KR101716129B1 - 발광모듈 - Google Patents

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KR101716129B1
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이옥렬
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엘지전자 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광모듈은 입사되는 광을 일 공간으로 집광하는 집광렌즈, 상기 집광렌즈의 일측에 배치되어 상기 집광렌즈를 통과하는 광을 제공하는 광원, 상기 집광렌즈의 타측에 배치되어, 상기 집광렌즈를 통과한 상기 광을 반사하여 다시 상기 집광렌즈로 제공하는 제1 광경로 변환부재, 적어도 상기 집광렌즈와 상기 제1 광경로 변환부재를 수용하고, 상기 광원에서 제공되는 광이 통과되는 광학개구를 가지는 메인 케이스, 상기 광원을 수용하고, 상기 광원에서 제공된 광이 상기 광학개구를 통하여 상기 집광렌즈에 공급되도록 상기 메인 케이스와 결합되는 광원 케이스 및 상기 광원의 위치를 결정하는 제1 위치결정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광모듈{LIGHTING DEVICE MODULE}
실시예는 발광모듈 및 이를 포함하는 차량용 램프장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 주행 중 주위의 조도가 낮을 경우에 운전자의 시계를 안정적으로 확보하거나 차량의 주행 상태를 다른 차량에게 알리기 위한 램프 장치가 구비되어 있다.
차량용 램프 장치는 차량의 전방에 설치되는 헤드램프와 차량의 후방에 설치되는 리어램프를 포함한다. 헤드램프는 전방을 조명하여 야간 운행 중에 전방을 비추는 램프이다. 리어 램프는 운전자가 브레이크를 조작할 때에 점등되는 브레이크 등과 차량의 진행방향을 알리는 방향지시등 등을 포함한다.
차량용 램프 장치에서 에너지 효율이 좋은 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드가 사용되는 추세이다.
특히, 직진성이 우수하여서, 조사 가능한 거리가 길고, 마주 오는 차량의 시야를 방해하지 않는 레이저 다이오드가 각광 받고 있다.
그러나, 레이저 다이오드는 화이트 색을 구현하기 위해서는 형광체 및 렌즈 조립체를 사용하여야 한다. 그러나, 이러한 구조는 차량용 램프 장치의 구조를 복잡하게 하여서, 효율을 저하시키고, 차량용 램프 장치의 부피를 증가시키는 문제가 존재한다. 이하, 종래 기술에 따른 레이저 다이오드를 채용한 차량용 램프 장치에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 19은 종래기술에 따른 발광모듈의 개념도이다. 도 19을 참고하면, 종래기술에 따른 발광모듈은 레이저 다이오드에서 생성된 블루(Blue) 광이 프리즘(3)과 렌즈(4)를 투과하면서 포커싱되고, 포커싱된 광은 제1반사부(5)를 통해 반사되어 투과형 형광체(6)를 투과하며 화이트 광으로 변환되고, 화이트 광으로 변환된 광은 제2반사부(7)를 통해 전방으로 방출된다.
종래기술에 따르면, 발광모듈이 자동차의 헤드램프에 내장될 때, 발광모듈이 광축을 따라 길게 형성되면, 이에 대응하여 헤드램프의 길이가 길어지는 문제점이 존재한다.
종래기술의 발광모듈은 다수의 부품이 사용되고, 각각의 부품의 크기와 각각의 부품을 광이 한번만 통과하는 광경로로 인해 헤드램프의 소량화가 어려운 문제점이 있다. 구체적으로, 투과형 형광체(6)를 통과한 빛은 부채꼴 형상으로 퍼지게 되므로, 투과형 형광체(6)에 입사되는 빛은 작은 스팟(약 0.5mm)으로 집중되어야 할 필요가 있다. 종래기술에 따른 발광모듈은 레이저 다이오드에서 방출되는 광(지름이 약 6mm)을 투과형 형광체(6)에 작은 스팟으로 포커싱하기 위해, 상술한 바와 같은 광경로를 사용한다.
또한, 작은 스팟으로 포커싱하기 위해 다수의 부품을 사용하여, 비용이 증가되고, 신뢰성에 문제가 존재한다. 또한 광이 투과하여 색상을 변경시키는 투과형 형광체를 사용하므로 효율이 감소되는 문제점이 존재한다.
투과형 형광체는 측면 보다 넓은 면적을 가지는 전방면 및 후방면으로 광이 투과되고, 광이 투과되지 않는 측면을 통해 방열이 이루어져야 한다. 결국, 투과형 형광체의 측면에 히트싱크를 연결할 수 밖에 없다.
따라서, 투과형 형광체와 히트싱크의 접촉 면적이 작아서 투과형 형광체는 방열이 용이하지 않아 쉽게 과열되게 된다. 일반적으로 고온에서 형광체의 효율은 급감하게 되므로, 투과형 형광체를 사용하는 조명은 그 광원의 세기에 제한이 생기는 문제점이 존재한다.
또한, 전방의 일 공간에 집중된 광을 만들기 위해 집광렌즈와 광원 들의 상대적 위치가 매우 중요하다. 이들 간이 작은 공간적인 차이는 발광모듈에서 생성된 광의 효율이 크게 저하되고, 광이 일 공간에 효율적으로 집중되지 못하는 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광모듈의 크기를 줄이고, 하나의 렌즈를 다용도로 활용하여 발광모듈의 부품 수를 줄이는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 레이저 다이오드의 광 직진성이 향상되고, 광 효율 및 휘도가 뛰어난 발광모듈을 제공하는 것이다.
실시예에 따른 발광모듈은 입사되는 광을 일 공간으로 집광하는 집광렌즈, 상기 집광렌즈의 일측에 배치되어 상기 집광렌즈를 통과하는 광을 제공하는 광원, 상기 집광렌즈의 타측에 배치되어, 상기 집광렌즈를 통과한 상기 광을 반사하여 다시 상기 집광렌즈로 제공하는 제1 광경로 변환부재, 적어도 상기 집광렌즈와 상기 제1 광경로 변환부재를 수용하고, 상기 광원에서 제공되는 광이 통과되는 광학개구를 가지는 메인 케이스, 상기 광원을 수용하고, 상기 광원에서 제공된 광이 상기 광학개구를 통하여 상기 집광렌즈에 공급되도록 상기 메인 케이스와 결합되는 광원 케이스 및 상기 광원의 위치를 결정하는 제1 위치결정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 집광렌즈의 후방의 상부에 광원을 배치하고, 후방의 하부에 제2 광경로 변환부재를 배치하여서, 발광모듈의 길이를 줄이고, 공간의 활용을 극대화 하여 하우징에 쉽게 내장될 수 있는 이점이 존재한다.
또한, 실시예는 집광렌즈의 상하영역을 분할하여 사용하고, 집광렌즈에 광이 여러 번 통과되므로, 발광모듈의 부품 수가 줄어들고 제조비용이 감소되는 이점이 존재한다.
또한, 실시예는 열이 발생되는 광원과 제2 광경로 변환부재를 각각 집광렌즈의 상부 영역과 하부 영역에 이격되어 배치하여서, 발광모듈의 열 집중을 완화하는 이점이 존재한다.
또한, 실시예는 광의 파장을 변환하는 파장변환소자의 넓은 면으로 열이 배출되는 구조를 가지므로, 파장을 변화하는 파장변환소자에 열 집중이 완화되고, 파장변환소자의 가열에 따른 변환 효율 저하를 줄이는 이점이 존재한다.
또한, 실시예는 집광렌즈를 여러 번 통과하는 경로로 인해 발생되는 비축수차를 보조 집광렌즈의 형상을 통해 보정하는 이점이 존재한다.
또한, 실시예는 위치 결정유닛을 사용하여서 광원 및 제2 광경로 변환부재의 위치를 정확하게 조절하는 이점이 존재한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈을 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈의 광 경로를 도시한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈의 굴절과 반사를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 집광렌즈를 수직방향으로 절단한 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 집광렌즈를 수평방향으로 절단한 단면도이다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 광경로 변환부재의 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스를 포함하는 발광모듈의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스를 포함하는 발광모듈의 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1케이스를 도시한 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2케이스를 도시한 사시도이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1케이스와 제2케이스의 결합 부위의 단면도이다.
도 10a 및 도 10b은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 광원 케이스의 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도이다.
도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 광원 케이스의 결합 시의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 브라켓의 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도이다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 브라켓의 결합 시의 단면도이다.
도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라켓의 일부 단면도이다.
도 12a는 종래기술에 따른 발광모듈의 광경로를 도시한 도면이다.
도 12b는 종래기술에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 13a 는 본 발명에 따른 발광모듈의 광경로를 도시한 도면이다. 도 13b는 본 발명에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 14a는 비교예에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 14b는 본 발명에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 15은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광모듈의 개념도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광모듈의 개념도이다.
도 17는 본 발명의 발광모듈을 포함하는 자동차를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 발광모듈을 포함하는 자동차용 램프 장치를 도시한 단면도이다.
도 19은 종래기술에 따른 발광모듈의 개념도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈을 서로 다른 방향에서 바라본 개념도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈의 광 경로를 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈(10)은 집광렌즈(30), 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40), 제2 광경로 변환부재(50) 및 이들을 수용하는 케이스를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈(10)은 입사되는 광을 일 공간으로 집광하는 집광렌즈(30), 집광렌즈(30)의 일측에 배치되어 집광렌즈(30)를 통과하는 광(21)을 제공하는 광원(20), 집광렌즈(30)의 타측에 배치되어, 집광렌즈(30)를 통과한 광(21)을 반사하여 다시 집광렌즈(30)로 제공하는 제1 광경로 변환부재(40), 집광렌즈(30)의 일측에 배치되어 제1 광경로 변환부재(40)를 통하여 집광렌즈(30)로 입사된 광(22)을 다시 집광렌즈(30)로 제공하는 제2 광경로 변환부재(50)를 포함한다.
더욱 구체적으로, 발광모듈(10)은 후방에서 입사되는 광을 전방의 일 공간으로 집광하는 집광렌즈(30), 집광렌즈(30)의 후방에 배치되어 집광렌즈(30)를 통과하는 제1광(21)을 제공하는 광원(20), 집광렌즈(30)의 전방에 배치되고, 제1광(21)을 반사하여 집광렌즈(30)를 통과하는 제1반사광(22)을 제공하는 제1 광경로 변환부재(40), 집광렌즈(30)의 후방에 배치되고, 입사된 제1반사광(22)을 집광렌즈(30)를 통과하는 제2반사광(23)으로 제공하는 제2 광경로 변환부재(50)를 포함한다.
여기서, 방향을 지칭하는 전방은 도 1을 기준으로, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)(-Ax1)(또는, 광축이라 함)에서 상대적으로 우측(Ax1 방향)을 의미하는 것이다. 후방은 도 1을 기준으로, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 상대적으로 좌측(-Ax1 방향)을 의미하는 것이다. 수직방향은 도 1a에서 광축과 수직인 상하방향(Z축 방향)을 의미하고, 수평방향은 광축 및 수직방향과 수직인 Y축 방향을 의미한다.
또한, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)은 집광렌즈(30)의 전방면(31)의 초점과, 집광렌즈(30)의 중심을 연결한 가상의 선이다.
먼저 케이스의 내부에 수용되는 구성에 대해 설명하고, 케이스에 대한 설명은 후술하도록 한다.
집광렌즈(30)는 광축의 후방에서 입사되는 광을 광축 전방의 일 공간으로 집광한다. 집광렌즈(30)는 집광렌즈(30)의 형상과 집광렌즈(30)와 외부 사이의 굴절률 차이로 입사되는 광을 굴절시킨다. 집광렌즈(30)의 굴절율은 1 보다 크고, 바람직하게는 1.5 내지 1.6일 수 있다.
예를 들면, 집광렌즈(30)는 구면렌즈 또는 비구면 렌즈를 포함한다. 바람직하게는, 집광렌즈(30)는 비구면 렌즈로 구현될 수 있다.
집광렌즈(30)는 광축(Ax)의 전방으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 다른 예로, 집광렌즈(30)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직인 후방면(32)과, 집광렌즈(30)의 전방으로 볼록한 전방면(31)을 가질 수 있다. 물론, 후방면(32)은 광축 전방으로 오목한 형상을 가질 수도 있다.
특히, 집광렌즈(30)의 전방면(31)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 정점으로 하는 곡선을 가진다. 상세하게는, 집광렌즈(30)의 전방면(31)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1) 상에 초점을 가지고, 복수 개의 곡률반경을 가지는 곡선을 이룰 수 있다.
이러한, 집광렌즈(30)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 입사되는 광을 굴절시켜서 광축 전방의 임의의 위치로 집중하게 된다. 집광렌즈(30)는 광을 투과하는 다양한 재질로 이루어진다.
광원(20)은 전기 에너지를 공급받아 광 에너지로 변환시키고, 이를 통하여 광을 생성한다. 이러한 예로서, 광원(20)은 초고압 수은 램프(UHV Lamp), 발광다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 등이 될 수 있다. 바람직하게는, 광원(20)은 직진성 및 집중성이 우수한 레이저 다이오드로 구현될 수 있다.
물론, 이러한 광원(20)은 다양한 전원장치에 의해 전원이 공급될 수 있고, 바람직하게는, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등에 의해 전원이 공급될 수 있다.
여기서, 레이저 다이오드는 레이저 동작을 시키기 위한 전극을 2개 가지고 있는 반도체 레이저를 말한다. 구체적으로, 레이저 다이오드는 GaAs, Alx Ga1-xAs계 더블 헤테로 접합 구조일 수 있다.
광원(20)은 다양한 색상의 광을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 광원(20)은 효율이 우수한 블루(Blue)계열의 광을 생성한다.
광원(20)은 집광렌즈(30)의 후방에 배치되어 집광렌즈(30)를 통과하는 제1광(21)을 제공한다. 제1광(21)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)(광축)에 평행하게 입사된다. 여기서, 평행은 수학적 의미의 평행을 의미하는 것은 아니고, 오차를 포함하는 범위에서의 평행을 의미한다.
제1광(21)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에 편심되는 후방면(32)에 입사된다.
더욱 상세하게는, 집광렌즈(30)는 중심축을 관통하는 절단면에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 제1영역과 제2영역으로 구획될 수 있다.
예를 들면, 도 1에서 도시된 바와 같이, 제1영역은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 상부영역(Z축 방향 영역)이다. 제2영역은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 하부영역(-Z축 방향 영역)이다. 이때, 제1광(21)은 집광렌즈(30)의 제1영역으로 입사된다.
이를 위해, 광원(20)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에 편심되게 위치된다. 구체적으로, 광원(20)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수직방향(Z축, -Z축 방향)으로 편심되게 위치된다. 물론, 광원(20)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수평방향(Y축, -Y축 방향)으로 편심되게 위치되거나, 수직방향에서 보아, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 중첩되게 위치될 수 있다.
광원(20)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제1방향(Z축 방향)으로 이격되어 배치된다. 광원(20)과 제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 서로 대향되게 배치된다.
광원(20)에서 생성된 제1광(21)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 편심된 위치로 입사되어서, 집광렌즈(30)의 전방면(31)에서 굴절되어 제1 광경로 변환부재(40)로 입사된다.
제1 광경로 변환부재(40)는 집광렌즈(30)의 전방에 배치되어서, 집광렌즈(30)를 통과한 제1광(21)을 반사하여 집광렌즈(30)를 통과하는 제1반사광(22)을 제공한다.
구체적으로, 제1 광경로 변환부재(40)는 제1반사광(22)이 집광렌즈(30)의 전방면(31)으로 입사되어 집광렌즈(30)의 후방면(32)으로 방출되게 배치된다. 또한, 제1 광경로 변환부재(40)는 평면 또는 곡면을 포함할 수 있다. 특히, 광원(20)의 개수에 따라 제1 광경로 변환부재(40)는 다수 개가 계단처럼 배치되는 것도 가능하다.
제1 광경로 변환부재(40)는 제1반사광(22)을 각을 조절할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 제1 광경로 변환부재(40)는 하나의 축을 중심으로 틸트 또는 회전 가능하게도 구현되거나, 2개의 축을 중심으로 틸트 또는 회전 가능하게 구현될 수 있다.
더욱 구체적으로, 한정된 차량의 램프장치의 공간에서 구성요소들을 효과적으로 배치하며, 그 효율을 향상시키기 위해서, 제1 광경로 변환부재(40)는 제1반사광(22)이 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에 편심되는 전방면(31)에 입사되게 배치된다. 이 때, 제1반사광(22)은 집광렌즈(30)의 제2영역으로 입사되는 것이 바람직하다.
한편, 제1반사광(22)이 집광렌즈(30)의 전방면(31)으로 입사되는 입사스팟은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 제2방향으로 이격된다. 즉, 제1반사광(22)은 제1광(21)이 입사되는 집광렌즈(30)의 영역과 대향되는 집광렌즈(30)의 다른 영역으로 입사된다.
제1 광경로 변환부재(40)가 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1) 상에 배치되게 되면, 제1 광경로 변환부재(40)와 광원 사이의 거리가 증가되어, 발광모듈(10) 자체의 길이가 길어지는 단점이 존재하게 된다.
따라서, 제1 광경로 변환부재(40)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수직방향(Z축, -Z축 방향)으로 편심되게 위치된다. 물론, 제1 광경로 변환부재(40)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수평방향(Y축, -Y축 방향)으로 편심되게 위치되거나, 수직방향에서 보아 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 중첩되게 위치될 수 있다.
제1 광경로 변환부재(40)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제1방향(Z축 방향)으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 제1 광경로 변환부재(40)는 광축에 평행한 임의의 선과 교차되는 반사면을 가지는 반사층을 포함한다. 여기서, 반사층은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다.
또한, 반사층은 서로 굴절률이 상이한 복수 개의 층이 교번적으로 적층된 구조를 가질 수도 있다.
제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 후방에 배치되고, 제1반사광(22)을 반사하여 집광렌즈(30)를 통과하는 제2반사광(23)을 제공한다.
제2 광경로 변환부재(50)는 광을 반사하거나, 반사하면서 파장을 변환할 수 있다. 즉, 광원(20)에서 생성된 블루 계열의 빛을 파장을 변환하여 화이트 계열의 빛으로 변경할 수 있다. 제2 광경로 변환부재(50)에 대한 자세한 구성은 후술하도록 한다. 즉, 발광모듈(10)의 용도에 따라 제2 광경로 변환부재(50)는 광을 반사만 하거나, 반사와 파장 변환을 함께할 수 있다. 따라서, 제2 광경로 변환부재(50)에서 반사되어 방출되는 제2반사광(23)은 제1반사광(22)과 다른 파장을 가질 수 있다.
제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 후방에 배치되어 집광렌즈(30)를 통과하는 제2반사광(23)을 제공한다.
제1 광경로 변환부재(40)에서 집광렌즈(30)의 전방면(31)으로 입사되는 제1반사광(22)은 집광렌즈(30)의 계면에서 굴절되어 집광렌즈(30)의 제2영역의 후방면(32)으로 방출된다. 집광렌즈(30)를 통과한 제1반사광(22)은 제2 광경로 변환부재(50)에 입사되고, 제2반사광(23)으로 방출된다. 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에 편심되는 후방면(32)에 입사된다. 상세하게는, 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 후방면(32) 중 제2영역으로 입사된다. 집광렌즈(30)로 입사된 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 계면에서 굴절되어 집광렌즈(30)의 전방면(31)을 통해 전방으로 방출된다. 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 전방면(31) 중 제2영역으로 방출된다.
광원(20)에서 출사되는 광은 집광렌즈(30)의 상반부, 제1 광경로 변환부재(40), 집광렌즈(30)의 하반부, 제2 광경로 변환부재(50), 집광렌즈(30)의 하반부를 순차적으로 경유하며 포커싱된다. 여기서, 집광렌즈(30)의 상반부는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 상부영역을 의미한다. 집광렌즈(30)의 상반부는 집광렌즈(30)의 제1영역이다. 집광렌즈(30)의 하반부는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 하부영역을 의미한다. 집광렌즈(30)의 하반부는 집광렌즈(30)의 제2영역이다.
제1광(21)은 광원(20)에서 생성되어 집광렌즈(30)를 통과하고, 제1 광경로 변환부재(40)에 제공된다. 제1반사광(22)은 제1광(21)이 제1 광경로 변환부재(40)에 의해 반사되고, 집광렌즈(30)를 통과하여 형성된다. 제1반사광(22)은 제2 광경로 변환부재(50)에 제공된다. 제2반사광(23)은 제1반사광(22)이 제2 광경로 변환부재(50)에 의해 반사되고, 집광렌즈(30)를 통과하여 형성된다.
한편, 광의 반사특성에 대해 설명하면 다음과 같다.
광은 리플렉터(reflector)의 표면 특성에 따라서, 정반사(specular reflection)와 난반사(diffuse reflection)될 수 있다.
그리고, 난반사는 가우시안 반사(guassian reflection), 램버시안 반사(lambertian reflection), 및 혼합 반사(mixed reflection)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 정반사는 광이 리플렉터의 어느 한 지점(point)에 입사할 때, 해당 지점을 지나는 법선과 입사광의 광축 사이의 각도와 법선과 반사광의 광축 사이의 각도가 동일한 반사를 의미한다.
그리고, 가우시안 반사는 리플렉터 표면의 각에 따른 반사광의 세기가 법선과 반사광의 방향 사이의 각이 가우시안 함수 값으로 변하는 반사를 의미한다.
이어, 램버시안 반사는 리플렉터 표면의 각에 따른 반사광의 세기가 법선과 반사광의 방향 사이의 각이 코사인 함수 값으로 변하는 반사를 의미한다.
다음, 혼합 반사는 정반사, 가우시안 반사, 및 램버시안 반사 중 적어도 하나 이상이 혼합된 반사를 의미한다.
실시예에서는, 제1 광경로 변환부재(40)는 광의 포커싱을 위해 광을 정반사한다. 제2 광경로 변환부재(50)는 반사역할만 수행하는 경우, 광을 정반사한다.
한편, 다른 실시예에서, 제2 광경로 변환부재(50)가 반사 및 파장변환을 하는 경우, 제2 광경로 변환부재(50)는 반사층과 반사층 상에 도포된 형광체층의 구조를 가지게 된다. 제2 광경로 변환부재(50)가 반사 및 파장변환을 하는 경우, 제2 광경로 변환부재(50)에서 제공되는 제2반사광(23)은 램버시안 반사 또는 혼합 반사 형태를 띠게 된다. 따라서, 제2 광경로 변환부재(50)가 반사 및 파장변환 하는 경우, 제2반사광(23)은 광축(Ax) 전방을 향해 방사되는 형태를 가지게 된다. 즉, 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행한 임의의 선을 기준으로 상하 방향으로 소정의 각도를 가지는 부채꼴 형태의 광이 된다.
바람직하게는, 제2 광경로 변환부재(50)의 반사면은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직하게 배치된다.
제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 후방면(32)의 제2영역으로 입사되어 집광렌즈(30)의 계면에서 굴절되어 방출된다. 집광렌즈(30)를 통과한 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)에 입사되는 제2반사광(23) 보다 그 방사각이 줄어든 형태가 된다.
따라서, 집광렌즈(30)를 통과한 제2반사광(23)은 어느 정도 직진성을 가지며 확산되는 광이 된다. 이러한 제2반사광(23)은 차량용 램프 장치의 근거리를 비추는 로우 빔(Low beam)으로 사용될 수 있다.
제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수직방향(Z축, -Z축 방향)으로 편심되게 위치된다. 물론, 제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수평방향(Y축, -Y축 방향)으로 편심되게 위치되거나, 수직방향에서 보아, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 중첩되게 위치될 수 있다.
구체적으로, 제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제2방향(-Z축 방향)으로 이격되어 배치된다. 제2 광경로 변환부재(50)와 광원(20)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)을 기준으로 서로 대향되게 배치된다.
보조 집광렌즈(60)는 광축의 후방에서 입사되는 광을 광축 전방의 일 공간으로 집광한다. 보조 집광렌즈(60)는 보조 집광렌즈(60)의 형상과 보조 집광렌즈(60)와 외부 사이의 굴절률 차이로 입사되는 광을 굴절시킨다. 보조 집광렌즈(60)의 굴절율은 1 보다 크고, 바람직하게는 1.5 내지 1.6일 수 있다.
보조 집광렌즈(60)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에 편심되어 위치된다. 구체적으로, 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 편심되어 위치된다.
보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수직방향(Z축, -Z축 방향)으로 편심되게 위치된다. 물론, 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 수평방향(Y축, -Y축 방향)으로 편심되게 위치되거나, 수직방향에서 보아, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 중첩되게 위치될 수 있다. 구체적으로, 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 제2방향(-Z축 방향)으로 이격되어 배치된다.
또한, 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)은 집광렌즈(30)의 제2영역 내에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)과 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)은 평행하게 배치된다.
이러한, 보조 집광렌즈(60)는 보조 집광렌즈(60)의 후방에서 입사되는 광을 보조 집광렌즈(60)의 계면에서 굴절시켜 광축과 평행한 광으로 변환하여 방출한다.
제2 광경로 변환부재(50)에서 파장변환 및 반사된 빛은 보조 집광렌즈(60)의 초점에서 입사되는 빛과 유사하게 입사되어서, 효율적으로 광축과 평행한 광으로 변환되게 된다. 보조 집광렌즈(60)의 재질은 집광렌즈(30)의 재질과 동일한 재질을 가질 수 있다.
다만, 보조 집광렌즈(60)로 입사되는 제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 중심축에서 편심되어 광이 입사되므로, 비축 수차가 발생된다.
따라서, 보조 집광렌즈(60)는 입사되는 광을 집광하면서, 상술한 비축 수차를 해결하기 위한 구조를 가진다. 보조 집광렌즈(60)의 자세한 구조에 대해서는 후술하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈(10)의 굴절과 반사를 설명하기 위한 참고도이다.
먼저, 도 4를 참고하면, 빛의 굴절에 관한 스넬의 법칙은 하기와 같다.
Figure 112015109516181-pat00001
스넬의 법칙을 하기 경로를 이용해 변환하면 굴절식이 도출된다.
Figure 112015109516181-pat00002
여기서, n은 굴절 전 매질의 굴절률,
n＇은 굴절 후 매질의 굴절률,
i 는 광선이 입사되는 면과 수직면이 이루는 각도,
i＇은 출사광과 수직면이 이루는 각도를 의미한다.
상술한 굴절식을 이용해 하기와 같이 각 구성들의 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서의 이격거리 h가 산출될 수 있다.
Figure 112015109516181-pat00003
여기서, r은 렌즈의 곡률반경을 의미한다.
실시예의 집광렌즈(30)는 중앙부의 곡률반경이 테두리부의 곡률반경 보다 작은 비구면 렌즈이다.
먼저, 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40), 제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)의 전방에서 보아 집광렌즈(30)와 중첩되게 위치된다. 따라서, 발광모듈(10)이 내장되는 하우징의 크기가 집광렌즈(30)의 크기로 축소될 수 있다.
구체적으로, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 광원(20) 사이의 제1거리(h1)는 집광렌즈(30)의 반지름(L) 보다 작다. 여기서, 제1거리(h1)는 상술한 이격거리 산출공식에 의해 산출된다.
또한, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 제2 광경로 변환부재(50) 사이의 제2거리(h2)는 집광렌즈(30)의 반지름(L) 보다 작다. 물론, 제2거리(h2)도 상술한 이격거리 산출공식에 의해 산출된다. 또한, 제2 광경로 변환부재(50)는 집광렌즈(30)의 후방면(32)에서 집광렌즈(30)의 후방으로 인접하여 위치된다.
바람직하게는, 광원(20)의 제1거리(h1)와 제2 광경로 변환부재(50) 제2거리(h2)는 동일할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제1거리(h1)와 제2거리(h2) 사이의 비는 1: 0.7 내지 1 : 1.1 일 수 있다. 더 더욱 바람직하게는, 제1거리(h1)와 제2거리(h2) 사이의 비는 1: 0.94 내지 1: 0.98 일 수 있다.
한편, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 제1 광경로 변환부재(40) 사이의 제3거리(h3)는 집광렌즈(30)의 반지름(L) 보다 작고 0 보다 크다. 물론, 제3거리(h3)는 상술한 이격거리 산출공식에 의해 산출된다. 바람직하게는, 제1거리(h1)와 제3거리(h3) 사이의 비는 1: 0.5 내지 1 : 0.9 일 수 있다. 더 더욱 바람직하게는, 제1거리(h1)와 제3거리(h3) 사이의 비는 1: 0.6 내지 1: 0.8 일 수 있다.
집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 제1반사광(22)의 입사스팟 사이의 제4거리(h4)는 제1거리(h1) 또는 제2거리(h2) 보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 광원(20)의 제1거리(h1)와 입사스팟의 제4거리(h4)의 비는 1: 0.1 내지 1: 0.6 일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 광원(20)의 제1거리(h1)와 입사스팟의 제4거리(h4)의 비는 1: 0.35 내지 1: 0.37 일 수 있다.
이러한, 발광모듈(10)은 조립의 편의성을 위해 육면체 형태의 하우징에 내장되는 것이 일반적이다. 따라서, 집광렌즈(30)의 후방의 상부에 광원(20)을 배치하고, 후방의 하부에 제2 광경로 변환부재(50)를 배치하여서, 발광모듈(10)의 길이를 줄이고, 공간의 활용을 극대화 하여 하우징에 쉽게 내장될 수 있다.
또한, 보조 집광렌즈(60)가 집광렌즈(30)의 전방의 하부에 배치되고, 제1 광경로 변환부재(40)가 집광렌즈(30)의 전방의 상부에 배치되어서, 발광모듈(10)의 길이를 줄이고, 공간의 활용을 극대화 하여 하우징에 쉽게 내장될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 집광렌즈를 수직방향으로 절단한 단면도, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 집광렌즈를 수평방향으로 절단한 단면도이다. 바람직하게는, 보조 집광렌즈의 수직 절단면과, 수평 절단면은 모두 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)을 관통한다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 보조 집광렌즈(60)는 비축 수차를 개선하고, 전방으로 광을 집광하기 위해 제1굴절면(62a)(62b)과 제2굴절면(61)을 가진다.
제1굴절면(62a)(62b)은 집광렌즈(30) 방향으로 노출되는 보조 집광렌즈(60)의 일면이다. 제1굴절면(62a)(62b)은 보조 집광렌즈(60)의 후방면을 형성한다. 제1굴절면(62a)(62b)은 제2굴절면(61)과 대향되게 배치된다.
제1굴절면(62a)(62b)과 제2굴절면(61)의 형상은 상이하다.
제1굴절면(62a)(62b)은 보조 집광렌즈(60)의 외부와의 경계면으로 제2반사광(23)이 입사되는 면이다. 제1굴절면(62a)(62b)에서 제2반사광(23)은 굴절된다. 제1굴절면(62a)(62b)은 비축 수차를 보정하기 위한 형상을 가진다.
서로 교차되는 절단면 상에서 제1굴절면(62a)(62b)의 형상들은 서로 상이하다. 구체적으로, 제1굴절면(62a)(62b)은 서로 다른 방향에서 수직굴절단면(62a)과, 수평굴절단면(62b)을 가진다. 수직굴절단면(62a)은 도 5a에서 도시된 바와 같이, 보조 집광렌즈를 수직 방향으로 절단한 수직 절단면 상에서 제1굴절면(62a)(62b)의 단면 형상이다. 수평굴절단면(62b)은 도 5b에서 도시된 바와 같이, 보조 집광렌즈를 수평 방향으로 절단한 수평 절단면 상에서 제1굴절면(62a)(62b)의 단면 형상이다.
비축 수차를 보정하기 위해, 수직굴절단면(62a)과 수평굴절단면(62b)의 형상은 서로 상이할 수 있다. 일 예로, 수직굴절단면(62a)은 곡률을 가지고, 수평굴절단면(62b)은 평면이다.
구체적으로, 수평굴절단면(62b)은 실질적으로 평면이거나, 곡률반경이 매우 큰 곡선일 수 있다. 수직굴절단면(62a)은 보조 집광렌즈(60)의 후방으로 볼록한 형상이다. 수직굴절단면(62a)은 보조 집광렌즈(60)의 전방방향에 그 곡률중심을 가진다.
다른 예로, 수직굴절단면(62a)은 곡률을 가지고, 수평굴절단면(62b)은 수직굴절단면(62a)과 다른 곡률을 가진다. 구체적으로, 수직굴절단면(62a)의 곡률반경은 수평굴절단면(62b)의 곡률반경 보다 작다. 더욱 구체적으로, 수평굴절단면(62b)의 곡률반경은 수직굴절단면(62a)의 곡률반경의 5배 이상이다.
수평굴절단면(62b)과 수직굴절단면(62a)의 곡률중심은 보조 집광렌즈(60)의 전방에 위치된다. 바람직하게는, 수평굴절단면(62b)과 수직굴절단면(62a)의 곡률중심은 보조 집광렌즈(60)의 전방의 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1) 상에 위치된다.
다시 설명하면, 전체적으로 제1굴절면(62a)(62b)은 수평방향과 일치되는 중심축을 가지는 원통의 일부(Toroid)를 형성한다. 즉, 보조 집광렌즈(60)의 제1굴절면(62a)(62b)이 수직방향으로 곡률을 가져서, 수직방향에서 생기는 비축 수차를 보정할 수 있다.
바람직하게는, 수직굴절단면(62a)의 곡률반경은 보조 집광렌즈(60)의 반경(Ra)의 8배 내지 15배이다. 수직굴절단면(62a)은 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)을 정점으로 하는 곡선일 수 있다.
제2굴절면(61)은 보조 집광렌즈(60)의 전방으로 노출되는 보조 집광렌즈(60)의 일면이다. 제2굴절면(61)은 보조 집광렌즈(60)의 전방면을 형성한다. 제2굴절면(61)은 제1굴절면(62a)(62b)과 대향되게 배치된다.
제2굴절면(61)은 보조 집광렌즈(60)의 외부와의 경계면으로 제2반사광(23)이 방출되는 면이다. 제2굴절면(61)에서 제2반사광(23)은 굴절된다. 제2굴절면(61)은 집광을 위한 형상을 가진다.
예를 들면, 보조 집광렌즈(60)의 제2굴절면(61)은 구면 또는 비구면 형상을 가진다. 구체적으로, 제2굴절면(61)은 수평방향 및 수직방향에서 대칭되는 형상을 가진다.
구체적으로, 제2굴절면(61)은 전방으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 특히, 제2굴절면(61)은 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)을 정점으로 하는 곡선을 가진다. 상세하게는, 제2굴절면(61)은 보조 집광렌즈(60)의 후방에 곡률중심을 가지고, 복수 개의 곡률반경을 가지는 곡선의 조합으로 이루어 질 수 있다. 제2굴절면(61)의 중심의 곡률반경은 제2굴절면(61)의 주변의 곡률반경 보다 작을 수 있다.
또한, 실시예는 보조 집광렌즈(60)의 테두리의 일부 영역을 감싸는 파장변환 코팅층(69)을 더 포함할 수 있다.파장변환 코팅층(69)은 보조 집광렌즈(60)의 수직단면에서 상부면을 커버하게 배치된다. 파장변환 코팅층(69)은 형광체를 포함하여서, 제2 광경로 변환부재(50)에 변환되지 못한 블루 광이 방출되는 것을 제한한다.
형광체는 광원(20)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 파장변환 코팅층(69)에서 방출되는 광이 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 광경로 변환부재의 단면도이다.
도 6를 참고하면, 일 실시예에 따른 제2 광경로 변환부재(50)는 입사되는 광의 파장을 변경하는 파장변환층(52)과, 입사되는 광을 반사하는 반사층(51)을 포함한다.
반사층(51)의 계면은 광축(Ax1)과 수직하게 배치된다. 반사층(51)은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다.
파장변환층(52)은 입사되는 광의 파장을 변환한다. 구체적으로, 파장변환층(52)은 블루 계열의 빛이 입사되어 화이트 계열의 빛으로 변환된다.
파장변환층(52)은 반사층(51) 보다 전방에 위치된다. 따라서, 입사되는 제1반사광(22)은 파장변환층(52)을 통과하며 파장이 변환되고, 반사층(51)에 의해 반사되어 집광렌즈(30)를 통과하는 제2반사광(23)으로 변환된다.
예를 들면, 파장변환층(52)은 투명한 실리콘 등의 기재층에 형광체(미도시)가 분산된 구조를 가질 수 있다. 형광체는 광원(20)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광모듈(10)이 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
형광체는 광원(20)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
상세하게는, 광원(20)이 청색 레이저 다이오드이고 형광체(미도시)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 레이저 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광모듈(10)은 백색 빛을 제공할 수 있다.
다른 예를 들면, 파장변환층(52)은 코팅 또는 막 형태로 구현될 수 있다. 구체적으로, 파장변환층(52)은 황색의 Opto ceramic을 포함할 수 있다. 이는 기존의 형광체에 비해 열적 안정성이 우수하다.
이하, 집광렌즈(30), 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40) 및 제2 광경로 변환부재(50)를 수용하는 케이스를 상술하도록 한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스를 포함하는 발광모듈의 사시도, 도 8a 및 도 8b은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스를 포함하는 발광모듈의 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1케이스를 도시한 사시도, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2케이스를 도시한 사시도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 케이스는 집광렌즈(30), 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40) 및 제2 광경로 변환부재(50)를 수용하고, 이들 간의 상대적인 위치를 결정한다. 또한, 케이스는 광이 진행되는 공간을 제공한다.
상술한 케이스는 집광렌즈(30), 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40) 및 제2 광경로 변환부재(50)의 정확한 상대적인 위치를 결정한다. 그리고 집광렌즈(30), 광원(20), 제1 광경로 변환부재(40) 및 제2 광경로 변환부재(50)를 손 쉽게 고정하는 구조를 가진다.
케이스는 내부에 수용된 구성품에서 발생되는 열을 배출하기 위해 열전달률이 우수한 재질이 선택될 수 있다. 예를 들면, 케이스는 알루미늄 등의 금속 재질이 선택된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 케이스의 방열을 위해, 케이스의 외면에는 외기와의 접촉면적을 확대하는 방열핀 등의 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 케이스는 메인 케이스(101), 광원 케이스(103)를 포함한다. 또한, 케이스는 메인 케이스(101), 광원 케이스(103) 및 브라켓(140)을 포함한다.
메인 케이스(101)는 집광렌즈(30), 제1 광경로 변환부재(40) 및 제2 광경로 변환부재(50)를 수용한다. 구체적으로, 메인 케이스(101)는 내부에 공간이 형성되는 중공 형태를 가진다.
메인 케이스(101)에는 광원(20)에서 제공된 광(21)이 통과되는 광학개구(110a)와, 제2 광경로 변환부재(50)에서 반사된 광(23)이 통과하는 윈도우(120a)(도 11a 참조)가 형성된다. 또한 제2 광경로 변환부재(50)와 집광렌즈(30)를 통과하여 보조 집광렌즈(60)로 공급되는 광이 통과하는 광방출 개구(122)가 형성된다.
광학개구(110a)는 메인 케이스(101)의 일면(상세히는 후방면)이 개구되어서 형성된다. 광학개구(110a)는 광원(20)에서 생성된 광이 통과되는 장소를 제공한다. 또한, 광학개구(110a)는 후술하는 광원 케이스(103)가 결합되어 빛이 유출되는 것을 방지한다.
구체적으로, 광학개구(110a)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제1방향(Z축 방향)으로 이격되어 배치된다. 광학개구(110a)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 형성된다.
광방출 개구(122)는 메인 케이스(101)의 일면(상세히는 전방면)이 개구되어서 형성된다. 광방출 개구(122)는 제2 광경로 변환부재(50)와 집광렌즈(30)를 통과한 광(제2반사광(23))이 통과하는 장소를 제공한다.
광방출 개구(122)는 보조 집광렌즈(60)가 결합되는 공간을 정의한다. 광방출 개구(122)는 보조 집광렌즈(60)에 의해 차폐된다. 보조 집광렌즈(60)는 광방출 개구(122)에 의해 일면이 노출된다.
구체적으로, 광방출 개구(122)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제2방향(-Z축 방향)으로 이격되어 배치된다. 광방출 개구(122)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 형성된다. 광방출 개구(122)는 보조 집광렌즈(60)의 중심축(Ax2)을 축으로 하는 원통 형상이다.
윈도우(120a)는 메인 케이스(101)의 일면(상세히는 후방면)이 개구되어서 형성된다. 윈도우(120a)는 제2 광경로 변환부재(50)에서 반사된 제2반사광(23)과, 집광렌즈(30)를 통해 방출된 제1반사광(22)이 통과하는 공간이다. 또한, 윈도우(120a)는 후술하는 브라켓(140)이 결합될 때 빛이 유출되는 것을 방지한다.
구체적으로, 윈도우(120a)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제2방향(-Z축 방향)으로 이격되어 배치된다. 광방출 개구(122)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 형성된다.
메인 케이스(101)는 조립의 편의성을 향상시키고, 공차를 줄이기 위해 다수의 세그먼트가 결합되어 형성되는 것이 바람직하다. 도 9a 및 도 9b에서 도시하는 바와 같이, 메인 케이스(101)는 제1케이스(110)와, 제2케이스(120)를 포함한다.
윈도우(120a), 광학개구(110a) 및 광방출 개구(122)는 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 결합에 의해 정의되거나, 제1케이스(110) 또는 제2케이스(120)에 형성될 수 있다. 실시예에서는 윈도우(120a)와 광학개구(110a)는 제1케이스(110)에 형성되고, 광방출 개구(122)는 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 결합에 의해 형성된다.
집광렌즈(30)와, 제1 광경로 변환부재(40) 및 보조 집광렌즈(60)를 수용하는 수용공간은 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 결합에 의해 정의된다.
전체적으로, 메인 케이스(101)는 광축과 평행한 공간을 가지고, 전방에 광방출 개구(122)가 형성되고, 후방에 윈도우(120a) 및 광학개구(110a)가 형성된다. 메인 케이스(101)의 일측에는 광방출 개구(122)가 형성되고, 일측과 대향되는 메인 케이스(101)의 타측에는 윈도우(120a) 및 광학개구(110a)가 형성된다.
제1케이스(110)는 메인 케이스(101)의 하부를 형성한다. 제1케이스(110)에는 집광렌즈(30)가 결합되는 렌즈 홀더(112)가 형성된다. 렌즈 홀더(112)는 링 형태로 내부에 집광렌즈(30)가 결합된다. 렌즈 홀더(112)는 집광렌즈(30)의 엣지(edge)와 결합된다. 제1케이스(110)의 전방에는 보조 집광렌즈(60)의 테두리가 삽입되는 렌즈 삽입홈이 형성된다. 제1케이스(110)의 후방면(119)에는 광학개구(110a) 및 윈도우(120a)가 형성된다.
제1 광경로 변환부재(40)는 서포터(150)에 의해 메인 케이스(101)에 결합된다. 구체적으로, 제1 광경로 변환부재(40)는 서포터(150)에 의해 제1케이스(110)에 결합된다. 서포터(150)는 제1 광경로 변환부재(40)를 지지하고, 광 진행을 방해하지 않도록 "U" 자 형태를 가진다. 서포터(150)는 제1케이스(110)에서 제1 광경로 변환부재(40)가 이격되게 지지한다.
제2케이스(120)는 메인 케이스(101)의 상부를 형성한다. 제2케이스(120)의 전방에는 보조 집광렌즈(60)의 테두리가 삽입되는 렌즈 삽입홈(111)이 형성된다.
제1케이스(110)의 일면과 제2케이스(120)의 일면은 서로 접촉되며 결합된다. 구체적으로, 후방면(119)과 교차되는 제1케이스(110)의 측면과 후방면(119)과 교차되는 제2케이스(120)의 측면은 서로 접촉되며 결합된다. 제1케이스(110)의 측면과 제2케이스(120)의 측면이 접촉되는 면은 결합면(111a)(111b)으로 정의된다.
결합면(111a)(111b)을 통해 메인 케이스(101)의 내부에서 진행되는 광이 누설되는 문제가 존재한다. 따라서, 메인 케이스(101)에는 제1케이스(110)와 제1케이스(110)의 사이로 누설되는 빛을 차단하기 위해 광 차단벽(180)이 형성된다.
특히, 도 9a를 참조하면, 광 차단벽(180)은 제1케이스(110) 및 제2케이스(120) 중 어느 하나의 결합면(111a)(111b)에서 돌출되어 형성된다. 실시예에서는, 광 차단벽(180)은 제2케이스(120)의 결합면(111b)에서 돌출되어 형성된다. 특히, 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 결합면은 집광렌즈(30)의 조립의 편의성을 위해 대략 광축과 평행하게 형성된다.
구체적으로, 광 차단벽(180)은 보조 집광렌즈(60)와 집광렌즈(30) 사이에 위치된다. 더욱 구체적으로, 광 차단벽(180)은 보조 집광렌즈(60)의 테두리 주변에 위치된다. 광 차단벽(180)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직을 이루는 면 상에서 소정의 면적을 가진다.
도 10a 및 도 10b은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 광원 케이스의 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도, 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 광원 케이스의 결합 시의 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 광원 케이스(103)는 광원(20)을 수용한다. 광원 케이스(103)는 광원(20)에서 제공된 광이 광학개구(110a)를 통하여 집광렌즈(30)에 공급되도록 배치된다. 광원 케이스(103)에는 내부에 수용되는 광원(20)에 전원을 공급하는 전원 케이블이 통과되는 케이블 통로(136)가 형성될 수 있다.
광원 케이스(103)는 하나 또는 복수의 부품으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 광원 케이스(103)는 제1광원 케이스(131)와 제2광원 케이스(135)가 결합되어 형성된다. 광원(20)이 수용되는 공간은 제1광원 케이스(131)와 제2광원 케이스(135)의 결합에 의해 형성된다.
광원 케이스(103)는 일면이 적어도 광학개구(110a)를 차폐하고, 광원 케이스(103)의 일면에는 광원(20)이 노출되는 광 공급홀(132a)이 형성된다.
구체적으로, 광원 케이스(103)는 광학개구(110a)의 주변을 커버하는 커버면(131a)과, 커버면(131a)에서 돌출되어 광학개구(110a)의 내부로 삽입되는 내삽부(132)와, 내삽부(132)에 형성되어 광원(20)에서 생성된 광이 통과되는 광 공급홀(132a)을 포함한다.
커버면(131a)은 메인 케이스(101)의 후방면과 마주보게 배치된다. 커버면(131a)은 광축과 교차되는 면을 형성한다. 구체적으로, 커버면(131a)은 광학개구(110a)의 주변을 형성하는 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)을 커버하게 배치된다.
내삽부(132)는 커버면(131a)에서 돌출되어 형성된다. 내삽부(132)와 커버면(131a)은 단차를 가진다. 내삽부(132)는 광학개구(110a)의 내부로 삽입되도록 광학개구(110a)와 대응되게 형성된다. 내삽부(132)는 광학개구(110a)로 내삽되어서 광학개구(110a)를 통해 광원(20)에서 제공된 광이 광학개구(110a)의 주변으로 누설되는 것을 방지한다. 바람직하게는 내삽부(132)는 커버면(131a)의 중앙에 위치된다.
광 공급홀(132a)은 광원(20)에서 생성된 광이 통과되는 공간을 제공한다. 광 공급홀(132a)은 내삽부(132)에 형성된다. 광 공급홀(132a)은 광원 케이스(103)의 내부에 수용된 광원(20)을 노출한다. 또한, 광 공급홀(132a)의 내부 일부에는 광원(20)이 위치될 수도 있다.
실시예에서는 상술한 커버면(131a)과, 내삽부(132)는 제1광원 케이스(131)에 형성된다.
광원(20)의 위치와, 광원(20)과 집광렌즈(30) 사이의 거리는 발광모듈의 효율 및 발광모듈에서 방출되는 광의 형상과 크기를 크게 좌우한다. 따라서, 실시예에서는 제1 위치결정 유닛을 사용하여서, 광원(20)의 위치를 정확하게 결정한다. 제1 위치결정 유닛은 광원 케이스(103)와 메인 케이스(101)의 결합 시에 정렬의 기준을 제공한다.
제1 위치결정 유닛은 광원(20)의 위치를 결정한다. 예를 들면, 제1 위치결정 유닛은 광원(20)의 수직 및 수평 방향의 위치를 결정하는 제1 얼라이먼터 및/또는 광원(20)의 광축 상에서의 위치(광원(20)과 집광렌즈(30) 사이의 거리)를 결정하는 제1 스페이서를 포함할 수 있다.
제1 얼라이먼터는 광원(20)의 수직 및 수평 방향의 위치를 결정한다. 즉, 제1 얼라이먼터는 광원(20)이 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제1방향(Z축 방향)으로 이격되는 거리를 조절한다.
예를 들면, 제 1얼라이먼터는 제1보스(161)와 제1보스홀(162)을 포함한다.
제1보스(161)는 메인 케이스(101) 및 광원 케이스(103) 중 어느 하나에 형성된다. 실시예에서, 제1보스(161)는 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)에서 후방으로 돌출되어 형성된다. 제1보스(161)는 제1보스홀(162)에 내삽된다. 따라서, 제1보스(161)는 제1보스홀(162)과 대응되는 형상을 가진다. 제1보스(161)는 얼라이먼트의 정확도를 향상시키기 위해 소정의 길이를 갖는다. 제1보스(161)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 배치된다.
제1보스홀(162)은 메인 케이스(101) 및 광원 케이스(103) 중 다른 하나에 형성된다. 실시예에서, 제1보스홀(162)은 광원 케이스(103)의 커버면(131a)이 관통되어 형성된다. 물론 실시예에 따라서는 제1보스홀(162)은 홈 형태로 구현될 수도 있다. 제1보스홀(162)은 제1보스(161)가 삽입되는 공간을 형성한다. 제1보스홀(162)은 얼라이먼트의 정확도를 향상시키기 위해 소정의 길이를 갖는다. 제1보스홀(162)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 배치된다.
제1보스(161)와 제1보스홀(162)은 복수 개가 구비될 수 있다. 제1보스(161)와 제1보스홀(162)의 결합에 의해 광원(20)의 Y-Z축 평면 상에서의 위치를 결정하게 된다.
제1스페이서는 광원(20)의 광축 상에서의 위치(광원(20)과 집광렌즈(30) 사이의 거리)를 결정한다. 예를 들면, 제1스페이서는 제1평탄면(163)과 제1접촉면(164)을 포함한다.
제1평탄면(163)은 메인 케이스(101) 및 광원 케이스(103) 중 어느 하나에 형성된다. 실시예에서, 제1평탄면(163)은 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)(광학개구(110a)의 주변을 형성하는 면)에 형성된다. 바람직하게는, 제1평탄면(163)은 정확성을 향상시키기 위해 복수 개가 배치된다.
제1평탄면(163)은 평평(flat)하게 형성된다. 구체적으로, 제1평탄면(163)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직되게 배치된다. 제1평탄면(163)은 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)에서 돌출되어 형성되거나 함몰되어 형성될 수 있다. 특히, 제1평탄면(163)은 제1접촉면(164)과의 접촉에 의해 정렬되므로, 그 평평도가 중요하게 된다. 따라서, 제1평탄면(163)은 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)에 비해 작은 면적을 가져서, 평평한 면을 쉽게 형성할 수 있다. 실시예서는 제1평탄면(163)은 메인 케이스(101)의 상부 후방면(119)에서 돌출되어 형성된다.
제1접촉면(164)은 메인 케이스(101) 및 광원 케이스(103) 중 다른 하나에 형성되어 제1평탄면(163)과 면 접촉된다. 실시예에서, 제1접촉면(164)은 광원 케이스(103)의 커버면(131a)에 형성된다. 바람직하게는, 제1접촉면(164)은 정확성을 향상시키기 위해 복수 개가 형성된다.
제1접촉면(164)은 평평(flat)하게 형성된다. 구체적으로, 제1접촉면(164)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직되게 배치된다. 제1접촉면(164)은 커버면(131a)에서 돌출되어 형성되거나 함몰되어 형성될 수 있다. 특히, 제1접촉면(164)은 제1평탄면(163)과의 접촉에 의해 정렬되므로, 그 평평도가 중요하게 된다. 따라서, 제1접촉면(164)은 커버면(131a)에 비해 작은 면적을 가져서, 평평한 면을 쉽게 형성할 수 있다. 실시예서는 제1접촉면(164)은 커버면(131a)에서 돌출되어 형성된다.
또한, 광원 케이스(103)와 메인 케이스(101)는 볼트 등의 체결수단에 의해 체결된다. 광원 케이스(103)와 메인 케이스(101)에는 체결수단이 결합되는 제1볼트홀(163a, 164a)이 형성된다. 제1볼트홀(163a, 164a)의 위치는 제한이 없다. 바람직하게는, 제1볼트홀(163a, 164a)은 제1평탄면(163)과, 제1접촉면(164)에 형성된다.
도 11a 및 도 11b은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 브라켓을 서로 다른 방향에서 바라본 분해사시도, 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 케이스와 브라켓의 결합 시 단면도, 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라켓의 일부 단면도이다.
도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 브라켓(140)은 제2광경로 변환부재(50)를 수용한다. 브라켓(140)은 제2광경로 변환부재(50)에서 제공된 광이 윈도우(120a)를 통하여 집광렌즈(30)에 공급되도록 배치된다.
브라켓(140)은 일면이 적어도 윈도우(120a)를 차폐하고, 브라켓(140)의 일면에는 제2광경로 변환부재(50)가 노출된다.
구체적으로, 브라켓(140)은 윈도우(120a)의 주변을 커버하는 차폐면(141)과, 차폐면(141)에서 돌출되어 윈도우(120a)의 내부로 삽입되는 내삽돌기(142)와, 내삽돌기(142)에 형성되어 제2광경로 변환부재(50)를 수용하는 수용홈(143)을 포함한다.
차폐면(141)은 메인 케이스(101)의 후방면과 마주보게 배치된다. 차폐면(141)은 광축과 교차되는 면을 형성한다. 구체적으로, 차폐면(141)은 윈도우(120a)의 주변을 형성하는 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)을 커버하게 배치된다. 차폐면(141)의 테두리에는 플랜지(145)가 형성된다. 플랜지(145)는 메인 케이스(101)의 후방면에서 돌출된 면과 형합된다.
내삽돌기(142)는 차폐면(141)에서 돌출되어 형성된다. 내삽돌기(142)와 차폐면(141)은 단차를 가진다. 내삽돌기(142)의 적어도 일부는 윈도우(120a)의 내부에 수용되도록 윈도우(120a)와 대응되게 형성된다. 내삽돌기(142)는 윈도우(120a)로 내삽되어서 윈도우(120a)를 통해 제2광경로 변환부재(50)에서 제공된 광이 윈도우(120a) 주변으로 누설되는 것을 방지한다. 바람직하게는 내삽돌기(142)는 차폐면(141)의 중앙에 위치된다.
수용홈(143)은 제2광경로 변환부재(50)가 수용되는 공간을 형성한다. 수용홈(143)은 내삽돌기(142)의 일부가 함몰되어 형성된다.
제2광경로 변환부재(50)의 위치와, 제2광경로 변환부재(50)와 집광렌즈(30) 사이의 거리는 발광모듈의 효율 및 발광모듈에서 방출되는 광의 형상과 크기를 크게 좌우한다. 따라서, 실시예에서는 제2 위치결정 유닛을 사용하여서, 제2광경로 변환부재(50)의 위치를 정확하게 결정한다. 제2 위치결정 유닛은 브라켓(140)과 메인 케이스(101)의 결합 시에 정렬의 기준을 제공한다.
제2 위치결정 유닛은 제2광경로 변환부재(50)의 위치를 결정한다. 예를 들면, 제2 위치결정 유닛은 제2광경로 변환부재(50)의 수직 및 수평 방향의 위치를 결정하는 제2 얼라이먼터 및/또는 제2광경로 변환부재(50)의 광축 상에서의 위치(제2광경로 변환부재(50)와 집광렌즈(30) 사이의 거리)를 결정하는 제2 스페이서를 포함할 수 있다.
제2 얼라이먼터는 제2광경로 변환부재(50)의 수직 및 수평 방향의 위치를 결정한다. 즉, 제2 얼라이먼터는 제2광경로 변환부재(50)가 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)에서 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직한 제2방향(-Z축 방향)으로 이격되는 거리를 조절한다.
예를 들면, 제2 얼라이먼터는 제2보스(171)와 제2보스홀(172)을 포함한다.
제2보스(171)는 메인 케이스(101) 및 브라켓(140) 중 어느 하나에 형성된다. 실시예에서, 제2보스(171)는 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)에서 후방으로 돌출되어 형성된다. 제2보스(171)는 제2보스홀(172)에 내삽된다. 따라서, 제2보스(171)는 제2보스홀(172)과 대응 되는 형상을 가진다. 제2보스(171)는 얼라이먼트의 정확도를 향상시키기 위해 소정의 길이를 갖는다. 제2보스(171)는 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 배치된다.
제2보스홀(172)은 메인 케이스(101) 및 브라켓(140) 중 다른 하나에 형성된다. 실시예에서, 제2보스홀(172)은 브라켓(140)의 차폐면(141)이 관통되어 형성된다. 물론 실시예에 따라서는 제2보스홀(172)은 홈 형태로 구현될 수도 있다. 제2보스홀(172)은 제2보스(171)가 삽입되는 공간을 형성한다. 제2보스홀(172)은 얼라이먼트의 정확도를 향상시키기 위해 소정의 길이를 갖는다. 제2보스홀(172)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 평행하게 배치된다.
제2보스(171)와 제2보스홀(172)은 복수 개가 구비될 수 있다. 제2보스(171)와 제2보스홀(172)의 결합에 의해 제2광경로 변환부재(50)의 Y-Z축 평면 상에서의 위치를 결정하게 된다.
제2 스페이서는 제2광경로 변환부재(50)의 광축 상에서의 위치(제2광경로 변환부재(50)와 집광렌즈(30) 사이의 거리)를 결정한다. 예를 들면, 제2 스페이서는 제2평탄면(173)과 제2접촉면(174)을 포함한다.
제2평탄면(173)은 메인 케이스(101) 및 브라켓(140) 중 어느 하나에 형성된다. 실시예에서, 제2평탄면(173)은 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)(윈도우(120a)의 주변을 형성하는 면)에 형성된다. 바람직하게는, 정확성을 향상시키기 위해 제2평탄면(173)은 복수 개가 배치된다.
제2평탄면(173)은 평평(flat)하게 형성된다. 구체적으로, 제2평탄면(173)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직되게 배치된다. 제2평탄면(173)은 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)에서 돌출되어 형성되거나 함몰되어 형성될 수 있다. 특히, 제2평탄면(173)은 제2접촉면(174)과의 접촉에 의해 정렬되므로, 그 평평도가 중요하게 된다. 따라서, 제2평탄면(173)은 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)에 비해 작은 면적을 가져서, 평평한 면을 쉽게 형성할 수 있다. 실시예서는 제2평탄면(173)은 메인 케이스(101)의 하부 후방면(129)에서 돌출되어 형성된다.
제2접촉면(174)은 메인 케이스(101) 및 브라켓(140) 중 다른 하나에 형성되어 제2평탄면(173)과 면 접촉된다. 실시예에서, 제2접촉면(174)은 브라켓(140)의 차폐면(141)에 형성된다. 바람직하게는, 정확성을 향상시키기 위해 제2접촉면(174)은 복수 개가 형성된다.
제2접촉면(174)은 평평(flat)하게 형성된다. 구체적으로, 제2접촉면(174)은 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 수직되게 배치된다. 제2접촉면(174)은 차폐면(141)에서 돌출되어 형성되거나 함몰되어 형성될 수 있다. 특히, 제2접촉면(174)은 제2평탄면(173)과의 접촉에 의해 정렬되므로, 그 평평도가 중요하게 된다. 따라서, 제2접촉면(174)은 차폐면(141)에 비해 작은 면적을 가져서, 평평한 면을 쉽게 형성할 수 있다. 실시예서는 제2접촉면(174)은 차폐면(141)에서 돌출되어 형성된다.
또한, 브라켓(140)과 메인 케이스(101)는 볼트 등의 체결수단에 의해 체결된다. 브라켓(140)과 메인 케이스(101)에는 체결수단이 결합되는 제2볼트홀(173a, 174a)이 형성된다. 제2볼트홀(173a, 174a)의 위치는 제한이 없다. 바람직하게는, 제2볼트홀(173a, 174a)은 제2평탄면(173)과, 제2접촉면(174)에 형성된다.
도 12a는 종래기술에 따른 발광모듈의 광경로를 도시한 도면이다. 도 12b는 종래기술에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 12a 를 참고하면, 종래기술은 광축에 배치되는 광원에서 광이 입사되어 집광렌즈를 통과하여 방출된다. 집광렌즈를 통해 집광된 광은 광축 상에 배치된 반사부에 의해 굴절되어 투광형 형광체를 거치며 파장이 변환된다.
반사부에서 투광형 형광체로 입사되는 되는 1점으로 집중되지만, 투광성 형광체에서 방출되는 빛은 방사형으로 퍼지는 형태를 가진다. 물론, 투과형 형광체를 투과하는 과정에서 광의 효율은 크게 저하되게 된다.
투과형 형광체에서 방출되는 광은 구면 미러에 의해 광축 전방으로 출력되게 된다.
구면 미러에서 방출되는 광의 일부는 광축과 평행한 평행광으로 전환되지만, 광의 다른 일부는 광축과 평행하지 않는 방향으로 방출되게 되어서, 광의 손실이 발생되게 된다.
특히, 도 12b는 광원의 20미터 전방에서 프로젝션 이미지를 도시하고 있는 데, 일부 광은 집중되고 있지만, 다른 일부 광은 상방으로 손실되는 것을 알 수 있다.
도 13a 는 본 발명에 따른 발광모듈의 광경로를 도시한 도면이다. 도 13b는 본 발명에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 13a 를 참고하면, 실시예의 광원(20)에서 생성된 제1광(21)은 집광렌즈(30)의 상부영역(제1영역)을 통해 입사되고, 굴절되어 방출된다. 집광렌즈(30)에서 방출된 제1광(21)은 제1 광경로 변환부재(40)로 입사된다.
제1 광경로 변환부재(40)에서 입사된 제1광(21)은 반사되어 제1반사광(22)으로 방출된다. 제1반사광(22)은 집광렌즈(30)의 하부영역(제2영역)으로 입사된다. 제1반사광(22)은 집광렌즈(30)의 하부영역을 통해 후방으로 방출된다.
집광렌즈(30)에서 방출된 제1반사광(22)은 제2 광경로 변환부재(50)로 입사된다. 입사된 제1반사광(22)은 제2 광경로 변환부재(50)에서 백색 광으로 파장이 변환되고, 반사되어 제2반사광(23)으로 방출된다.
이 때, 제2반사광(23)은 램버시안 반사 형태를 가지므로, 광축과 평행한 임의의 선을 기준으로 일정한 각도를 가지는 부채꼴 형태로 방출된다.
제2반사광(23)은 집광렌즈(30)의 하부영역으로 입사된 빛은 굴절되어 집광렌즈(30)의 전방으로 방출된다.
집광렌즈(30)에서 방출된 제2반사광(23)은 보조 집광렌즈(60)에서 집광되어 제2광(24)으로 방출된다.
특히, 제2반사광(23)의 대부분은 보조 집광렌즈(60)로 입사되어 평행광선으로 굴절되게 된다.
특히, 도 13b는 광원(20)의 20미터 전방에서 프로젝션 이미지를 도시하고 있는 데, 대부분의 광이 작은 영역에 집중되고 있는 것을 알 수 있다.
도 14a는 비교예에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면, 도 14b는 본 발명에 따른 발광모듈의 프로젝션 이미지를 도시한 도면이다.
도 14a는 실시예에서 보조 집광렌즈(60)의 제1굴절면(62a)(62b)에 비축수차를 개선하기 위한 형상이 적용되는 않은 것이다.
도 14a를 참조하면, 비교예의 발광모듈은 보조 집광렌즈(60)에서 방출되는 광은 광원(20)이 집광렌즈(30)의 중심축에서 편심(decentering)되어 위치되고, 집광렌즈(30)의 중심축에서 편심되어 광이 입사되므로, 수직방향으로 비축 수차가 발생된다.
구체적으로, 비교예의 보조 집광렌즈(60)에서 방출되는 광의 형상이 완벽한 원이 되지 못하고, 상하로 퍼진 타원형이 되어서, 원하는 지점에 정확한 스팟을 형성할 수 없는 단점이 존재한다. 또한, 비교예의 보조 집광렌즈(60)에서 방출되는 광의 색은 백색이 되지 못하고, 상하 부분이 다른 색이 되는 문제점이 존재한다.
도 14b를 참조하면, 실시예의 보조 집광렌즈(60)를 사용하면, 수직방향에 발생된 비축수차가 개선된 것을 볼 수 있다.
구체적으로, 실시예의 보조 집광렌즈(60)에서 방출되는 광은 비축수차가 개선되어서, 형상면에서 원형에 가깝고, 색상 면에서 백색이 된다.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광모듈의 개념도이다.
도 15을 참고하면, 다른 실시예에 따른 발광모듈(10)은 도 1의 실시예와 비교하면, 광원(20)의 개수에 차이점이 존재한다.
도 15은 광축의 전방에서 바라본 도면이다. 실시예의 광원(20)은 복수 개가 구비된다.
복수 개의 광원(20a)(20b)들은 모두 집광렌즈(30)의 제1영역에 배치되고, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 각각의 광원(20)들 사이의 이격거리(제1거리(h1))는 서로 동일하게 위치된다. 따라서, 광축 전방에서 보면, 복수 개의 광원(20a)(20b)들은 집광렌즈(30)의 제1영역 내에서, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 제1거리(h1)를 가지는 원호 상에 배치된다. 복수 개의 광원(20a)(20b)들 사이의 최소 이격거리는 이들의 방열을 고려하여 설정한다.
도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광모듈의 개념도이다.
도 16를 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 발광모듈(10)은 도 1의 실시예와 비교하면, 광원(20)의 개수와, 제1 광경로 변환부재(40)의 개수에 차이점이 존재한다.
또 다른 실시예에서 광원(20)과 제1 광경로 변환부재(40)은 복수 개가 구비된다.
복수 개의 광원(20a)(20b)(20c)들은 모두 집광렌즈(30)의 제1영역에 배치되고, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 각각의 광원(20)들 사이의 이격거리(제1거리(h1))는 서로 동일하게 위치된다. 따라서, 광축 전방에서 보면, 복수 개의 광원(20a)(20b)들은 집광렌즈(30)의 제1영역 내에서, 집광렌즈(30)의 중심축(Ax1)과 제1거리(h1)를 가지는 원호 상에 배치된다. 복수 개의 광원(20a)(20b)(20c)들 사이의 최소 이격거리는 이들의 방열을 고려하여 설정한다.
복수 개의 제1 광경로 변환부재(40a)(40b)(40c)들은 모두 집광렌즈(30)의 제1영역에 배치된다. 복수 개의 제1 광경로 변환부재(40a)(40b)(40c)에는 복수 개의 광원(20a)(20b)(20c)들에서 생성되어 집광렌즈(30) 통과한 빛이 입사된다. 복수 개의 제1 광경로 변환부재(40a)(40b)(40c)는 복수 개의 광원(20a)(20b)(20c)과 대응되는 개수를 가진다. 복수 개의 제1 광경로 변환부재(40a)(40b)(40c)들은 복수 개의 광원(20a)(20b)(20c)들에서 입사되는 광을 반사각을 개별적으로 조정하여서, 제2 광경로 변환부재(50)로 방출되는 빛을 한 점에 집중할 수 있다.
도 17는 본 발명의 발광모듈(10)을 포함하는 자동차를 도시한 도면, 도 18은 본 발명의 발광모듈(10)을 포함하는 자동차용 램프 장치를 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 실시예에 따른 발광모듈(10)은 차량(1)의 전방에 장착된다. 또한, 발광모듈(10)은 차량용 램프 장치(100)에 내장되고, 차량용 램프 장치(100)는 차량의 전방에 구비될 수 있다. 따라서 본 실시예에서 차량용 램프 장치(100)는 운전자의 전방 야간시야를 확보해주는 헤드램프, 안개등, 턴시크럴 램프 등을 포함한다.
다만, 다른 실시예에서 차량용 램프장치는 차량(1)의 후방에 장착되어 후미등 등의 역할을 할 수도 있다.
도 18를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프 장치(100)는 램프 하우징(110)과 램프 하우징(110)의 내부에 위치되는 발광모듈(10)을 포함한다.
또한, 실시예에 따라서는 차량용 램프 장치(100)는 광원유닛(400)을 더 포함할 수 있다.
램프 하우징(110)은 내부에 발광모듈(10) 또는/및 광원유닛(400)이 위치되는 공간을 제공한다.
광원유닛(400)은 자동차의 주행에 필요한 광을 출력한다.
여기서, 발광모듈(10)과 광원유닛(400) 서로 동일한 빛을 방출할 수 있다. 바람직하게는 발광모듈(10)과 광원유닛(400)에서 생성되는 광은 서로 다른 색을 가지거나, 하나는 면광이고, 하나는 점광일 수 있다.
광원유닛(400)에서 생성되는 광은 확산성이 우수한 근접거리를 조사하고, 발광모듈(10)에서 생성되는 광은 직진성이 우수하여서, 원 거리의 좁은 영역을 조사할 수 있다.
또한, 발광모듈(10)은 레이저 다이오드가 사용되고, 광원유닛(400)은 제논램프가 사용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 발광모듈
20: 광원
30: 집광렌즈
40: 제1 광경로 변환부재
50: 제2 광경로 변환부재
60: 보조 집광렌즈

Claims (20)

  1. 입사되는 광을 일 공간으로 집광하는 집광렌즈;
    상기 집광렌즈의 일측에 배치되어 상기 집광렌즈를 통과하는 광을 제공하는 광원;
    상기 집광렌즈의 타측에 배치되어, 상기 집광렌즈를 통과한 상기 광을 반사하여 다시 상기 집광렌즈로 제공하는 제1 광경로 변환부재;
    상기 집광렌즈의 일측에 배치되어, 상기 제1광경로 변환부재를 통하여 상기 집광렌즈로 입사된 광을 다시 상기 집광렌즈로 제공하는 제2 광경로 변환부재;
    적어도 상기 집광렌즈와 상기 제1 광경로 변환부재를 수용하는 메인 케이스;
    상기 제2광경로 변환부재를 수용하고, 상기 메인 케이스에 형성된 윈도우를 통해 상기 제2광경로 변환부재에 반사된 광이 상기 집광렌즈에 공급되도록 상기 메인 케이스와 결합되는 브라켓; 및
    상기 제2광경로 변환부재의 위치를 결정하는 제2 위치결정 유닛을 포함하는 발광모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 케이스는 상기 광원에서 제공되는 광이 통과되는 광학개구를 가지고,
    상기 광원을 수용하고, 상기 광원에서 제공된 광이 상기 광학개구를 통하여 상기 집광렌즈에 공급되도록 상기 메인 케이스와 결합되는 광원 케이스; 및
    상기 광원의 위치를 결정하는 제1 위치결정 유닛을 더 포함하는 발광모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 위치결정 유닛은,
    상기 메인 케이스 및 광원 케이스 중 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 제1보스와,
    상기 메인 케이스 및 광원 케이스 중 다른 하나에 형성되어 상기 제1보스가 내삽되는 적어도 하나의 제1보스홀을 포함하는 발광모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1보스는 상기 집광렌즈의 중심축과 평행하게 배치되는 발광모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 위치결정 유닛은,
    상기 메인 케이스 및 광원 케이스 중 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 제1평탄면과,
    상기 메인 케이스 및 광원 케이스 중 다른 하나에 형성되어 상기 제1평탄면과 면 접촉되는 제1접촉면을 포함하는 발광모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1평탄면과, 상기 제1접촉면은 상기 집광렌즈의 중심축과 수직되게 배치되는 발광모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1평탄면은 평평(flat)하게 형성되는 발광모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광원 케이스는,
    상기 광학개구의 주변을 커버하는 커버면과,
    상기 커버면에서 돌출되어 상기 광학개구의 내부로 삽입되는 내삽부와,
    상기 내삽부에 형성되어 상기 광원에서 생성된 광이 통과되는 광 공급홀을 포함하는 발광모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1평탄면과 상기 제1접촉면 중 어느 하나는 상기 커버면에서 돌출되어 형성되는 발광모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1평탄면과 상기 제1접촉면 중 어느 하나는 상기 커버면과 마주보는 상기 광학개구의 주변에서 돌출되어 형성되는 발광모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인 케이스는,
    제1케이스와,
    상기 제1케이스와 결합되고, 상기 제1케이스와 함께 상기 집광렌즈와, 제1 광경로 변환부재를 수용하는 수용공간을 정의하는 제2케이스를 포함하는 발광모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 집광렌즈의 타측에 배치되어, 상기 제2광경로 변환부재와 상기 집광렌즈를 통과한 광을 타측 방향으로 집광하고, 상기 메인 케이스에 수용되는 보조 집광렌즈를 더 포함하고,
    상기 메인 케이스는 상기 보조 집광렌즈에 결합되는 광방출 개구를 더 포함하는 발광모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광방출 개구는 상기 제1케이스와 상기 제2케이스의 결합에 의해 정의되고,
    상기 메인 케이스는 상기 제1케이스와 상기 제2케이스의 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 광 차단벽을 더 포함하는 발광모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광 차단벽은 상기 제1케이스 및 제2케이스 중 어느 하나의 결합면에서 돌출되어 형성되는 발광모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 차단벽은 상기 보조 집광렌즈와 상기 집광렌즈 사이에 위치되는 발광모듈.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위치결정 유닛은,
    상기 메인 케이스 및 브라켓 중 어느 하나에 형성된 복수의 제2평탄면과,
    상기 메인 케이스 및 브라켓 중 다른 하나에 형성되어 상기 제2평탄면과 면 접촉되는 제2접촉면을 포함하는 발광모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위치결정 유닛은,
    상기 메인 케이스 및 브라켓 중 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 제2보스와,
    상기 메인 케이스 및 브라켓 중 다른 하나에 형성되어 상기 제2보스가 내삽되는 적어도 하나의 제2보스홀을 포함하는 발광모듈.
  19. 삭제
  20. 집광렌즈;
    상기 집광렌즈에서 일 측 방향으로 이격되어 배치되는 광원;
    상기 집광렌즈에서 상기 일 측 방향에 대향되는 타 측 방향으로 이격되어 배치되는 제1광경로 변환부재;
    상기 집광렌즈에서 일 측 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 광원과 이격되어 배치되는 제2광경로 변환부재;
    적어도 상기 집광렌즈와 상기 제1 광경로 변환부재를 수용하고, 상기 광원에서 제공되는 광이 통과되는 광학개구를 가지는 메인 케이스;
    상기 광원을 수용하고, 상기 광원에서 제공된 광이 상기 광학개구를 통하여 상기 집광렌즈에 공급되도록 상기 메인 케이스와 결합되는 광원 케이스; 및
    상기 광원의 위치를 결정하는 제1 위치결정 유닛을 포함하고,
    상기 광원에서 출사되는 광은 상기 집광렌즈의 상반부, 상기 제1광경로 변환부재, 상기 집광렌즈의 하반부, 상기 제2광경로 변환부재, 상기 집광렌즈의 하반부를 순차적으로 경유하며 포커싱되는 발광모듈.

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