상용화되는 SAE 성능표준(SAE J1383)에 부합하여야 하는 고도로 제어된 제품이다. 이에 부합하기 위해, 조합전구(즉, 광원)/렌즈는 "백색" 색상을 방출하고 (통상 총 조명 플럭스 "등광도" 및 "최대광도" 지점 강도 시험에 의해 특정화된) 충분한 광 출력을 균일한 방식으로 제공하여야 한다. 시방서는 SAE J578 표준에서 제시된 백색 빔 색상에 대해 규정되었다. 백색 빔 색상은 CIE 1931 색도표에서 색상 공간의 작은 부분으로서 정의된다. 색상 공간의 허용 부분은 CIE 1931 x 및 y 색상 좌표로부터 유래하는 청색, 황색, 녹색, 자주색 및 적색의 경계로 정의된다. 상업적으로 입수가능한 전조등은 여러 유형의 전구를 사용하지만 통상적으로는 "천연" 착색된 렌즈 또는 약한 음영을 띤 렌즈를 사용한다. 일반적으로, 이들 렌즈는 투명한 외관을 갖지만 매우 미묘한 청색 또는 황색 음영을 표시할 수 있다. 시장에서 가장 통상적인 전구는 할로젠 전구이다. 과거 수년 동안 고성능 전구가 소개되어 왔다. 통상 HID("고강도 방전")로서 지칭되는 이러한 새로운 전구는 실제로 제논 램프이다. 제논 전구의 파워 스펙트럼 분포는 할로젠 전구와는 상이한 것으로 당업자에게 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 제논 전구는 보다 저파장, 특히 보라색/청색-녹색까지의 긴 UV에 상응하는 300 내지 500nm범위에서 보다 많은 에너지를 방출할 것이다. 그 결과, HID로부터 방출된 광은, 결과적으로 보다 진한 황색을 나타내는 할로젠 전구에 비해 짙은 청색을 나타낸다. 전조등에 설치되는 경우 HID/"천연" 렌즈 조합으로부터 방출된 빔은 보다 진한 백색을 나타낼 것이다. 보다 백색인 빔은 야간에 도로 가시성을 증가시키므로 통상 보다 효과적인 것으로 인정된다. 그러나, HID 전구를 전조등에 사용하는데 있어서는 두가지 주요 단점이 존재한다. 첫째, 이들 고성능 전구는 할로젠 전구에 비해 매우 비싸다는 점이다. 결과적으로, 단위당 300 내지 800달러 범위의 추가비용에 대한 차량의 옵션으로서 흔히 제공되는 HID 전구에 기초한 전조등은 시장이 제한되어 있다. 둘째로, 최근 연구는 이러한 전조등이 접근하는 운전자에게 보다 불쾌한 눈 부심을 야기하는 경향이 있다는 것을 보여주었다.
자동차 전조등 렌즈는 통상 주재료로서 천연색상 또는 약간 음영진 폴리카보네이트로 제조된다. 폴리카보네이트를 사용하는 첫째 이유는 그것이 비교적 높은 유리전이온도, 내충격성 및 가시범위에서의 탁월한 투명도/광투과성을 갖기 때문이다. 렉산(등록상표, Lexan) LS-2 폴리카보네이트는 전조등 렌즈, 베젤 및 미등 렌즈를 비롯한 자동차 렌즈용으로 통용되는 선도재료 중의 하나이다. 공중합체를 비롯한 다른 높은 유리전이온도 재료가 사용되고 있으나, 그들의 천연색상 또는 광투과성은 종종 방출된 전조등 빔을 보다 열악한 품질로 만든다. 천연 또는 약하게 음영진 폴리카보네이트 렌즈가 소량의 유기 착색제(즉, 염료 또는 안료)의 첨가에 의해 얻어짐은 자동차 렌즈 착색분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 청색염료를 황색 제제에 가하여 색상을 중화시킨다(즉, 폴리카보네이트를 보다 무색으로 또는 "천연적"으로 만든다). 착색에 있어서의 주요한 단점은 착색제가 1ppm 이하의 투입량으로 중합체 매트릭스에 존재하는 경우에도 착색제의 흡수로 인하여 광투과성이 감소한다는 점이다. 결론적으로, 전조등에 설치되는 거의 대부분의 렌즈는 "천연"이거나 또는 음영이 거의 없다.
발명의 요약
본 발명은 광원을 수용하는 하우징, 광원, 및 하우징에 부착되고, 하우징 내에 수용된 광원으로부터의 빛이 통과하도록 배치된 외부 렌즈를 포함하는 자동차 전조등을 제공한다. 상기 전조등의 렌즈는 폴리카보네이트 및 포토루미네선 트(photoluminescent) 물질을 포함한다. 본 발명의 렌즈 물질 및 광원의 조합은 보다 매력적으로 조명하는 전조등 빔으로의 빔 색조의 변화를 제공하는데, 여기서 광원 및 렌즈 물질은 광원으로부터 방출된 빛이 렌즈를 통과함에 따라 그 색조가 변하여, 전조등으로부터의 조명광 출력이 0.345 내지 0.405의 평균 x 색도 좌표를 갖도록 선택된다. 방출된 빔은 SAE J578(색상/색조) 및 SAE J1383(강도/분포) 표준에서 정의된 바와 같이 합법적인 색상 및 강도이다. 조명 성능 역시 눈부심을 감소시키는 방식으로 향상되어, 야간에 인간 눈의 도로 가시성을 강화시키는 빔을 생성하거나 휘도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 일반적으로 오복한 외부 표면, 일반적으로 평평하거나 볼록한 내부 표면 및 에지(edge) 표면을 갖는 성형체인 렌즈를 제공하는 것이다. 렌즈의 성형체는 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된다. 광원으로부터의 백색 빛은 렌즈를 통과하고 포토루미네선트 물질로부터의 방출을 야기한다. 그 후, 포토루미네선트 물질로부터의 방출은 내부 표면 상에 형성된 홈 및 돌출부를 통해 렌즈 밖으로 향하게 된다.
또한, 자동차 전조등의 색조를 변경시키는 방법을 제공하는 것도 본 발명의 또 다른 양태이다. 상기 방법은 제 1 색조를 갖는 광원, 및 하우징을 포함하는 전조등 부분 조립체를 선택하는 단계를 포함한다. 그 다음에, 폴리카보네이트, 형광 염료 및 가능하다면 비형광 염료를 포함하는 렌즈를 선택할 것이다. 마지막으로, 광원으로부터 방출된 빛이 렌즈를 통과하여 조명 전조등 출력을 형성하도록 전조등 부분 조립체에 상기 렌즈를 부착시킬 것이고, 이 때 상기 렌즈의 조성물은 조명 전 조등 출력이 제 1 색조와 상이한 제 2 색조를 갖도록 제 1 색조를 변화시키기 위해 선택되고, 상기 제 2 색조는 0.345 내지 0.405의 평균 x 색도 좌표를 갖는다.
도 1은 자동차 전조등에 사용되는 램프 렌즈를 도시한다.
도 2는 자동차 전조등의 분해도를 도시한다.
도 3은 홈 및 돌출부와 같은 렌즈 내의 설계 특징이 포토루미네선트 물질로부터 반사판 조립체로 향하는 일부 방출의 방향을 바꾸는 전조등의 개략도를 도시한다.
도 4는 반사층이 렌즈의 외부 에지를 향해 방출된 빛을 다시 렌즈 내로 반사시키는 전조등의 개략도를 도시한다.
본 발명은 광원을 수용하기 위한 하우징, 광원, 하우징에 부착되고, 하우징 내에 수용된 광원으로부터의 빛이 통과하도록 배치된 외부 렌즈를 포함하는 자동차 전조등을 제공한다. 상기 전조등의 렌즈는 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 물질을 포함한다. 본 발명의 렌즈 물질 및 광원의 조합은 보다 매력적으로 조명하는 전조등 빔으로의 빔 색조의 변화를 제공하는데, 여기서 광원 및 렌즈 물질은 광원으로부터 방출된 빛이 렌즈를 통과함에 따라 그 색조가 변하여, 전조등으로부터의 조명광 출력이 0.345 내지 0.405의 평균 x 색도 좌표를 갖도록 선택된다. 방출된 빔은 SAE J578(색상/색조) 및 SAE J1383(강도/분포) 표준에서 정의된 바와 같이 합법적인 색상 및 강도이다. 조명 성능 역시 눈부심을 감소시키는 방식으로 향상되어, 야간에 인간 눈의 도로 가시성을 강화시키는 빔을 생성하거나 휘도를 증가시킬 수 있다.
렌즈는 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된, 일반적으로 오목한 외부 표면, 평평하거나 볼록한 내부 표면 및 에지 표면을 갖는 성형체를 포함한다. 포토루미네선트 물질의 여기 스펙트럼 내의 파장의 빛을 포함하는 빛은 부분적으로 흡수되며 부분적으로 투과된다. 흡수된 빛은 적어도 부분적으로(루미네선스의 양자 수율에 의존하여) 고파장의 빛으로서(스톡 변이(Stokes shift)의 결과로서) 방출되고, 렌즈의 에지 표면에 상당한 정도로 전달되어 렌즈의 에지에서 유색의 시각 효과를 생성할 수 있다. 본원의 명세서 및 청구의 범위에서 사용된 "상당한 정도"라는 용어는 관찰 가능한 시각 효과를 생성하는데 유효한 양을 의미한다. 일반적으로 포토루미네선스에 의해 방출된 빛의 10% 이상, 바람직하게는 30% 이상이 렌즈의 내부를 통해 에지로 전달된다. 이는 고굴절률이 현저한 양의 내부 반사를 야기하기 때문에 폴리카보네이트 렌즈 및 베젤에서 달성된다.
자동차 전조등용 렌즈는 다양한 표준에 부합해야 한다. 본 발명의 렌즈는 SAE J578(색상/색조) 및 SAE J1383(강도/분포) 표준에 따라 정의된 합법적 색상 및 강도인 자동차 전조등으로부터의 빛을 방출한다. 또한, 조명 성능은 눈부심을 감소시키거나, 휘도를 증가시키거나, 사람의 눈에 대한 야간 도로 가시성을 증가시키는 빔을 생성하는 방식으로 개선될 수 있다. 본 발명을 이용하여 제조한 전조등은 예를 들어, 고강도 방전등(High Intensity Discharge(HID) lamp)의 시야를 가리는 효과가 관측되지 않기 때문에 운전자에게 뿐만 아니라 도로의 맞은편 차량에게도 보다 편안함을 제공하면서 조명 성능의 견지에서 값비싼 HID 램프에 대한 보다 저렴한 대안이 될 수 있다. 조명 성능에 추가하여, 전조등은 또한 외부 렌즈에 두드러진 특징부를 생성함으로써 상이한 미적 외관을 표시하고, 이에 따라 제품 차별화를 가능하게 한다. 이러한 특징부는 외부 렌즈와 전구 사이의 상승작용을 일으킴으로써 수득된다. 본 발명의 렌즈는 폴리카보네이트 및 1종 이상의 포토루미네선트 물질로부터 형성된다. 본원의 명세서 및 청구의 범위에 사용된 용어 "포토루미네선트 물질"은 배합조작 동안 플라스틱 중합체 매트릭스 중에서 가용화하는 유기 화합물, 유기 나노입자 염료("나노 착색제"로서도 알려짐) 및 나노입자를 비롯한 무기 포토루미네선트 물질(이로 한정되지는 않음)을 포함하는, 주변광(일광, 실내광 및 기타 인공광원)에 의해 제공된 여기 에너지에 응답하여 포토루미네선스를 나타내는 물질을 지칭한다. 어떤 물질이 특정 파장의 조사선을 흡수하고 일반적으로는 상이하고 긴 파장의 광자를 재방출하는 경우에 포토루미네선스가 발생한다. 포토루미네선트 분자가 빛을 흡수하는 경우에 전자는 보다 높은 "여기된" 에너지 상태로 여기된다. 그 후, 분자는 충돌 및 내부에너지 전환에 의한 그의 과잉 에너지의 일부를 소실하고, 여기된 상태의 최저 진동수 수준으로 떨어진다. 이러한 수준에서 분자는 기저 상태의 진동 수준으로 복원되어 포토루미네선스의 형태로 에너지를 방출할 수 있다. 포토루미네선스는 형광 및 인광 둘다를 포괄하는 총칭 용어이다. 본 발명에서, 포토루미네선트 물질은 포토루미네선트 과정의 다른 유형과는 반대로, 형광과 관련된 고도의 양자 수율 때문에 유기 형광 염료인 것이 바람직하다. 바람직하게는 유기 형광 염료는 0.7 이상, 보다 바람직하게는 0.8 이상, 가장 바람직하게는 0.9 이상의 양자 수율의 형광을 갖도록 선택된다. 전형적으로, 형광에 의한 방출은 일반적으로 10-4 내지 10-9초를 지속하는 극히 간단한 현상이다.
본 발명의 제품에 사용될 수 있는 형광 염료의 구체적인 비한정적 예는 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 인디고이드 및 싸이오인디고이드 유도체, 이미다졸 유도체, 나프탈이미드 유도체, 잔텐, 싸이오잔텐, 쿠마린, 로다민 또는 (2,5-비스[5-tert-뷰틸-2-벤족사졸일]싸이오펜) 및 이들의 모든 유도체, 및 이들의 조합이다. 일반적으로, 염료의 매우 낮은 투입량, 예를 들면 1.0% 미만이 본 발명에 기술된 효과를 만들어내기 위해 이용된다. 일부 경우, 본 발명의 효과를 갖지만 거의 비가시 색상을 갖는 최종 물체(예를 들면 "투명한" 물 병)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이런 경우, 형광 염료 투입량은 종종 0.0001% 정도로 극히 낮을 수 있다. 청색/보라색과 아마도 일부 녹색을 제외하고는, "투명한" 외관을 유지하기 위한 형광 염료 투입량은 통상 0.0005중량%보다 낮고, 예를 들면 0.0001중량% 내지 0.0003중량%이며, 이는 제품의 에지에서 매우 두드러진 가시효과를 야기하기에 충분하다. 청색/보라색에서는, 흡수의 대부분이 UV 범위에 위치한다는 사실 때문에 형광 염료 투입량이 상당히 더 높다. 전형적으로, 이 경우 형광 염료 투입량은 0.005 내지 0.5중량%이고, 0.01 내지 0.2중량%가 바람직하고, 0.03 내지 0.1중량%가 가장 바람직하다. 나노-착색제는 다양한 방법에 의해 수득되고, 통상적으로 염료 및 안료 둘다의 장점을 조합할 수 있다. 통상, 상응하는 염료 분자에 필적하는 이들의 광견뢰도는 크게 개선된다. 이들의 입자 크기가 일반적으로 100nm 미만, 바람직하게는 50nm 미만, 더욱 바람직하게는 10nm 미만이기 때문에, 이들은 유색 플라스틱에 사용되는 대부분의 안료와는 반대로 빛을 산란시키지 않는다.
나노-착색제는 다양한 방법에 의해 수득될 수 있다. 예를 들면, 염료 분자는 (나노-클레이와 염료 사이에 화학적 결합을 생성하거나 생성하지 않고) 나노-클레이 입자 상에서의 흡착에 의해, 또는 중합체 매트릭스(일반적으로 아크릴 중합체)에서의 나노-캡슐화에 의해 나노-착색제로 전환될 수 있다. 캡슐화 방법은 염료가 분산되는 중합체의 구형 나노-입자를 형성하기 위해 일반적으로 유화 중합을 포함한다는 점에 주목해야 한다. 나노-착색제를 제조하기 위해 사용되는 염료 분자(또는 무기 화합물)이 형광성인 경우 나노-착색제는 형광성일 수 있다. 본 발명의 제품에서 사용되는 나노-착색제를 형성하기 위해 사용될 수 있는 형광 염료의 구체적인 비한정적 예는 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 인디고이드 및 싸이오인디고이드 유도체, 이미다졸 유도체, 나프탈이미드 유도체, 잔텐, 싸이오잔텐, 쿠마린, 로다민 또는 (2,5-비스[5-tert-뷰틸-2-벤족사졸일]-싸이오펜) 및 이들의 모든 유도체이다. 무기 나노-입자 또한 나노-착색제로서 사용될 수 있지만, 이들의 흡광 계수는 통상적으로 상당히 낮다. 형광 무기 나노-입자의 예는 란타나이드 복합체 및 킬레이트(예를 들면, 유로퓸 킬레이트)를 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다. 이들 무기 나노-착색제의 일부는 유기 형광 착색제보다 더 큰 스톡 변이를 나타낼 수 있다는 것, 즉 흡광 파장보다 훨씬 더 긴 파장에서 빛을 방출한다는 것에 주의한다.
본 발명의 렌즈의 제제에서 사용되는 형광 염료(들)는 일광 조명하에서 또는 전구가 켜졌을 때(야간) 에지 색상의 색도를 변화시키기 위해 비-형광 염료와 조합될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형광 염료는 0.0001 내지 1 중량%의 농도로 포함되고, 비형광 염료는 0.00001 내지 0.01 중량%의 농도로 포함된다. 바람직하게는, 형광 염료는 0.005 내지 0.5 중량%의 농도로 포함되고, 비형광 염료는 0.0001 내지 0.01 중량%의 농도로 포함된다.
상기 비-형광 염료는 다음과 같은 부류에서 선택될 수 있지만, 이로 한정되지는 않는다: 아조 염료, 메틴 염료, 피라졸론, 퀴노프탈론, 페리논, 안트라퀴논, 프탈로사이아닌 및 이들의 모든 유도체. 염료의 선택은 사용되는 전구와 렌즈사이의 상승효과를 최대화시켜야 한다. 달리 말하자면, 전구(예를 들면, 할로젠 전구)에 의해 방출되는 빛은 가시효과의 목적하는 색상이 최대 강도로 수득되면서 빔의 색상이 SAE 요구조건(백색 빔)에 부합하도록 하는 방식으로 렌즈에 의해 변형되어야 한다. 전구와 렌즈 내의 형광 염료 사이의 상승효과를 만들어냄으로써, 전조등에서의 필요 광도 및 총 조명 플럭스에 의해 표현되는 빔의 강도가 제어될 수 있다. 추가적으로, CIE 1931 색도 도표에서 SAE에 의해 한정되는 허용 설계 공간 이내에서 빔 색상을 주문 제작하는 것 또한 가능하다. 예를 들면, 청색 렌즈/할로젠 전구 조합은 "천연" 색상 렌즈에 비해 더 투명한(또는 "보다 백색의") 빔을 나타낼 수 있다. 인간 눈은 이러한 차이를 더 우수한 조명 성능으로 인식한다. 이러한 "보다 백색의" 조명이 제논 전구(즉, HID 램프)의 주요한 특징이지만, 이들 램프는 도로 맞은편에서 운전자에게 극심한 눈부심을 일으키는 것으로 알려져 있음에 주목해야만 한다. 청색 렌즈/할로젠 전구 조합은 매우 눈에 띄는 청색의 가시효과뿐만 아니라 또한 "천연" 색상 렌즈/할로젠 전구 조합과 비교하였을 때 조명 성능 개선을 이루는 "보다 백색의" 빔을 제공한다. 할로젠 전구를 이용하여 발생되는 보다 백색의 빔은 HID 램프를 이용하여 관찰되는 동일한 눈부심 효과를 발생하지 않는다는 점에 주목해야 한다. 최종 외부 렌즈/전구 조합은, CIE 1931 색도 좌표에 의해 한정되고 바람직하게는 ASTM 표준 E308-66에서 제안되는 바와 같은 분광학적 방법을 이용하여 측정되는, 다음과 같은 경계 이내의 빔 색상을 제공하도록 고안된다:
x=0.31(청색 경계)
x=0.50(황색 경계)
y=0.15+0.64x(녹색 경계)
y=0.05+0.75x(보라색 경계)
y=0.44(녹색 경계)
y=0.38(적색 경계)
렌즈 조성물에 사용되는 염료는 적합하게는 300℃ 이상의 열안정성을 갖고, 자동차 용도에는 320℃가 바람직하고, 350℃가 보다 더 바람직하다. 렌즈와 함께 사용되는 램프의 가열 특성에 따라 다른 용도에서는 더 낮거나 더 높은 온도가 요구될 수 있다. 안료, 특히 무기 안료보다는 유기 염료를 이용하는 것이 중요하다. 안료가 빛을 산란시키고, 따라서 성형된 렌즈에서 흐림을 증가시키기 때문이다. 폴리카보네이트 조성물에서 완전히 가용화되거나 입자로 분산되어 빛을 현저하게 산란시키지 않는 안료가 매우 낮은 투입량으로 허용가능할 수 있다.
본 발명의 렌즈의 폴리카보네이트 성분은 하기 화학식 I의 구조 단위와 4 이상의 중합도를 갖는 조성물을 포함한다:
Figure 112006025799361-pct00001
상기 식에서, R1은 방향족 유기 라디칼이다. 본 발명에 적합한 폴리카보네이트는 계면, 용융, 활성 카보네이트 용융, 및 고체 상태 공정을 비롯한 다양한 방법에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 폴리카보네이트는 다이하이드록시 화합물의 계면 반응에 의해 생성될 수 있다. 바람직하게는, R1은 방향족 유기 라디칼이고, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 Ⅱ의 라디칼이다.
Figure 112006025799361-pct00002
상기 식에서,
A1 및 A2는 각각 모노사이클릭 2가 아릴 라디칼이고, Y1은 A2를 A1과 분리시키는 0, 1 또는 2개의 원자를 갖는 가교 라디칼이다. 예시적인 실시태양에서는, 하나의 원자가 A1을 A2로부터 분리시킨다. 이 유형의 라디칼의 예시적인 비한정적 예는 -O-, -S-, -S(O)-, -S(O2)-, -C(O)-, 메틸렌, 사이클로헥실-메틸렌, 2-에틸리덴, 아이소프로필리덴, 네오펜틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜타데실리덴, 사이클로도데실리덴, 아다만틸리덴 등이다. 또 다른 실시태양에서는, 0개의 원자가 A2로부터 A1을 분리시키고, 예시적인 예는 바이페놀(OH-벤젠-벤젠-OH)이다. 가교 라디칼 Y1은 탄화수소기 또는 포화 탄화수소기, 예를 들면 메틸렌, 사이클로헥실리덴 또는 아이소프로필리덴일 수 있다.
폴리카보네이트는 단 하나의 원자가 A1과 A2를 분리시키는 다이하이드록시 화합물의 반응에 의해 제조될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "다이하이드록시 화합물"은 예를 들면 하기 화학식 III의 비스페놀 화합물을 포함한다:
Figure 112006025799361-pct00003
상기 식에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 할로젠 원자 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, Xa는 하기 화학식 IV의 기 중 하나를 나타낸다.
Figure 112006025799361-pct00004
상기 식에서, Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가의 선형 또는 고리형 탄화수소기를 나타내고, Re는 2가 탄화수소기이다.
적합한 다이하이드록시 화합물의 일부 예시적이고 비한정적인 예는 미국특허 제 4,217,438 호에 명칭 또는 화학식(일반적인 또는 특정한)으로 개시된 것과 같은 다가 페놀 및 다이하이드록시-치환된 방향족 탄화수소를 포함한다. 화학식 III으로 표시될 수 있는 비스페놀 화합물의 유형의 구체적인 예의 비배타적인 목록에는 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 메테인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 에테인; 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 프로페인(이하, "비스페놀 A" 또는 "BPA"); 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 뷰테인; 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 옥테인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 프로페인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) n-뷰테인; 비스(4-하이드록시페닐) 페닐메테인; 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐) 프로페인; 1,1-비스(4-하이드록시-t-뷰틸페닐) 프로페인; 비스(하이드록시아릴) 알케인, 예를 들면 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐) 프로페인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 사이클로펜테인; 4,4"-바이페놀; 및 비스(하이드록시아릴) 사이클로알케인, 예를 들면 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 사이클로헥세인 등 뿐만 아니라 전술된 비스페놀 화합물 중 1종 이상을 포함하는 조합물이 있다.
단독중합체가 아니라 카보네이트 공중합체가 용도에 바람직한 경우에는 2이상의 서로 상이한 다가 페놀의 중합으로 생성된 폴리카보네이트, 또는 다가 페놀과 글리콜, 하이드록시-, 산-말단 폴리에스터, 이염기산, 하이드록시산 또는 지방족 이산과의 공중합체를 이용하는 것 또한 가능하다. 일반적으로, 유용한 지방족 이산은 약 2 내지 약 40개의 탄소를 갖는다. 바람직한 지방족 이산은 도데칸디산이다.
폴리카보네이트 성분은 또한 이 유형의 수지 조성물에 일반적으로 혼합되는 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는, 예를 들어 충전제 또는 강화제; 열안정제; 산화방지제; 광안정제; 가소제; 대전방지제; 이형제; 추가적 수지; 및 발포제이다. 임의의 전술한 첨가제의 조합을 사용할 수도 있다. 이러한 첨가제는 조성물을 형성하기 위한 성분의 혼합동안 적합한 시간에 혼합될 수 있다.
외부 렌즈는 일반적으로 배합된 형태로 폴리카보네이트 수지 조성물의 사출 성형에 의해 제조된다. 조성물의 적절한 혼합을 제공하기 위해 폴리카보네이트 제제는 일반적으로 압출기에서 배합된다. 비록 단축 압출기의 사용도 생각할 수 있지만, 혼합을 최적화하고, 최종 생성물에서 산란 입자가 생성되는 경향을 감소시키기거나, 또는 단순히 일부 페릴렌 유도체(300℃ 부근의 융점)와 같은 용해되지 않은 고-융점 착색제로부터 나올 수 있는 가능한 줄무늬가 생성되는 문제점을 회피하기 위해 이축 압출기가 일반적으로 바람직하다. 폴리카보네이트 조성물이 일반적으로 광 안정화되고 렌즈가 UV 흡수 코팅물로 코팅되지만, 개선된 광견뢰도 및 열안정성을 조합한 염료를 이용하는 것이 중요하다. 개선된 광견뢰도 및 높은 열안정성을 갖는 형광 염료의 우수한 예는 페릴렌 유도체, 예를 들면 BASF에서 공급하는 루모겐(Lumogen) 오렌지 F-240, 루모겐 레드 F-300 및 루모겐 옐로우 F-083이다.
제제에 도입된 극히 적은 양의 염료를 더 잘 제어하고, 따라서 렌즈의 색상을 더 잘 조절하기 위해서는, 용적계 또는 비중계 공급기의 이용이 매우 권장된다. 공급기는 폴리카보네이트 수지 분말(바람직하게는 밀링된 분말)중의 농축물의 추출 물(letdown)을 공급하거나, 또는 펠렛 형태인 이미 배합된(압출된) 색상 마스터배치를 공급할 수 있다. 추출물중의 착색제 투입량 또는 마스터배치의 농도는 공급기 용량, 특히 공급 속도에 의존한다. 일반적으로, 분말 추출물은 착색제(즉, 염료) 대 분말의 비가 10:1 내지 10,000:1로 다양하다. 염료 혼합물 역시 추출물 형태로 사용될 수 있고 단일 공급기로부터 공급될 수 있지만 이것이 가장 바람직한 방법은 아니다. 양호하지 않은 색상 제어는 잠재적으로 전조등 용도에 적합하지 않은 렌즈를 야기, 즉 빔의 색상 또는 광 출력이 SAE 표준을 만족하지 않을 수 있다.
광원과 특이적으로 상호작용하여 화려한 시각 효과를 생성하는 한편, 불쾌한 눈부심을 감소시키는 렌즈를 제조할 수 있다. 예를 들어, 이러한 렌즈는 불쾌한 눈부심의 원인이 되는 청색 빛의 일부가 인간 눈이 보다 낮은 스펙트럼 감도를 갖는 보다 고파장으로 이동되는 방식으로 형광 염료를 함유하는 렌즈를 사용하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, BASF 루모겐 옐로우 F-083과 같은 황색 형광 염료, 또는 루모겐 레드 F-300과 같은 적색 형광 염료의 스펙트럼 특징은 스펙트럼의 빔 색상이 각각 황색 또는 적색 방향으로 이동하여 빔이 보다 덜 "청색"인 것처럼 보이게 하고, 따라서 접근하는 운전자가 바라보기에 더욱 편안하게 된다. 할로젠보다 덜 일반적인 전구를 갖는 시각 효과 렌즈들의 다른 조합은 차량에 대해 주문에 의한 미적 효과 뿐만 아니라 주문에 의한 조명 성능을 제공할 수 있다. 한 예는 가시 영역(예를 들어, 380nm 미만) 밖의 파장을 흡수하고, UV가 풍부한 광원(예를 들어, HID 전구처럼)과 함께 가시 영역에서 재방출하는 형광 염료를 함유한 렌즈를 사용하는 것일 것이다. 이는 천연 렌즈로부터의 방출과 비교하여 빔의 가시 영역 강도를 증가시킬 것이고, 필요 전압이 감소하는 것을 잠재적으로 허용하여 일부 배터리 전력을 절약할 것이다. 또한, 폴리카보네이트 조성물에 비-포토루미네선트(non-photoluminescent) 염료를 첨가하여, 광원의 색조를 추가로 변화시키고 조명 전조등 빔의 목적하는 색조를 생성할 수 있다.
본 발명을 이용하여 광원의 빔 색조의 변화를 생성할 수 있다. SAE 요건에 의해 결정된 합법적 색상 또는 불법적 색상의 램프의 조명 빔 출력을 생성하기 위해 어떤 광원을 사용해야 할지를 결정할 때, 염료(즉, 포토루미네선트 및 비-포토루미네선트)의 조성물을 선택할 수 있다. 일본, 중국 등 뿐만 아니라 대부분의 유럽 국가는 SAE 요건에 부합하는 전조등을 필요로 하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 본 발명은 단지 SAE 표준에만 제한되지 않는다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 사용될 광원이 고강도 할로젠 광원, 즉 할로젠 적외선 반사 전구이다. 상기 실시태양의 목적은 조명 전조등 출력이 SAE 요건에 의해 제안되는 바와 같은 허용 경계선 내의 x 색조를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 렌즈의 실시태양을 도시한다. 렌즈는 일반적으로 볼록한 곡률을 갖는 외부 표면(10) 및 평평하거나 볼록할 수 있는 대향하는 반대 표면(11)을 갖는다. 렌즈의 에지(12)에서의 총 두께는 0.5 내지 10mm의 범위, 예를 들어 3.0mm이다. 렌즈의 중심부는 구조적 일체성이 유지되는 한, 에지 두께보다 두껍거나 얇을 수 있고(필요 두께는 어느 정도까지는 렌즈의 다른 치수에 의존할 것이다), 절단되어 표면을 형성하는 리브 라인(rib line)(13)의 형성의 결과로서 변화될 수 있다. 렌즈의 외부 표면에서의 "설계 특징부"는 볼록부 또는 오목부일 수 있다. 오목부에는 V자형이 통상 바람직하다. 돌출부는 바람직하게는 정사각형 상부를 갖지만 만곡된 상부도 또한 가능하다. 렌즈의 전체 형상은 도시된 바와 같은 만곡된 직사각형일 수도 있고, 원형 또는 난형이거나 특정 램프와 함께 사용하기 위한 임의의 다른 적당한 형상일 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 자동차 전조등 용도의 경우, 렌즈는 차량의 전방 모서리부 둘레로 연장되어 차량의 전면 및 측면 둘다의 부분에 놓일 수 있다.
본 발명의 렌즈는 전조등 하우징에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 본 발명은 또한 광원, 및 시각적으로 효과적인 외부 렌즈의 상승작용적인 조합이 필적하거나 향상된 조명 성능과 함께 새로운 미적 해결책을 제공할 조명 설비와 같은, 전조등 렌즈와는 다른 용도로 변형될 수도 있다.
본 발명의 렌즈는 특정 용도에서의 그의 유용성을 개선하기 위해 표면 코팅물로 처리될 수도 있다. 예를 들어, 자동차 전조등용 렌즈의 경우, UV 흡수제로 된 표면 코팅물을 제공하여 UV 민감성 폴리카보네이트의 수명을 연장시키는 것이 통상적이다. 이러한 UV 보호 코팅물은 UV 안정화제를 함유하는 아크릴계 또는 실리콘계 중합체로부터 제조될 수 있고, 증착 또는 화학 증착에 의해 통상 도포된다. 코팅물은 적어도 외부 표면 및 에지에 도포되지만, 필요에 따라 렌즈의 외부 전체에 도포될 수도 있다. 본 발명의 렌즈는 또한 예를 들어, 풀(pool) 조명에서 장식 효과를 제공하기 위해 기타의 환경에서 사용될 수도 있다. 이 경우, 풀 화학약품에 의한 열화로부터 폴리카보네이트를 보호하기 위해 내약품성 코팅물이 사용될 것 이다. 대안으로, 내약품성 폴리카보네이트 제제가 사용될 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 전조등의 분해도를 도시한다. 상기 전조등은 하우징(22)을 갖고, 이는 반사판 조립체(25), 광원(26), 및 차량의 전기 시스템에 부착하기 위한 전기 컨넥터(21)를 수용한다. 베젤(27) 및 렌즈(23)는 하우징을 이탈하는 빛이 베젤 및 렌즈를 통과하도록 하우징의 외부에 배치된다. 베젤(27) 및 렌즈(23)중 어느 하나 또는 둘다는 본 발명에 따른 포토루미네선트 물질을 포함하는 폴리카보네이트로부터 제조될 수 있다. 베젤(27) 및 렌즈(23) 둘다 유기 형광 염료를 포함하는 경우, 상기 염료는 동일하거나 상이하여 2색 효과를 제공할 수 있다. 도 2는 하나의 특정한 전조등 설계를 나타내고 실제 형상 및 구조에 대한 수많은 대안이 존재함을 인식할 것이다. 예를 들어, 베젤은 생략될 수도 있고 하우징 및 반사판은 단일 성분일 수도 있다.
빔 색조의 실질적인 향상이 단순히 빛이 렌즈를 통과함으로써 달성될 수 있지만, 포토루미네선트 물질에 의해 방출된 빛의 일부 또는 전부를 광원 빔 패턴의 방향으로 능동적으로 방향을 돌림으로써 빔 색조를 추가적으로 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시태양은 상기 작용을 하는 렌즈를 제공하는 것이다. 예를 들어, 홈 또는 돌출부, 및 렌즈 에지 반사판과 같은 렌즈의 다른 설계 특징부는 이들이 포토루미네선스로부터 방출된 빛을 렌즈 내부 대신에 반사판 조립체를 향하도록 방향을 바꾸는 방식으로 통합될 수 있다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시태양에 따른 광선 도식 및 전조등의 개략도를 도시한다. 전조등은 포토루미네선트 물질에 의해 방출된 빛이 반사판 조립체(25)를 향해 렌즈를 이탈하도 록 하는 홈(30) 및 돌출부(32)와 같은, 렌즈(23)의 후면 상에 배치된 설계 특징부를 포함한다. 그 후, 반사판 조립체(25)는 포토루미네선트 물질에 의해 방출되고, 광원(26)에 의해 발생된 것과 같이 렌즈를 이탈하도록 허용되는 빛을 반사시킨다. 포토루미네선트 물질에 의해 발생된 이들 빛은 광원(26)에 의해 발생된 빛과는 통상 상이한 평균 색조이다. 따라서, 효과적으로 조명 전조등 색조를 추가적으로 변화시킨다.
도 3 및 도 4는 특히 광원(26), 반사판 조립체(25) 및 렌즈(23)를 도시한다. 광원(26)에 의해 발생된 빛은 렌즈와 반사판 조립체(25) 사이의 개방형 화살표로 묘사된다. 광원(26)에 의해 발생된 빛의 일부는 전조등의 외측으로 렌즈를 통과하는 것과 같은 각도에서 렌즈(23)와 충돌한다. 이는 조명 빔(31)에서 개방형 화살표로 묘사된다. 렌즈(23)를 통과하는 빛은 렌즈(23)와 함께 함유된 포토루미네선트 물질과 상호작용할 수 있다. 그 후, 포토루미네선트 물질은 렌즈 표면에 대한 상대적인 방향에 따라 이탈을 약하게 하거나 렌즈(23) 내로 전달될 빛을 방출할 것이다. 상기 빛의 일부는 렌즈(23)를 통해 렌즈(23)의 외부로 향할 수도 있고, 도 3에서 묘사된 바와 같이 장식적 에지 효과(33)를 생성할 수도 있다. 대안으로, 포토루미네선트 물질에 의해 방출된 빛의 일부가 렌즈를 이탈하여 돌출부(32) 및 홈(30)을 통해 반사판 조립체(25)를 향하는 것이 허용될 것이다. 홈(30) 및 돌출부(32)를 통해 렌즈를 이탈하도록 허용된 빛은 도 3 및 도 4에서 아래쪽으로 가리키는 검은색 촉의 화살표로서 묘사된다. 이러한 설계 특징부, 즉 홈(30) 및 돌출부(32)는 렌즈(23)의 내부 표면 상에 위치된다. 이들은 포토루미네선트 물질 효과 에 의해 방출된 빛에 대한 출구지점을 형성하여, 렌즈(23) 내부에 전달되는 빛의 양을 감소시킬 수 있다. 렌즈(23) 내부의 포토루미네선스에 의해 발생된 빛은 렌즈(23)를 이탈하도록 허용되고, 그 후 반사판(25)에 의해 출력된 광원(26)의 빔과 결합된다. 이는 도 3 및 도 4에서 개방형 화살표와 함께, 위쪽으로 가리키는 검은색 촉의 화살표로서 묘사된다. 이는 포토루미네선트 물질에 의해 방출된 빛이 통상적으로 광원(26)의 출력과는 상이한 평균 색조를 갖기 때문에 광원(26)의 출력 빔의 색조를 추가적으로 변화시키는 효과를 갖는다. 그 후, 반사된 포토루미네선트 빛의 일부는 렌즈(23)를 통과하고, 전조등의 조명 빔(31)과 통합된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시태양을 나타낸다. 도 3의 렌즈 설계 특징부, 즉 돌출부(32) 및 홈(30)에 추가하여, 도 4는 에지 반사판(34)을 포함한다. 포토루미네선트 물질로부터 방출된 빛에 의해 생성된 에지 효과는 렌즈 상의 에지 반사판(34)을 사용하여 렌즈(23) 내로 추가적으로 다시 방향을 돌릴 수 있다. 따라서, 도 3에 추가하여, 도 4의 전조등은 렌즈(23)를 통해 전달되어 에지에 도달한 빛의 적어도 일부를 반사시키는 에지 반사판(34)인 추가의 설계 특징부를 렌즈 내에 포함한다. 도 4는 외부 에지를 향하는 빛이 에지 반사판(34)에 의해 렌즈 내로 재반사되는 전조등의 단순화한 개략도를 도시한다. 에지 반사판(34)은, 일반적으로 BaSO4, TiO2, ZnO 또는 운모와 같은 백색 무기 안료에 기초한 코팅인 반사층이다. 알루미늄, 은, 또는 다른 고반사성 금속 또는 합금에 기초한 코팅과 같은 금속성 코팅 역시 가능하다. 에지 반사판(34)은 또한 TiO2, BaSO4, ZnO, 운모, 또는 금속 성 안료(알루미늄, 은, 또는 반사층을 형성하기에 충분한 반사율을 갖는 다른 금속 및 합금을 비롯한)와 같은 반사성 안료를 함유하는 열가소성 물질로 제조될 수 있다. 반사층은 30% 이상의 반사율, 바람직하게는 50%의 반사율, 더욱 바람직하게는 70%의 반사율을 가질 것이 요구된다.
본 발명의 상기 실시태양은 에지 반사판(34)이 렌즈(23)의 모든 에지 또는 에지 전체 상에 존재하는 것을 요구하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 에지 반사판(34)은 단지 렌즈의 에지 또는 에지들의 일부를 덮을 수 있다. 또한, 에지 반사판(34)은 렌즈(23)의 에지 전체 또는 모든 에지를 덮을 수 있다. 따라서, 장식적 에지 효과(33)는 에지 반사판(34)의 사용을 통합시킬 때 조차도 여전히 얻어질 수 있다. 또한, 빔 색조를 더욱 향상시키기 위해 도 3 및 도 4에서 도시된 방법은 사용되는 광원의 유형, 목적하는 조명 빔의 색조, 및 목적하는 에지 효과의 양에 따라 경우별로 적용될 수 있다. 예를 들어, 자동차 전조등의 설계 특징부는 전체적인 빔 색조가 여전히 SAE J1383 및 SAE J578 표준에 부합하는 방식으로 적용될 수 있다.
광원(또는 전구)은 여러 카테고리로 분류될 수 있이며, 그 분류 가운데, 표준 할로젠, 고강도 할로젠(예를 들어, 할로젠 적외선 반사), 고강도 기체 방전, 및 고체상 광원이 있다. 이하, 상기 광원 및 이들의 기술을 상술한다.
표준 할로젠 전구
할로젠 램프는 기밀된 광투과 엔벌로프(envelope), 및 엔벌로프 내의 텅스텐 필라멘트를 포함한다. 혼합물이 엔벌로프 내에 배치된다. 상기 혼합물은 불활성 기체, 할로젠 함유 화합물, 및 산소를 제거할 수 있는 화합물을 포함한다. 전류가 흐르면, 가시범위의 파장의 빛이 엔벌로프 내의 방사 텅스텐 필라멘트를 통해 발생된다.
할로젠 램프는 고온의 알루미노규산염 유리, 석영 또는 다른 투명성 물질로 형성된 관형의 광투과성 엔벌로프를 갖는다. 텅스텐 필라멘트 또는 코일은 인입선에 의해 엔벌로프 내에 지지되고, 몰리브덴으로부터 형성되며, 통상의 핀치 실(pinch seal)을 통해 연장된다. 인입선은 더블엔드형(double-ended) 램프에서와 같이 엔벌로프의 양 끝으로부터, 또는 싱글엔드형(single-ended) 램프에서와 같이 엔벌로프의 동일한 끝으로부터 연장될 수 있다. 필요하다면, 몰리브덴 인입선은 용접, 납땜 또는 다른 적합한 수단에 의해 값이 덜 비싼 유사하거나 보다 더 큰 직경의 금속에 연결되어, 필라멘트를 전기적으로 연결시키고 또한 램프를 지지할 수 있다. 인입선은 램프에 전류를 공급하기 위하여 램프의 하부를 통해 전원과 전기적으로 연결된다.
전조등, 및 램프로부터의 광 출력을 변경하는 것이 바람직한 다른 용도에 있어서, 램프 엔벌로프는 내부 및 외부 표면 중 하나 이상에 여과물질 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 엔벌로프를 이탈하는 필라멘트로부터의 방사의 일부를 여과한다. 전조등과 같은 "청색" 램프의 경우에는, 여과물질은 적색광 및 황색광의 일부를 여과하여 보다 청색의 외관을 부여한다. 적외선 여과물질 및 UV 여과물질도 또한 사용될 수 있다. 램프 엔벌로프는 또한 여과물질로 도핑될 수도 있다.
고강도 할로젠 광원 및 할로젠 적외선 반사(HIR) 광원
고강도 할로젠 광원은 통상 더블엔드형 텅스텐 할로젠 IR 램프이다. 싱글엔드형 램프를 비롯한 다른 텅스텐 할로젠 IR 램프도 역시 사용될 수 있다. 램프는 고온 알루미노규산염 유리, 석영 또는 다른 투명성 물질로부터 형성된 관형의 광투과성 엔벌로프를 갖는다. 텅스텐 필라멘트 또는 코일은 인입선에 의해 엔벌로프 내에 지지되고, 몰리브덴으로부터 형성되며, 통상의 실을 통해 연장된다. 인입선은 더블엔드형 램프에서와 같이 엔벌로프의 양 끝으로부터, 또는 싱글엔드형 램프에서와 같이 엔벌로프의 동일한 끝으로부터 연장될 수 있다. 필요하다면, 몰리브덴 인입선은 용접, 납땜 또는 값이 덜 비싼 유사하거나 보다 큰 직경의 금속에 대해 다른 적합한 수단에 의해 연결되어, 필라멘트를 전기적으로 연결시키고 또한 램프를 지지할 수 있다. 인입선은 램프에 전류를 공급하기 위하여 램프의 하부를 통해 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 연결된다.
할로젠 적외선 반사(HIR) 전구는 전구 캡슐에 도포된 특수한 내구성의 적외선 반사 코팅을 갖는 텅스텐 필라멘트 할로젠 전구이다. 상기 코팅은 전구가 빛을 생성하고, 코팅이 없다면 소모될 열에너지를 필라멘트 상에 집중시키는데 보다 효과적이게 한다. 이러한 코팅은 필라멘트를 향해 IR 파장을 재반사시키는 다층 박막 기술을 통해 생성될 수 있다. 이러한 반사 효과는 보다 적은 전기 에너지를 사용하면서 필라펜트를 고온에서 조작할 수 있게 해 준다.
본 발명의 하나의 실시양태에서는, 광원이, 낮은 빔 출력 및 높은 빔 출력을 가진 할로젠 적외선 반사 광원이다. 상기 낮은 빔 출력은 980루멘 이상이며, 상기 높은 빔 출력은 1180루멘 이상이다. 바람직하게는, 상기 낮은 빔 출력이 1280루멘 이상, 예를 들어 1480루멘 이상이며, 상기 높은 빔 출력이 1500루멘 이상, 예를 들어 1680루멘 이상이다. 상기 전조등은 낮은 조명 빔 출력 및 높은 조명 빔 출력을 갖는다. 상기 낮은 조명 빔 출력은 430루멘 이상, 바람직하게는 480루멘 이상, 예를 들어 530루멘 이상이다. 상기 높은 조명 빔 출력은 680루멘 이상, 바람직하게는 730루멘 이상, 예를 들어 780루멘 이상이다.
고강도 기체 방전(HID)
고강도 기체 방전 램프는 기밀된 광투과성 엔벌로프, 및 엔벌로프 내의 텅스텐 전극을 포함한다. 혼합물이 엔벌로프 내에 배치된다. 상기 혼합물은 불활성 기체, 영족 기체, 금속염, 그들 가운데 특히 희토류염을 포함하고, 또한 수은 및 할로젠 함유 화합물도 포함할 수 있다. 전류가 흐르면, 가시범위 파장의 빛이 엔벌로프 내의 기체의 방사체를 통해 발생된다. 다른 기체 방전 램프도 또한 사용될 수 있다.
고강도 기체 방전 램프는 고온 알루미노규산염 유리, 석영, 세라믹 또는 다른 투명성 재료로부터 형성된 광투과성 엔벌로프를 갖는다. 텅스텐 전극은 몰리브덴으로부터 형성된 인입선에 의해 엔벌로프 내에 지지되고, 통상의 실을 통해 연장된다. 필요하다면, 몰리브덴 인입선은 용접, 납땜 또는 다른 적합한 수단에 의해 값이 덜 나가는 유사하거나 보다 큰 직경의 큰 금속에 연결되어, 필라멘트를 전기적으로 연결시키고 또한 램프를 지지할 수 있다. 인입선은 램프에 전류를 공급하기 위하여 램프의 하부를 통해 전원과 전기적으로 연결된다. 고온 알루미노규산염 유리로부터 형성된 UV 차단 보호판, 또는 UV를 차단하는 다른 투명성 물질이 아크 튜브 주위에 설치될 수 있다.
전조등, 및 램프로부터의 광 출력을 변경하는 것이 바람직한 다른 용도에 있어서, 램프 보호판은 내부 및 외부 표면 중 하나 이상에 여과물질 코팅으로 코팅될 수 있다. 상기 코팅은 엔벌로프를 이탈하는 필라멘트로부터의 방사의 일부를 여과한다. 램프 엔벌로프 및/또는 보호판은 또한 여과물질로 도핑될 수도 있다.
고체상 광원
발광 다이오드(LED)는 반도체 n-p 접합부를 함유한 개별적인 불연속 광원 단위이며, 발광 다이오드 내에서 가시광선은 인가된 전압의 결과로서 순방향 전류가 흐를 때 생성된다. 다른 고체상 광원 역시 사용될 수 있다.
이하, 본 발명은 하기의 비제한적인 실시예를 참조하여 추가로 기술될 것이다.
실시예 1
하기 표 1(단위: 중량부)에 나타낸 폴리카보네이트 제제 B 내지 E를, 본 발명의 넓은 색조 범위의 광투과 특성을 생성하는 능력을 증명하기 위해 설계하였다. 표준 렉산 LS-2 폴리카보네이트 압출 조건으로 배합 단계에 이축 압출기를 사용하였다. 자동차 조명, 특히 자동차 전조등에 사용되는 표준 폴리카보네이트 제품(렉산 LS2-111)을 비교용으로 선택하였다. 고광택으로 마무리 처리된 플라크(plaque)(치수: 10.16cm×7.62cm×3.0mm)를 기술적 데이터시트에서의 상기 물질에 대해 정의된 표준 공정 조건에 따라 각 제제에 대해 성형하였다.
Figure 112006025799361-pct00005
사용된 저유동 PC 수지는 29,900의 평균 분자량(Mw)(본원에서 PC의 분자량은 모두 GPC, 즉 절대 폴리카보네이트 표준에 대한 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정된다)을 갖는 폴리(비스페놀-A 카보네이트)이다. 사용된 고유동 PC 수지는 21,900의 평균 분자량(Mw)을 갖는 폴리(비스페놀-A 카보네이트)이다. 열안정제는 트리스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐) 포스파이트이다. 이형제는 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트이다. UV 안정제는 2-(2H-벤조트라이아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸뷰틸) 페놀이다. 피그먼트 블루 60(Pigment Blue 60)은 BASF(BASF 헬리오겐 블루(BASF Heliogen Blue) K6330)로부터 수득하였다. 솔벤트 바이올렛 36(Solvent Violet 36)은 베이어(베이어 마크롤렉스 바이올렛(Bayer Macrolex Violet) 3R)로부터 수득하였다. OB-184(즉, 2,5-비스(5'-tert-뷰틸-2-벤족사졸일)싸이오펜)은 시바(시바 유비텍스(Ciba Uvitex) OB)로부터 수득하였다.
색상 좌표를 광원 C 및 2°관측을 선택하여 그레타그 맥베스(Gretag MacBeth) 7000A를 사용하여 투과 모드로 칩 상에서 측정하였다. 백색 보정 타일을 사용하여 제조업자의 시방서에 따라 기구를 보정하였다. 큰 가시 면적 및 큰 조리개를 측정에 사용하였다. 다른 세팅은 스페큘러 컴포넌트 인클루디드(Specular Component Included; SCI) 및 UV 부분적 인클루디드(UV 타일로 UVD65에 대해 보정됨)를 포함하였다. 맥베스 옵티뷰(Optiview) 5.2 소프트웨어로 데이터를 기록하고 광원 C 및 2°관측에 대한 CIE 1931(Yxy) 색상 좌표를 계산하였다. CIE 1931(Yxy) 색상 좌표를 표 2에 요약하였다.
Figure 112006025799361-pct00006
Y가 3.0mm에서 플라크의 광투과성에 대응함에 따라, 상기 결과는 물질 B 내지 E가 본 발명의 바람직한 범위 내에서 넓은 범위의 광투과성을 커버한다는 것을 확인해 준다. 추가적으로, x 색조값이 A로부터 E로 갈수록 일정하게 감소한다는 것을 주의해야 한다. 이러한 중요한 변화는 투명한 A로부터 가장 파란 제제인 E까지 점진적으로 변화한다는 것을 증명한다. 가장 강력한 청색 변화를 상대적으로 적은 착색제 투입량(약 0.004% 미만의 비형광 착색제 및 약 0.05% 미만의 유기 포토루미네선트 염료)으로 달성하였다는 것을 언급해야 한다.
실시예 2
자동차 내에서 도로용 착색 렌즈 적용의 가능성을 시험하기 위해, 본 발명에 따른 자동차 전조등의 빔 색상 및 측광에 대해 시험하였다. 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 자동차 제조자에 의해 설치된 모든 자동차 전조등은 허용가능한 빔 패턴을 생성하고 전조등 색에 관한 규정에 부합할 것을 필요로 한다.
HB4(안시(ANSI) 9006)에 입각하여 설계된 보다 낮은 빔을 갖는, 4개의 전조등 시스템으로부터의 전조등을, 높은 루멘 HIR2(안시 9012) 광원에도 상기 광학 시스템을 적용할 가능성이 있기 때문에 선택하였다. HB4 및 HIR2는 동일한 광 중심 거리 및 겹치는 코일 박스를 가지며, 이는 광원을 필라멘트 이미징(imaging) 관점으로부터 광학적으로 상호 교환될 수 있도록 해 줄 것이다. HIR2 광원을 갖는 전조등은 보다 높은 루멘 출력 때문에 빔 패턴 규정을 통과하는 것은 연역적으로 예상되지 않고, 생성된 빔 패턴이 1차 근사값에 적합하다는 것이 예상된다.
전조등은 광학적 유형의 반사판 중 하나이고, 표준 투명 렌즈 없이 조립되어 왔었다. 대조군 렌즈 제조품, 및 상이한 수지 제제에 의한 2개의 렌즈 제조품(이는 렌즈 A 내지 C를 제공함)을 사용하였다(표 2 참조). 상기 3개의 렌즈를 전조등 둘다의 광도 및 색상 측정용으로 사용하였다.
측정 셋업은 18.29m에서 인라인 측광 헤드(inline photometer head)를 갖는 LMT GO-H 1200 고니오포토미터(goniophotometer)로 구성되었다. CH-60의 정밀한 비색계 헤드에 연결된 보조 LMT C 1200 삼자극치(tristimulus) 비색계를 전구 중심으로부터 3.05m 거리로 측광 헤드와 일렬로 장착할 수 있었다.
10U-90U 영역을 색상 측정에서 배제하는 것을 제외하고, 전조등의 낮은 빔에 대한 US 전조등 규정(49CFR571.108)에 명시된 각 지점에서의 빔 강도 및 빔 색상을 광원 둘다 및 3개의 렌즈 각각에 대해 측정하였다.
주어진 렌즈 규칙에 대한 전형적인 실행은 2가지 부분으로 존재할 것이다. 측광 헤드를 향한 위치에서 램프를 작동시켜 첫 번째 빔 측광을 할 것이다. 전구는 12.8V에서 전류가 흐르도록 하였다. 결국 출발 위치에서 끝나는 램프의 빔 측광을 완료한 후, 보조 삼자극치 비색계를 전조등 중심으로부터 3.05m 떨어진 장소에 설치하고, 빔 측광에 사용한 동일 프로그램을 사용하여 빔 색상을 원래의 목적 위치에서 램프를 작동시켜 측정하였다.
12.8V에서의 구 측광 데이터는 하기 표 3과 같다.
Figure 112006025799361-pct00007
자동차 외부 렌즈를 폴리카보네이트 제제 A 내지 E로부터 성형하였다. 추가적으로, 청색 에지 백열 효과도 볼 수 있어 향상된 조명 성능에 미적 효과의 이점을 더한다.
Figure 112006025799361-pct00008
등광도 측정 결과(통합 전조등 루멘), 및 빔 측광 시험으로부터의 평균 빔 색조(x, y)를 표 4에 HIR2 및 HB4 광원, 및 렌즈 물질 A 내지 E에 대해서 요약하였다. 예상된 바와 같이, 빔 강도(통합 루멘에 의해 예시된 대로)는 렌즈의 광투과성의 함수로서 감소한다. 투명한 렌즈부터 렌즈 물질 C까지의 광원 둘다에서, 변화된 의미 있는 빔 색상을 x 색조값에서의 변화에 의해 예시된 바와 같이 측정할 수 있다. 이는 빔 색상이 SAE J578 "백색광"의 청색 영역으로 변화하였다는 것을 명확히 가리킨다. 측정된 가장 파란 빔은 물질 E로부터 성형된 렌즈와 HIR2 전구를 전조등에서 조합시킴으로써 수득되었다. 그러나, HIR2 전구 및 렌즈 C의 조합으로부터 발생한 빔 색상이 ECE 규칙 99 HID 시방서의 에지에 매우 근접하여 끝난다는 것에 주의해야 하는데, 이는 설계 특징부가 렌즈에 추가되었다면 상기 빔 색상이 정확한 HID 색상 공간에 부합할 수 있다는 것을 시사한다. 참고자료로서, 상용의 HID 전구(필립스(Philips) D2S 전구)의 색조를 CIE1931 도표(x=0.38±0.025 및 y=0.39±0.015) 상에 도시하였다. 표 4로부터, 하기 조합이 실험용 렌즈/전조등 설계로서 바람직하다고 결론지을 수 있다.
물질 D로부터 성형된 렌즈 및 HIR2 광원이 장착된 전조등은 약 507루멘(통합 루멘)의 총 조사 광 출력, 및 약 0.3966의 색조값 x 및 약 0.3962의 색조값 y를 가질 것이다.
물질 E로부터 성형된 렌즈 및 HIR2 광원이 장착된 전조등은 약 453루멘(통합 루멘)의 총 조사 광 출력, 및 약 0.3851의 색조값 x 및 약 0.3925의 색조값 y를 가질 것이다.
상기 언급된 조합이 ECE 규칙 99 HID 시방서에 부합하고, 또한 대부분의 표준 HID 전구(필립스 D2S) 중 하나에 대한 공개된 시방서에도 부합한다는 것은 주목할 만 한다. 추가적으로, 렌즈 물질 E를 포함하는 전조등은 HID 전구의 예에 극히 가까운 색조를 가지므로, 양호한 색상 조화를 확인할 것이다. 또한, 상기 렌즈를 갖춘 전조등의 광 출력은 투명 렌즈 A를 갖춘 표준 HB4(안시 9006)보다 약 10% 높게 예상된다. 상기 결과는 본 발명의 사용시, HB4/투명 렌즈의 조합과 같은 표준 할로젠 시스템과 비교하여 향상된 광 출력을 제공하면서 HID 전조등의 색조와 어울리는 빔을 방출할 수 있는 전조등을 제조하는 것이 가능하다는 것을 증명해 준다. 청색 할로젠 전구(예를 들어, 실버스타(등록상표, Silverstar) 전구)가 시방서에 따라 12.8볼트의 전압을 받을 때 HB4와 유사한 단지 약 1000루멘을 방출한다는 것 역시 주목해야 한다. 결과적으로, 상기 전구는 HB4/투명 렌즈 조합보다 양호한 총 조사 광 출력(통합 루멘)을 출력하는 것으로 예상되지 않고, 따라서 본 발명의 전조등을 수행해야 한다.
실시예 3
하기 기술된 폴리카보네이트 제제 F(주: 이는 2002년 5월 13일자 미국특허 출원 제 10/063,791 호의 결과란에서의 제제 D와 동일하다)를 외부 렌즈에 대한 넓은 색조 범위의 시각 효과 색을 생성하는 능력을 예시하기 위해 형성하였다. 표준 렉산 LS-2 폴리카보네이트 압출 조건으로 배합 단계에 2축 압출기를 사용하였다. 유색 칩(5.08cm×7.62cm×3.2mm)을 각 제제에 대해 성형하였고, 광원 C 및 2°관측으로 맥베스 7000A 분광 광도계를 사용한 투과 모드의 칩 상에서 색상 좌표를 측정하였다.
평균 분자량(Mw) 29,900을 갖는 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부, 평균 분자량(Mw) 21,900을 갖는 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부, 트리스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐) 포스파이트 0.06부, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부, 2-(2H-벤조트라이아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸뷰틸) 페놀 0.27부, 2,5-비스(5'-tert-뷰틸-2-벤족사졸일)싸이오펜(시바 유비텍스 OB) 0.05부, C.I. 피그먼트 블루 60(BASF 헬리오겐 블루 K6330) 0.0001부, 및 C.I. 솔벤트 바이올렛 36(베이어 마크롤렉스 바이올렛 3R) 0.00005부를 혼합함으로써 폴리카보네이트 수지 조성물 F를 제조하였다.
렌즈 F가 실시예 2에서 성형된 렌즈보다 많은 설계 특징부(즉, 돌출부, 홈 및 절단부)를 갖는다는 것에 주목해야 한다. HB4(안시 9006) 광원이 장착된 경우, 전조등 빔 색상은 보다 백색/보다 청색의 빔 색상으로 변화되는 것이 명백하였다. 추가적으로, 렌즈의 강조된 특징부(둘출부, 홈 및 절단부)로부터 착색된 시각 효과가 관찰되었다.
자동차 외부 렌즈를 폴리카보네이트 제제 F로부터 성형하였다. 렌즈를 자동차 전조등에 결합시킨 경우, 렌즈의 설계 특징부(돌출부, 라인 및 에지)로부터 빛나는 강하게 착색된 시각 효과가 관측되는 반면, 전조등 빔 색상은 백색임이 명백하였다.
제제 F로부터 성형된 렌즈 A를 할로젠 전구와 조합하여 전조등 구조에서의 SAE 준수를 시험하였다. 천연색 렉산 LS-2 수지를 기준으로 사용하여 SAE J1383에 따라 조명 성능을 평가하였다. 등광도 시험(총 플럭스) 결과, 최대광도(지점 강도) 및 빔 색조(x, y)를 표 5에 요약하였다. 최대광도 및 등광도는 할로젠 전구에 연결된 시각 효과 렌즈가 기준(천연색)의 ±5% 내의 강도로 상당한 광 출력을 제공한다는 것을 확인해 준다는 것은 주목할 만 하다. 또한, 제제 F로부터 제조된 청색 렌즈를 갖춘 전조등은 CIE 1931 x 색조값이 0.4424부터 0.4040으로 변화되므로 기준과 비교하여 훨씬 더 청색의(즉, 백색의) 빔을 나타낸다. 이러한 결과는 빔 색상의 시각적 평가에 의해서도 확인된다.
Figure 112006025799361-pct00009
실시예 2와 비교하여 상기 결과는 렌즈 내의 설계 특징부의 효과를 보여준다. 추가적으로, 이는 약 0.00015%의 극소량의 비형광 염료 투입량을 유기 포토루미네선트 염료와 조합하여 사용하는 경우에도, SAE 표준에 부합하고 0.405 미만의 빔 색조값 x를 갖는 전조등을 생성하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
대부분의 할로젠 전구, HIR 전구, 일부 고체상 광원 및 극소수의 HID 램프의 경우인, 0.405 초과의 평균 색조값 x를 갖는 광원의 경우에, 전형적으로 실시예 2의 D 및 E 렌즈 조성물은 바람직한 조성물일 것이다. 이는 빔을 추가적으로 변화시키기 위한 홈 또는 돌출부와 같은 설계 특징부를 제한하거나 갖지 않는 렌즈를 사용하더라도 대부분의 현저한 색상 변화를 제공하기 때문이다. 렌즈가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 설계 특징부를 갖는 경우, 비형광 염료를 더 적게 투입하는 것이 요구된다(0.05%의 형광 염료 투입량에 0.00015%만으로도 목적하는 결과를 생성한다). 또한, 실시예 3의 렌즈 조성물 F에서 언급한 바와 같은 소량의 염료 투입량 조차도 돌출부 또는 홈과 같은 적절한 설계 특징부에 의해 허용될 수 있을 것이다. 따라서, 약 330의 형광 염료/비형광 염료 비(실시예 3의 조성물 F)는 목적하는 색조를 생성할 수 있다. 그러나, 설계 특징부를 제한하거나 갖지 않는 렌즈와 관련하여 바람직한 염료 조성물은 약 19의 비(실시예 2의 조성물 D) 및 약 13의 비(실시예 2의 조성물 E)에 상응하는 것이다. 어떠한 경우에도, 바람직한 형광 염료 투입량은 0.005% 내지 0.5%, 더욱 바람직하게는 0.01% 내지 0.25%이다.
0.405 미만의 평균 색조값 x의 광원, 즉 백색 고체상 광원 및 양호한 HID 광원의 경우에, 제제 B 및 C는 실시예 2의 D 및 E에 비해 바람직하다. 이는 제제 B 및 C가 상기 정의된 바와 같은 SAE "백색 박스" 외부로 빔을 변화시킬 위험을 감소시키기 때문이다. 바람직한 형광 염료 대 비형광 염료의 비는 20 초과일 것이다. 바람직한 형광 염료 투입량은 0.1% 이하일 것이다.

Claims (15)

  1. 광원을 수용하는 하우징(22);
    하우징(22) 내에 수용된 광원(26); 및
    하우징(22)에 부착되고, 하우징(22) 내에 수용된 광원(26)으로부터의 빛이 통과하도록 배치된 렌즈(23)
    를 포함하는 자동차 전조등으로서,
    상기 렌즈(23)는 폴리카보네이트 및 포토루미네선트(photoluminescent) 물질을 포함하고, 상기 전조등은 자동차 전조등에 대한 빔 측광(photometry) 및 빔 색도 요건에 부합하며,
    상기 광원(26), 및 렌즈(23) 물질은 광원(26)으로부터 방출된 빛이 렌즈를 통과함에 따라 그 색도가 변화되어 전조등으로부터의 조명 빔이 0.345 내지 0.405의 평균 x 색도 좌표를 갖도록 선택되는 자동차 전조등.
  2. 제 1 항에 있어서,
    포토루미네선트 물질이 유기 형광 염료를 포함하는 전조등.
  3. 제 2 항에 있어서,
    렌즈(23)가 비형광 염료를 추가로 포함하는 전조등.
  4. 제 3 항에 있어서,
    형광 염료가 0.005 내지 0.5 중량%의 농도로 포함되고, 비형광 염료가 0.0001 내지 0.01 중량%의 농도로 포함되는 전조등.
  5. 제 1 항에 있어서,
    광원(26)이 0.405 초과의 평균 x 색도 좌표를 갖는 전조등.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광원(26)이 할로젠 적외선 반사 광원이고,
    광원(26)이 낮은 빔 출력 및 높은 빔 출력을 갖고, 이때 상기 낮은 빔 출력이 980루멘 이상이며, 상기 높은 빔 출력이 1180루멘 이상이고,
    전조등이 낮은 조명 빔 출력 및 높은 조명 빔 출력을 갖고, 이때 상기 낮은 조명 빔 출력이 430루멘 이상이며, 상기 높은 조명 빔 출력이 680루멘 이상인 전조등.
  7. 제 1 항에 있어서,
    렌즈(23)가 광원(26) 및 하우징(22) 쪽으로 내향하는 주 표면(32) 상에 형성된 홈 또는 돌출부(30)를 갖는 전조등.
  8. 제 7 항에 있어서,
    렌즈(23)가 에지(edge) 및 에지 반사판(34)을 갖고, 상기 에지 반사판(34)이 에지의 적어도 일부를 덮고, 이로써 렌즈(23) 내로 전달되어 에지에 도달한 빛이 렌즈(23) 내로 재반사되는 전조등.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전조등용 렌즈(23).
  10. 하우징, 및 제 1 색조를 갖는 광원을 포함하는 전조등 부분 조립체를 선택하는 단계;
    폴리카보네이트 및 형광 염료를 포함하는 렌즈(23)를 선택하는 단계; 및
    전조등 부분 조립체에 렌즈를 부착시켜 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자동차 전조등을 형성하는 단계
    를 포함하는, 자동차 전조등의 색조를 변화시키는 방법.
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