KR20040040391A

KR20040040391A - 차량용 전조등 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20040040391A
Application number: KR1020030078231A
Authority: KR
Inventors: 이시다히로유키; 사즈카기요시
Original assignee: 가부시키가이샤 고이토 세이사꾸쇼
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2004-05-12
Also published as: JP2004158293A; JP4040955B2; US20040090790A1; CN1499125A; KR100532816B1; DE60318371T2; EP1418629B1; EP1418629A3; US6960007B2; CN1285855C; EP1418629A2; DE60318371D1

Abstract

본 발명은 LED 등의 발광 소자를 이용한 차량용 전조등에서 배광 설계를 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 한다.

반도체를 사용한 발광 소자(1)와 반사경 또는 렌즈를 포함하는 광학계를 구비한 차량용 전조등에 있어서, 광학계의 초점이 설정되는 발광 소자의 발광부를 구성하는 칩부 또는 그 칩부 주위에 배치된 반사부 또는 형광체의 외형 치수 오차를 0.1 ㎜ 이하로 하여, 반사경 또는 렌즈에 대한 발광부의 위치 오차보다 작게 한다. 칩부 등의 치수 정밀도를 높임으로써 배광 제어에 필요한 정밀도를 충분히 보증한다.

Description

차량용 전조등 및 그 제조 방법 {VEHICULAR HEADLAMP USING SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING ELEMENTS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 발광 다이오드 등의 반도체 발광 소자를 광원으로 사용한 차량용 전조등의 제조 기술에 관한 것이다.

차량용 등기구의 광원으로는 백열 전구나 방전등을 사용하지만, 소비 전력 감소 또는 소형화 등을 목적으로, 반도체를 사용한 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자가 주목받고 있다.

예컨대, LED를 사용한 등기구의 예로는 하이 마운트 스톱 램프나 리어 사이드 마커 램프 등을 들 수 있다.

그런데, LED 등의 반도체를 사용한 발광 소자를 차량용 전조등의 광원으로 사용하는 경우에는, 로우 빔(low beam)의 배광 패턴을 만들어내기 위한 고려를 하면서 광학 설계를 해야 한다. 예컨대, 매트릭스형으로 배치된 다수의 반도체 광원을 사용하여 여러 가지 광기능을 전환할 수 있도록 되어 있는 구성 형태가 알려져 있다[예컨대, 일본 특허 공개 2001-266620호 공보(도 1, 도 4) 참조].

그러나, 차량용 전조등에 적용하는 경우에는, 발광 소자와 광학계의 구성 부품과의 거리가 가까와지기 때문에 위치 정밀도가 중요하지만, 종래의 발광 소자에서는 광학계를 구성하는 반사경이나 렌즈에 대한 발광부의 위치 정밀도에 대한 배려가 충분하지 않다. 발광부를 구성하는 칩부나 그 칩부 주위에 배치된 반사부의 정밀도가 낮으면, 그 편차가 헤드 램프 배광의 형성에 직접적인 영향을 미치게 된다. 예컨대, 로우 빔의 배광으로는 명암 경계를 규정하는 컷 라인(또는 컷오프 라인)을 명확히 형성하기가 어렵게 된다.

따라서, 본 발명은 LED 등의 발광 소자를 사용한 차량용 전조등에 있어서 배광 설계를 고정밀도로 행할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.

도 1은 발광 소자의 구성예를 도시한 설명도.

도 2는 발광 소자에 관한 직사각 형상의 패턴예를 도시한 도면.

도 3은 광축 방향에서 본 발광부의 형상예를 도시한 설명도.

도 4는 측방에서 본 LED를 도시한 설명도.

도 5는 도 6과 함께 본 발명에서 사용하는 발광 소자의 일례를 도시한 도면으로, 측방에서 본 발광 소자를 도시한 도면.

도 6은 발광 소자를 광축 방향에서 본 도면.

도 7은 도 8과 함께 본 발명에서 사용하는 발광 소자의 다른 예를 도시한 도면으로, 측방에서 본 발광 소자를 도시한 도면.

도 8은 발광 소자를 광축 방향에서 본 도면.

도 9는 발광부에 관한 투영상의 설명도.

도 10은 도 11과 함께 복수 개의 발광부를 갖는 발광 소자의 설명도.

도 11은 발광 소자를 개략적으로 도시한 사시도.

도 12는 도 13과 함께 본 발명에 따른 전조등의 구성예를 도시한 도면으로, 발광 소자로부터의 직사광을 이용한 구성 형태의 설명도.

도 13은 반사광을 이용한 구성 형태의 설명도.

도 14는 도 15와 함께 발광 소자의 부착 기준에 대해 설명하기 위한 도면으로, 발광 소자의 광축 방향에서 본 평면도.

도 15는 사시도.

도 16은 전조등의 구성예를 도시한 정면도.

도 17은 배광 패턴의 형성예를 개략적으로 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 발광 소자

1a : 발광부

2 : 칩부

3 : 반사부

4 : 형광체

5 : 렌즈부

12 : 발광 소자

13 : 렌즈부

14 : 렌즈부의 중심축

17 : 발광부

17a : 한 변

19 : 발광 소자

20 : 렌즈부

21 : 렌즈부의 중심축

24 : 발광부

24a : 긴 변

26 : 발광 소자

27 : 발광부

29, 35 : 차량용 전조등

30, 36 : 렌즈

31, 38 : 광학계

34, 40 : 지지 부재

37 : 반사경

42 : 발광 소자

43 : 기판부

43a : 기판부의 외측 가장자리

44 : 발광부

44a : 측부 가장자리의 한 변

본 발명은, 반도체를 사용한 발광 소자와, 반사경 또는 렌즈를 포함하는 광학계를 구비한 차량용 전조등에 있어서, 광학계에서의 초점이 설정되는 발광 소자의 발광부를 구성하는 칩부 또는 그 칩부 주위에 배치된 반사부 또는 형광체를 발광 소자의 광축 방향에서 본 외형 치수 오차를 0.1 ㎜ 이하로 하여, 반사경 또는 렌즈에 대한 발광부의 위치 오차보다 작게 한 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 반사경 또는 렌즈에 대한 발광부의 배치와 관련된 위치 정밀도에 비해 칩부 등의 치수 정밀도를 높게 함으로써, 배광 제어에 필요한 정밀도를 충분히 보증할 수 있다.

본 발명은 광원으로서 발광 소자를 사용한 차량용 전조등에 관한 것으로, 헤드 램프나 포그 램프 등에 적용할 수 있다. 또한, 반도체를 사용한 발광 소자로는, 예컨대 pn 접합에 순방향 전류를 흐르게 함으로써 발광하는 LED나, 전계에 의해 발광하는 EL 소자 등을 들 수 있다.

도 1은 LED를 예로 하여 그 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

발광 소자(1)는 칩부(2), 반사부(3), 형광체(4), 렌즈부(5)를 구비하고 있으며, 본 예에서는 발광부(1a)가 칩부(2), 반사부(3), 형광체(4)로 구성되어 있다. 또한, 광학계에서의 초점이 발광부 또는 그 발광부 근방에 위치 설정된다. 여기서 말하는 「초점」에는, 반사경이나 렌즈와 관련된 협의의 초점뿐만 아니라, 광학적인 형상 설계에서의 기준점 등이 포함된다.

칩부(2)에는, 예컨대 Al-In-Ga-P계, In-Ga-N계 재료 등이 사용되고, 도시한바와 같이 칩부(2)를 지지 부재(리드 프레임이나 스템 등)에 직접 마운트하는 방법과, 칩부를 서브 마운트 부재에 탑재하여 그 부재를 지지 부재에 마운트하는 방법을 들 수 있다. 또한, 칩부(2)에 형성된 전극에 본딩 와이어(도시하지 않음)가 접속된다.

반사부(3)는 칩부(2)의 주위에 마련되는 부재에 형성되어 있다. 예컨대, 칩부(2)의 지지 부재가 컵형 부분을 구비하고, 이것에 오목면을 형성함으로써 반사면이 형성된다. 칩부(2)에서 발생하는 빛은 발광 소자(1)의 광축을 중심으로 지향 특성을 갖고, 광축에서 떨어짐에 따라 빛의 강도가 약해진다. 따라서, 도면에서 「6a」로 나타낸 직사광과, 「6b」및「6c」로 나타난 반사광으로 구분한 경우에 광축 방향의 직사광이 가장 강하지만, 「6b」와 같이 칩부(2)로부터 측방으로 나오는 빛을 유효하게 이용하기 위해서 반사부(3)가 설치된다. 즉, 그 반사부(3)의 반사면에서 빛이 반사되어 전방(조사 방향)으로 향하는 빛이 된다. 또한, 「6c」로 나타낸 빛은, 발광층으로부터 나온 후 조사 방향과는 반대쪽으로 향하는 광을 나타내며, 이것은 칩부(2)의 후단면에서의 반사에 의해 전방으로 향하는 빛이 되거나, 또는 칩부(2)의 후단면에서의 반사 후 칩부(2)의 측면으로부터 출사하여 반사부(3)에서 반사된다.

형광체(4)는 칩부(2) 및 그 주변부를 덮고 있다. 백색광을 얻기 위해서는, 예컨대 청색 발광의 칩부와, YAG 형광체 등의 황색 발광 재료를 사용하여 혼색하면 좋다.

렌즈부(5)는 발광부(1a)의 전방에 배치되거나 발광부(1a)를 수지 렌즈 내에감싼 구조가 된다. 후자의 경우에는, 발광부 전체를 수지에 매립하여 지향성을 높이는 방법이 채용되며, 예컨대 스톱 램프 등에 사용되는 포탄형의 형상을 한 것이 알려져 있다. 칩부(2)로부터 광각으로 방사되는 빛이 렌즈 내부에서 반사하거나, 렌즈 측면부로부터 출사하여 손실광이 되지 않도록 하기 위해서는 돔형이나 반구형의 렌즈가 바람직하다. 또한, 전반사나 반사 수단을 이용한 광로 제어에 의해, 칩부의 방사광을 유효하게 추출함으로써 빛의 이용 효율을 높이는 것이 바람직하다.

발광 소자의 광축 방향에서 볼 때, 발광부의 광원상이 원 형상을 한 소자에서는, 발광부에서 발생한 빛 중 대부분이 직사광으로, 원형 패턴의 형성에 기여하고, 그 주위에 위치하는 원환형 패턴이 렌즈부의 측면으로부터 나온 빛에 의해 형성되어 의사 광원이 된다.

이와 같이, 광원의 광도 분포가 광축 둘레로 회전 대칭성을 갖는 경우에는, 광축 방향에서 볼 때 대략적으로 원형인 패턴에 기초하여 비회전 대칭성의 배광 패턴을 형성해야 하기 때문에 광학 설계가 어렵게 된다. 예컨대, 로우 빔 배광에서의 컷 라인과 같은 직선적인 부분을 형성하는 것이 곤란하다(원호형을 한 부분을 단순히 서로 연결한 것으로는 명료한 직선부를 형성하기 어렵기 때문).

따라서, 발광 소자의 광도 분포가 광축 둘레로 비회전 대칭성을 갖는 경우에, 발광부가 발광 소자의 광축에 직교하는 방향을 따르는 가로로 긴 형상을 취함으로써, 광학계를 통한 투영상의 패턴 형상이 직선적인 부분을 갖도록 구성한다.

도 2는 발광 소자에 관한 광원상의 패턴 형상예를 개념적으로 도시한 것으로, 발광 소자의 광축 방향에서 본 형상예를 나타낸다.

도시한 바와 같이 광원상(7)의 패턴 형상의 외주 가장자리가 대략적으로 직사각 형상인 예를 보여주고 있다.

본 예에서는, 광축 방향에서 본 발광부(1a)의 형상이 직사각 형상을 이루고 있고, 후술하는 바와 같이 그 광원상이 주로 그 길이 방향으로 확대된다.

또한, 가로로 긴 투영 패턴을 얻기 위해서는 발광부가 직사각 형상을 하고 있는 것이 바람직하지만, 길이 방향에서의 단부가 직선적인 형상에 한정되지 않기 때문에, 예컨대 파선(7')으로 나타낸 광원상과 같이, 직사각형의 네 코너에서 각이 없어져 둥그스름한 형상이어도 좋다.

이러한 광원상을 얻기 위해서는 발광 소자를 구성하는 칩부, 반사부, 형광체 또는 렌즈부의 형상에 대해서, 그 발광 소자의 광축 둘레로 비회전 대칭성을 갖도록 설계한다. 즉, 광원상의 패턴 형상을 결정하는 요소는 칩부의 형상, 반사부나 형광체의 형상, 렌즈부의 형상 및 재질, 그리고 이들 구성 부재에 관한 광학적인 위치 관계이다. 따라서, 각 요소를 조합한 시뮬레이션 결과(광선 추적이나 광도 분포)에 기초하여 원하는 광원상을 갖는 발광 소자를 설계할 수 있다.

발광부의 형상을 결정하는 것은 주로 칩부의 외측 가장자리나 반사부 또는 형광체의 외주 가장자리로서, 이들 치수 오차의 불균일이 크면 배광 설계에 악영향을 미친다.

따라서, 본 발명에서는 발광부의 외형 치수 오차를 작게 하기 위해서, 칩부나 반사부 또는 형광체에 관한 외형의 치수 오차를 0.1 ㎜ 이하로 규정한다. 이 수치는 광원의 부착 정밀도나 조립 정밀도로부터 제약된다. 예컨대, 백열 전구와같이 필라멘트를 사용한 광원에서는, 그 부착 기준면에서 발광 중심까지의 거리에 대해서 0.2∼1.5 ㎜ 정도의 범위에서 오차가 허용되고 있다. 이것은, 발광 중심에서 반사경 등까지의 거리(또는 초점 거리)가 비교적 긴 경우에, 그 범위의 위치 오차가 배광에 대해 대폭적인 영향을 미치지 않는 것에 의거하고 있다. 따라서, 발광 소자를 사용하는 경우에 그 범위를 그대로 적용할 수는 없고, 0.2 m 미만, 바람직하게는 0.1 ㎜ 이하로 한다. 단, 치수 오차를 제로로 하는 것은 실질적으로 어려우며 현실적이지 못하다(제조 장치에 대한 정밀도 요구가 엄격해져서 제조 비용의 상승으로 직결됨). 따라서, 발광부의 치수 오차는 광학계를 구성하는 반사경이나 렌즈에 대한 그 발광부의 위치 오차(통상은 0.1 ㎜보다 큼)에 비해 작으면 좋다.

도 3은 발광부(1a)가 발광 소자의 광축 방향에서 볼 때 직사각 형상을 한 예를 나타내고 있고, 「L」은 그 한 변의 길이를 나타내고 있다.

L은 수 ㎜이며(예컨대, 1 ㎜ 정도), 따라서 L의 치수 오차는 L/10 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 발광 소자의 광축 방향에서 본 칩부를 원하는 형상으로 하여 수지 렌즈(몰드 렌즈)로 칩부를 덮은 구성에 있어서, 칩부를 임의의 형상으로 설계하는 것에는, 여러가지 기술적인 곤란성을 수반하는 것과, 제조 비용적으로도 불리해지는 것 등을 고려하여 반사부나 형광체에 관한 형상 설계를 행하는 방법이 유효하다. 즉, 칩부의 형상이나 지향 특성에 대폭적인 변경을 가하지 않고 광도 분포를 바꿀 수 있다.

그런데, 도 4에 도시한 바와 같이, 일반적인 LED(8)에서는 그 칩부(9)의 중심부가 수지 렌즈(10)의 중심축(11) 상에 위치한 구조로 되어 있기 때문에, 이 것이 헤드 램프 배광에서 각종 문제점을 초래하는 원인이 된다.

예컨대, 수지 렌즈(10)의 중심축(11)을 광학계의 광축에 직교하도록 설정한 뒤에, LED(8)로부터의 빛을 반사경에 의해 전방(조사 방향)으로 반사시킴으로써 로우 빔의 배광 분포를 형성하기 위한 빛을 얻고자 하면, 칩부(9) 중에서 그 중심부에서 벗어난 주변부에서 발생한 빛은 중심축(11)으로부터의 어긋남이 크기 때문에 제어하기 어렵다. 또한, 이 빛은 충분히 제어된 빛이 되기 어렵기 때문에, 도로 이용자를 현혹시키는 빛이 되어 글레어의 원인이 될 우려가 있다.

따라서, 발광 소자의 광축 방향에서 본 발광부의 측부 가장자리에 대해서 그 한 변을 직선형으로 형성하여, 이것이 렌즈부의 중심축에 접하도록 발광부의 위치를 규정한다.

도 5 및 도 6은 발광 소자의 구성예(12)를 나타내고 있으며, 도 5가 측면도, 도 6이 정면도이다.

도 5에서는 렌즈부(13)의 중심축(14)을 일점쇄선으로 나타내었고, 도 6에서는 중심축(14)에 직교하여 발광부의 중심을 지나는 종축(15)과, 이 축에 직교하는 횡축(16)을 일점쇄선으로 나타내었다.

본 예에서는 발광부(17)가 정면에서 볼 때 직사각 형상을 하고 있고, 그 한 변(17a)이 중심축(14) 및 축(16)에 접하고 있다. 또한, 이 위치 관계에 대해서 정밀도를 보증하기 위해서도, 전술한 바와 같이 발광부의 치수 정밀도를 높일 필요가있다.

또한, 도 6에 이점 쇄선(18)으로 나타낸 바와 같이, 원 형상의 일부를 절제한 것 같은 형상의 발광부를, 예컨대 반사부의 형상 설계에 의해 만들어 내어, 그 직선형의 한 변이 중심축(14) 및 축(16)에 접하는 구성으로 하여도 좋다.

이와 같이, 발광부(17; 칩부나 반사부 등)의 한 변(17a)을 직선형으로 하여, 이것이 렌즈부(13)의 중심축(14)에 접하도록 배치시킴으로써, 그 부분에서 발생한 후 렌즈부(13)를 투과한 빛을 정확하게 제어할 수 있게 된다. 따라서, 글레어의 원인이 되는 빛을 줄일 수 있다. 또한, 이 직선형의 부분으로부터 얻어지는 빛을 이용하여 로우 빔의 배광 패턴에서의 컷 라인을 형성할 수 있다.

또한, 발광부가 발광 소자의 광축 방향에서 볼 때 직사각 형상을 이루는 경우에 그 형상(칩부 등)이 정사각형을 하고 있는 경우에는, 그 투영 패턴이 수직축 및 수평축에 관하여 대칭성을 갖는 형상이 되기 때문에 배광 설계가 용이하지 않다. 즉, 헤드 램프의 배광에서는 상하(수직) 방향에서의 패턴의 나비가 비교적 좁은 데에 반하여, 좌우(수평) 방향에서의 패턴의 나비가 크기 때문에, 정사각 형상의 투영 패턴을 이용하는 것은 바람직하지 못하다. 이는 컷 라인의 형성에 대해서도 동일하다.

따라서, 발광부가 발광 소자의 광축 방향에서 볼 때 직사각 형상을 이루고, 그 투영 패턴을 기본으로 하여 배광 설계를 용이하게 행할 수 있도록 구성한다.

도 7 및 도 8은 발광 소자의 구성예(19)를 도시한 도면으로, 도 7이 측면도, 도 8이 정면도이다.

도 7에서는 렌즈부(20)의 중심축(21)을 일점 쇄선으로 나타내었고, 도 8에서는 중심축(21)에 직교하여 발광부의 중심을 지나는 종축(22)과, 이 축에 직교하는 횡축(23)을 일점 쇄선으로 나타내었다.

본 예에서는 발광부(24)가 정면에서 볼 때 직사각 형상을 하고 있고, 그 긴 변(24a)이 렌즈부(20)의 중심축(21) 및 축(23)에 접하여 직교하고 있다.

도 9는 발광부(24)에 의한 투영 패턴을 개략적으로 도시한 도면으로, 횡축 「H」가 수평선, 종축 「V」가 수직선을 나타낸다.

발광부를 가로로 긴 형상으로 형성하는 경우에 가장 간단한 직사각형으로 하고, 그 긴 변이 중심축(21)에 접하도록, 발광부(24)가 중심축(21) 및 축(23)을 포함하는 면의 한 쪽으로 치우친 배치를 채용한다. 이에 따르면, 대략적으로 직사각 형상을 한 각 투영상(25, 25, ‥·)의 한 변[긴 변(24a)에 대응함]을 일치시킬 수 있다. 등기구 전방에 스크린을 배치한 경우에, 렌즈부(20)의 중심축 부근을 지나는 광선에 대해서는, 왜곡이 적은 가로로 긴 상으로서 스크린상에 투영되기 때문에 명료한 컷 라인을 형성할 수 있다. 또한, 이러한 가로로 긴 투영상을 복수 개 조합함으로써 헤드 램프에 필요한 배광 분포를 얻을 수 있다. 예컨대, 집광성의 투영 패턴을 형성하기 위한 발광 소자와, 확산성의 투영 패턴을 형성하기 위한 발광 소자, 또한 컷 라인 형성을 위한 발광 소자를 각각 구비한 구성 형태에서는, 배광 기능별로 다른 투영상을 합성함으로써 배광 제어가 가능하다.

또한, 투영상의 크기에 대해서는 렌즈부의 초점 거리의 설정에 의해 조정하거나 외부의 확산 렌즈를 사용하여 조정할 수 있다.

복수 개의 발광 소자를 사용한 구성 형태에 있어서는, 하나의 발광 소자 내에 하나의 칩부를 갖는 구조에 한정되지 않는다. 즉, 동일 소자 내에 복수 개의 칩부를 배치하여 패키지화한 구성을 이용할 수 있다.

예컨대, 도 10, 도 11에 예시한 바와 같이, 발광 소자(26)의 내부에 직사각 형상의 칩부(27, 27, ‥·)가 일정 방향을 따라 배열된 구성을 갖고, 반원주 형상을 한 형광체 또는 투명 부재(28)로 이들 칩부를 덮거나 각 칩부가 설치된 기판의 전방에 투명 부재를 배치한다.

원통 부재(기재)의 측면(원통면)에 다수의 칩부를 배열시킴으로써, 필라멘트 형상(이상적인 형상으로서의 원통 형상)과 동일한 구성으로 하는 형태와 비교하여, 본 예에서는 반원주 형상의 형광체 또는 투명 부재를 이용함으로써 광원 사이즈를 작게 할 수 있고, 발광 소자에 대하여 특수한 광학계를 사용하지 않고 해결된다는 잇점을 얻을 수 있다.

발광 소자 내에 복수 개의 칩부를 배열시킨 구성을 채용하는 경우에는, 그 위치 정밀도가 낮으면 투영상을 일치시킬 수 없게 되어, 컷 라인을 명료하게 형성할 수 없게 된다는 문제가 발생한다.

예컨대, 도 10의 하단에 도시한 도면에서, 일점 쇄선으로 나타낸 직선(K)이 컷 라인 형성 상의 기준선을 나타내고 있고, 그 직선(K)에 대하여 실선으로 나타낸 발광부(27, 27, ‥·)와 같이 이들의 한 변이 일치된 배치로 이루어지는 경우에는 문제 없지만, 파선으로 과장하여 나타낸 바와 같이 발광부(27', 27', ‥·)가 직선(K)에 대하여 일치하지 않는 배치가 되면, 적절한 배광 제어를 행하기가 어렵게 된다.

따라서, 발광 소자 내에 배열된 복수 개의 발광부 사이의 상대적인 위치 오차에 대해서는 ±0.01 ㎜ 이하로 규정하는 것이 바람직하다. 이것은, 전술한 0.1 ㎜에 대해 추가적으로 1/10의 정밀도이지만, 컷 라인을 명료하게 형성하기 위해서 발광부의 한 변을 직선 상에 일치시키는 경우에 필요한 정밀도이다.

또한, 상기 설명에서는 발광 소자 내에서 복수 개의 발광부를 일정 방향으로 배열시킨 예를 들었지만 이에 한정되지 않으며, 발광부를 격자형으로 배열시키는 등의 각종 구성 형태가 가능하며, 이 경우에도 발광부의 상대적인 위치 정밀도를 보증할 필요가 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 차량용 전조등 또는 이를 구성하는 조사부(조사 유닛)의 구성예를 도시한 도면으로, 투영 광학계를 이용한 구성으로서, 예컨대 후술하는 형태를 들 수 있다.

(A) 발광 소자로부터 출사되는 직접광을 주로 이용하는 형태(도 12 참조)

(B) 발광 소자로부터 출사된 후의 반사경에 의한 반사광을 주로 이용하는 형태(도 13 참조).

도 12에 도시된 차량용 전조등(29)에서는 투영 렌즈(30)를 포함하는 광학계(투영 광학계; 31)가 사용되고 있다. 즉, 본 예에서는 발광 소자(32), 차광 부재(쉐이드; 33), 투영 렌즈(30)를 구비하고 있고, 발광 소자(32) 및 차광 부재(33)가 지지 부재(34)에 마련된 구성을 취한다. 그리고, 투영 렌즈(30)의 물체쪽 초점이 차광 부재(33)의 상부 가장자리 근방에 설정되어 있다. 또한, 발광 소자(32)에 의한 빛의 일부를 차광 부재(33)의 상부 가장자리에서 차단함으로써 형성되는 상을 투영하는 경우에, 차광 부재(33)의 상부 가장자리부를 발광 소자(32)에 매우 근접시키는 것이 바람직하다.

발광 소자(32)의 광축과 등기구의 광축은 서로 평행하게 되어 있고, 그 발광 소자로부터 발생한 빛 중, 그 발광 소자의 전방에 위치한 차광 부재(33)에 의해 차단되지 않고 전방으로 향하는 빛(1, 1, ‥·)이 투영 렌즈(30)를 투과한 후 조사광이 된다. 또한, 차광 부재(33)의 상부 가장자리에 의해 배광 패턴의 명암 경계를 결정하는 컷 라인이 형성된다. 또한, 발광 소자(32)로부터 나오는 빛의 방사 각도가 크면, 투영 렌즈(30)를 투과하지 않는 무효광이 많아지기 때문에, 투영 렌즈의 직경이나 위치를 고려하여 발산 각도를 규정할 필요가 있다.

도 13에 도시한 차량용 전조등(35)에서는, 투영 렌즈(36) 및 반사경(37)을 포함하는 광학계(38)가 사용되고 있다. 즉, 본 예에서는 발광 소자(39), 반사경(37), 투영 렌즈(36)를 구비하고 있고, 발광 소자(39) 및 투영 렌즈(36)의 지지 부재(40)가 측방에서 볼 때 크랭크 형상으로 형성되며, 그 일부가 차광부(40a)로 되어 있다. 그리고, 반사경(37)의 초점이 발광 소자(39)의 발광부 또는 그 근방에 설정되고, 투영 렌즈(36)의 물체쪽 초점이 차광부(40a) 근방에 설정되어 있다. 또한, 반사면의 형상으로서, 회전 타원면이나 타원-포물 복합면, 또는 이들 기본면으로서 곡면 조작에 의해 자유도를 높인 자유 곡면 등이 이용된다.

발광 소자(39)는, 그 광축이 등기구의 광축에 대해 직교하는 위치 관계를 갖고 지지 부재(40)에 부착되어 있고, 발광 소자(39)로부터 발생한 빛은 그 대부분이반사경(37)의 반사면에서 반사된다. 그 후, 차광부(40a)에 의해 차단되지 않고 전방으로 향하는 빛(1, 1, ‥·)이 투영 렌즈(36)를 투과한 후 조사광이 된다. 또한, 차광부(40a)의 상부 가장자리에 의해 배광 패턴의 명암 경계를 결정하는 컷 라인이 형성된다. 또한, 발광 소자(39)와 차광부(40a) 사이에 평면 반사경(41)을 마련함으로써 광속 이용률을 높일 수 있다. 투명 재료를 이용하여 지지 부재(40) 및 투영 렌즈(36)를 일체로 성형함으로써, 발광 소자(39)의 부착 위치, 차광부(40a)의 상부 가장자리 위치, 투영 렌즈(36)의 초점 위치 등에 대해 높은 정밀도를 갖고 광학계 구성 부품을 제조할 수 있다.

또한, 발광 소자를 그 지지 부재에 부착하는 경우에 부착 정밀도를 보증하는 것이 필요하다. 종래의 LED에 설정되어 있는 기준 위치는, 헤드 램프에 대한 적용을 고려하고 있지 않거나, 헤드 램프에 필요한 정밀도를 충분히 만족시키는 것이 아니기 때문에, 기준 위치의 오차가 큰 경우에는 배광 제어에 악영향을 준다.

따라서, 발광 소자의 발광부가 실장된 기판부의 외측 가장자리를 그 발광 소자의 지지 부재에 대한 부착 기준으로서 규정한다.

도 14 및 도 15는 발광 소자의 구성예(42)를 도시한 도면으로, 도 14는 발광 소자의 광축 방향에서 본 평면도, 도 15는 개략적인 사시도이다.

본 예에서는, 발광 소자(42)의 기계적인 위치 결정의 기준이 되는 기준면(S; 도 15 참조)을 기판부(43)의 외측 가장자리(43a)을 포함하는 측면에 설정하고 있다. 즉, 직사각형 판형을 한 기판부(43)의 한 변을 포함하고, 발광 소자(42)의 광축에 평행한 평면을 위치 결정의 기준면으로 하고, 그 기준면을, 도시하지 않은 발광 소자의 지지 부재에서의 부착 위치(단차면이나 지지면 등)에 맞춤으로써 위치 결정의 정밀도를 보증한다.

그리고, 발광부(44; 예컨대, 칩부)를 직사각 형상으로 설계하여, 발광 소자(42)의 광축 방향에서 본 측부 가장자리의 한 변(44a)을 직선형으로 형성하고, 이것과 상기 기준면과의 위치 관계에 대해 정밀도를 높임으로써 광학 설계 및 제조상의 기준을 얻을 수 있다. 그러기 위해서는, 한 변(44a)과, 기판부(43)의 외측 가장자리(43a) 사이의 상대적인 위치 오차의 크기(절대치)를 0.01 내지 0.1 ㎜로 규정하는 것이 바람직하다.

예컨대, 한 변(44a)을 포함하는 평면 「π」(도 15 참조)와 기준면(S) 사이의 간격 「D」를 기재할 때, 그 치수 오차를 ±0.1 ㎜ 이하로 하는 이유는, 전술한 바와 같이 발광부와 반사경 등의 광학 부품과의 위치 오차보다 작게 하기 위함이다. 또한, 하한치(±0.01 ㎜)에 대해서는 필요 이상으로 높은 정밀도로 하는 것에 따르는 폐해(제조상의 곤란성이나 비용 상승 등)를 회피하는 필요성에서 정해진다.

이와 같이, 발광 소자의 기계적인 위치 결정용 기준면을 기판부의 외측 가장자리부에 설정하고, 그 기준면에 대한 발광부의 위치 정밀도를 확보함으로써 헤드 램프의 제조나 광학 설계에 필요한 정밀도를 충분히 보증할 수 있다.

도 16은 차량용 전조등의 구성예(45)를 도시한 정면도로서, 복수 개의 조사 유닛을 조합한 구성을 갖는다.

최상단에 배치되는 조사 유닛(46, 46, ‥·)은 확산 타입으로 이루어지고, 이들의 배광 기능으로서, 중간 정도의 수평 확산성을 갖는 조사 유닛과, 큰 수평확산성을 갖는 조사 유닛으로 구성되어 있다.

또한, 중단 및 최하단에 배치되는 조사 유닛은 집광 타입으로 이루어지며, 그 중 중단에 위치하는 조사 유닛(47, 47)은 주로 컷 라인의 형성에 기여하는 투영 패턴을 조사한다. 나머지 조사 유닛(48, 48, ‥·)은 차량 전방의 원방 영역으로의 조사에 이용되고, 주로 핫 존(광도 중심부)의 형성에 기여하는 투영 패턴을 형성한다.

이들 조사 유닛은 모두 도 13에 도시한 구성을 갖추고 있고, 배광 기능별로 발광 소자의 발광부 형상이 다른 동시에, 반사경의 초점 거리나 차광 위치, 투영 렌즈의 백 포커스 등이 목적에 따라 각각 설계되어 있다.

조사 유닛의 갯수에 대해서는, 등기구의 소형화나 저비용화 등을 고려했을 경우에 전부 10 내지 십여개가 바람직하고, 컷 라인의 형성에 기여하는 조사 유닛을 2개 정도로 하여 등기구 중앙 또는 중단에 배치하며, 그 좌우 및 상하에 배치되는 소확산, 중확산, 대확산의 조사 유닛을 각각 2 내지 3개 정도로 하는 것이 바람직하다.

도 17은 배광 패턴의 형성예를 개략적으로 도시한 것으로, 좌측에 기능별 투영 패턴을 분리하여 나타내고, 우측에 전체 패턴을 합성한 상태를 나타내었다. 또한, H선은 수평선을 나타내고 V선은 수직선을 나타낸다.

집광성의 투영 패턴(49, 50) 중, 상대적으로 면적이 작은 쪽의 패턴(49)이 조사 유닛(48)에 의한 패턴을 나타내고, 패턴(50)이 조사 유닛(47)에 의한 패턴을 나타낸다.

또한, 수평 확산성의 투영 패턴(51, 52)은 조사 유닛(48, 48, ···)에 의한 패턴을 나타내고, 확산성이 중간 정도인 조사 유닛에 의해 패턴(51)이 형성되며, 확산성이 큰 조사 유닛에 의해 패턴(52)이 형성된다.

이들 투영 패턴을 조합함으로써 명료한 컷 라인을 형성할 수 있는 동시에 광속 이용률을 높일 수 있다.

전술한 것으로부터 밝혀진 바와 같이, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 발명에 의하면, 반사경 또는 렌즈에 대한 발광부의 위치 정밀도에 비하여 칩부 등의 치수 정밀도를 높임으로써, 배광 제어에 필요한 정밀도를 충분히 보증할 수 있기 때문에 등기구의 배광 분포나 성능의 편차를 적게 할 수 있다.

청구항 3에 따른 발명에 의하면, 대략 직사각 형상의 패턴을 이용함으로써 차량용 전조등 배광에 적합한 투영 패턴을 용이하게 얻을 수 있다.

청구항 4에 따른 발명에 의하면, 로우 빔 배광에서의 컷 라인을 명료하게 형성할 수 있다.

청구항 5에 따른 발명에 의하면, 차량용 전조등에서의 배광 제어가 용이하고, 제어하기 어려운 빛이 현혹광이 되어 글레어의 원인이 되지 않도록 할 수 있다.

청구항 6에 따른 발명에 의하면, 각 발광부의 투영상이 불일치하는 것을 방지할 수 있다.

청구항 7에 따른 발명에 의하면, 발광 소자의 부착 기준에 대한 발광부의 위치 오차를 줄임으로써 광학 설계 및 제조상의 정밀도를 확보할 수 있다.

Claims

반도체를 사용한 발광 소자와, 반사경 또는 렌즈를 포함하는 광학계를 구비한 차량용 전조등에 있어서,

상기 광학계에서의 초점이 상기 발광 소자의 발광부 또는 그 발광부 근방에 설정되고,

상기 발광부를 구성하는 칩부 또는 그 칩부 주위에 배치된 반사부 또는 형광체를 발광 소자의 광축 방향에서 본 외형 치수 오차가 0.1 ㎜ 이하이고, 상기 반사경 또는 렌즈에 대한 상기 발광부의 위치 오차보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전조등.
반도체를 사용한 발광 소자와, 반사경 또는 렌즈를 포함하는 광학계를 구비하고, 그 광학계에서의 초점을 발광 소자의 발광부 또는 그 발광부 근방에 설정함으로써 발광부의 광원상을 확대 투영하는 차량용 전조등의 제조 방법에 있어서,

상기 발광부를 구성하는 칩부 또는 그 칩부 주위에 배치된 반사부 또는 형광체를 발광 소자의 광축 방향에서 본 외형 치수 오차를 0.1 ㎜ 이하로 규정함으로써, 상기 반사경 또는 렌즈에 대한 상기 발광부의 위치 오차보다 작게 한 것을 특징으로 하는 차량용 전조등의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 발광 소자의 광축 방향에서 본 발광부가 그 광축에 직교하는 방향을 따르는 가로로 긴 형상을 갖고, 그 발광부의 광원상이 상기 광학계를 통해 주로 수평 방향으로 확대됨으로써 배광 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전조등.
제3항에 있어서, 상기 발광부 중 발광 소자의 광축 방향에서 본 측부 가장자리의 한 변이 직선형으로 형성되고, 그 투영 패턴에 의해 로우 빔의 배광 패턴에 특유의 컷 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전조등.
제4항에 있어서, 상기 발광부는 발광 소자의 광축 방향에서 볼 때 직사각 형상을 이루고, 그 긴 변이 상기 발광 소자를 구성하는 렌즈부의 중심축에 접하여 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전조등.
제2항에 있어서, 상기 발광 소자 내에 배열된 복수 개의 발광부 사이의 상대적인 위치 오차를 ±0.01 ㎜ 이하로 규정한 것을 특징으로 하는 차량용 전조등의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 발광 소자의 발광부가 실장된 기판부의 외측 가장자리를 그 발광 소자의 지지 부재에 대한 부착 기준으로서 규정하는 동시에,

상기 발광부 중 발광 소자의 광축 방향에서 본 측부 가장자리의 한 변을 직선형으로 형성하여, 그 한 변과 상기 기판부의 외측 가장자리 사이의 상대적인 위치 오차의 크기를 0.01 mm 내지 0.1 ㎜로 규정한 것을 특징으로 하는 차량용 전조등의 제조 방법.