KR20060050762A

KR20060050762A - 다수의 굴곡진 면 요소를 구비한 조명 유닛

Info

Publication number: KR20060050762A
Application number: KR1020050079420A
Authority: KR
Inventors: 에밀 슈테파노프; 토마스 루체; 안드레아스 에르버; 요헨 쿤즈
Original assignee: 쉐프네커 비젼 시스템즈 저머니 게엠베하
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2006-05-19
Also published as: EP1630876A2; DE102004042125A1; EP1630876A3; US7441929B2; DE102004042125B4; US20060050530A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 광원 및 광원의 배후에 연결되어 그 광원을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 광 도파체를 구비하되, 광 도파체가 광원의 반대쪽을 향해 적어도 대략 중심에 놓이는 하나 이상의 출광 면을 포함하고, 그 중심 출광 면이 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면에 의해 둘러싸이는 조명 유닛에 관한 것이다. 그러한 조명 유닛에 있어서, 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면은 숄더에 의해 또는 그 숄더 없이 서로 접경하는 다수의 면 요소를 구비한다. 그러한 면 요소는 굴곡진 입체의 표면 구역이다. 본 발명에 의해, 규정된 타깃 구역에서 균일하고 높은 조명 효율을 가능하게 하는 콤팩트한 조명 유닛이 개발된다.

Description

다수의 굴곡진 면 요소를 구비한 조명 유닛{LIGHTING UNIT WITH A PLURALITY OF CURVED FACE ELEMENTS}

도 1은 조명 유닛의 이등각 사시도;

도 2는 도 1에 따른 조명 유닛의 정면도;

도 3은 도 1에 따른 조명 유닛의 단면도;

도 4는 출광 면의 부분도;

도 5는 숄더를 구비한 출광 면의 부분도;

도 6은 비대칭적 광도 분포를 위한 출광 면의 부분도;

도 7은 상이한 면 요소를 구비한 출광 면의 부분도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 주위, 공기 5: 광축

10: 광원, 발광 다이오드 12: 전기 접속 단자

13: 발광 칩 20: 광 도파체, 광 확산체

21: 소켓 22: 출광 측

23: 전이 에지 24: 지지 플랜지

25: 원통형 세션 26: 노치

27: 노치 바닥 31: 20의 섹션, 절두 포물면

32: 외면 33: 경계 면

34: 32의 지점 37: 중공 실린더

41: 중심 출광 면 42: 광학 렌즈, 집속 렌즈

43: 베이스 면 45: 경계 에지

46: 몰드 제거용 홈 47: 홈 바닥

51: 바깥쪽 출광 면 52: 면 요소

55: 숄더 61: 42를 통한 광선

62, 63: 광선

본 발명은 하나 이상의 광원 및 광원의 배후에 연결되어 그 광원을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 광 도파체를 구비하되, 광 도파체가 광원의 반대쪽을 향해 적어도 대략 중심에 놓이는 하나 이상의 출광 면을 포함하고, 그 중심 출광 면이 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면에 의해 둘러싸이는 조명 유닛에 관한 것이다.

그러한 유형의 조명 유닛은 미국특허 제2,254,961호로부터 공지되어 있다. 그러한 조명 유닛은 그 조명 유닛의 방사 방향에 대해 수직으로 있고 그 조명 유닛에 의해 비추어지는 타깃 구역으로서 대략 원형 면의 구역을 조명한다. 사각형 타깃 구역을 조명하려면, 좀더 큰 반사판이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 규정된 타깃 구역에서 균일하고 높은 조명 효율을 가능하게 하는 콤팩트한 조명 유닛을 개발하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 그를 위해, 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면은 숄더(shoulder)에 의해 또는 그 숄더 없이 서로 접경하는 다수의 면 요소를 구비한다. 그러한 면 요소는 굴곡진 입체의 표면 구역이다.

종속 청구항들 및 개략적으로 도시된 실시 양태들에 관한 이후의 설명으로부터 본 발명의 더욱 상세한 사항을 파악하게 될 것이다.

도 1 내지 도 3은 조명 유닛의 이등각 사시도, 정면도, 및 단면도를 각각 나타낸 것이다. 그러한 조명 유닛은 광원(10) 및 광학적으로 광원(10)의 배후에 연결된 광 도파체(20)를 포함한다.

광원(10)은 예컨대 발광 다이오드(10)이다. 그러한 발광 다이오드(10)는 예컨대 플라스틱 층에 의해 캐스트인 또는 압출 코팅된 유기 또는 무기 타입의 발광 반도체 칩(13)으로 이뤄진다. 발광 반도체 칩(13)에는 플라스틱 층으로부터 돌출된 전기 접속 단자(12)가 고정된다.

발광다이오드(10) 대신에, 레이저 다이오드, 할로겐 전구, 백열 전구 등이 광원(10)으로서 사용될 수도 있다.

발광 다이오드(10)는 광 확산체 또는 광 도파체(20)에 의해 둘러싸이는데, 그 광 확산체 또는 광 도파체(20) 내에 예컨대 사출 성형에 의해 발광 다이오드(10)가 몰딩되거나, 그 광 확산체 또는 광 도파체(20)에 발광 다이오드(10)가 형성된다. 광 확산체 또는 광 도파체(20)는 발광 다이오드(10)를 적어도 부분적으로 둘러싼다.

광 확산체 또는 광 도파체(20)는 예컨대 PMMA, PMMI, 또는 광학적으로 투명한 기타의 열가소성 플라스틱으로 이뤄진 거의 회전 대칭적인 플라스틱체이다. 그러한 광 확산체 또는 광 도파체(20)는 소켓(21) 및 그와 대향된 섹션(31)을 구비하는데, 그 섹션(31)은 전이 에지(23)로부터 발광 다이오드(10)의 반대쪽을 향한 출광 측(22)으로 그 길이에 걸쳐 점차 증가하는 외경을 갖는다. 조명 유닛의 광축은 예컨대 광 확산체 또는 공 도파체(20)의 중심선과 합치한다.

소켓(21)은 예컨대 지지 플랜지(24)를 구비하고, 그 지지 플랜지(24)에는 적어도 부분적으로 원통형의 섹션(25)이 연결된다. 그 원통형 섹션(25)에는 둘레 방향으로 정향된 노치(26)가 배치되고, 그 노치(26)는 경사진 노치 밑면(27)을 구비한다. 원통형 섹션(25)의 길이는 광 확산체 광 도파체(20)의 길이의 절반까지 달할 수 있다. 그 직경은 광 확산체 또는 광 도파체(20)의 최대 직경의 절반보다 더 클 수 있다.

직경이 점증하는 섹션(31)은 본 실시예에서는 절두 포물면이다. 그러한 섹션(31)은 쌍곡면 형태, 절두 원추면 형태, 또는 기타의 형태를 가질 수도 있다. 그 섹션(31)은 외면(32)이 공통의 초점을 갖지 않도록 구성될 수 있다. 외면(32)은 광원(10)으로부터 방출되는 광이 광 확산체(20)의 재료와 주위 사이의 경계 면 (33)에서 전반사되도록 형성될 수 있다. PMMI의 경우, 전반사에 대한 한계 각도는 예컨대 약 43도이다.

절두 포물면(31)은 절두 측에서 예컨대 4 내지 8 ㎜의 길이를 갖는다. 출광 측(22)의 직경 범위는 예컨대 약 7 내지 14 ㎜이다.

출광 측(22)은 여기에 도시된 실시예에서는 중심에 놓인 출광 면(41)을 포함하는데, 그 중심 출광 면(41)은 바깥쪽에 놓인 출광 면(51)에 의해 둘러싸인다.

중심 출광 면(41)은 예컨대 조명 유닛의 광축에 대해 수직으로 배치된 비구면 집속 렌즈(42)이다. 그 직경은 가상의 베이스 면(43)에서 출광 측(22)의 직경의 약 40%이다. 베이스 면(43)으로부터 광원(40)까지의 거리는 광 도파체(20)의 길이의 약 40%이다. 그러한 거리는 베이스 면(43)으로부터 집속 렌즈(42)의 초점까지의 거리보다 더 크다. 베이스 면(43)과 집속 렌즈(42)의 표면은 경계 에지(45)에서 교차한다. 그러한 경계 에지(45) 및 발광 반도체 칩(13)의 윤곽은 입체의, 예컨대 특정 경우에서의 원추의 수학적 탬플릿(template)으로서, 그 대향된 표면 라인들이 예컨대 90도의 각도를 이룬다.

경계 에지(45) 둘레에는 몰드 제거용 홈으로서 중공 홈(46)이 배치된다. 그러한 중공 홈(46)은 예컨대 그 길이에 걸쳐 일정한 횡단면을 갖는다. 그 중공 홈(46)은 예컨대 광축(5)에 대해 수직으로 배치된 수평 홈 바닥(47)을 구비한다. 중공 홈(46)은 반경 방향의 바깥쪽으로 중공 실린더(37)와 접경한다. 홈 바닥(47)은 인접 면에 있는 전이 홈으로 전이된다.

중심 출광 면(41)은 산란 렌즈, 프레즈넬 렌즈, 평면 렌즈 등의 표면일 수 있다. 단일의 광학 렌즈(42) 대신에, 예컨대 다수의 공학 렌즈가 서로 나란히 배치될 수도 있다. 중심 출광 면(41)은 광학 구조물을 구비할 수도 있다.

바깥쪽에 놓인 출광 면(51)은 예컨대 광축(5)에 대해 수직으로 정향된다. 그러한 출광 면(51)은 광축(5)에 대해 경사질 수 있거나 원추면 형태 또는 아치형 형태 등으로 형성될 수도 있다. 출광 면(51)의 개개의 구역이 상이한 볼록 정도를 가질 수도 있다. 출광 측(22)이 예컨대 서로 엇갈려 배치된 다수의 환형 출광 면(51)들을 포함하는 것도 고려할 수 있다. 그 경우, 그러한 출광 면(51)들의 중심선은 예컨대 광축(5) 상에 놓인다.

바깥쪽에 놓인 출광 면(51)은 예컨대 서로 인접되어 행과 열로 배치된 개개의 면 요소(52)로 구분된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예들에서는 개개의 면 요소(52)가 전방에서 보았을 때에 정방형이고, 일 밀리미터의 변 길이를 갖는데, 그러한 면 요소(52)는 가장자리 구역에서 광 확산체(20) 및 중공 실린더(37)의 외곽에 상응하게 재단된다. 따라서, 도시된 조명 유닛의 출광 면(51)은 예컨대 80개의 면 요소(52)를 구비한다.

데카르트 좌표 배열 대신에, 면 요소(52)는 행과 열로 서로 엇갈려 배치될 수 있거나 극좌표 또는 나선형 등으로 배치될 수도 있다. 면 요소(52)의 면은 원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 타원형 등으로 될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 면 요소(52)는 예컨대 광축(5)에 평행하게 1/10 내지 3/10 밀리미터의 높이를 갖는다. 그러한 높이는 예컨대 주위(1)에 대한 광 확산체(20)의 재료의 굴절률에 의존하여 달라진다. 예컨대, 굴절률이 높은 경우에는 낮은 높이로도 충분하지만, 굴절률이 작은 경우에는 높은 높이가 필요하다.

모든 면 요소(52)는 예컨대 타원체의 표면 구역일 수 있다. 예컨대, 면 요소(52)는 각각 타원체의 동일한 표면 구역이다. 여기서, 타원체의 3개의 축은 서로 직각이고 상이한 길이를 갖는데, 가장 짧은 단축은 장축의 길이의 약 1/3의 길이를 갖고, 제2 축은 장축의 길이의 약 60%의 길이를 갖는다. 장축의 길이는 예컨대 4.2 밀리미터이다.

본 실시예에서는 각각의 면 요소(52)를 펼치는 모든 가상 타원체의 서로 대응하는 축이 서로 평행하여 모든 면 요소(52)가 동일한 방향으로 정향되게 된다. 예컨대, 도 2의 도면에는 면 요소의 최대 곡률이 조명 유닛의 수평 횡 방향 평면에 놓이게 된다.

면 요소(52)는 통, 실린더, 원추, 게이트, 또는 다른 임의의 굴곡진 입체의 표면 구역일 수 있다. 면 요소(52)는 상이한 입체의 조합체의 표면 구역일 수도 있다. 면 요소(52)는 연속적인 구역 및 불연속적인 구역을 갖는다든지 등으로 될 수도 있다.

조명 유닛의 작동 시에는 발광 다이오드(10)로부터의 광이 출광 측(22) 쪽으로 방출된다. 여기서는, 발광 칩(13)으로부터 방출되는 광 중에서 예컨대 간단히 개별 광선(61 내지 63)만이 도시되어 있다. 예컨대, 원추의 내부에서 광축(5)에 대해 예컨대 45도의 각도로 방출되는 광선(61)은 균질의 광 도파체(20)를 투과하여 여기서는 예컨대 법선에 대해 0도 내지 15도로 집속 렌즈(42) 상의 충돌점에 부딪친다. 그 광선(61)은 집속 렌즈(42)로부터 나온 후에는 예컨대 광축(5) 쪽으로 굴 절되고, 그에 따라 광선(61)은 집속 렌즈(42)로부터 나온 후에 적어도 대략 서로 평행하게 놓이게 된다.

그러한 원추의 바깥쪽에서 방출되는 광선(62)은 안쪽으로부터 광 도파체(20)의 외면(32) 상의 한점(34)에 부딪친다. 거기서, 그 광선(62)은 바깥쪽에 놓인 출광 면(51) 쪽으로 반사된다. 그 광선(62)은 면 요소를 투과할 때에 충돌점의 구획으로부터 멀어지게 굴절된다. 그 광선(62)은 주위(1) 중에서 발산한다.

광원(10)으로부터 예컨대 광축(5)에 대해 약 75도의 각도로 방출되는 광선(63)은 전이 에지(23)의 부근에서 외면(32)에 부딪친다. 그 광선(63)은 거기서 반사되어 홈 바닥(47)을 통해 주위(1)로 나아간다. 예컨대, 여기에 도시를 생략한 또 다른 산란 광이 소켓(21)에서 반사된다.

예컨대, 도 2에 도시된 조명 유닛이 도면에서 위쪽에 놓인 구역을 위로 둔 채로 사용되면, 그 조명 유닛은 예컨대 그 폭이 그 높이의 2배인 대략 사각형을 조명하게 된다. 예컨대, 그 조명 유닛에 의해 폭에 있어 +/- 20도이고 높이에 있어 +/- 10도인 입체 각도가 높은 광도로 조명되게 된다.

낮은 광 손실에 의거하여, 더 높은 광속(light flux)이 타깃 구역에 도달된다. 따라서, 예컨대 자동차에 사용할 경우에 각각의 국가의 입법 기관에 의해 규정된 광도 분포를 생성할 수 있게 된다.

조명하려는 타깃 구역은 달걀형, 타원형, 삼각형 등으로 될 수 있다. 그러한 타깃 구역을 조명하기 위해, 예컨대 중심 출광 면(41)도 역시 굴곡진 입체의 표면 구역인 면 요소를 구비할 수 있다.

도 4 내지 도 7은 출광 면(51)의 부분 단면도들을 각각 나타낸 것이다.

도 4에서는 개개의 면 요소(52)가 타원체의 표면 구역이다. 그러한 면 요소(52)는 숄더(shoulder) 없이 서로 접경한다.

도 5에 도시된 출광 면(51)은 예컨대 반타원체의 표면 구역인 면 요소(52)를 구비한다. 개개의 면 요소(52)는 숄더(55)에 의해 서로 접경한다. 도 5의 도면에서, 그러한 숄더(55)는 상부 구역에서는 위쪽으로 향하고, 하부 구역에서는 아래쪽으로 향하고 있다. 2개의 중간 면 요소(52)는 숄더 없이 서로 접경한다.

도 6에 도시된 출광 면(51)은 예컨대 비대칭적 타깃 구역을 조명하는 조명 유닛을 구현할 수 있다. 그 경우, 조명 유닛은 아래쪽으로 비추어진다.

전술된 면 요소의 각종의 구성은 도 7에 도시된 바와 같이 서로 조합될 수도 있다. 여기서는, 개개의 면 요소(52)가 예컨대 상이한 연장을 갖기도 한다.

그러한 조명 유닛은 광학적으로 중심 출광 면(41) 및/또는 바깥쪽에 놓인 출광 면(51)의 배후에 연결된 광학 렌즈를 추가로 구비할 수 있다.

전술된 바와 같은 조명 유닛은 콤팩트한 구조로도 의도된 대로 광을 분포시키는 것을 가능하게 한다. 타깃 구역에서의 높은 광속에 의거하여, 예컨대 차량의 브레이크등용으로 단지 적은 수의 조명 유닛만이 필요하게 된다. 따라서, 규정된 타깃 구역에서 균일하고 높은 조명 효율을 가능하게 하는 콤팩트한 조명 유닛이 제공되게 된다.

Claims

하나 이상의 광원 및 광원의 배후에 연결되어 그 광원을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 광 도파체를 구비하되, 광 도파체는 광원의 반대쪽을 향해 적어도 대략 중심에 놓이는 하나 이상의 출광 면을 포함하고, 그 중심 출광 면은 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면에 의해 둘러싸이는 조명 유닛에 있어서,

- 바깥쪽에 놓인 하나 이상의 출광 면(51)은 숄더(55)에 의해 또는 그 숄더(55) 없이 서로 접경하는 다수의 면 요소(52)를 구비하고,

- 그러한 면 요소(52)는 굴곡진 입체의 표면 구역인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 광원(10)은 발광 다이오드(10)인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 개개의 굴곡진 입체는 타원체인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 면 요소(52)는 데카르트 좌표로 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 모든 면 요소(52)는 동일한 굴곡진 입체의 똑같은 표면 구역인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 중심 출광 면(41)은 광학 렌즈(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 중심 출광 면(41)은 굴곡진 입체의 표면 구역인 서로 인접된 다수의 면 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 광 도파체(20)의 외면(32)은 광축(5)에 대해 회전 대칭적이고, 중심 출광 면(41)의 직경은 광 도파체(20)의 직경의 40%인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
제1항에 있어서, 광 도파체(20)는 절두 포물면(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.