KR102057538B1 - 발광소자, 차량 조명기구 및 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 조명기구에 사용될 발광소자에 관한 발명으로서, 상기 발광소자는: 여기광을 발생시키는 여기광원; 기결정된 파장 영역에서 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하는 파장변환 부재; 및 여기광원으로부터 여기광을 파장변환부재로 안내하는 제 1 광학 시스템;을 포함하며, 상기 파장변환부재는 제 1 표면, 제 1 표면과 마주보는 제 2 표면, 및 제 1 표면 및 제 2 표면 사이의 주위 단면을 포함하고, 상기 제 1 광학 시스템은 제 1 표면으로 여기광원으로부터 여기광을 안내하도록 구성되며, 제 2 표면의 적어도 일부는 광 차다수단에 의해서 덮여있는 발광소자에 관한 것이다.

Description

발광소자, 차량 조명기구 및 차량{LIGHT EMITTING DEVICE, VEHICLE LIGHT FITTING AND VEHICLE}
본 발명은 발광소자, 상기 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 상기 차량 조명기구가 구비된 차량에 관한 것으로, 특히 차량 조명기구, 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량의 두께의 감소를 실현할 수 있는 발광소자에 관한 것이다.
통상적으로, LED 같은, 반도체 발광요소를 사용하는 차량 조명기구는 차량 조명기구 분야에 제시되어 있다(예컨대, 참조문헌 1에 개시됨).
도 35는 통상적인 LED 같은 반도체 발광소자를 사용하는 차량 조명기구(200)의 예이다.
도 35에 도시되었듯이, 차량 조명기구(200)는: 프로젝션 렌즈(210); LED 같은 반도체 발광요소(220); 초점(F1)이 반도체 발광요소(200) 근처에 설정되고 초점(F2)이 프로젝션 렌즈(210)의 차량 뒤면 초점(F) 근처에 설정되는 구상(spheroidal) 제 1 반사면(230a); 제 1 반사면(23)의 전면 단부로부터 전방으로 연장하며 아래쪽으로(광축(AX) 쪽으로) 기울어진 제 2 반사면(230b); 가리개(shade)(240); 및 기타 같은 종류의 것; 을 포함한다.
도 36은 반도체 발광요소(220)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 36에 도시되었듯이, 반도체 발광요소(220)으로부터 방출된 광의 방향특성은 실질적으로 램버트(Lambertain)이다. 램버트(Lambertain)는 반도체 발광요소(220)에 대하여 기결정된 각(θ)에 의해 기울어진 방향에서 광도율에 기여하며, 반도체 발광요소(220)의 광축(AX220) 상에 광도는 100%(I0)(θ=0)이며, 램버트는 I(θ)=I0×cosθ에 의해서 표현된다. 도 36에 도시되었듯이, 광축(AX220) 바로 위에 광도가 가장 크다.
상기 구성을 가진 차량 조명기구(200)에서, 반도체 조명요소(220)으로부터 방출된 상대적으로 고 광도를 가진 광(예컨대, 도 36에서, 반치각(half-value angle)에서 광도율이 50%인 내부의 광, 반치각= 60°) 중 제 1 반사면(230a) 상에 입사된 광선A는 제 1 반사면(230a)에 의해 반사되고 프로젝션 렌즈(210) 의 차량 뒷면 초점(F) 근처에 응집되며, 광선A는 프로젝션 렌즈(210)을 통하여 전달되고 앞으로 안내된다. 한편, 제 2 반사면(230b)에 입사된 광선B는 제 2 초점(F2)를 통과하기 위해 제 2 반사면(230b)에 의해 반사되며, 광선B는 프로젝션 렌즈(210)을 통하여 전달되고 앞으로 안내된다. 이러한 방식으로, 기결정된 광 분포패턴이 차량 전면에서 마주보는 가상의 수직 스크린상에 형성된다(대략 차량 전면 전방 25m에 배열된다).
통상적으로, 제안된 것은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위한 파장을 전환하기 위해 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 발광소자이다(예컨대, 참조문헌 2에 개시).
도 37은 파장변환부재를 사용하는 내시경을 위한 통상적인 발광소자(300)의 예이다.
도 37에 도시되었듯이, 발광소자(300)는: 여기광원으로부터 방출된 여기광을 전달하기 위한 광섬유 같은 광가이드(310); 광가이드(310)의 단부면상에 배열된 반사필름들(321 및 322)을 가진 파장변환부재(320); 및 기타 같은 종류의 것;을 포함한다.
상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 파장변환부재(320)는 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위한 파장을 전환하기 위해 광가이드(310)의 단부면으로부터 방출된 여기광(excitation light)을 흡수한다.
통상적으로, 제안된 것은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위한 파장을 전환하기 위해, 광섬유 같은, 광가이드를 통해 전달된 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 발광소자이다(예컨대, 참조문헌 2에 개시).
도 37은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위한 파장을 전환하기 위해, 광섬유 같은, 광가이드를 통해 전달된 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 통상적인 발광소자(300)의 예이다.
도 37에 도시되었듯이, 발광소자(300)는: 여기광원으로부터 방출된 여기광을 전달하기 위한 광섬유 같은 광가이드(310); 광가이드(310)의 단부면 상에 배열된 반사필름들(321 및 322)을 가진 파장변환부재(320); 및 기타 같은 종류의 것;을 포함한다.
상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 파장변환부재(320)는 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위한 파장을 전환하기 위해 광가이드(310)의 단부면으로부터 방출된 여기광을 흡수한다.
특허문서
참조문헌 1: 일본특허 제4080780호.
참조문헌 2: 일본특허 제4379531호.
상기 구성을 가진 차량 조명기구(200)에서, 고 조도(illuminance)를 가진 광 분포패턴은 제 1 반사면(230a)으로부터 반사된 광선A 뿐만 아니라 프로젝션 렌즈(210)의 차량 뒷면 초점(F) 근처의 제 2 반사면(230b)으로부터 반사된 광선B을 응집함으로써 형성될 수 있다. 하지만, 상술한 결과로, 프로젝션 렌즈(210)의 차량 뒷면 초점(F)에 대하여 제 2 반사면(230b)으로부터 반사된 광선B의 입사각은 예각이며, 수직방향에서 프로젝션 렌즈(210)의 치수가 점점 커지는 문제가 있다(이것이 수직방향에서 차량 조명기구 유닛(200)의 치수를 증가시킨다).
본 발명은 상기한 상황의 관점에서 만들어졌으며, 본 발명의 제 1 목적은 수직방향에서의 차량 조명기구, 발광소자를 사용하는 차량조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량의 두께의 감소를 실현할 수 있는 발광소자를 제공하는데 있다.
상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 광가이드(310) 및 파장변환 부재(320)의 단부면은 가깝게 부착되어있다. 따라서, 파장변환부재를 방사하기 위한 여기광의 광밀도는 여기광의 방출량에 증가와 함께 증가하고, 파장변환부재(320)의 온도는 높아진다. 파장변환부재(320)는 저하되고 변색되고, 효율이 줄어드는 문제가 있다. 특히, 상기 문제는 여기광원이 LD(레이저 다이오드)일 때 두드러진다.
본 발명은 상기한 상황의 관점에서 만들어졌으며, 본 발명의 제 2 목적은 파장변환부재, 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량의 온도의 증가를 저하시킬 수 있는 발광소자를 제공하는데 있다(따라서, 만약 여기광원이 고전압일지라도 효율의 저하 및 파장변환부재에서 기능저하는 감소할 수 있다).
상기 구성을 가진 발광소자(300)는 내시경(endoscope)을 위한 발광소자이며, 광가이드를 차량 조명기구에 제거할 수 있게 고정하는 구조를 가진 차량 조명기구뿐만 아니라 발광소자에 상기 적용(application)은 전혀 개시되지 않는다.
본 발명은 상기한 상황의 관점에서 만들어졌으며, 본 발명의 제 3 목적은 파장변환부재, 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량에 광가이드를 제거할 수 있게 고정하는 구조를 가진 발광소자를 제공하는 것이다.
상기 문제들을 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 양태는, 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서, 상기 발광소자는: 제 1 광입사면 및 제 1 발광면을 포함하는 제 1 광가이드; 및 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하며 제 1 발광면으로부터 방출된 여기광을 흡수하기 위해 구성된 파장변환부재:를 고정하는 제 1 고정부재;
제 2 광입사면 및 제 2 발광면을 포함하는 제 2 광가이드를 고정하는 제 2 고정부재;
제 2 광입사면으로부터 제 2 광가이드의 내부로 안내된 여기광을 발생하도록 구성된 여기광원; 및
제 1 광입사면 및 제 2 발광면이 서로 마주본 상태에서 제 1 고정부재 및 제 2 고정부재가 제거할 수 있게 고정되도록 구성된 고정수단(fixation means):을 포함하며,
상기 제 1 광가이드는 제 1 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 1 광입사면으로부터 제 1 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성되며,
상기 제 2 광가이드는 제 2 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 2 광입사면으로부터 제 2 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성된 발광소자이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 제 1 광 차단수단의 작동은 파장변환부재의 주위 단면으로부터의 양방향 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자를 형성할 수 있으며, 수직방향으로 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
제 1 양태를 따른 본 발명의 제 2 양태는, 제 1 광 차단수단이 제 1 반사수단이다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 광의 추출효율은 제 1 반사수단의 작동에 의해서 향상될 수 있다.
제 1 양태 또는 제 2 양태를 따른 본 발명의 제 3 양태는, 상기 파장변환부재는 제 1 표면, 제 2 표면, 및 주위 단면을 포함하는 디스크-모양의 파장변환부재인 발광소자이다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 제 1 광 차단수단의 작동은 디스크-모양의 파장변환부재의 주위 단면으로부터 양방향 분포를 가진 광을 방출하기 위해 광원장치를 형성할 수 있으며, 수직방향으로 차량 조명기구의 두께를 줄이기 위해서 적합하다.
제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 4 양태는, 주위 단면의 적어도 일부는 제 2 광 차단수단에 의해 덮여있는 발광소자이다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 제 2 광 차단수단의 작동은 파장변환부재의 주위 단면으로부터 방출되는 눈부심(glare) 또는 기타 같은 종류의 것을 일으키는 광을 방지할 수 있다.
제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 5 양태는,
주위 단면의 적어도 일부는 절단되며, 절단된 횡단면은 제 3 광 차단수단에 의해서 덮여있는 발광소자이다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 제 3 광 차단수단의 작동은 파장변환부재의 주위 단면으로부터 방출되는 눈부심 또는 기타 같은 종류의 것을 일으키는 광을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 파장변환부재에 대한 제 3 광 차단수단의 설정범위는 절단된 위치에 기반하여 쉽게 계산될 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 파장변환부재의 부착 파트너(attachment partner)에 대한 부착방향은 절단된 위치에 기반하여 쉽게 계산될 수 있다.
제 1 양태 또는 제 2 양태에 따른 본 발명의 제 6 양태는, 파장변환부재는 제 1 표면, 제 2 표면, 및 주위 단면을 포함하는 삼각-프리즘(triangular-prism) 파장변환부재인 발광소자이다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 제 1 광 차단수단의 작동은 삼각-프리즘 파장변환부재의 주위 단면으로부터 양방향 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자를 형성하며, 수직방향으로 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
제 1 양태 내지 제 6 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 7 양태는, 제 1 표면의 적어도 일부는 제 2 차단수단에 의해서 덮여 있는 발광소자이다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 광의 추출효율(extraction efficiency)은 제 2 반사수단의 작동에 의해서 향상될 수 있다.
제 1 양태 내지 제 7 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 8 양태는, 주위 단면으로부터 방출된 광을 반사하기 위해서 구성된 제 3 반사수단이 제 1 표면 주위에 배열된 발광소자이다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 파장변환부재의 주위 단면으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광이 제 3 반사수단의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴의 분포를 가진 광을 방출하며 수직방향에서 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합한 발광소자를 형성한다.
본 발명의 제 9 양태는 이하의 차량 조명기구의 발명으로써 구체화될 수 있다:
제 1 양태 내지 제 8 양태 중 어느 한 양태에 따른 발광소자; 및 차량으로부터 전방으로 발광소자의 주위 단면으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구이다.
본 발명의 제 10 양태는 이하의 차량의 발명으로써 구체화될 수 있다:
제 9 양태에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량이다.
상기 문제들을 해결하기 위해서, 본 발명의 제 11 양태는, 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서, 상기 발광소자는: 여기광을 발생하도록 구성된 여기광원; 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재; 파장변환부재에서 여기광을 방출하기 위해 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화시키기 위해 구성된 광 차단수단; 및 여기광원으로부터 광 차단수단으로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템;을 포함하는 발광소자이다.
본 발명의 제 11 양태에 따르면, 파장변환부재는 광 차단수단의 작동에 의해서 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화한 후 방사된다. 파장변환부재는 열, 고-인텐시티 광(high-intensity light), 및 여기광원의 기타 같은 종류의 것에 직접적으로 노출되지 않으며, 파장변환부재가 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화하지 않고 방사될 때에 비하여 파장변환부재의 온도의 증가를 저하시킬 수 있다. 따라서, 여기광원이 고-전압(high-powered)일지라도, 파장변환부재의 기능저하 및 효율의 감소는 저하될 수 있다.
제 11 양태에 따른 본 발명의 제 12 양태는, 광 차단수단은 여기광원으로부터 여기광의 광밀도를 줄이고 파장변환부재를 방사하기 위해 전달 방향을 변화시키기 위한 수단이다.
본 발명의 제 12 양태에 따르면, 파장변환부재는 여기광원으로부터 여기광의 광밀도를 줄이고 광 차단수단의 작도에 의해서 전달 방향을 변화한 후 방사된다. 파장변환부재는 열, 고-인텐시티 광, 및 여기광원의 기타 같은 종류의 것에 직접적으로 노출되지 않으며, 파장변환부재의 온도의 증가를 저하시킬 수 있다. 따라서, 여기광원이 고-전압일지라도, 파장변환부재의 기능저하 및 탈색뿐만 아니라 효율의 감소를 저하시킬 수 있다.
제 11 양태 또는 제 12 양태에 따른 본 발명의 제 13 양태는, 발광소자의 상부면의 적어도 일부는 광 차단수단에 의해서 덮여있는 발광소자이다.
본 발명의 제 13 양태에 따르면, 광 차단수단의 작동은 발광수단의 상부면으로부터 방출된 광을 막는다.
제 13 양태에 따른 본 발명의 제 14 양태는, 광 차단수단은 제 1 반사수단인 발광소자이다.
본 발명의 제 14 양태에 따르면, 광의 추출효율은 제 1 반사수단의 작동에 의해서 향상될 수 있다.
제 11 양태 내지 제 14 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 15 양태는, 파장변환부재는 링-모양의 파장변환부재이며, 광 차단수단은 링-모양의 파장변환부재의 내부에 배열되며 파장변환부재의 내부 링 표면에서 여기광을 방출하기 위해 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화시키도록 구성된 발광소자이다.
본 발명의 제 15 양태에 있어서, 파장변환부재는 광 차단수단의 작동에 의해서 변화된 진행방향을 가지며 줄어들 광밀도를 가진 여기광으로부터 여기광에 의해서 방사되며, 여기광원으로부터 여기광의 전달 방향의 변화없이 파장변환부재가 방사될 때에 비하여 파장변환부재의 온도의 증가는 저하될 수 있다. 따라서, 파장변환부재의 기능저하 및 효율성의 감소는 여기광원이 고-전압일지라도 저하될 수 있다.
제 11 양태 내지 제 15 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 16 양태는, 발광소자의 하부면의 적어도 일부는 제 2 반사수단에 의해서 덮여 있는 발광소자이다.
본 발명의 제 16 양태에 따르면, 광의 추출효율은 제 2 반사수단의 작동에 의해서 향상될 수 있다.
제 11 양태 내지 제 16 양태 중 어느 한 양태에 따른 본 발명의 제 17 양태는, 제 3 반사수단은 발광소자의 하부면 주위에 배열된 발광소자로부터 방출될 광을 반사하도록 구성된 발광소자이다.
본 발명의 제 17 양태에 따르면, 파장변환부재의 주위 표면으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 제 3 반사수단의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴의 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자를 형성할 수 있으며, 수직방향으로 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
본 발명의 제 18 양태는 이하의 차량 조명기구의 발명으로써 구체화될 수 있다:
제 11 양태 내지 제 16 양태 중 어느 한 양태에 따른 발광소자; 및 차량으로부터 전방으로 발광소자의 주위 단면으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구이다.
본 발명의 제 19 양태는 이하의 차량에 의해서 구체화될 수 있다:
제 18 양태에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량이다.
상기 문제들을 해결하기 위해서, 본 발명의 제 20 양태는, 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서, 상기 발광소자는: 제 1 광입사면 및 제 1 발광면을 포함하는 제 1 광가이드; 및 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하며 제 1 발광면으로부터 방출된 여기광을 흡수하기 위해 구성된 파장변환부재를 고정하는 제 1 고정부재; 제 2 광입사면 및 제 2 발광면을 포함하는 제 2 광가이드를 고정하는 제 2 고정부재; 제 2 광입사면으로부터 제 2 광가이드의 내부로 안내된 여기광을 발생하도록 구성된 여기광원; 및 제 1 광입사면 및 제 2 발광면이 서로 마주본 상태에서 제 1 고정부재 및 제 2 고정부재가 제거할 수 있게 고정되도록 구성된 고정수단(fixation means);을 포함하며, 상기 제 1 광가이드는 제 1 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 1 광입사면으로부터 제 1 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성되며, 상기 제 2 광가이드는 제 2 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 2 광입사면으로부터 제 2 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성된 발광소자이다.
본 발명의 제 20 양태에 따르면, 제 1 광가이드 및 파장변환부재를 고정하는 제 1 고정부재, 제 2 광가이드를 고정하는 제 2 고정부재, 및 고정수단의 작동은 차량 조명기구 같은 부착 파트너(attachment partner)에 광가이드를 제거할 수 있게 고정할 수 있는 발광소자를 형성할 수 있다.
제 20 양태에 따른 본 발명의 제 21 양태는, 제 1 광입사면의 지역이 제 2 발광면의 지역보다 큰 발광소자이다.
제 21 양태에 따르면, 제 2 광가이드로부터 여기광은 제 1 광가이드 및 제 2 광가이드가, 예컨대 제조과정(예컨대, 제 1 광가이드들, 어댑터의 슬리브, 및 기타 같은 종류의 것의 치수 오차)으로 인하여, 동축에서 약간 떨어질 지라도 손실 없이 제 1 광가이드로 안내(전파)될 수 있다. 따라서, 제조과정에서 흔들림 오차(wiggle error)가 흡수된다.
제 20 양태 또는 제 21 양태에 따른 본 발명의 제 22 양태는, 제 1 고정부재는 스터브(stub)이고, 제 2 고정부재는 페룰(ferrule)이며, 제 1 광입사면의 지역은 제 2 발광면의 지역보다 큰 발광소자이다.
본 발명의 제 22 양태에 따르면, 파장변환요소로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사수단은 페룰의 단부면 보다 큰 직경을 가진 스터브의 단부면 상에 배열될 수 있다, 즉, 반사수단의 영역은 페룰의 단부면보다 클 수 있다. 따라서, 발광소자의 효율은 반사면이 페룰의 단부면 상에 배열될 때에 비하여 더 향상될 수 있다.
본 발명의 제 23 양태는 이하의 차량 조명기구의 발명으로써 구체화될 수 있다.
제 20 양태 내지 제 22 양태 중 어느 한 양태에 따른 제 1 고정부재; 및 차량으로부터 전방으로 발광소자의 주위 단면으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 광학 시스템:을 포함하는 차량 조명기구이다.
본 발명의 제 24 양태는 이하의 차량에 의해서 구체화될 수 있다:
제 23 양태에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량이다.
설명했듯이, 본 발명은 수직방향으로 차량 조명기구, 발광소지를 사용하는 차량 조명기구, 차량 조명기구가 구비된 차량의 두께의 감소를 실혈할 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 파장변환부재, 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량의 온도의 증가를 저하시킬 수 있는 발광소자를 제공하는데 있다(따라서, 만약 여기광원이 고전압일지라도 효율의 저하 및 파장변환부재에서 기능저하는 감소할 수 있다).
더욱이, 본 발명은 파장변환부재, 발광소자를 사용하는 차량 조명기구, 및 차량 조명기구가 구비된 차량에 광가이드를 제거할 수 있게 고정하는 구조를 가진 발광소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)이 차량 조명기구 유닛(20)의 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
도 2a는 발광소자(10)의 파장변환부재(13)의 원주부가 확대된 확대도이다.
도 2b는 발광소자(10)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3은 파장변환부재(13)의 사시도이다.
도 4는 페룰(ferrule)(11)의 상면도이다.
도 5는 파장변환부재(13)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6은 발광소자(10A)의 파장변화부재(13)가 확대된 확대도이다
도 7은 발광소자(10B)가 발광소자의 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면 사시도이다.
도 8은 발광소자(10B)가 발광소자의 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
도 9는 발광소자(10B)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 10은 광 편향수단(17a)의 변형된 예를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 11은 광 편향수단(17a)의 변형된 예를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 12a는 발광소자(10C)의 파장변환부재(13C)의 원주부가 확대된 확대도이며, 도 12b는 발광소자(10C)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 13은 파장변환부재(13C)의 사시도이다.
도 14는 파장변화부재(13D)의 사시도이다.
도 15a는 파장변환부재(13E)의 사시도이며, 도 15b는 발광소자(10E)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 16은 발광소자(10)를 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)의 구성 예이다.
도 17은 차량 조명기구 유닛(20)의 사시도이다.
도 18a는 차량 조명기구 유닛(20)의 상면도이며, 도 18b는 차량 조명기구 유닛의 정면도이며, 도 18c는 차량 조명기구 유닛의 측면도이다.
도 19는 차량 조명기구 유닛(20)이 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다. (광경로를 포함한다.)
도 20은 차량 조명기구 유닛(20)이 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다. (광경로를 포함한다.)
도 21은 차량 조명기구 유닛(20)에 의해 형성된 광 분포패턴(light distribution pattern)(P1 및 P2)의 예이다.
도 22는 차량 조명기구 유닛(20`)이 차량 조명기구 유닛(20`)의 광축(AX)을 포함하는 수평면에 의해서 잘려진 횡단면도이다(광경로를 포함한다).
도 23은 차량 조명기구 유닛(20`)의 발광소자(10`)의 방향특성(일방향(unidirectionality))의 예이다.
도 24는 차량 조명기구 유닛(20`)에 의해 형성된 광 분포패턴(P1`)의 예이다.
도 25는 발광소자(10F)를 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)의 측면도이다.
도 26은 발광소자(10F)를 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)이 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
도 27은 발광소자(10F)의 파장변환부재(13)의 원주부가 확대된 확대도이다.
도 28은 플랜지(flange)를 가진 스터브(stub)(11A)의 상면도이다.
도 29는 차량 조명기구 유닛(30)의 사시도이다.
도 30a는 차량 조명기구 유닛(30)의 상면도이며, 도 30b는 상기 조명기구의 전면도이며, 30c는 상기 조명기구의 측면도이다.
도 31은 차량 조명기구 유닛(30)이 차량 조명기구 유닛(30)의 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘리는 횡단면도이다.
도 32는 차량 조명기구 유닛(30)에 의해서 형성된 광 분포패턴(P4)의 예이다.
도 33은 복수의 여기광원(excitation light source) 및 복수의 광가이드(light guide)를 사용하는 발광소자(10G)의 사시도이다.
도 34는 광가이드를 사용하지 않는 발광소자(10H)가 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
도 35는 LED 같은 반도체 발광소자를 사용하는 통상적인 차량 조명기구(200)의 예이다.
도 36은 반도체 발광요소(220)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 37은 파장변환부재를 사용하는 내시경을 위한 통상적인 조명기구(300)의 예이다.
이하, 본 발명의 실시예로서 차량 조명기구 유닛(20)은 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
먼저, 본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)에 사용된 발광소자(10)가 설명될 것이다.
도 1은 본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)이 차량 조명기구 유닛(20)의 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이며, 도 2a는 발광소자(10)의 파장변환부재(13)의 원주부가 확대된 확대도이다.
-발광소자(10)
도 1 및 도 2a에 도시되었듯이, 발광소자(10)는 페룰(ferrule)(11), 광가이드(light guide)(12), 파장변환부재(wavelength conversion member)(13), 여기광원(excitation light source)(14), 및 기타 같은 종류의 것을 포함한다.
페룰(11)은 광가이드(12)를 지지하기 위한 부재이며, 상부면의 중심(11a) 및 하부면의 중심(11b)를 연결하는 광가이드를 위한 관통 구멍(through hole)(11c)에 구비된다. 광가이드(12)의 방출 단부면은 광가이드를 위한 관통 구멍(11c)에 삽입되며, 페룰(11)은 광가이드(12)를 고정한다. 페룰(11)의 상부면(11a)은 연마되며, 그 결과, 광가이드(12)의 발광면(12b) 및 페룰(11)의 상부면(11a)은 동일 평면에 있다.
페룰(11)은 오직 광가이드(12)를 고정할 수 있도록 요구되며, 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 페룰(11)은 스테인레스 스틸, 니켈, 또는 지르코니아(zirconia)로 만들어 지거나 다른 금속, 수지, 또는 유리로 만들어질 수 있다.
예컨대, 페룰(11)의 상부면(11a)은 원형이며 도 2a 및 도 4에 도시되었듯이 반사수단(reflection means)(16)에 의해서 덮여 있다. 반사수단(16)은 오직 파장변환부재(13) 쪽으로 파장변화부재(13)에 의해서 방출된 광을 반사할 수 있게 요구되며, 예컨대, 반사수단(16)은 알루미늄, 은, 또는 이와 같은 금속 조성을 페룰(11)의 상부면(11a)에 적용함으로써 형성된 반사층(또는 반사면)일 수 있으며, 또는 만약 페룰(11)이 전도성(conductive)이라면 반사수단(16)은 페룰(11)의 상부면(11a)을 도금함으로써 형성된 반사층(유전체막)일 수 있다. 예컨대, 일본공개공보 제2007-121502호에 설명된 방법은 페룰(11)의 상부면(11a) 상에 반사층(또는 반사면)을 형성하는 방법으로써 사용될 수 있다. 대안으로, 반사 수단(16)은 페룰(11)의 상부면(11a)(광가이드(12)의 발광소자(12b) 이외의 상부면(11a)의 구역)에 부착된 반사 부재 같은 얇은 판일 수 있으며, 또는 만약 페룰(11)이 금속성이라면 경면(mirror surface) 연마(polishing)를 페룰(11)의 상부면(11a)에 적용함으로써 형성된 반사면일 수 있다.
광가이드(12)는 파장변환부재(13)를 방사하기 위해 여기 광원(14)으로부터 여기광(excitation light)을 안내하는(또는 전파하는) 광가이드 부재이다(본 발명의 제 1 광학 시스템과 동일함). 예컨대, 광가이드(12)는 중심에서 코어(core)를 포함하는 광섬유(예컨대, 코어직경:0.2mm) 및 코어 주위를 둘러싼 클래드(clad)(미도시)이다. 코어의 굴절률은 클래드의 굴절률보다 높다. 따라서, 광가이드(12)의 단부면으로부터 광가이드(12)로 안내된 여기광(이하, 광입사면(12a)이라함)은, 광이 코어의 안에서 국한된 상태로, 코어 및 클래드 사이에 경계의 전반사를 이용하여 다른 단부면(이하, 발광면(12b)이라함)에 안내되고, 광은 발광면(12b)으로부터 방출된다.
광가이드(12)는 오직 여기광원(14)으로부터 여기광을 안내할 수 있게 요구되며, 광가이드(12)는 단일-라인 섬유(single-line fiber) 또는 복수-라인 섬유(multiple-line fiber)일 수 있다. 광가이드(12)는 단일-모드 섬유(single-mode fiber) 또는 복수-모드 섬유(multiple-line fiber)일 수 있다. 광가이드(12)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 광가이드(12)는 석영 유리(quartz glass) 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 광가이드(12)는 단일-라인 섬유 및 복수-모드 섬유가 선호된다.
예컨대, 광가이드(12)의 광입사면(12a)은 여기광원(14)의 전면 근처에 배열된다. 여기광원(14)으로부터 여기광의 효율적인 입사를 위해서, 집광 렌즈(condensing lens)(미도시)가 광가이드(12)의 광입사면(12a) 및 여기광원(14) 사이에 배열될 수 있다.
도 3은 파장변환부재(13)의 사시도이다.
도 3에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)는 기결정된 파장 영역에 광을 방출하고 파장을 전환하기 위해서 여기광을 흡수하는 파장변환부재이며, 예컨대, 파장변환부재(13)는 페룰(11)의 상부면(11a)의 수선방향에 원형 모양으로 연장함으로써 형성된 YAG 의 디스크-모양의 형광체(fluorescent body) 또는 기타 같은 종류의 것이다(Ce:YAG 같은 형광물질이 바람직하다). 파장변환부재(13)는 원형 상부면(13a)(본 발명의 제 2 표면과 동일함), 원형 하부면(13b)(본 발명의 제 1 표면과 동일함), 및 링-모양의 주위 단면(ring-shaped peripheral end surface)(13c)(측면)(예컨대, 두께: 0.2mm, 직경: 1.0mm)을 포함한다.
만약 페룰(11)의 상부면(11a)의 수선방향에 원형 모양으로 연장함으로써 형성된 YAG의 디스크-모양의 형광체 또는 기타 같은 종류의 것이 파장변환부재(13)로써 사용된다면, 광가이드(12)의 발광면(12b)으로부터 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)까지 광학 경로 길이가 전체 원주부를 통해 일정하게 된다. 따라서, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 색 불균형 및 밝기 불균형이 저하될 수 있다.
파장변환부재(13)는 정사각형 및 육각형 같은 다각형, 또는 페룰(11)의 윗면(11a)의 수선방향에 다른 모양으로 연장함으로써 형성된 YAG의 디스크-모양의 형광체 또는 이와 같은 것이다. 따라서, 파장변환부재(13)의 외부모양은 원형 모양으로 제한되지 않으며, 파장변화부재(13)는 정사각형 및 육각형 같은 다각형일 수 있다. 파장변환부재에서, 황색 형광체(yellow fluorescent body)(예컨대, 정량의 Ce)의 집중(concentration)은 발광 색(emission color)이 규정에 의해서 정의된 CIE 색도도(chromaticity diagram)에 백색 범위를 만족하도록 조절된다.
파장변환부재(13)의 상부면(13a)은 광 차단수단(light blocking means)(15)에 의해서 덮여 있다(본 발명의 제 1 광 차단수단과 동일함). 광 차단수단(15)은 오직 파장변환부재(13)에 의해서 방출된 광의 상부면(13a)으로부터 방출된 광을 차단하도록 요구된다. 예컨대, 광 차단수단(15)은 파장변환부재(13)의 상부면(13a)에 적용된 흑색칠(black painting), 파장변화부재(13)의 상부면(13a)에 알루미늄, 은, 또는 기타 같은 종류의 금속 조성물이 적용되어 형성된 반사막(reflection layer)(또는 반사면), 또는 파장변환부재(13)의 상부면(13a)에 부착된 얇은 판같은 반사 부재 또는 백색 수지 같은 분산 반사 부재(diffuse reflection memeber)일 수 있다. 광 차단수단(15)은 또한 여기광원(14)의 파장에 최적으로 설계된 다층 유전체막(dielectric multi-layer film)일 수 있다.
만약 반사막 및 반사판 같은 반사면이 광 차단수단(15)으로 사용된다면, 파장변화부재(13)에 의해 방출된 광의 파장변환부재(13)의 상부면(13a)으로부터 방출된 광이 광 차단수단(15)의해서 반사되고 파장변환부재(13) 쪽으로 되돌아간다(도 2a에 도시). 따라서, 파장변화부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 광의 추출효율이 향상될 수 있다.
도 2a에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)이 광가이드를 위한 관통 구멍(11c)(광가이드(12)의 발광면(12b))을 덮기 위한 페룰(11)의 상부면(11a)(반사수단(16)) 상에 광가이드를 위한 관통 구멍(11c) 주위의 지역에 부착된다.
도 4는 페룰(11)의 상면도이다. 도 4에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)는 페룰(11)의 상부면(11a)의 중심에 배열된다. 도 2a에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)의 중심은 광가이드를 위한 관통 구멍(11c)(광가이드(12)의 발광면(12b)의 중심)과 일치한다. 따라서, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)은, 광가이드를 위한 관통 구멍(11c)(광가이드(12)의 발광면(12b))이 하부면(13b)(도 2a에 도시)을 마주하고 있는 지역을 제외하고, 반사수단(16)(본 발명의 제 2 반사수단 및 제 5 반사수단과 동일함)에 의해서 덮여 있다. 따라서, 파장변환부재(13)에 의해서 방출된 광의 파장변화부재(13)의 하부면(13b)으로부터 방출된 광이 반사수단(16)에 의해서 반사되고 파장변환부재(13) 쪽으로 되돌아 간다. 상기 특징이 광의 추출효율을 향상시킨다.
광가이드(12)의 발광면(12b)이 페룰(11)의 상부면(11a)과 같은 평면에 있다. 따라서, 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 및 광가이드(12)의 발광면(12b)는 가깝게 부착된다. 작은 간극이 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 및 광가이드(12)의 발광면(12b) 사이에 존재할 수 있다.
반사수단(16)(페룰(11)의 상부면(11a))은 파장변환부재(13)보다 큰 직경을 구비하며, 반사수단(16)은 파장변환수단(13)의 하부면(13b)의 외부 직경의 밖으로 연장한다(도 2a부분 및 도 4에 도시). 보다 구체적으로, 반사수단(16)은 또한 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열될 수 있다(본 발명의 제 3 반사수단 및 제 6 반사수단과 동일함). 따라서, 반사수단(16)은 파장변환수단(13)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출된 광을 반사하고 되돌린다(도 2a에 도시). 이것은 양방향 패턴(bidirectional pattern)이 이등분된 절반 양방향 패턴(half bidirectional pattern)의 분포를 가진 광을 방출하는 발광장치(10)를 형성한다(도 2b에 도시).
여기광원(14)은 여기광을 발생하며 바람직하게는 LED 및 LD 같은 반도체 발광요소인 여기광원이다. 특히 LD(레이저 다이오드(laser diode))는 광 사용 효율성의 관점에서 바람직하다. 본 실시예에서, 대략 400 내지 450 nm의 방출 파장을 가진 LDrk 여기광원(14)으로 사용된다. 여기광원(14)은 나사(screw) 같은 기존 수단에 의해서 차량 조명기구 유닛(20)(예컨대, 차량 바디 프레임 또는 차량 바디 프레임에 고정된 하우징)이 아닌 적절한 위치에 고정된다.
상기 구성을 가진 발광소자(10)에 따르면, 여기광원(14)으로부터 여기광선1(excitation light Ray)은 광가이드(12)의 광입사면(12a)으로부터 광가이드(12)로 안내되며 발광면(12b)로 안내되고, 광반사(1)는 도 1 및 도 2a에 도시되었듯이 파장변환부재(13)를 조사하기 위해서 발광면(12)으로부터 방출된다.
여기광원(14)으로부터 여기광을 수용하는 파장변환부재(13)는 파장변환부재(13)를 통해 전달된 여기광원(14)으로부터 여기광 및 여기광원(14)으로부터의 여기광에 의해서 여기된(excited) 광의 혼합된 색에 기반한 백색 광선2를 방출한다.
파장변환부재(13)에 의해서 방출된 백색 광선2는 반사수단(16) 및/또는 광 차단수단(15)에 의해서 반사되며(또는 광 차단수단(15) 또는 반사수단(16)에 의해서 반사되지 않고, 직접적으로), 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 방출된다.
도 5는 파장변환부재(13)의 방향특성(directional characteristic)을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 5에서, 실선은 광축(AX10)(광가이드를 위한 관통구멍(11c)의 중심축)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면(파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 횡단면)에 파장변환부재의 방향특성(양방향 패턴)을 가리키며, 이점 쇄선은 파장변환부재(13)의 상부면(13a)으로부터 본 방향특성을 가리킨다.
파장변환부재(13)의 상부면(13a)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있기 때문에, 광축(AX10)(광가이드를 위한 관통구멍(11c)의 중심축)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면(파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 횡단면)에 파장변환부재의 방향특성(양방향 패턴)은 도 5의 실선에 의해서 도시되었듯이 수직 대칭인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 크다)를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)이 링-모양의 표면이기 때문에, 파장변환부재(13)의 상부면에서 본 방향특성은 도 5에 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
파장변환부재의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출된 백색 광선2는 반사되고 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 되돌아 가며, 백색 광선2 위쪽으로 안내된다(도 2a 도시).
그 결과, 광축(10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘린 횡단면에서 발광소자(10)의 방향특성은 도 2a에서 실선에 의해서 도시된 것처럼 양방향 패턴의 위쪽 절반을 포함하는 절반 양방향 패턴에 분포를 가리킨다.
한편, 파장변환부재의 주위 단면(13c)은 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(10)의 상부면에서 본 방향특성은 도 2b의 이점 쇄선에 의해서 도시된 것처럼 파장변환부재(13) 주위에 방사형(radial fashion)에 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
도 2b는 발광소자(10)의 방향 특성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 2b에서, 실선은 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 발광소자(10)의 방향특성을 가리키며, 이점 쇄선은 발광소자(10)의 상부면에서 본 방향특성을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10)의 방향특성은 도 2b의 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위를 360° 회전하는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 실시예의 발광소자(10)에 따르면, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열된 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양?향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴에 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10)를 형성하며, 상기한 특징이 수직방향에서 차량 조명기구의 두께를 줄이기에 적합하다.
-발광소자(10A)
다음으로, 양방향 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10A)가 발광소자(10)의 변형된 예로서 설명될 것이다.
도 6은 발광소자(10A)의 파장변화부재(13)의 주변 원주부가 확대된 확대도이다.
발광소자(10A)는 반사수단(16)(페룰(11)의 상부면(11a))이 파장변환수단(13)과 같은 직경(또는 실질적으로 같은 직경)을 구비하며 오직 파장변환수단의 하부면(13b)에 배열된다는 점에서 발광소자(10)와 다르다(따라서, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)의 외부 직경의 밖으로 연장하지 않는다). 상기한 것 이외에, 구성은 발광소자(10)와 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
파장변환부재(13)의 상부면(13a)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면(파장 변환 부재의 주위 단면(13c)의 횡단면)에서 파장변환부재(13)의 방향특성은 도 5에 실선으로 도시된 수직적으로 대칭인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)이 링-모양의 표면이기 때문에, 파장변환부재의 상부면(13a)에세 본 방향특성은 도 5의 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10A)의 방향특성은 도 5에 실선에 의해서 가리켜진 원(circle)이 광축(AX10) 주위를 360° 회전하는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX10)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
본 변형된 예의 발광소자(10A)에 따르면, 광 차단 수단(15)의 작동(본 발명의 제 1 광 차단수단과 동일함)은 양방향 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10A)를 형성할 수 있으며, 이것은 수직 방향에 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
-발광소자(10B)
통상적으로, 제안된 것은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하고 파장을 전환하기 위해서 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 발광소자이다.(예컨대, 일본특허 제437531호에 개시됨).
도 37은 파장 변환 부재를 사용하는 내시경을 위한 통상적인 발광소자(300)의 예이다.
도 37에 도시되었듯이, 발광소자(300)는: 여기광원으로부터 방출된 여기광을 전환하기 위한 광섬유 같은 광가이드(310); 광가이드(310)의 단부면에 배열된 반사 필름들(321 및 322)을 가진 파장변환부재(320); 및 기타 같은 종류의 것;을 포함한다.
상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 파장변환부재(320)는 기결정된 파장 영역의 광을 방출하기 위해 파장을 변환하는 광가이드(310)의 단부면으로부터 방출된 여기광을 흡수한다.
하지만, 상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 광가이드(310)의 단부면 및 파장변환부재(320)은 가깝게 부착되어있다. 따라서, 파장변환부재(320)를 방사하기 위한 여기광의 광밀도(light density)는 여기광의 방출양의 증가와 함께 증가하며, 파장변환부재(320)의 온도는 높아진다. 파장변환부재(320)는 저하되고 변색되고, 효율이 줄어드는 문제가 있다. 특히, 여기광원이 LD(레이저 다이오드)일 때 이 문제는 두드러진다.
이하, 파장변환부재의 온도의 증가가 저하될 수 있는 발광소자(10B)(따라서, 만약 여기광원이 고전압이라도, 효율의 감소 및 파장변환부재의 기능저하가 감소될 수 있는 발광소자)가 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 7은 발광소자(10B)가 발광소자(10B)의 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면 사시도이다. 도 8은 발광소자(10B)가 발광소자의 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
발광소자(10B)는 링-모양의 파장변환부재(13B)가 디스크-모양의 파장변환부재(13)을 대신해서 사용된다는 점에서 발광소자(10)와 다르다. 이외의 구성은 발광소자(10)와 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 7에 도시되었듯이, 파장변환부재(13B)는 YAG의 링-모양의 형광체 또는 기타 이와 같은 것(Ce:YAG 또는 기타 이와 같은 것 같은 형광 물질이 적합하다)(예컨대, 축 방향 두께:0.2mm, 원주 방향 두께: 0.05mm 내지 0.2mm, 직경:1.0mm)이며, 링 내부에 배열된 광 편향수단(light deflection means)(17a) 및 기타 이와 같은 것을 포함한다.
형광 물질과 함께 수지와 기타 같은 종류의 것이 혼합된 복합 재료는 광 편향수단(17a)이 구비된 투명체(transparent body)(17)에 점착성(adhesiveness)을 향상시키기 위해서 파장변환부재(13B)에 사용될 수 있으며, 또는 알루미나(alumina) 또는 기타 같은 종류의 것은 혼합물이 열 전도율(thermal conductivity)을 향상시키기 위해서 사용될 수 있다. 일본특허 제4730227호에 개시되었듯이, 다른 종류의 형광 물질이 복수의 지역 및 층에 의해서 형성될 수 있다. 파장변환부재(13B)에서, 황색 형광체(예컨대, 정량의 Ce)의 집중은 발광 색(emission color)이 규정에 의해서 정의된 CIE 색도도(chromaticity diagram)에 백색 범위를 만족하도록 조절된다.
광 편향수단(17a)은 파장변환부재(13B)를 방사하기 위한 광가이드(12)의 발광면(12b)에서 방출된 여기광원(14)으로부터 여기광의 진행방향을 변화하기 위해서 구성된다.
광 편향수단(17a)은 오직 파장변환부재(13B)를 방사하기 위한 광가이드(12)의 발광면(12b)에서 방출된 여기광원(14)으로부터 여기광의 진행방향을 변화할 수 있도록 요구된다. 예컨대, 도 7 및 8에 도시되었듯이, 원뿔 오목부(conical concave)는 파장변환부재(13B)의 링의 내부에 배열된 투명 수지 또는 유리로 만들어진 투명체(17)의 상부면의 중심에(광축(AX10) 상에) 형성되며, 광 편향수단(17a)은 광 차단수단(15)에 의해서 원뿔 오목부를 덮는 원뿔 반사면일 수 있다.
만약 반사층 및 반사판 같은 반사면이 광 차단수단(15)에 사용된다면, 발광 유닛(투명체(17))의 상부면으로부터 방출될 광은 광 차단수단(15)에 의해서 반사되며 투명체(17) 쪽으로 되돌아간다. 따라서, 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)에서 방출된 광의 추출효율이 향상될 수 있다.
예컨대, 투명체(17)는 페룰(11)의 상부면(11a)의 수작방향에 원형 모양(또는 사각형 및 육각형 같은 다각형, 또는 다른 모양)으로 연장하여 형성된 투명 디스크(transparent disc)이다. 투명체(17)의 외부 모양은 원형 모양으로 제한되지 않으며, 투명체(17)는 사각형 또는 육각형 같은 다각형일 수 있다. 투명체(17)는 원형 상부면 및 원형 하부면을 포함한다. 투명체(17)의 상부면의 중심(광축(AX10) 상에)에 형성된 원뿔 오목부는 광축(AX10)의 꼭대기(apex)이며 투명체(17)의 상부면 상에 하부면을 구비한다. 원뿔 오목부는 광가이드(12)의 방출면(12b)에서 방출된 여기광의 광 경로 상에(여기광의 광축과 같은 축 상에) 배열된다(도 8에 도시). 투명체(17)의 하부면에 배열된 포지셔닝(positioning)을 위한 볼록부(17b)는 페룰(11)의 상부면(11a)에 형성된 오목부에 삽입되며, 광 편향수단(17a)을 가진 파장변환부재(13B)은 페룰(11)의 상부면(11a)에 부착되고 위치된다.
여기광원(14)의 파장에 대한 투과성이 높다면 투명체(17)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 투명체(17)는 쿼츠(quartz), 투명 수지, 단결정 사파이어, 및 도핑되지 않은 YAG 같은 투명 세라믹일 수 있다. 여기광의 불필요한 산란을 방지하기 위해서, 투명체(17)는 포어들(pore) 및 불순물들 같은 산란원을 포함하포 않는 것이 바람직하다.
예컨대, 광 편향수단(17a)을 가진 파장변환부재는 아래와 같이 제조된다.
먼저, YAG의 형광 파우더 또는 기타 이와 같은 것을 금속 주형에 넣고, 링-모양의 파장변환부재(13B)를 제조하기 위해서 상기 물질은 소결되고(sintered) 압착된다.
다음으로, 디스펜서(dispenser) 또는 기타 이와 같은 것은 투명 수지(예컨대, 실리콘 수지)인 링-모양의 파장변환부재(13B)의 링의 내부의 대략 80%를 채우기 위해서 사용된다. 그 뒤, 원뿔 프리즘(conical prism)이 채워진 투명 수지의 중심 위에 삽입된다. 그 결과, 투명 수지(예컨대, 실리콘 수지)는 링-모양의 파장변환부재(13B)의 링의 내부의 상부 모서리에 가깝게 채워진다. 투명 수지가 경화된 후, 원뿔 프리즘이 제거된다. 그 결과, 원뿔 프리즘의 트레이스(trace)로 만들어진 광 편향수단(17a)은 경화된 투명 수지(투명체(17))의 상부면의 중심에 형성된다. 발광 유닛(파장변환부재(13B) 및 투명체(17))의 상부면은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있다.
상기한 방식으로, 링의 내부에 광 편향수단(17a)을 구비한 파장변환부재(13B)가 제조된다.
광 편향수단(17a)을 가진 파장변환부재(13B)의 제조방법은 상기한 방법으로 제한되지 않는다. 예컨대, 상부면의 중심에(광축(AX10)에) 원뿔 오목부를 구비한 디스크-모양의 투명체(17)가 먼저 제조될 수 있으며, 파장변환부재는 광 편향수단(17a)을 가진 파장변환부재(13B)를 제조하기 위해서 투명체(17)의 주위 단면에 얇게 적용될 수 있다.
본 발명의 변형된 예의 발광소자(10B)에 따르면, 도 9에 도시되었듯이, 여기광원(14)으로부터 여기광선1(excitation light Ray1)은 광가이드(12)의 광입사면(12a)으로부터 광가이드(12)로 안내되고 발광면(12b)로 안내된다. 여기 광선1은 발광면(12b)로부터 방출되고, 광 편향수단(17a)을 방사하기 위해서 투명체(17)로 안내된다.
광 편향수단(17a)은 링-모양의 파장변환부재(13B)(링-모양의 파장변환부재의 내부 링 표면)를 방사하기 위해서 광축(AX10)에 실질적으로 수직한 방향으로 광 편향수단(17a) 상에 입사된 여기 광선1의 진행 방향을 바꾼다. 광 편향수단(17a)은 원뿔 프리즘의 트레이스(trace)이기 때문에, 광 편향수단(17a)에 의해서 변화된 진행방향을 가진 여기 광선1은 광축(AX10) 주위의 방사형태로(radial fashion) 이동한다. 따라서, 광 편향수단(17a)에 의해서 변화된 진행방향을 가진 여기 광선1의 광밀도는 진행방향의 변화 전보다 낮다.
광 편향수단(17a)에 의해서 변화된 진행방향 및 줄어든 광밀도를 가진 여기광원(14)으로부터 여기 광선1을 수용하는 링-모양의 파장변환부재는, 여기광원(14)으로부터 여기광에 의해 여기된(excited) 광 및 파장변환부재(13B)를 통하여 전달된 여기광원(14)으로부터의 여기광에 의해 여기된(excited) 광의 혼합 색(mixed color)에 근거한 백색 광선2를 방출한다.
파장변환부재(13B)에 의해서 방출된 백색 광선2은 광 차단수단(15) 및/또는 반사수단(16)에 의해서(또는 광 차단수단(15) 또는 반사수단(16)에 의해서 반사되지 않고 직접적으로) 반사되며 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 방출된다.
보다 구체적으로, 광 편향수단(17a)에 의해서 편향된 여기광은 파장변환부재(13B)로 입사한다. 광의 일부는 형광물질에 의해서 흡수되며, 파장이 변환된 광은 외부로 방출된다. 광의 다른 일부의 파장은 전환되지 않으며, 광은 산란되고 외부로 방출된다. 그 결과, 광의 혼합 색에 근거한 백색 광은 조명 광(illumination light)처럼 외부로 방출된다.
발광유닛(파장변환수단(13B) 및 투명체(17))의 상부면은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면(파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)의 횡단면)에서 발광유닛(파장변환수단(13B) 및 투명체(17))의 방향특성은 도 5의 실선에 도시된 것처럼 수직적으로 대칭적인 양방향 분포(광축을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)을 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)이 링-모양의 표면이기 때문에, 발광유닛(파장변환부재(13B) 및 투명체(17))의 상부면에서 바라본 방향특성은 도 5의 이점쇄선에 의해 도시되었듯이 파장변환부재(13B) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출될 백색 광선2는 파장변환부재(13B)의 하부면(13b)의 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 반사되고 되돌아가며, 백색 광선2는 위쪽으로 진행한다(도 9에 도시).
그 결과, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘린 횡단면에서 발광소자(10B)의 방향특성은 도 9에 도시된 양방향 패턴의 상부 절반을 포함하는 절반 양방향 패턴의 분포를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)은 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(10B)의 상부면에서 바라본 방향특성은 도 2b에 이점 쇄선에 의해서 도시된 파장변환부재(13B) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10B)의 방향특성은 도 9의 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위를 360° 회전하는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 변형된 예의 발광소자(10B) 따르면, 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 발광유닛(파장변환부재(13B) 및 투명체(17))의 하부면 주위에 배열된 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양?향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴에 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10B)를 형성하며, 상기한 특징이 수직방향에 차량 조명기구의 두께를 줄이기에 적합하다.
본 변형된 예의 발광소자(10B)에 따르면, 이하의 효과들이 추가로 달성된다.
먼저, 파장변환부재(13B)의 온도가 상승하여 발생하는 효율성의 감소가 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 발광소자(10)(도 2a에 도시) 및 통상적인 발광소자(300)(도 37에 도시)에서, 광가이드 및 파장변환부재의 단부면은 가깝게 부착되어 있다. 따라서, 파장변환부재를 방사하기 위한 여기광의 광밀도는 여기광의 방출량에 증가와 함께 증가하고, 파장변환부재의 온도는 높아진다. 파장변환부재는 저하되고 변색되고, 효율이 줄어드는 문제가 있다. 특히, 상기 문제는 여기광원이 LD(레이저 다이오드)일 때 두드러진다.
반면에, 본 변형된 예의 발광소자(10b)에 따르면, 파장변환부재(13B)는 여기광원(14)으로부터 여기광의 광밀도가 줄어들고 광 편향수단(17a)의 작동에 의해서 진행방향이 바뀐 후에 방사된다. 파장변환부재(13B)는 여기광원(14)의 열, 고-인텐시티 광, 및 기타 이와 같은 것에 직접적으로 노출되지 않으며, 파장변환부재(13B)의 온도 증가는 감소될 수 있다.
예컨대, 본 변형된 예의 발광소자(10B)에서 광가이드(12)의 방출면(12b) = π×0.12=π×10-2 및 파장변환부재(13B)의 주위 단면(13c)의 지역 = 2×π×0.5×0.2 = 20π×10-2라면, 파장변환부재(13B)에 방사된 광밀도는 발광소자(10)의 광밀도의 1/20로 저하된다.
따라서, 여기광원(14)이 고-전압이라도, 본 변형된 예의 발광소자(10B)는 파장변환부재(13B)의 변색 및 기능저하뿐만 아니라 효율성의 저하를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 색의 불균일 및 밝기의 분균일을 일으키지 않는 훌륭한 발광 특성을 가진 발광이 실현될 수 있다.
둘째로, 파장변환부재(13)의 내부 산란의 반복에 의해서 발생하는 효율성의 저하가 감소될 수 있다.
보다 구체적으로, 중심에서부터 주위 단면까지 밀집된 디스크-모양의 파장변환부재는 발광소자(10)에 사용된다(도 2a에 도시). 따라서, 산란(scattering)은 중심에서부터 파장변환부재의 주위 단면까지 파장변환부재의 내부에서 반복되며, 광 추출 효율이 감소되는 문제가 있다.
반면에, 본 변형된 예의 발광소자(10B)에 따르면, 내부가 빈(hollow) 링-모양의 파장변환부재는 중심에서부터 주위 단면(13c)까지 밀집된 디스크-모양의 파장변환부재 대신에 사용된다. 따라서, 파장변환부재(13)의 내부에서의 산란이 반복되는 거리가 방사 방향에 링-모양의 파장변환부재(13B)의 두께(예컨대, 0.05 내지 0.2mm)이며, 산란이 반복되는 거리가 디스크-모양의 파장변환부재(13)보다 짧다.
따라서, 본 변형된 예의 발광소자(10B)에 따르면, 파장변환부재(13B)의 내부에 산란이 반복되어 발생하는 효율성의 저하가 감소될 수 있다.
셋째로, 광가이드(12) 및 파장변환부재(13)의 접점에서 광가이드(12)에 안내된 여기광의 반사에 의해서 발생하는 효율성의 저하가 감소될 수 있다.
보다 구체적으로, 발광소자(10)(도 2a에 도시됨) 및 통상적인 발광소자(300)(도 37에 도시됨)에서, 다른 굴절률을 가진 파장변환부재 및 광가이드의 단부면은 가깝게 부착되어 있다. 따라서, 광가이드에 안내된 여기광은 광가이드의 단부면으로부터 방출되지 않고 파장변환부재 및 광가이드 사이의 접점(interface)에서 반사된다. 여기광 반대 방향의 광가이드를 통과하고 여기광원으로 안내된다. 여기광원이 불리하게 영향받고, 효율성이 감소한다는 문제점이 있다.
반면에, 본 변형된 예의 발광소자(10B)에 따르면, 파장변환부재(13B) 및 광가이드(12)의 단부면(광입사면(12b))는 가깝게 부착되어 있지 않으며, 파장변환부재(13B)는 광 편향수단(17a)의 작동에 의해서 광축(AX10)에 수직한 방향으로 여기광원(14)으로부터 여기광의 진향방향을 변화시킨 후 방사된다. 상기한 특징은 광가이드(12) 및 파장변환부재(13) 사이의 접점에서 광가이드(12)에 안내된 여기광의 반사에 의해서 발상하는 효율성의 감소를 저하시킬 수 있다.
다음으로, 광 편향수단(17a)의 변형된 예에 대하여 설명될 것이다.
도 10 및 11은 광 편향수단(17a)의 변형된 예를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 10에 도시되었듯이, 광 편향수단(17a)는 광 편향수단(17a)는 투명체(17)의 상부면의 중심(광축(AX10)에 형성된 원뿔 오목부가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있지 않은 원뿔 반사면일 수 있다. 상기 예에서, 고 굴절률(예컨대, 사파이어)을 가진 재료가 투명체(17)의 재료로 사용되어서 광가이드(12)의 광입사면(12b)으로부터 방출된 여기광이 원뿔 반사면에 의해서 완전히 반사되는 것이 바람직하다. 광 차단수단(15)이 투명체(17)의 상부면의 중심(광축(AX10))에서 원뿔 오목부 이외의 지역을 덮고, 파장변환부재(13B)의 상부면을 덮는 것이 바람직하다.
대안적으로, 도 11에 도시되었듯이, 광 편향수단(17a)은 투명체(17)의 상부면의 중심(광축(AX10))에서 원뿔 오목부를 구비하지 않고 투명체(17)의 상부면에 산란면(복수의 미세한 불규칙 같은)을 구비할 수 있으며, 광 차단수단(15)은 투명체(17)의 상부면 및 파장변환수단(13B)의 상부면을 덮을 수 있다.
대안적으로, 광 편향수단(17a)은 투명체(17)의 상부면 상의 중심(광축(AX10))에 원뿔 오목부를 구비하지 않고 투명체(17)의 상부면에 복수의 V-홈 또는 원뿔 프리즘 커트(prism cut)가 구비될 수 있으며, 또는 백색 수지 같은 분산된 반사부재는 투명체(17)의 상부면에 각기 부착될 수 있다.
변형된 예들은 또한 발광소자(10B)와 동일한 효과를 달성할 수 있다.
-발광소자(10C)
다음으로, 주위 단면(13c)의 일부에 파장변환소자를 사용하는 발광소자(10C)는 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 12a는 발광소자(10C)의 파장변환부재(13C)의 원주부가 확대된 확대도이다. 도 13은 파장변환부재(13C)의 사시도이다.
발광소자(10C)는 주위 단면(13c)의 일부 범위가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있는 파장변환부재(13C)가 파장변환부재(13)을 대신해서 사용되었다는 점에서 발광소자(10)와 다르다. 상기한 점 이외의, 구성은 발광소자(10)과 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 12a 및 도 13에 도시되었듯이, 파장변환부재(13C)는 나중에 설명될 주요 반사면(22)에 입사될 광을 방출하기 위한 범위(예컨대, 광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 120°(총 240°)) 이외의 범위 같이, 주위 단면(13c)의 일부 범위가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있는 예이다. 만약 반사층 및 반사판 같은, 반사면이 주위 단면(13c)의 일부 범위를 덮는 광 차단수단(15)으로 사용된다며, 파장변환부재(13C)에 의해서 방출될 광의 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)으로부터 방출될 광은 광 차단수단(15)에 의해서 반사되고 파장변환부재(13C) 쪽으로 되돌아 간다. 따라서, 파장변환부재(13C)의 주위 단면으로부터 방출될 광의 추출효율은 향상될 수 있다.
상부면(13a) 및 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)의 일부 범위는 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 발광소자(10C)의 방향특성은 도 12b의 실선에 의해서 도시된 것처럼 양방향 패턴의 상부 절반을 포함하는 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)을 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)는 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(13C)의 상부면에서 바라 본 방향특성은 도 12 b의 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13C) 주위에 레디얼 패션(radial fashion)에 분포 전파(distribution spread)를 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10C)의 방향특성은 도 12b에서 실선으로 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위에 차량의 뒤쪽으로 연장하는 광축(AX) 의 오른쪽 및 왼쪽으로 120°(총 240°) 회전되는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 큰 광 분포패턴의 분포를 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
도 12b는 발광소자(10C)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 12b에서, 실선은 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면에서 발광소자(10C)의 방향특성(절반 양방향 패턴)을 가리키며, 이점 쇄선은 발광소자(10C)의 상부면에서 본 방향특성을 가리킨다.
설명했듯이, 본 변형된 예의 발광소자(10C)에 따르면, 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13C)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16) 및 광 차단수단(15)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)의 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10C)를 형성할 수 있으며, 수직방향의 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
더욱이, 본 변형된 예의 발광소자(10C)에 따르면, 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)의 일부 범위를 덮는 광 차단수단(15)(본 발명의 제 2 광 차단수단과 동일함)의 작동은 파장변환부재(13C)의 주위 단면(13c)로부터 눈부심(glare) 또는 기타 이와 같은 것을 발생하는 발광을 방지할 수 있다.
발광소자(10)을 포함하는 파장변환부재(13)를 대신하여, 주위 단면(13c)읠 일부 범위가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있는 파장변환부재(13C)를 사용함으로써 형성된 발광소자(10C)를 형성하는 예가 설명되었지만, 본 발명은 상기한 것으로 제한되지 않는다.
예컨대, 발광소자(10C)와 유사한 발광소자는 발광소자(10A)에 포함된 파장변환부재(13)를 대신하며, 주위 단면(13c)의 일부 범위가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있는 파장변환부재(13)를 사용함으로써 또한 형성될 수 있다.
발광소자(10C)와 유사한 발광소자는 발광소자(10B)에 포함된 파장변환부재(13B)를 대신하며, 주위 단면(13c)의 일부 범위가 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있는 파장변환부재(13B)를 사용함으로써 또한 형성될 수 있다.
-발광소자(10D)
다음으로, 주위 단면(13c)의 일부가 절단되고 횡단면은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있는 파장변환부재(13D)를 사용하는 발광소자(10D)가 발광소자(10)의 변형된 예로서 설명될 것이다.
도 14는 파장변환부재(13D)의 사시도이다.
발광소자(10D)는 주위 단면(13c)의 일부가 절단되고 횡단면은 광 차단수단에 의해서(15)에 의해서 덮여 있는 파장변환부재(13D)가 파장변환부재(13)을 대신하여 사용된다는 점에서 발광소자(10)와 다르다. 상기한 점 이외의, 구성은 발광소자(10)과 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 14에 도시되었듯이, 파장변환부재(13D)는 나중에 설명될 주요 반사면(22)에 입사될 광을 방출하기 위한 범위(예컨대, 광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 120°(총 240°)) 이외의 범위 같이, 주위 단면(13c)의 일부 범위 절단되고 횡단면은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있는 예이다(본 발명의 제 3 광 차단수단과 동일함). 만약 반사층 및 반사판 같은, 반사면이 주위 단면(13c)의 일부 범위를 덮는 광 차단수단(15)으로 사용된다며, 파장변환부재(13D)에 의해서 방출될 광의 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)으로부터 방출될 광은 광 차단수단(15)에 의해서 반사되고 파장변환부재(13D) 쪽으로 되돌아 간다. 따라서, 파장변환부재(13D)의 주위 단면으로부터 방출될 광의 추출효율은 향상될 수 있다.
상부면(13a) 및 파장변환부재(13D)의 절단된 횡단면은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 발광소자(10D)의 방향특성은 도 12b의 실선에 의해서 도시된 것처럼 양방향 패턴의 상부 절반(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)을 포함하는 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)을 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)는 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(13D)의 상부면에서 바라 본 방향특성은 도 12b의 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13D) 주위에 방사형(radial fashion)에 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10D)의 방향특성은 도 12b에서 실선으로 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위에 차량의 뒤쪽으로 연장하는 광축(AX)의 오른쪽 및 왼쪽으로 120°(총 240°) 회전되는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 큰 광 분포패턴의 분포를 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 변형된 예의 발광소자(10D)에 따르면, 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13C)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16) 및 광 차단수단(15)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)의 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10C)를 형성할 수 있으며, 수직방향의 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
더욱이, 본 변형된 예의 발광소자(10D)에 따르면, 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)의 일부 범위를 덮는 광 차단수단(15)(본 발명의 제3 광 차단수단과 동일함)의 작동은 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)으로부터 눈부심(glare) 및 기타 이와 같은 것을 일으키는 광의 방출을 방지할 수 있다.
본 변형된 예의 발광소자(10D)에 따르면, 파장변환부재(13D)의 주위 단면(13c)에 대한 광 차단수단(15)의 세팅 범위(setting range)는 절단된 위치에 근거하여 쉽게 계산될 수 있다.
본 변형된 예의 발광소자(10D)에 따르면, 파장변환부재(13D)의 부착 파트너(attachment partner)(본 변형된 예의 페룰(11)의 상부면(11a)) 대하여 부착바향 및 기타 이와 같은 것은 절단된 위치에 근거하여 쉽게 계산될 수 있다.
비록 발광소자(10)에 포함된 파장변환부재(13)를 대신하여, 주위 단면(13c)의 일부가 절단되고 횡단면이 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있는 파장변환부재(13D)를 사용함으로써 발광소자(10D)를 형성하는 예가 설명되어 있으나, 본 발명은 상기한 설명으로 제한되지 않는다.
예컨대, 발광소자(10D)와 유사한 발광소자는 발광소자(10A)에 포함된 파장변환부재(13)를 대신하며, 주위 단면(13c)의 일부가 절단되고 횡단면이 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있는 파장변환부재(13)를 사용함으로써 또한 형성될 수 있다.
발광소자(10D)와 유사한 발광소자는 발광소자(10B)에 포함된 파장변환부재(13B)를 대신하며, 주위 단면(13c)의 일부가 절단되고 횡단면이 광 차단수단(15)에 의해서 덮여있는 파장변환부재(13B)를 사용함으로써 또한 형성될 수 있다.
-발광소자(10E)
다음으로 삼각-프리즘 파장변환부재(13E)를 사용하는 발광소자(10E)가 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 15a는 파장변환부재(13E)의 사시도이다.
발광소자(10E)는 삼각-프리즘 파장변환부재(13E)가 디스크-모양의 파장변환부재(13)을 대신하여 사용된다는 점에서 발광소자(10)와 다르다. 상기한 점 이외의, 구성은 발광소자(10)과 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 15a에 도시되었듯이, 파장변환부재(13E)는 수직방향에서 및 광축(AX) 및 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 대하여 대칭적으로 삼각형(광축(AX)의 한면 및 광축(AX10)의 한면이 삼각형)을 연장함으로써 형성된 YAG의 삼각-프리즘 형광체 또는 기타 이와 같은 것이다. 파장변환부재(13E)는; 직사각형 하부면(13d); 전면이 후면 아래에 위치되어 수평면에 기울어진 경사면(13e); 및 차량의 뒤쪽에 가까운 수직면(13f)를 포함한다.
파장변환부재(13E)의 경사면(13e)는 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있다. 만약 반사층 및 반사판 같은 반사면이 광 차단수단(15)으로 사용된다면, 파장변환부재(13E)에 의해서 방출될 광의 파장변환부재(13E)의 경사면(13e)으로부터 방출될 광은 광 차단수단(15)에 의해서 반사되고 파장변환부재(13E) 쪽으로 되돌아 간다. 따라서, 파장변환부재(13E)의 경사면(13e)으로부터 방출될 광의 추출효율은 향상될 수 있다.
파장변환부재(13E)의 하부면(13d)는 광가이드(광가이드(12)의 발광면(12b))를 위한 관통 구멍(11c)를 덮기 위한 페룰(11)의 상부면(11a)(반사수단(16))에 광가이드를 위한 관통구멍(11c) 주위 지역에 부착된다.
본 변형된 예의 발광소자(10E)에 따르면, 여기광원(14)으로부터 여기광은 광가이드(12)의 광입사면(12a)으로부터 광가이드(12)로 안내되며 발광면(12b)으로 안내되고, 상기 광은 파장변환부재(13E)를 방사하기 위해서 발광면(12b)로부터 방출된다.
여기광원(14)으로부터 여기광을 수용한 파장변환부재(13E)는 파장변환부재(13E)를 통하여 전달된 여기광원(14)으로부터 여기광 및 여기광원(14)으로부터 여기광에 의해 여기된(excited) 광의 혼합 색에 기반한 백색광을 방출한다.
파장변환부재(13E)에 의해 방출될 백색광은 광 차단수단(15) 및/또는 반사수단(16)에 의해서(또는 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)에 의해서 반사되지 않고, 직접적으로) 반사되며 파장변환부재(13E)의 수직면(13f)으로부터 방출된다.
파장변환부재(13E)의 경사면(13e)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX) 및 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면(파장변환부재(13E)의 수직면(13f)의 횡단면)에서 파장변환부재(13E)의 방향특성은 수직적으로 대칭적인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)를 가리킨다.
파장변환부재(13E)의 경사면(13e)으로부터 아래쪽으로 방출된 백색광은 파장변환부재(13E)의 하부면(13d) 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 반사되고 되돌아가며, 백색광은 위쪽으로 진행한다.
그 결과, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면에서 발광소자(10E)의 방향특성은 도 15b에 아크(arc)에 의해서 도시된 것처럼 양방향 패턴의 상부 절반(광축을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)을 포함하는 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)의 분포를 가리킨다.
도 15b는 발광소자(10E)의 방향특성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 15b에서 아크(arc)는 광축(AX) 및 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 발광소자(10E)의 방향특성을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10E)의 방향특성은 광축(AX) 및 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 대하여 대칭적이며 수직방향에 도 5b의 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)를 연장함으로써 형성된 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴를 가리크며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 실시예의 발광소자(10E)에 따르면, 파장변환부재(13E)의 수직면(13f)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 하부면(13d) 주위에 배열된 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양?향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴에 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10E)를 형성하며, 상기한 특징이 수직방향에 차량 조명기구의 두께를 줄이기에 적합하다.
발광소자(10)에 포함된 파장변환부재(13)을 대신하여 삼각-프리즘 파장변환부재(13E)를 사용하는 발광소자(10E)를 형성하는 예가 설명되었음에도 불구하고, 본 발명은 상기한 예로 제한되지 않는다.
예컨대, 삼각-프리즘 파장변환부재(13E)는 파장변환부재(13E)와 유사한 발광소자를 형성하기 위해서 발광소자(10A)에 포함된 파장변환부재(13)를 대신하여 사용될 수 있다.
더욱이, 삼각-프리즘 파장변환부재(13E)는 발광소자(10E)와 유사한 발광소자를 형성하기 위해서 발광소자(10B)에 포함된 파장변환부재(13B)를 대신하여 사용될 수 있다.
-차량 조명기구 유닛의 구성 예(1)(configuaration example)
다음으로, 발광소자(10)을 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)의 구성 예가 설명될 것이다.
본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)은 자동차 같은 차량의 전조등(headlights)을 형성하기 위해서 차량 전면의 왼쪽 및 오른쪽에 배열된다. 도 16은 발광소자(10)을 사용사는 차량 조명기구 유닛(20)의 구성 예이다. 도 17은 차량 조명기구 유닛(20)의 사시도, 도 18a는 차량 조명기구 유닛의 상면도, 도 18b는 차량 조명기구 유닛의 정면도, 도 18c는 차량 조명기구 유닛의 측면도이다.
도 16에 도시되었듯이, 차량 조명기구 유닛(20)은 전면 렌즈(lens)(91) 및 하우징(housing)(92)에 의해서 정의된 광룸(light room)(93)에 배열된다. 기존의 조준장치(aiming mechanism)(미도시)는 차량 조명기구 유닛(20)의 광축을 조절하기 위해서 차량 조명기구 유닛(20)에 연결된다.
도 1 및 도 16 내지 18에 도시되었듯이, 차량 조명기구 유닛(20)은 하향 빔을 위한 광 분포패턴을 형성하기 위해 구성된 프로젝터 형태의(projector-type) 조명기구 유닛이며, 차량 조명기구 유닛(20)은 프로젝션 렌즈(projection lens)(21), 발광소자(10), 주요 반사면(22), 가리개(shade)(23), 제 1 보조 반사면(24), 제 2 보조 반사면(25), 유리 가리개/고정 부재(26), 및 기타 이와 같은 것을 포함한다. 발광소자들(10A 내지 10E) 또는 후에 설명되는 발광소자들(10F 내지 10H)는 발광소자(10)를 대신하여 사용될 수 있다.
도 1에 도시되었듯이, 커넥터(connector)(96)는 발광소자(10)에 포함된 페룰(11)을 제거할 수 있게 고정되기 위해 유리 가리개/고정 부재(mirror shade/holding member)(26)에 돌려져(screw) 고정된다(또는 커넥터(96)는 유리 가리개/고정 부재(26)와 결합된다). 예컨대, JIS 표준의 FC 커넥터 및 SC 커넥터 같은 기존의 커넥터가 상기 커넥터(96)로 사용될 수 있다.
도 1에 도시되었듯이, 프로젝션 렌즈(21)는 알루미늄 같은 금속으로 만들어진 유리 가리개/고정 부재(26)에 의해 고정되며 차량의 앞-뒤 방향으로 연장하는 광축(AX) 상에 배열된다.
예컨대, 프로젝션 렌즈(21)는 차령의 전면에 가까운 표면은 볼록면이고 차량의 후면에 가까운 표면은 평면의 오목한 비구면이다. 도 16에 도시되었듯이, 프로젝션 렌즈(21)는 확장부(extension)(94)에 형성된 개구(94a)로부터 드러나며, 프로젝션 렌즈(21)의 주위 모서리는 확장부(94)에 의해서 덮여 있다.
도 1에 도시되었듯이, 발광소자(10)는 발광소자(10)의 반사수단(16)이 광축(AX)을 포함하는 수평면 위쪽에 있는 상태로 유리 가리개/고정 부재(26)에 고정된다. 광축(AX)은 파장변환부재(13)의 중심을 통과한다(도 3 및 도 4에 도시). 따라서, 발광소자(10)의 방향특성은 도 2b에 도시된 것처럼 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 큰 절반 양방향 패턴에서 분포를 가리킨다.
도 1에 도시되었듯이, 주요 반사면(22)은 제 1 초점(F122)이 파장변환부재(13) 근처에 설정되고 제 2 초점(F222)이 프로젝션 렌즈(21)의 초점(F21) 뒷면 차량 근처에 설정되는 구상 반사면(spheroidal refection surface)(구상면, 구상면에 유사하게 자유롭게 구배진 표면, 또는 기타 이와 같은 것)이다.
도 19는 차량 조명기구 유닛(20)이 차량 조명기구 유닛(20)의 광축(AX)을 포함하는 수평면에 의해 잘려진 횡단면도이다(광경로를 포함한다). 도 20은 차량 조명기구 유닛(20)이 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다(광경로를 포함한다).
주요 반사면(22)은, 도 2b의 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)가 차량의 뒤쪽으로 연장하는 광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 광축 주위로 120°(총 240°) 회전되는 3차원 분포를 가진 광 같은, 발광소자(10)로부터의 광을 수용하기 위해서 파정변환부재(13)(주위 단면(13c))를 덮는다. 특히, 파장변환부재(13)(주위 단면(13c))를 덮기 위해서, 주요 반사면(22)은, 차량 뒤쪽으로 연장하는 광축의 왼쪽 및 오른쪽으로 120°의 범위(총 240°)로부터 위쪽으로 연장하는 것 같이, 파장변환부재(13) 주위로부터 위쪽으로 연장한다(도 1, 도 18a 및 18c, 및 도 19에 도시). 주요 반사면(22)의 하부 모서리(22a)는 광축(AX)을 포함하는 수평면상에 위치된다(도 1에 도시).
따라서, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터(광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 120° 범위(총 240°)로) 방출된 상대적으로 고광도를 가진 광선2( 예컨대, 반치각(half-value angle)에서 광도율(rate of luminous intensity)이 50%인 내부의 광(절반 양방향 패턴))는 광축(AX)을 포함하는 수평면 근처의 주요 반사면(22)의 지역(22b) 상에 입사한다(도 19 및 도 20에 도시).
주요 반사면(22)(지역(22b))은 수직방향으로 타원이기 때문에, 주요 반사면(22)(지역(22b))으로부터의 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광선2는 수직방향의 제 2 초점(F222)에 응집되며 상기 광선2는 프로젝션 렌즈(21)에 실질적으로 평행한 광선이다(도 20에 도시). 반면에, 주요 반사면(22)(지역(22b))은 수평방향으로 타원이 아니기 때문에, 프로젝션 렌즈(21)를 통하여 전달된 주요 반사면(22)(지역(22b))으로부터의 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광선2는 일단 수평방향으로 교차되고 수평방향으로 분산된다(도 19에 도시). 그 결과, 수직방향으로 얇고 수평방향(세로방향)으로 연장하는 고 조도(illuminance)(고 조도 지역)를 가진 부분 광 분포패턴(P1)이 도 21에 도시된 것처럼 형성된다. 도 21은 차량 조명기구 유닛(20)에 의해 형성된 부분 광 분포 패턴(P1)의 예이다.
주요 반사면(22)은 오직 파장변환부재(13) 주위에 배열될 필요가 있으며, 범위는 광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 120° 범위(총 240°)로 제한되지 않는다. 주요 반사면(22)은 적절함 범위로 배열될 수 있다.
도 1에 도시되었듯이, 가리개(23)는 발광소자(10)(파장변환부재(13)) 쪽으로 프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21)으로부터 연장하는 유리면(23a)를 포함한다. 가리개(23)의 전면 모서리는 차량의 뒷면에 가깝게 프로젝션 렌즈(21)의 초점면을 따라 오목하게 구배진다. 유리면(23a)에 입사되고 위쪽으로 반사된 광은 프로젝션 렌즈(21)에 의해서 굴절되고 길 방향으로 안내된다. 보다 구체적으로, 유리면(23a)에 입사된 광은 경계선(cutoff line)으로 되돌아가며 경계선 아리에 광 분포패턴에 겹쳐진다. 그 결과, 경계선(CL)이 도 21에 도시되었듯이 하향 빔을 위한 광 분포패턴의 상부 모서리에 형성된다.
제 1 보조 반사면(24)은 제 1 초점(F124)이 파장변환부재(13)의 근처에 설정되며 제 2 초점(F224) 제 2 보조 반사면(25) 아래에 기결정된 위치에 설정된 구상 반사면(구상면, 구상면에 유사하게 자유롭게 구배진 표면, 또는 기타 같은 종류의 것)이다.
발광소자(10)로부터 위쪽 및 아래쪽으로 방출된 광(절반 양방향 패턴)을 수용하기 위해서, 제 1 보조 반사면(24)은 프로젝션 렌즈(21) 쪽으로 주요 반사면(22)의 끝(tip) 근처로부터 연장되고 프로젝션 렌즈(21) 및 주요 반사면(22) 사이에 배열된다. 제 1 보조 반사면(24)은 제 1 보조 반사면(24)의 끝이 프로젝션 렌즈(21)에 입사한 주요 반사면에서 반사된 광을 차단하는 것을 방지하도록 길이가 설정된다.
주요 반사면(22) 및 제 1 보조 반사면(24)은, 알루미늄 증착 같은 유리면 프로세스를 금속 주조를 사용함으로써 통합적으로 주조된 반사기(reflector) 기초 재료에 가함으로써 하나의 부품으로써 형성된다. 그 결과, 각각의 부품으로 반사면들(22 및 24)가 형성되는 경우에 비하여, 부품의 수가 줄어들 수 있으며, 반사면들(22 및 24)의 조립 프로세스가 간단해 질 수 있으며, 반사면들(22 및 24)의 조립 불량이 줄어들 수 있다. 주요 반사면(22) 및 제 1 보조 반사면(24)은 통합된 주조를 하지 않고 각각의 부품으로써 만들어질 수 있다.
제 2 보조 반사면(25)은, 제 1 보조 반사면(24)에 의해서 반사되고 제 2 초점(F224)에 응집된 광을 수용하기 위해서 프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21) 및 프로젝션 렌즈 사이에 배열된다.
예컨대, 제 2 보조 반사면(25)은 평면 유리이며 수평면에 대해서 기울어져 있어서, 차량 전면(25a)은 차량 뒷면(25b) 아래에 위치된다.
상기 구성을 가진 차량 조명기구 유닛(20)에 따르면, 발광소자(10)로부터 방출된 광의 상대적으로 고광도를 가진 광선2(예컨대, 반치각(half-value angle)에서 광도율(rate of luminous intensity)이 50%인 광)는 광축(AX)을 포함하는 수평면 근처의 주요 반사면(22)의 지역(22b)에 입사된다(도 19 및 20에 도시). 주요 반사면(22)(지역(22a))는 수직방향으로 타원이기 때문에, 주요 반사면(22)으로부터 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광선2는 수직방향에 제 2 초점(F222)에 응집되고 상기 광선2는 프로젝션 렌즈(21)에 실질적으로 평행한 광선이다(도 20에 도시). 반면에, 주요 반사면(22)(지역(22b))은 수평방향으로 타원이 아니기 때문에, 프로젝션 렌즈(21)를 통하여 전달된 주요 반사면(22)(지역(22b))으로부터의 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광선2는 일단 수평방향으로 교차되고 수평방향으로 분산된다(도 19에 도시). 그 결과, 수직방향으로 얇고 수평방향(세로방향)으로 연장하는 고 조도(illuminance)(고 조도 지역)를 가진 부분 광 분포패턴(P1)이 도 21에 도시된 것처럼 형성된다.
반면에, 발광소자(10)로부터 방출된 광이 지역(22b) 이외의 주요 반사면(22)에 입사된 광(반치각(half-value angle)에서 광도율(rate of luminous intensity)이 50%인 외부의 광 같은, 상대적으로 저광도인 광)은, 가상의 수직한 스크린 상에 수직방향 및 세로방향으로 연장된 부분 광 분포패턴(P2)를 형성하기 위해(대략 차량의 전면 전방 25m에 배열된다), 상기 했듯이 지역(22b) 이외의 주요 반사면(22)에 의해서 반사된다.
상기한 방법으로, 부분 광 분포패턴(P2) 및 부분 광 분포패턴(P1)(고 조도)를 포함하는 뛰어난 긴-거리 시인성(하향 빔을 위한 광 분포 패턴)을 가진 결합된 광 분포패턴이 형성된다.
발광소자(10)로부터 방출되고 제 1 보조 반사면(24)에 입사된 광은 제 1 보조 반사면(24) 및 제 2 보조 반사면(25)에 의해서 반사되고, 프로젝션 렌즈(21)를 통하여 전달되며, 수평면에 대하여 위쪽 각(예컨대, 2 내지 4 도의 범위)의 방향으로 진행한다. 그 결과, 도 21에 도시된 것처럼, 오버헤드 신호 광 분포패턴(overhead sign light distribution pattern)(P3)는 가상의 수직한 스크린 상에 오버해드 신호 지역(A)에 형성된다(대략 차량의 전면 전방 25m에 배열된다).
기존의 조준장치(미도시)는 가상의 수직 스크린 상에 적절함 범위에 광 분포패턴들(P1 내지 P3)을 안내하기 위해 차량 조명기구 유닛(20)의 광축을 조절한다.
본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)에 따르면, 발광소자(10)으로부터 방출된 상대적으로 고광도를 가진 광(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 광(절반 양방향 패턴))이 광축(AX10)의 지역 대신에, 광축(AX)을 포함하는 수평면 근처의 주요 반사면(22)의 지역(22b)상에 입사한다. 상기한 특징이 얇고 수직한 치수를 가지는 차량 조명기구 유닛(20)을 형성하다.
다음으로, 발광소자(10)가 수직방향에서 차량 조명기구(본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20))의 두께를 줄이기에 접합한 발광소자인 이유가 차량 조명기구 유닛(20`)과 대조되어 설명될 것이다.
도 22는 차량 조명기구 유닛(20`)이 차량 조명기구 유닛(20`)의 광축(AX)를 포함하는 수평면에 의해 잘려진 횡단면도이다. 도 23은 차량 조명기구 유닛(20`)의 발광소자(10`)의 방향특성(일방향성)의 예이다. 도 24는 차량 조명기구 유닛(20`)에 의해 형성된 광 분포패턴(P1`)의 예이다.
차량 조명기구 유닛(20`)은, 파장변환부재(13)의 상부면(13a)이 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있지 않은 사용된 발광소자(10`)가 발광소자(10)을 대신하여 사용된다는 점에서 차량 조명기구 유닛(20)과 다르다. 이외의 구성은 차량 조명기구 유닛(20)과 동일하다. 이하, 차량 조명기구 유닛(20)과 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 차량 조명기구 유닛(20) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 23에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)의 상부면(13a)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 발광소자(10`)는 광축(AX10) 상의 인텐시티가 가징 큰 방향특성을 구비하며, 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 광은 일반적인 LED 또는 LD처럼 줄어든다.
도 22에 도시되었듯이, 발광소자(10`)으로부터 방출된 상대적으로 고광도를 가진 광(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 내부의 광)은 광축(AX10) 상에 주요 반사면(22)의 지역(Rf)에 입사된다.
프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21)에 대하여 광축(AX10) 상에 지역(Rf)에 반사된 상대적으로 고광도를 가진 광선3의 입사각은 상대적으로 예각이다. 따라서, 주요 반사면(22)에서 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광이 수평선 주위에 충분히 응집될 수 없으며, 수직방향으로 두껍고 왼쪽 및 오른쪽으로 연장되지 않은 저 조도(illuminance)를 가진 광 분포패턴(P1`)이 형성된다(도 24에 도시).
상기 구성을 가진 차량 조명기구 유닛(20`)에서, 주요 반사면(22)에서 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광은 고 조도를 가진 광 분포패턴을 형성하기 위해 프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21) 근처에 응집될 수 있다. 하지만, 그 결과, 프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21)에 대하여 주요 반사면(22)으로부터 반사된 광의 입사각은 예각이며, 수직방향에서 프로젝션 렌즈(21)의 치수가 점점 커지는 문제가 있다(이것이 수직방향에서 차량 조명기구 유닛(20`)의 치수를 증가시킨다).
반면에, 파장변환부재(13)의 상부면(13a)을 덮는 광 차단수단(15) 및 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16)의 작동에 의해서, 발광소자(10)의 방향특성은 도 2b에 도시되었듯이 광축을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 큰 절반 양방향 패턴인 분포를 가리킨다. 따라서, 발광소자(10)로부터 방출된 상대적으로 고광도를 가진 광선2(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 서 광(절반 양방향 패턴))는 광축(AX10)상에 지역(Rf) 대신에 광축(AX)을 포함하는 수평면 주위에 주요 반사면(22)의 지역(22b)에 입사된다(도 19 및 20에 도시).
프로젝션 렌즈(21)의 차량 뒷면 초점(F21)에 대하여 주요 반사면(22)(지역(22b))에 의해 반사된 상대적으로 고광도를 가진 광선2의 입사각은 상대적으로 둔각이다(도 20에 도시). 따라서, 수직방향으로 프로젝션 렌즈(21)의 치수가 차량 조명기구 유닛(20)에서 줄었을 지라도(상기한 특징이 수직방향에서 차량 조명기구 유닛(20)의 두께를 감소시켰을 지라도), 주요 반사면(22)(지역(22b))으로부터 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광은 수평선 근처에 충분히 응집될 수 있으며, 수직방향에서 얇고 수평방향에서 확장되는 고 조도(고 조도 지역)를 가진 부분 광 분포패턴(P1)이 형성될 수 있다.
도 20에서, 수직방향에서 프로젝션 렌즈(21)의 치수를 줄이기 위해서, 주요 반사면(22)(지역(22b))로부터 상대적으로 고광도를 가진 반사된 광이 전달되지 않는 상단 및 하단은 프로젝션 렌즈로부터 절단된다(그 결과, 수직방향에서 차량 조명기구 유닛(20)의 두께는 줄어든다). 이렇게 하여, 프로젝션 렌즈(21)의 상단 및 하단은 사용되지 않기(절단 되기) 때문에, 수직방향에서 차량 조명기구 유닛(20)의 치수 차량 조명기구 유닛(20`)과 비교하여 소형화될 수 있다. 더욱이, 프로젝션 렌즈(21)의 초점(F21) 주위에 배열된 가리개(23)의 단부에 발생된 프로젝션 렌즈(21)의 색수차(chromatic aberration)가 감소될 수 있다.
본 실시예의 차량 조명기구 유닛(20)에 따르면, 다음의 효과가 추가로 획득된다.
첫째, 여기광원(14) 및 차량 조명기구 유닛(20)은 분리되어있기 때문에(도 16에 도시), 여기광원(14)은 주위 온도가 안정한 차량 또는 차량 내부의 위치에 설치될 수 있다. 따라서, 여기광원의 설치 위치의 자유도가 증가한다.
둘째, 여기광원(14) 및 차량 조명기구 유닛(20)(뿐만 아니라 히트 싱크(heat sink)같은 냉각장치(97), 및 ECU같은 드라이브 장치(98))은 분리되어있기 때문에(도 16에 도시), 차량 조명기구 유닛(20)의 무게는 감소될 수 있으며, 여기광원(14) 및 기타 이와 같은 것이 차량 조명기구 유닛(20)의 내부에 배열될 때에 비하여 조준장치 및 기타 이와 같은 것은 간단해질 수 있다.
셋째, 차량 조명기구 유닛(20)의 무게는 상기 했듯이 감소할 수 있기 때문에, 조준장치 상에 무게 하중이 기존의 조준장치가 차량 조명기구 유닛(20)에 연결될 때 줄어들 수 있다. 상기한 특징이 조준장치 상에 무게 하중에 의해서 발생되는 다양한 실패를 줄일 수 있다. 더욱이, 조준장치를 형성하는 엑츄에이터의 소형화 및 전력 절감이 또한 기대될 수 있다. 전체 하향 빔을 형성하기 위해 하나 또는 복수의 차량 조명기구 유닛(20)이 있을 수 있다.
발광소자(10)을 사용하여 차량 조명기구 유닛(20)을 형성하는 예가 설명되었음에도 불구하고, 발광소자들(10A 내지 10E) 또는 후에 설명될 발광소자들(10F 내지 10H)은, 수평방향으로 연장되고 수직방향으로 얇은 고 조도(고 조도 지역)을 가진 부분 광 분포패턴을 형성할 수 있고 얇고 수직한 치수를 구비하는, 차량 조명기구 유닛(20) 같은 차량 조명기구 유닛을 형성하기 위해서 발광소자(10)을 대신하여 사용될 수 있다.
-발광소자(10F)
통상적으로, 제안된 것은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하고 파장을 전환하기 위해서 광섬유 같은 광가이드를 통하여 전달된 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 발광소자(300)이다.(예컨대, 일본특허 제437531호에 개시됨).
도 37은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하고 파장을 전환하기 위해서 광섬유 같은 광가이드를 통하여 전달되 여기광을 흡수하는 파장변환부재를 사용하는 통상적인 발광소자(300)의 예이다.
도 37에 도시되었듯이, 발광소자(300)는 여기광원으로부터 방출된 여기광을 전달하기 위한 광섬유 같은 광가이드(310); 광가이드(310)의 단부면에 배열된 반사필름들( 321 및 322)를 가진 파장변환부재(320); 및 기타 이와 같은 것을 포함한다.
상기 구성을 가진 발광소자(300)에서, 파장변환부재(320)은 기결정된 파장 영역에 광을 방출하고 파장을 변환하기 위해서 광가이드(310)의 단부면에서 방출된 여기광을 흡수한다.
하지만, 상기 구성을 가진 발광소자(300)는 내시경을 위한 발광소자이며, 광가이드를 차량 조명기구에 제거할 수 있게 고정하는 구조를 가진 차량 조명기구 뿐만 아니라 발광소자에 상기 적용(application)은 전혀 개시되지 않는다.
이하, 광가이드를 차량 조명기구에 제거할 수 있게 고정하는 구조를 가진 발광소자(10F)가 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 25는 발광소자(10F)를 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)의 측면도이다. 도 26은 발광소자(10F)를 사용하는 차량 조명기구 유닛(20)이 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다.
발광소자(10F)는 플랜지(flange)를 가진 스터브(stub)(11A) 및 페룰(11B)이 페룰(11)을 대신하여 사용되며, 제 1 광가이드(12A) 및 제 2 광가이드(12B)는 광가이드(12)를 대신하여 사용된다는 점에서 발광소자(10)과 다르다. 이외의 구성은 발광소자(10)와 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 25 및 26에 도시되었듯이, 발광소자(10F)는, 플랜지를 가진 스터브(11A)는 제 1 광가이드(12A) 및 파장변환부재(13)를 지지하기 위한 부재이고, 하부면의 중심 및 상부면(11Aa)의 중심을 연결하는 광가이드를 위한 관통구멍(11Ac)에 구비된다.
플랜지(flange)를 가진 스터브(stub)(11A)는 상부 스터브(11Ad), 하부 스터브(11Af), 및 하부 스터브(11Ad)와 하부 스터브(11Af) 사이에 플랜지(11Ae)를 포함한다.
상부 스터브(11Ad)는 플랜지(11Ae)가 유리 가리개/고정 부재(26)와 접촉할 때까지 광축(AX10)에 형성된 유리 가리개/고정 부재(26)의 개구(26a)에 삽입되며, 상부 스터브(11Ad)는 유리 가리개/고정 부재(26)에 접합된다. 하부 스터브(11Af)는 플랜지(11Ae)가 어댑터(adapter)(95)에 접촉할 때까지 어댑터(95)의 슬리브(sleeve)(95a)의 한면에 삽입되며, 하부 스터브(11Af)는 어댑터(95)에 접합된다.
어댑터(95)는 차량 조명기구 유닛(20)에 플랜지를 가진 고정된 스터브(11A)를 고정하기 위해서 유리 가리개/고정 부재(26)에 고정되고 나사로 조여진다(screwed). 그 결과, 발광소자(10) 및 차량 조명기구 유닛(20)은 정확히 조립될 수 있다.
플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)이 연마되고, 그 결과, 제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab) 및 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)은 동일 평면에 있다. 유사하게, 플랜지를 가진 스터브(11A)의 하부면(11Ab)이 연마되고, 그 결과, 제 1 광가이드(12A)의 제 1 광입사면(12Aa) 및 플랜지를 가진 스터브(11A)의 하부면(11Ab)는 동일 평면에 있다.
플랜지를 가진 스터브(11A)는 오직 제 1 광가이드(12A)를 고정할 수 있도록 요구되며, 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 플랜지를 가진 스터브(11A)는 스테인리스 스틸, 니켈, 또는 지르코니아(zirconia)로 만들어 지거나, 이외의 금속, 수지, 또는 유리로 만들어질 수 있다.
예컨대, 도 27 및 28에 도시된 것처럼 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)은 원형이며 반사수단(16)에 의해서 덮여 있다. 반사수단(16)은 오직 파장변환부재(13) 쪽으로 파장변환부재(13)에 의해서 방출된 광을 반사할 수 있도록 요구되며, 예컨대, 반사수단(16)은 스터브(11A)의 상부면(11Aa)에 알루미늄, 은, 또는 기타 이와 같은 것의 금속 증착을 가함으로써 형성된 반사층(또는 반사면)일 수 으며, 또는 스터브(11A)가 전도성이라면 스터브(11A)의 상부면(11Aa)을 도금함으로써 형성된 반사층(유전체막)일 수 있다. 예컨대, 일본특허 제 2007-121502에 도시된 방법은 스터브(11A)의 상부면(11Aa) 상에 반사층(또는 반사면)을 형성하기 위한 방법으로써 사용될 수 있다. 대안적으로, 반사수단(16)은 스터브(11A)의 상부면(11Aa)(제 1 광가이드(12A)의 제 1 광입사면(12Ab) 이외의 상부면(11Aa)의 지역)에 부착된 얇은 판-같은 반사 부재일 수 있으며, 또는 만약 스터브(11A)가 금속성이라면 연마하는 유리면을 스터브(11A)의 상부면(11Aa)에 가함으로써 형성된 반사면일 수 있다.
스터브(11A)의 직경은 페룰(B)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라서, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 광을 반사하는 반사수단(16)은 페룰(11B)의 단면(end surface)보다 큰 직경을 가진 스터브(11A)의 단면(상부면 11Aa) 상에 배열된다. 보다 구체적으로, 반사수단(16)의 지역은 반사수단(16)이 페룰(11B)의 단면에 배열될 때 보다 넓어 질 수 있으며, 상기한 특징이 위쪽으로 진행하기 위해 반사수단(16)에 의해 반사되고 되돌아가는 광을 증가시킨다. 따라서, 발광소자(10F)의 효율성이 더 향상된다.
페룰(11B)은 제 2 광가이드(12B)르 고정하기 위한 부재이며 상부면(11Ba)의 중심 및 하부면(11Bb)의 중심을 연결하는 광가이드를 위한 관통구멍(11Bc)에 구비된다. 제 2 광가이드(12B)는 페룰(11B)에 의해서 고정되고 광가이드를 위한 관통구멍(11Bc)에 삽입된다.
페룰(11B)의 끝부분은 상부면(11Ba)(제 2 광가이드(12B)의 제 2 발광면(12Bb))이 플랜지를 가진 스터브(11A)의 하부면(11Ab)(제 1 광가이드(12A)의 제 1 광입사면(12Aa))에 부딪칠 때까지 어댑터(95)의 슬리브(95a)의 다른 쪽 단부에 삽입되며, 페룰(11B)의 끝부분은 어댑터(95)에 접합된다. 어댑터(95)는 슬리브 구조에 기반한 페룰(11B) 및 스터브(11A)를 정확하게 연결할 수 있으며, 여기서 연결 손실은 적고, 삽입-추출 재현성(reproducibility)은 뛰어나다.
스터브(11A) 및 페룰(11B)은, 제 1 광가이드(12A)의 제 1 광 입사면(12Aa) 및 제 2 광가이드(12B)의 발광면(12Bb)는 상기했듯이 서로 직면한 상태로 커넥터(96)가 어댑터(95)에 고정 및 나사로 조여짐으로써 제거할 수 있게 고정된다. JIS 표준의 FC 커넥터 및 SC 커넥터 같은 기존의 커넥터가 커넥터(96)로써 사용될 수 있다.
페룰(11B)의 상부면(11Ba)이 연마되고, 그 결과, 제 2 광가이드(12B)의 제 2 발광면(12Bb) 및 페룰(11B)의 상부면(11Ba)은 동일 평면에 있다.
페룰(11B)는 오직 제 2 광가이드(12B)를 고정하도록 요구되며, 재료는 제한되지 않는다. 예컨대, 페룰(11B)은 스테인레스 스틸, 니켈, 또는 지르코니아(zirconia)로 만들어 지거나 다른 금속, 수지, 또는 유리로 만들어질 수 있다.
제 1 광가이드(12A)는, 제 1 발광면(12Ab) 및 제 1 광입사면(12Aa)를 포함하며 제 1 광입사면(12Aa)로부터 광을 방출하기 위해 제 1 광입사면(12Aa)로부터 제 1 발광명(12Ab)까지 안으로 안내된 여기광을 안내하는(또는 전파하는) 광가이드 부재이다. 예컨대, 제 1 광가이드(12A)는 중심에서 코어(core)(예컨대, 코어직경: 0.25mm) 및 코어 주위를 덮는 클래드(clad)(미도시)를 포함하는 광섬유이다.
제 2 광가이드(12B)는, 제 2 발광면(12Bb) 및 제 2 광입사면(12Ba)를 포함하며 제 1 광입사면(12Ba)로부터 광을 방출하기 위해 제 2 광입사면(12Ba)로부터 제 2 발광명(12Bb)까지 안으로 안내된 여기광을 안내하는(또는 전파하는) 광가이드 부재이다. 예컨대, 제 2 광가이드(12B)는 중심에서 코어(core)(예컨대, 코아 직경: 0.25mm) 및 코어 주위를 덮는 클래드(clad)(미도시)를 포함하는 광섬유이다.
제 1 광가이드들(12A 및 12B)는 오직 여기광원(14)으로부터 여기광을 안내하도록 요구되며, 제 1 광가이드들(12A 및 12B)는 단일-라인 섬유 또는 복수-랑인 섬유일 수 있다. 제 1 광가이드들(12A 및 12B)는 단일-모드 섬유 또는 복수-모드 섬유일 수 있다. 제 1 광가이드들(12A 및 12B)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 광가이드들(12A 및 12B)는 석영 유리(quartz glass) 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 단일-라인 섬유 및 복수-모드 섬유가 선호된다.
제 1 광가이드(12A)의 직경(코어 직경) 및 제 2 광가이드(12B)의 직경(코어 직경)은 같거나 다를 수 있다.
제 1 광가이드(12A)의 직경(코어 직경)이 제 2 광가이드(122)의 직경(코어 직경) 보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 1 광가이드(12B)의 제 2 광입사면(12Aa)의 지역이 제 2 광가이드(12B)의 제 2 발광면(12Bb)의 지역보다 크다면, 제 2 광가이드(12B)로부터 여기광은 제 1 광가이드(12A) 및 제 2 광가이드(12B)가, 예컨대 제조과정(예컨대, 제 1 광가이드들(12A 및 12B), 어댑터(95)의 슬리브(95a), 및 기타 같은 종류의 것의 치수 오차)으로 인하여, 동축에서 약간 떨어질 지라도 손실 없이 제 2 광가이드(12A)로 안내(전파)될 수 있다. 따라서, 제조과정에서 흔들림 오차(wiggle error)가 흡수된다.
도 27에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)은 광가이드를 위한 관통구멍(11Ac)(제 1 광가이드(A)의 제 1 광입사면(12Ab))을 덮기 위해 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)(반사수단(16)) 상에 광가이드를 위한 관통구멍(11Ac) 주위의 지역에 부착된다.
도 28은 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상면도이다. 도 28에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)는 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)의 중심에 배열된다. 도 27에 도시되었듯이, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)의 중심은 광가이드를 위한 관통구멍(11Ac)의 중심(제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab)의 중심)과 일치한다. 따라서, 파장변환부재(13)의 하부면(13b)은 광가이드를 위한 관통구멍(11Ac)(제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab)이 하부면(13b)와 직면하는 지역을 제외하고 차단수단(16)에 의해서 덮여 있다(도 27에 도시). 따라서, 파장변환부재(13)로부터 방출된 광 중 파장변환부재(13)의 하부면(13b)으로 방출될 광은 반사수단(16)에 의해서 반사되며 파장변화부재(13) 쪽으로 되돌아 간다. 상기한 특징이 광의 추출효율을 향상시킨다.
제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab)은 플랜지를 가진 스터브(11A)의 상부면(11Aa)과 동일한 평면에 있다. 따라서, 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 및 제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab)은 가깝게 부착된다. 약간의 간극이 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 및 제 1 광가이드(12A)의 제 1 발광면(12Ab) 사이에 존재할 수 있다. 파장변환부재들(13B 내지 13E)는 파장변환부재(13)를 대신하여 사용될 수 있다.
상기 구성을 가진 발광소자(10F)에 따르면, 여기광원(14)으로부터 여기광은 제 2 광가이드(12B)의 광입사면(12Ba)에서 제 2 광가이드(12B)로 안내되며 제 2 발광면(12Bb)으로부터 방출되기 위해 제 2 발광면(12Bb)로 안내된다. 상기 광은 추가로 제 1 광가이드(12A)의 광입사면(12Aa)에서 제 1 광가이드(12A)로 안내되며 파장변환부재(13)를 방사하기 위한 제 1 발광면(12Ab)으로부터 방출되기 위해 제 1 발광면(12Ab)로 안내된다.
여기광원(14)으로부터 여기광을 수용한 파장변환부재(13)는 여기광원(14)으로부터 여기광에 의해 여기된 광 및 파장변환부재(13)를 통하여 전달된 여기광원(14)으로부터 여기광의 혼합 색에 기반한 백색 광선2을 방출한다.
파장변환부재(13)에 의해 방출된 백색 광선2는 광 차단수단(14) 및/또는 반사수단(16)(또는 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)에 반사되지 않고, 직접적으로)에 의해 반사되며 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 방출된다.
파장변환부재(13)의 상부면(13a)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)(광가이드를 위한 관통구멍(11c)의 중심축)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면에서 파장변환부재(13)의 방향특성은 도 5의 실선에 의해서 도시되었듯이 수직적으로 대칭적인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인테시티가 가장 크다)를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)은 링-모양의 표면이기 때문에, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출된 백색 광선2은 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 차단되고 되돌아가며, 백색 광선2은 아래쪽으로 진행한다(도 27에 도시).
그 결과, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면에서 발광소자(10F)의 방향특성은 도 2b에서 실선에 의해 도시되었듯이 양방향 패턴(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인테시티가 가장 크다)의 상부 절반을 포함하는 절반 양방향 패턴의 분포를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)가 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(10F)의 상부면에서 본 방향특성은 도 2의 2점 쇄선에 의해 도시되었듯이 파장변환부재(13) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10F)의 방향특성은 도 2b에서 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위를 360° 회전하는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 변형된 예의 발광소자(10F) 따르면, 제 1 광가이드(12A)와 파장변환부재(13)를 고정하는 스터브(11A)의 작동 및 제 2 광가이드(12B)를 고정하는 커넥터(96)와 페룰(12B)의 작동이, 차량 조명기구 유닛(20) 같은 부착 파트너(attachment parner)에 제 2 광가이드(12B)(제 2 광가이드(12B)를 고정하느 페룰(11B))를 제거할 수 있게 고정할 수 있는 발광소자(10F)를 형성한다.
본 변형된 예의 발광소자(10F)에 따르면, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13)의 하부면(13b) 주위에 배열된 반사수단(16) 및 광 차단수단(15)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)의 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10F)를 형성할 수 있으며, 수직방향의 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 적합하다.
파장변환부재(13)를 사용함으로써 발광소자(10F)를 형성하는 예가 설명되었음에도 불구하고, 파장변환부재들(10B 내지 10E)은, 발광소자(10F) 같은 광가이드를 제거할 수 있게 설치하기 위한 구조를 설치하는 광가이드를 가진 발광소자를 형성하기 위해 파장변환부재(13)를 대신하여 사용될 수 있다.
상기 구성을 가진 발광소자(10F)에 따르면, 다음의 효과가 추가로 획득된다.
첫째, 스터브(11A) 및 페룰(11B)은 각각의 부품들을 형성하기 위해 분리되어 있기 때문에, 스터브(11A) 및 페룰(11B)은 각각의 프로세스에서 제조될 수 있다. 따라서, 광가이드(12)는 파장변환부재(13)의 부착하는 프로세스에서 방해되지 않으며, 조립이 쉽다.
둘째, 스터브(11A) 및 페룰(11B)은 각각의 부품들을 형성하기 위해 분리되어 있기 때문에, 스터브(11A) 및 페룰(11B) 중 하나의 교환이 가능하다.
셋째, 스터브(11A) 및 페룰(11B)는 어댑터(95)의 슬리브 구조에 의해서 결합되어 있기 때문에, 발광소자(10F) 및 차량 조명기구 유닛(20)은 정확하게 결합될 수 있다.
넷째, 파장변환부재(13)로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사수단(16)은 페룰(11B)의 단부면 보다 큰 직경을 가진 스터브(11A)의 단부면(상부면(11Aa))에 배열될 수 있다. 따라서, 반사수단(16)의 지역은 반사수단(16)이 페룰(11B)의 단부면에 배열될 때보다 넓어질 수 있으며, 이러한 특징이 위쪽으로 진행하기 위해 반사수단(16)에 의해 반사되고 되돌아가는 광을 증가시킨다. 따라서, 발광소자(10F)의 효율을 더 향상시킬 수 있다.
다섯째, 파장변환부재의 열 발생에 의해 일어나는 기능저하가 감소될 수 있다. 보다 구체적으로, 스터브(11A)는 파장변환부재(13)의 발생된 열을 효과적으로 방출하기 위해 금속 또는 기타 이와 같은 것에 의해 형성될 수 있으며, 이것이 파장변환부재의 열 기능저하를 감소시킨다.
-차량 조명기구 유닛의 구성 예(2)
다음으로, 상기한 구성을 가진 발광소자(10)을 사용하는 본 실시예의 차량 조명기구 유닛(30)이 설명될 것이다.
본 실시예의 차량 조명기구 유닛(30)은 차량의 전조등을 형성하기 위해, 자오차 같은 차량의 전면의 왼쪽 및 오른쪽 측면에 배열된다. 도 29는 차량 조명기구 유닛(30)의 사시도, 도 30a는 차량 조명기구 유닛의 상면도, 도 30b는 차량 조명기구 유닛의 정면도, 도 30c는 차량 조명기구 유닛의 측면도이다. 도 31은 차량 조명기구 유닛(30)이 차량 조명기구 유닛(30)의 광축(AX)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면도이다. 도 32는 차량 조명기구 유닛(30)에 의해 형성된 광 분포패턴(P4)의 예이다.
기존의 조준장치(미도시)는 차량 조명기구 유닛(30)의 광축을 조절하기 위해서 차량 조명기구 유닛(30)에 연결된다.
도 29 내지 31에 도시되었듯이, 차량 조명기구 유닛(30)은 하이 빔(high beam)을 위한 광 분포패턴을 형성하기 위해 구성된 반사용(reflector-type) 조명기구 유닛이며, 차량 조명기구 유닛(30)은 반사면(31), 발광소자(10), 고정부재(32), 및 기타 이와 같은 것을 포함한다. 발광소자들(10A 내지 10F) 또는 후에 설명될 발광소자들(10G 및 10H)이 발광소자(10)를 대신하여 사용될 수 있다.
도 31에 도시되었듯이, 발광소자(10)는 발광소자(10)의 반사수단(16)이 광축(AX)을 포함하는 수평면 위쪽에 있는 상태로 고정부재(32)에 고정된다. 광축(AX)은 파장변환부재(13)의 중심을 통과한다. 따라서, 발광소자(10)의 방향특성은 도 2b에 도시되었듯이 광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 큰 절반 양방향 페턴을 가리킨다.
도 31에 도시되었듯이, 반사수단(31)은 차량의 전-후 방향으로 연장하는 광축(AX)(회전축)을 가진 포물선(parabolic) 반사면(회전 포물선면, 회전 포물선면에 유시한 자유롭게 구배진 표면, 또는 기타 이와 같은 것)이며, 상기 포물선 반사면의 초점(F31)은 발광소자(10)의 파장변환부재(13) 근처에 설정된다. 도 29 및 도 30b에 도시되었듯이, 반사면(31)은 복수의 작은 분할 반사면들(31b)를 포함한다. 반사면(31)(각 작은 분할 반사면(31b))은 차량의 전면에 직면하는 가상의 수직 스크린(예컨대, 차량 전방 25m에 배열된다) 상에 도 32에 도시된 하이 빔을 위한 광 분포패턴(P4)을 형성하기 위해 기결정된 방향으로 발광소자(10)로부터 들어간 광을 반사(분배)하기 위해서 설계되었다.
반사면(31)은, 도 2b에서 실선에 의해서 가르켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위의 차량의 뒤쪽에서 연장하는 광축(AX)의 왼쪽 및 오른쪽으로 광축(AX10) 주위로 120° 회전되는 3차원 분포를 가진 광 같은, 발광소자(10)로부터 광을 수용하기 위해서, 파장변환부재(13)(주위 단면(13c))의 주위를 덮는다. 특히, 반사면(31)은, 파장변환부재(13)(주위 단면(13c))를 덮기 위해서, 차량의 뒤쪽으로 연장하는 광축(ax)의 왼쪽 및 오른쪽으로 120° 범위로부터(총 240°) 위쪽으로 연장하는 것 같이(도 19에 도시), 파장변환부재(13)로부터 위쪽으로 연장한다(도 29 내지 31에 도시). 주요 반사면(31)의 하부 모서리(31a)는 광축(AX)를 포함하는 수평면 상에 위치된다(도 31에 도시).
따라서, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)(광축의 왼쪽 및 오른쪽으로 120°의 범위(총 240°))로부터 방출된 상대적으로 고 광도인 광(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 내부의 광(절반 양방향 분포))은 광축(AX)을 포함하는 수평면 근처에 반사면(31)의 지역(31b)에 입사한다.
반사면(31)은 오직 파장변환부재(31) 주위에 배열되며, 범위는 광축의 왼쪽 및 오른쪽으로 120°의 범위(총 240°)로 제한되지 않는다. 주요 반사면(310은 적절한 범위로 배열될 수 있다.
상기 구성을 가진 차량 조명기구 유닛(30)에 따르면, 발광소자(10)로부터 방출된 광 중 상대적으로 고 광도를 가진 광(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 내부의 광(절반 양방향 분포))은 광축(AX)를 포함하는 수평면 근처의 반사면(31)의 지역(31b)에 입사한다. 상기 광은 지역(31b)에서 반사되고 앞으로 진행한다. 그 결과, 도 32에 도시되었듯이, 하이 빔을 위한 광 분포패턴이 차량의 전면을 직면하는 가상의 수직 스크린에 형성된다(차량의 전면 전방 25m에 배열된다).
기존의 조준장치(미도시)는 가상의 수직 스크린 상에 적절한 범위에서 하이 빔을 위한 광 분포패턴(P4)을 안내하기 위해서 차량 조명기구 유닛(30)의 광축을 조절한다.
본 실시예의 차량 조명기구 유닛(30)에 따르면, 차량 조명기구 유닛(20) 같이, 발광소자(10)로부터 방출된 상대적으로 고광도를 가진 광(예컨대, 반치각에서 광도율이 50%인 광(절반 양방향 분포))이 광축(AX10) 상의 지역 대신에 광축(AX)을 포함하는 수평면 근처의 반사면(31)의 지역(31b)에 입사한다. 상기한 특징이 얇고 수직한 치수를 가지는 차량 조명기구 유닛(30)을 형성할 수 있게 한다.
발광소자(10)를 사용함으로써 차량 조명기구 유닛(30)을 형성하는 예가 설명되었지만, 차량 조명기구 유닛(30)과 유사한 차량 조명기구 유닛은 또한 발광소자(10)을 대신하는 발광소자들(10A 내지 10F) 또는 후술될 발광소자(10G 및 10H)를 사용하여 형성될 수 있다.
-발광소자(10G)
다음으로, 복수의 광가이드 및 복수의 여기광원을 사용하는 발광소자(10G)가 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 33은 복수의 광가이드 및 복수의 여기광원을 사용하는 발광소자(10G)의 사시도이다.
발광소자(10G)는 복수의 광가이드(12) 및 복수의 여기광원(14)이 사용된다는 점에서 발광소자(10E)와 다르다. 이외의 구성은 발광소자(10E)와 동일하다. 이하, 발광소자(10E)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10E) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 33에 도시되었듯이, 파장변환부재(13E)의 하부면(13d)은 광가이드를 위한 복수의 관통구멍(11c)(복수의 광가이드(12)의 발광면들(12b))을 덮기 위해서 페룰(11)의 상부면(11a)(반사수단16) 상에 광가이드를 위한 복수의 관통구멍(11c) 주위의 지역들에 부착된다. 복수의 광가이드(12) 및 복수의 여기광원(14)이 필요하며, 광가이드(12) 및 여기광원(14)의 수는 제한되지 않는다.
본 변형된 예의 발광소자(10G)에 따르면, 복수의 여기광원(14)으로부터 여기광은 광가이드(12)의 광입사면들(12a)에서 복수의 광가이드(12)로 안내되고, 발광면(12b)로 안내된다. 상기 광은 파장변환부재(13E)를 방사하기 위해 발광면들(12b)로부터 방출된다.
여기광원(14)로부터 여기광을 수용하는 파장변환부재(13E)는 여기광원(14)로부터 여기광에 의해 여기된(excited) 광 및 파장변환부재(13E)를 통하여 전달된 여기광원(14)으로부터 여기광의 혼합된 색에 기반한 백색광을 방출한다.
파장변환부재(13E)에 의해 방출될 백색광은 광 차단수단(15) 및/또는 반사수단(16)에 의해서(또는 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)에 의해서 반사되지 않고, 직접적으로) 반사되며 파장변환부재(13E)의 수직면(13f)으로부터 방출된다.
파장변환부재(13E)의 경사면(13e)은 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX) 및 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 파장변환부재(13E)의 방향특성은 수직적으로 대칭적인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)를 가리킨다.
파장변환부재(13E)의 경사면(13e)으로부터 아래쪽으로 방출된 백색광은 파장변환부재(13E)의 하부면(13d) 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 반사되고 되돌아가며, 백색광은 위쪽으로 진행한다.
그 결과, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면에서 발광소자(10G)의 방향특성은 도 15b에 아크(arc)에 의해서 도시된 것처럼 양방향 패턴의 상부 절반(광축을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)을 포함하는 1/2 양방향 패턴(one-half bidirectional pattern)의 분포를 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10G)의 방향특성은 광축(AX) 및 광축 (AX10)을 포함하는 수직면에 대하여 대칭적이고 수직방향에서 도 15b의 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)를 연장함으로써 형성된 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
설명했듯이, 본 실시예의 발광소자(10G)에 따르면, 파장변환부재(13E)의 수직면(13f)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13E)의 하부면(13d) 주위에 배열된 광 차단수단(15) 및 반사수단(16)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 1/2 양방향 패턴이 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10G)를 형성하며, 수직방향에서 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 접합하다.
-발광소자(10H)
다음으로, 광가이드를 사용하지 않는 발광소자(10H)가 발광소자(10)의 변형된 예로써 설명될 것이다.
도 34는 광가이드를 사용하지 않는 발광소자(10H)가 발광소자(10H)의 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘려진 횡단면도이다.
발광소자(10H)는 광가이드(12)가 사용되지 않는다는 점에서 발광소자(10)과 다르다. 상기한 점 이외의, 구성은 발광소자(10)과 동일하다. 이하, 발광소자(10)와 차이점이 주로 설명될 것이다. 동일한 참조 번호는 발광소자(10) 같이 동일한 부품임을 나타내며, 이 설명은 반복되지 않는다.
도 34에 도시되었듯이, 발광소자(10H)는 레이저 홀더(laser holder)(18), 파장변환부재(13H), 집광 렌즈(condensing lens)(19), 여기광원(14), 및 기타 이와 같은 종류의 것을 포함한다.
레이저 홀더(18)는 파장변환부재(13H), 집광 렌즈(19), 및 여기광원(14)을 고정하기 위한 부재이며, 예컨대 알루미늄 같은 금속으로 만들어진 원통부이다. 레이저 홀더(18)는 레이저 홀더(18)의 상부 개구 단부를 폐쇄하는 판부(plate portion)(18a)를 포함한다. 파장변환부재(13H), 집광 렌즈(19), 및 여기광원(14)은 레이저 홀더(18)에 의해서 고정되고 광축(AX10)(레이저 홀더(18)의 중심축) 상에 배열된다. 테이퍼된(tapered) 관통구멍(18b)은 판부(18a)의 광축(AX10) 상에 형성된다.
예컨대, 판부(18a)의 상부면은 원형이며 도 34에 도시되었듯이 반사수단(16)에 의해서 덮여 있다. 반사수단(16)은 오직 파장변환부재(13H) 쪽으로 파장변환부재(13H)에 의해서 방출된 광을 반사할 수 있게 요구되며, 예컨대, 반사수단(16)은 알루미늄, 은, 또는 이와 같은 금속 조성을 페룰(11)의 상부면(11a)에 적용함으로써 형성된 반사층(또는 반사면)일 수 있으며, 또는 만약 페룰(11)이 전도성이라면 페룰(11)의 상부면(11a)을 도금함으로써 형성된 반사층(유전체막)일 수 있다. 예컨대, 일본공개공보 제2007-121502호에 설명된 방법은 판부(18a)의 상부면 상에 반사층(또는 반사면)을 형성하는 방법으로써 사용될 수 있다. 대안적으로, 반사수단(16)은 판부(19a)의 상부면(파장변환부재(13) 이외의 상부면의 지역)에 부착된 얇은 판-같은 반사부재일 수 있으며, 또는 만약 판부(18a)가 금속성이라면 경면(mirror surface) 연마(polishing)를 페룰(11)의 상부면(11a)에 적용함으로써 형성된 반사면일 수 있다.
파장변환부재(13H)는 판부(18a)의 상부면에 수직한 방향에서 원형으로 연장함으로써 형성된 디스크-모양의 부분(13Ha) 및 디스크-모양의 부분(13Ha)의 하부인 테이퍼된(tapered) 부분(13Hb)을 포함하는 YAG의 형광체 또는 기타 같은 종류의 것(Ce:YAG 또는 기타 같은 종류의 것 같은 형광체가 바람직하다)이다. 디스-모양의 부분(13Ha)는 원형의 상부면(13a) 및 링-모양의 주위 단면(13c)를 포함한다(예컨대, 두께:0.2mm, 직경:1.0mm).
디스크-모양의 부분(13Ha)은 판부(18a)의 상부면의 수직방향으로 다각형 또는 다른 모양으로 연장함으로써 형성된 디스크-모양의 YAG의 형광체 또는 기타 같은 종류의 것일 수 있다. 파장변환부재(13H)에서, 황색 형광체의 집중(예컨대, dosage of Ce)은 방출색이 규정에 의해 정의된 CIE색도도 범위의 백색을 만족시키기 위해서 조절된다.
테이퍼된 부분(13Hb)은 관통구멍(18b)를 덥기 위해 판부(18a) 상에 형성된 관통구명(18b)에 삽입되고 부착된다. 파장변환부재(13H)는 판부(18a)의 상부면의 중심에 배열된다. 파장변환부재(13H)의 하부면의 중심은 관통구멍(18b)의 중심과 일치한다.
파장변환부재(13H)의 상부면(13a)는 광 차단수단(15)에 의해 덮여 있다.
반사수단(16)(판부(18a)의 상부면)은 파정변환부재(13H) 주위에 배열된다. 따라서, 반사수단(16)은 파장변환부재(13H)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출된 광을 반사하고 되돌리며, 상기 광은 위쪽으로 진행한다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 절반 양방향 패턴의 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10H)를 형성한다(도 2b에 도시).
여기광원(14)은 여기광원(14)의 광축이 광축(AX10)과 일치한 상태로 레이저 홀더(18)의 하부면에 고정되며, 발광면(14a)는 판부(18a)와 마주한다.
집광 렌즈(19)는 여기광원(14) 및 파장변환부재(13H) 사이에 배열되어서, 여기광원(14)으로부터 광선1이 파장변환부재로 효율적으로 들어간다.
본 변형된 예의 발광소자(10H)에 따르면, 여기광원(14)로부터 광선1은 파장변환부재(13H)를 방사하기 위해서 집광 렌즈(19)에 의해서 응집된다.
여기광원(14)으로부터 여기광을 수용하는 파장변환부재(13H)는 여기광원(14)으로부터 여기광에 의해 여기된 광 및 파장변환부재를 통하여 전달된 여기광원(14)으로부터 여기광의 환합된 색에 기반한 백색광을 방출한다.
파장변환부재(13H)에 의해서 방출된 백색광은 광 차단수단(15) 및/또는 반사수단(16)에 의해서(또는 광 차단수단(15) 또는 반사수단(16)에 의해서 반사되지 않고 직접적으로) 반사되며 파장변환부재(13H)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 방출된다.
파장변환부재(13H)의 상부면(13a)는 광 차단수단(15)에 의해서 덮여 있기 때문에, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해 잘린 횡단면(파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)의 횡단면)에서 파장변환부재(13H)의 방향특성은 도 5의 실선에 의해서 도시되었듯이 수직적으로 대칭적인 양방향 분포(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13H)의 주위 단면(13c)는 링-모양의 표면이기 때문에, 파장변환부재(13H)의 상부면(13a)에서 바라본 방향특성은 도 5의 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
파장변환부재(13H)의 주위 단면(13c)의 전체 원주부로부터 아래쪽으로 방출된 백색광은 파장변환부재(13H) 주위에 배열된 반사수단(16)에 의해서 반사되고 되돌아가며, 백색광은 위쪽으로 진행한다.
그 결과, 광축(AX10)을 포함하는 수직면에 의해서 잘려진 횡단면에서 발광소자(10H)의 방향특성은 도 2b에서 실선에 의해서 도시되었듯이 양방향 패턴(광축(AX)을 포함하는 수평면에서 인텐시티가 가장 크다)의 상부 절반을 포함하는 1/2 양방향 패턴의 분포를 가리킨다.
한편, 파장변환부재(13H)의 주위 단면(13c)는 링-모양의 표면이기 때문에, 발광소자(10H)의 상부면에서 본 방향특성은 도 2b의 이점 쇄선에 의해서 도시되었듯이 파장변환부재(13H) 주위에 방사형(radial fashion)에서 분포 확산(distribution spread)을 가리킨다.
설명했듯이, 발광소자(10)의 방향특성은 도 2b에 실선에 의해서 가리켜진 아크(arc)가 광축(AX10) 주위를 360° 회전하는 3차원 분포와 실질적으로 일치하는 3차원 분포, 즉, 광축(AX)을 포함하는 수평면에 인텐시티(intensity)가 가장 큰 광 분포패턴을 가리키며, 인텐시티는 수평면으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다(예컨대, 하향 빔을 위한 광 분포패턴).
디스크-모양의 부분(13Ha) 및 디스크-모양의 부분(13Ha)의 하부인 테이퍼된 부분(13Hb)를 포함하는 파장변환부재(13H)를 사용함으로써 발광소자(10H)를 형성하는 예가 설명되었지만, 발광소나(10H)와 유사한 발광소자는 또한 파정변환부재(13H)를 대신하여 파장변환부재들(13 및 13B 내지 13E)을 사용함으로써 형성될 수 있다.
본 변형된 예의 발광소자(10H)에 따르면, 파장변환부재(13)의 주위 단면(13c)으로부터 방출된 양방향 분포를 가진 광은 파장변환부재(13)의 주위에 배열된 반사수단(16) 및 광 차단수단(15)의 작동에 의해서 반사된다. 상기한 특징이 양방향 패턴이 이등분된 1/2 양방향 패턴이 분포를 가진 광을 방출하는 발광소자(10H)를 형성하며, 수직방향에서 차량 조명기구의 두께를 줄이는데 접합하다.
실시예들은 단지 모든 측면에서 실례가 될 뿐이다. 본 발명은 상기 설명에 의해서 제한될 수 없다. 본 발명은 본 발명의 주요 특징들 및 개념으로부터 떠나지 않고 다양한 다른 형태들을 실행할 수 있다.
10, 10A 내지 10H : 발광소자(light emitting devices)
11 : 페룰(ferrule)
11A : 스터브(stub)
12 : 광가이드(light guide)
12A : 제 1 광가이드(first light guide)
12B : 제 2 광가이드(second light guide)
13 : 파장변환부재(wavelength conversion member)
14 : 여기광원(excitation light source)
15 : 광 차단수단(light blocking means)
16 : 반사수단(reflection means)
17 : 투명체(transparent body)
17a : 광 편향수단(light deflection means)
18 : 레이저 홀더(laser holder)
19 : 집광 렌즈(condensing lens)
20 : 차량 조명기구 유닛(vehicle light fitting unit)
20' : 차량 조명기구 유닛(vehicle light fitting unit)
21 : 프로젝션 렌즈(projection lens)
22 : 주요 반사면(main reflection surface)
23 : 가리개(shade)
23a : 유리면(mirror surface)
24 : 제 1 보조 반사면(first sub reflection surface)
25 : 제 2 보조 반사면(second sub reflection surface)
26 : 유리 가리개/고정 부재(mirror shade/holding member)
30 : 차량 조명기구 유닛(vehicle light fitting unit)
31 : 반사면(reflection surface)
32 : 고정 부재(holding member)
91 : 전면 렌즈(front surface lens)
92 : 하우징(housing)
93 : 광룸(light room)
94 : 확장부(extension)
95 : 어댑터(adapter)
95a : 슬리브(sleeve)
96 : 커넥터(connector)

Claims (28)

  1. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    여기광(excitation light)을 발생하도록 구성된 여기광원(excitation light source);
    기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재; 및
    여기광원으로부터 파장변환부재로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템(optical system);을 포함하며,
    파장변환부재는 제 1 표면, 제 1 표면과 마주보는 제 2 표면, 및 제 1 표면 및 제 2 표면 사이에 배열된 주위 단면을 적어도 포함하며,
    제 1 광학 시스템은 제 1 표면으로 여기광원으로부터 여기광을 안내하도록 구성되며,
    제 2 표면의 적어도 일부는 제 1 광 차단수단에 의해서 덮여있고,
    주위 단면의 적어도 일부는 제 2 광 차단수단에 의해 덮여있는 발광소자.
  2. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    여기광(excitation light)을 발생하도록 구성된 여기광원(excitation light source);
    기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재; 및
    여기광원으로부터 파장변환부재로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템(optical system);을 포함하며,
    파장변환부재는 제 1 표면, 제 1 표면과 마주보는 제 2 표면, 및 제 1 표면 및 제 2 표면 사이에 배열된 주위 단면을 적어도 포함하며,
    제 1 광학 시스템은 제 1 표면으로 여기광원으로부터 여기광을 안내하도록 구성되며,
    제 2 표면의 적어도 일부는 제 1 광 차단수단에 의해서 덮여있고,
    주위 단면의 적어도 일부는 절단되며, 절단된 횡단면은 제 3 광 차단수단에 의해서 덮여있는 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 광 차단수단은 제 1 반사수단인 발광소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장변환부재는 제 1 표면, 제 2 표면, 및 주위 단면을 포함하는 디스크-모양의 파장변환부재인 발광소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 표면의 적어도 일부는 제 2 반사수단에 의해서 덮여 있는 발광소자.
  6. 제 3 항에 있어서,
    제 1 표면의 적어도 일부는 제 2 반사수단에 의해서 덮여 있는 발광소자.
  7. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    여기광(excitation light)을 발생하도록 구성된 여기광원(excitation light source);
    기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재; 및
    여기광원으로부터 파장변환부재로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템(optical system);을 포함하며,
    파장변환부재는 제 1 표면, 제 1 표면과 마주보는 제 2 표면, 및 제 1 표면 및 제 2 표면 사이에 배열된 주위 단면을 적어도 포함하며,
    제 1 광학 시스템은 제 1 표면으로 여기광원으로부터 여기광을 안내하도록 구성되며,
    제 2 표면의 적어도 일부는 제 1 광 차단수단에 의해서 덮여있고,
    주위 단면으로부터 방출된 광을 반사하기 위해서 구성된 제 3 반사수단이 제 1 표면 주위에 배열된 발광소자.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 발광소자; 및
    차량으로부터 전방으로 발광소자의 주위 단면으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구.
  9. 제 3 항에 따른 발광소자; 및
    차량으로부터 전방으로 발광소자의 주위 단면으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구.
  10. 제 8 항에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량.
  11. 제 9 항에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량.
  12. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    여기광을 발생하도록 구성된 여기광원;
    기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재;
    파장변환부재에 여기광을 방출하기 위해 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화시키도록 구성된 광 편향수단; 및
    여기광원으로부터 광 편향수단으로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템;을 포함하고,
    파장변환부재는 링-모양의 파장변환부재이며,
    광 편향수단은 링-모양의 파장변환부재의 내부에 배열되며 파장변환부재의 내부 링 표면에 여기광을 방출하기 위해 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화시키도록 구성된 발광소자.
  13. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    여기광을 발생하도록 구성된 여기광원;
    기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하고 여기광을 흡수하도록 구성된 파장변환부재;
    파장변환부재에 여기광을 방출하기 위해 여기광원으로부터 여기광의 진행방향을 변화시키기 위해 구성된 광 편향수단; 및
    여기광원으로부터 광 편향수단으로 여기광을 안내하도록 구성된 제 1 광학 시스템;을 포함하고,
    발광소자의 하부면의 적어도 일부는 제 2 반사수단에 의해서 덮여 있는 발광소자.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    제 3 반사수단은 발광소자의 하부면 주위에 배열된 발광소자로부터 방출될 광을 반사하도록 구성된 발광소자.
  15. 제 12 항 또는 제13 항에 있어서,
    광 편향수단은 여기광원으로부터 여기광의 광밀도를 줄이고 파장변환부재에 여기광을 방출하기 위해 진행방향을 변화시키도록 구성된 발광소자.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    발광소자의 상부면의 적어도 일부는 광 차단수단에 의해서 덮여있는 발광소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    발광소자의 상부면의 적어도 일부는 광 차단수단에 의해서 덮여있는 발광소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    광 차단수단은 제 1 반사수단인 발광소자.
  19. 제 17 항에 있어서,
    광 차단수단은 제 1 반사수단인 발광소자.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 발광소자; 및
    차량으로부터 전방으로 발광소자의 발광 유닛으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구.
  21. 제 15 항에 따른 발광소자; 및
    차량으로부터 전방으로 발광소자의 발광 유닛으로부터 방출된 광을 안내하기 위해 구성된 제 2 광학 시스템;을 포함하는 차량 조명기구.
  22. 제 20 항에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량.
  23. 제 21 항에 따른 차량 조명기구를 구비한 차량.
  24. 차량 조명기구에 사용되는 발광소자로서,
    상기 발광소자는:
    제 1 광입사면 및 제 1 발광면을 포함하는 제 1 광가이드; 및 기결정된 파장 영역에 광을 방출하기 위해 파장을 전환하며 제 1 발광면으로부터 방출된 여기광을 흡수하기 위해 구성된 파장변환부재:를 고정하는 제 1 고정부재;
    제 2 광입사면 및 제 2 발광면을 포함하는 제 2 광가이드를 고정하는 제 2 고정부재;
    제 2 광입사면으로부터 제 2 광가이드의 내부로 안내된 여기광을 발생하도록 구성된 여기광원; 및
    제 1 광입사면 및 제 2 발광면이 서로 마주본 상태에서 제 1 고정부재 및 제 2 고정부재가 제거할 수 있게 고정되도록 구성된 고정수단(fixation means):을 포함하며,
    상기 제 1 광가이드는 제 1 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 1 광입사면으로부터 제 1 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성되며,
    상기 제 2 광가이드는 제 2 발광면으로부터 여기광을 방출하기 위해 제 2 광입사면으로부터 제 2 발광면으로 안내된 여기광을 안내하도록 구성된 발광소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제 1 광입사면의 지역은 제 2 광입사면의 지역보다 큰 발광소자.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    제 1 고정부재는 스터브(stub)이고, 제 2 고정부재는 페룰(ferrule)이며, 스터브의 지역은 페룰의 지역보다 큰 발광소자.
  27. 제 24 항 또는 제 25 항에 따른 발광소자; 및
    차량으로부터 전방으로 제 1 고정부재에 의해서 고정된 파장변환부재로부터 방출된 광을 안내하도록 구성된 광학 시스템:을 포함하는 차량 조명기구.
  28. 삭제
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