KR20080013951A - 자동차 헤드라이트 - Google Patents

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KR20080013951A
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모리츠 엔글
슈테판 그룃치
마르쿠스 호프만
라이너 후버
쿠르트 위르겐 랑
마리오 바닝거
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 1개의 발광 다이오드(1) 및 상기 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로(21, 22)의 제어 가능한 조작을 위한 장치(10, 30, 40, 60)를 포함하는 자동차 헤드라이트에 관한 것이다. 상기 자동차 헤드라이트는 특히 매우 가변적인 방사 특성을 특징으로 한다.

Description

자동차 헤드라이트{MOTOR-VEHICLE HEADLAMP}
본 발명은 자동차 헤드라이트에 관한 것이다.
US 6,601,982B2에 자동차 헤드라이트가 기술되어 있다.
본 발명은 수명이 매우 긴 자동차 헤드라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 매우 다양한 방면에 사용될 수 있고, 매우 가변적인 방사 특성을 가진 자동차 헤드라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 자동차 헤드라이트는 발광 다이오드를 포함한다. 바람직하게는 자동차 헤드라이트가 다수의 발광 다이오드를 갖는다. 각각의 발광 다이오드는 적어도 1개의 발광 다이오드 칩을 포함한다. 바람직하게는 상기 발광 다이오드가 다수의 발광 다이오드 칩을 포함한다. 발광 다이오드 칩의 주 방사 방향으로 발광 다이오드의 발광 다이오드 칩의 후방에 바람직하게 발광 다이오드 광학 장치가 배치된다.
상기 자동차 헤드라이트의 발광 다이오드는 백색 광을 발생시키는데 적합하다. 이를 위해 자동차 헤드라이트의 1개의 발광 다이오드가 다수의 발광 다이오드 칩을 가지며, 상기 발광 다이오드 칩들의 빔이 혼합되어 백색 광을 형성한다. 또한, 발광 다이오드의 발광 다이오드 칩들 후방에 발광 변환 물질이 배치될 수도 있다. 이 경우, 발광 다이오드 칩에 의해 방사된 전자기 빔이 상기 빔의 주파수 변환 성분과 혼합되어 백색 광을 형성한다.
또한, 상기 헤드라이트의 발광 다이오드들 중 적어도 하나는 특정 색상의 광(예: 황색 광)을 발생시키는데 적합할 수도 있다. 또한, 헤드라이트의 발광 다이오드들 중 적어도 하나는 적외선에 속하는 전자기 빔을 발생시키는데 적합할 수도 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 자동차 헤드라이트는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로의 제어 가능한 조작을 위한 장치를 포함한다. 상기 장치는, 상기 장치에 할당된 다수의 발광 다이오드의 빔 경로를 제어 가능하게 조작하는데 적합하다.
발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로의 조작은 예컨대 빔 경로의 간섭, 영향 또는 변경을 의미한다. 빔 경로의 조작에는 예컨대 방사된 빔의 방향 변경, 강도 변경, 시준, 산란, 포커싱 필터링 또는 주파수 변환이 포함될 수 있다. 이를 위해 상기 장치는 발광 다이오드의 빔 경로 내에 배치된다.
제어 가능하다는 말은 상기 조작이 외부에 의해 사전 설정될 수 있게 실시된다는 뜻이다. 이는 발광 다이오드의 빔 경로의 조작을 예컨대 사람 또는 컴퓨터가 상기 장치를 이용하여 목적에 맞게 수행할 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우, 빔 경로의 조작은 정해진, 사전 설정 가능한 방식으로 실시된다. 제어 가능하다는 말은 또한 상기 장치를 이용하여 적어도 2개의 상태 사이에 스위치-오버가 가능함을 의미한다. 즉, 빔 경로의 조작이 예컨대 방사된 빔의 방향 변경인 경우, 상기 장치를 이용하여 빔이 편향될 적어도 2개의 방향 사이에 선택이 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 빔의 다수의 방향 사이에 선택이 이루어질 수 있다. 더 바람직하게는 적어도 특정 각도 범위 내에서 방향 변동이 연속적으로 실시될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 자동차 헤드라이트는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로를 제어 가능하게 조작하기 위한 장치를 포함한다. 발광 다이오드로부터 송출된 전자기 빔은 헤드라이트로부터 송출된 전자기 빔의 적어도 일부를 형성한다. 즉, 발광 다이오드의 방사 특성이 헤드라이트의 방사 특성을 형성하거나 또는 다수의 발광 다이오드의 방사 특성들이 헤드라이트의 방사 특성에 중첩됨으로써 헤드라이트의 방사 특성의 일부를 형성한다. 적어도 1개의 발광 다이오드의 빔 경로의 조작을 통해, 헤드라이트의 방사 특성을 원하는 대로 변동시킬 수 있다. 방사 특성이란 송출된 광의 3차원적 강도 분포 또는 휘도 분포를 의미한다. 예를 들어, 헤드라이트는 원추형 방사 특성을 가질 수 있다. 이는 방사된 광의 세기 또는 휘도가 동일한 면들이 입체적으로 원뿔(cone)을 형성함을 의미한다. 그 밖에도 많은 다른 형태의 헤드라이트 방사 특성이 가능하다.
상기 헤드라이트를 통해 특히, 발광 다이오드로부터 송출된 전자기 빔의 빔 경로가 상기 장치를 이용하여 조작됨으로써 헤드라이트의 상이한 방사 특성들 간의 전환이 가능하다는 아이디어가 실용화된다. 따라서 상기 장치를 이용하여 상이한 교통 상황 및 조명 상태에 알맞게 방사 특성들 간의 스위치-오버가 수행될 수 있다. 상기 장치는 도심 주행, 고속도로 주행 및/또는 상이한 기상 조건(예: 우천 또는 안개)에 대해 상이한 방사 특성을 지정하여 설정하는데 적합하다. 또한, 상기 장치는 커브 주행시 헤드라이트의 방사 특성의 방향 추적을 가능케 한다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔을 반사시키기에 적합하다. 즉, 상기 장치는 적어도 부분적으로 발광 다이오드의 빔 경로 내에 놓이며, 상기 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부를 반사시키기에 적합하다. 이 경우, 상기 장치는 예컨대 발광 다이오드로부터 송출된 전자기 빔의 방향을 정해진 대로 조정하는데 적합할 수 있다. 또한, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔을 반사시켜 시준하거나 확장하는데 적합할 수 있다. 또한, 상기 장치는 송출된 빔의 적어도 일부를 확산성 반사하는데 적합할 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 적어도 일부를 굴절시키는데 적합하다. 상기 굴절에 의해 예컨대 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 방향 변경, 시준 또는 확장이 구현될 수 있다. 바람직하게는 상기 장치를 이용하여 굴절율을 정의한 대로 조정할 수 있다. 또한, 발광 다이오드의 빔 경로 내에서의 광 굴절 요소의 위치가 상기 장치를 이용하여 조정될 수 있다. 즉, 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 특정 부분은 규정된 대로 굴절될 수 있고, 상기 빔의 다른 부분은 굴절되지 않고 유지된다.
상기 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부를 산란시키는데 적합하다. 이는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔이 상기 장치에 의해 확장 및 혼합됨을 의미한다. 바람직하게는 산란 정도(degree), 즉 확장도 및 혼합 정도의 조정이 가능하다.
적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔을 흡수하는데 적합하다. 즉, 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부가 상기 장치에 의해 규정된 대로 흡수될 수 있다. 이는 예컨대 발광 다이오드의 빔 경로 내에 배치된 조리개의 운동에 의해 구현될 수 있다.
적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 적어도 일부를 필터링하는데 적합하다. 이를 위해 발광 다이오드의 빔 경로 내로 예컨대 필터 부재가 이동될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 장치는 예컨대 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 세기를 감소시키는데 적합하다. 따라서 헤드라이트의 방사 특성이 외부의 조명 조건들에 매칭될 수 있다. 또한, 상기 장치는 헤드라이트가 특정 색상의 광을 방사하도록 특정 파장의 빔을 필터링하는데 적합하다. 이러한 방식으로 예컨대 안개 주행시 매우 적합한 황색 광이 세팅될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 전술한 기능들 중 다수를 충족시키기에 적합하다. 즉, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔을 반사시키는 동시에 산란시키는데 적합할 수 있다. 이를 위해 예컨대 확산성 반사 미러가 사용될 수 있다. 또한, 상기 장치는 예컨대 전자기 빔을 굴절시키고 필터링하는데 적합하다. 이를 위해 예컨대 컬러 안료를 포함하는 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 동일한 1개 장치 내에서 전술한 기능의 또 다른 다수의 조합이 고려될 수 있다. 상기 장치를 이용하여 전술한 상이한 기능들 간의 스위치-오버도 가능하다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 편향 미러를 포함한다. 이 편향 미러는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부의 방향을 규정한 대로 변경하는데 적합하다. 예컨대 발광 다이오드의 빔 경로에 대한 편향 미러의 상대 운동에 의해, 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔이 규정된 대로 특정 방향으로 편향될 수 있다. 이를 위해 편향 미러는 바람직하게 발광 다이오드의 빔 경로에 대해 상대 운동이 가능하다. 이러한 방식으로, 코너 주행시 발광 다이오드에 의해 방사된 빔이 상기 코너의 곡률을 트랙킹(tracking)할 수 있다.
그 외에도, 상기 편향 미러의 운동에 의해 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 방향이 예컨대 자동차가 주행하는 도로에 대해 상대적으로 변경될 수 있다. 즉, 빔의 방향이 아래로, 즉 도로쪽으로 또는 위로, 즉 도로에서 먼 쪽으로 편향될 수 있다. 이러한 방식으로, 방사된 광의 방향이 자동차의 기울기에 매칭될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 편향 미러가 회전 가능하게 장착된다. 예컨대 상기 편향 미러는 다수의 축을 중심으로 회전할 수 있게 장착될 수 있다. 이 경우, 편향 미러의 회전을 이용하여 차량의 기울기가 보상될 수 있을 뿐만 아니라, 코너 주행시 발광 다이오드의 빔 방향의 트랙킹이 구현될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 편향 미러는 다각형 휠 미러(polygon wheel mirror)를 포함한다. 즉, 상기 편향 미러는 1개의 다각형 휠에 할당된 다수의 반사면을 포함한다. 이를 위해 상기 편향 미러는 예컨대 원통형 형상을 가지며, 이때 상기 원통의 외부면이 평평한 또는 굴곡이 있는 다수의 반사면으로 형성된다.
바람직하게는 상기 다각형 휠 미러가 발광 다이오드의 빔 경로에 대해 상대 운동, 예컨대 상대 회전을 할 수 있도록 장착된다. 상기 다각형 휠 미러가 자신의 세로축을 중심으로 회전함으로써 반사된 빔의 방향이 조정될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 다각형 휠 미러는 자신의 회전에 의해 자신의 상이한 반사면들이 조명되는 방식으로 회전 가능하게 장착된다. 즉, 다각형 휠 미러는 다른 1개의 반사면 -예컨대 인접한 한 반사면-이 발광 다이오드에 의해 조명될 정도의 각도만큼 회전될 수 있다. 이러한 방식으로, 다각형 휠 미러의 회전을 이용하여 상이한 반사면의 조명 간의 스위치-오버가 가능해진다.
적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 다각형 휠 미러는 서로 상이한 광학 특성을 가진 적어도 2개의 반사면을 갖는다. 즉, 반사면들 중 하나는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔을 시준하는데 적합하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 상기 반사면은 예컨대 오목한 만곡부를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 예컨대 헤드라이트의 상향 빔 회로의 일부로서 사용되는 집속 빔(focused beam)이 획득될 수 있다.
다각형 휠 미러의 또 다른 반사면은 발광 다이오드의 광을 확산 방식으로 반사하는데 적합할 수 있다. 이러한 방식으로 예컨대 헤드라이트의 타운 라이트(town light) 회로에서 사용될 수 있는 것과 같은 넓은 코운 빔이 구현될 수 있다. 다각형 휠 미러의 상이한 반사면들이 조명됨으로써 발광 다이오드와 다각형 휠 미러로 구성된 장치 및 헤드라이트의 상이한 방사 특성들 간에 스위치-오버가 가능해진다.
적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로의 제어 가능한 조작을 위해 쐐기형 플레이트를 포함한다. 즉, 상기 플레이트는 예컨대 삼각형 횡단면을 갖는다.
상기 쐐기형 플레이트는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부를 투과시키는 재료로 형성된다. 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부가 상기 플레이트의 통과시 굴절된다. 이는 빔의 방향이 규정된 대로 변경될 수 있도록 한다. 즉, 상기 쐐기형 플레이트는 바람직하게 공동을 갖지 않으며, 균질의 재료로 형성된다. 예를 들면 상기 쐐기형 플레이트는 유리로 형성된다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 발광 다이오드의 빔 경로 내에서의 상기 플레이트의 위치가 이동될 수 있다. 즉, 상기 플레이트는 바람직하게 빔 경로에 대해 종방향 및/또는 횡방향으로 이동할 수 있다. 그 결과, 플레이트에서의 굴절로 인해 전자기 빔의 방향 변동이 규정된 대로 조정될 수 있다. 빔 경로 내에서 쐐기형 플레이트의 위치가 변동함으로써 예컨대 투영 렌즈에 대한 발광 다이오드의 광학 위치 또는 광학 거리가 변동할 수 있다. 또한, 쐐기형 플레이트를 형성하는 재료의 굴절율 및 쐐기의 끼인각에 의해 빔의 방향 변경이 결정된다.
또한, 상기 쐐기형 플레이트는 적어도 광을 산란시키거나 필터링하도록 설계된 부분을 포함할 수 있다. 쐐기의 일부분이 발광 다이오드의 빔 경로 내로 이동함으로써, 방향 변경을 위해 방출된 전자기 빔의 빔 코운의 확장, 셰이딩(shading) 또는 변색이 구현될 수 있다. 산란 또는 셰이딩의 정도는 빔이 통과하는 부분에서의 플레이트 두께에 의해 그리고 발광 다이오드의 빔 경로 내 플레이트의 위치에 의해 조정될 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 장치는 발광 다이오드의 빔 경로의 제어 가능한 조작을 위해, 전압 인가를 통해 조정 가능한 광학 특성을 갖는 엘리먼트를 포함한다. 이를 위해 상기 엘리먼트는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 적어도 일부에 광학적으로 영향을 미칠 수 있도록 발광 다이오드의 빔 경로 내에 배치된다. 상기 엘리먼트의 광학 특성에는 예컨대 굴절율, 흡수 특성, 필터링 특성 또는 광 산란 특성이 포함될 수 있다.
적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 엘리먼트는 일렉트로 크롬 물질을 함유한다. 이는 상기 엘리먼트에 인가되는 전압에 따라 상기 엘리먼트의 컬러 필터링 특성이 조정될 수 있음을 의미한다. 이 경우, 상기 엘리먼트는 예컨대 특정 색상의 광을 더 많이 투과하도록 스위칭될 수 있다. 이러한 방식으로 예컨대 안개 주행시 특히 적합한 황색 헤드라이트 광이 발생할 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 엘리먼트가 셀프 다크닝 글래스(self-darkening glass)를 포함한다. 이는 상기 엘리먼트에 인가되는 전압에 따라 상기 엘리먼트의 광 흡수 특성이 조정될 수 있음을 의미한다. 예컨대 이러한 방식으로 발광 다이오드로부터 방출된 광의 세기 및/또는 휘도가 감소할 수 있다. 그러한 엘리먼트의 사용은 예컨대 일광 운전 또는 하향 빔 회로에 적합하다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 엘리먼트는 스위칭 가능한 확산판을 포함한다. 즉, 상기 엘리먼트에 인가되는 전압에 따라 상기 엘리먼트의 광 산란 특성이 조정될 수 있다.
바람직하게는 상기 확산판에 의한 산란 정도가 상기 확산판에 인가되는 전압에 좌우된다. 그럼으로써, 자동차의 바로 앞 공간을 조명하려는 목적으로 비교적 넓은 방사 특성을 구현하기 위해서 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 비교적 강한 산란이 사용될 수 있다.
그러한 방사 특성은 예컨대 도심에서의 서행시 적합하다. 상대적으로 약한 산란은 예컨대 시골길 주행시 적합하다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 엘리먼트의 굴절율은 상기 엘리먼트에 인가되는 전압에 기초하여 조정될 수 있다. 이를 위해 상기 엘리먼트로서 예컨대 고전압 멤브레인이 제공될 수 있다. 상기 멤브레인에 인가된 전압의 변동을 통해 예컨대 상이한 방사 특성 간 스위칭이 가능하다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 광학 엘리먼트에 대한 발광 다이오드의 상대적 위치가 변동될 수 있다. 상기 광학 엘리먼트는 예컨대 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학 엘리먼트에 대한 발광 다이오드의 상대적 위치 변동에 의해 예컨대 빔의 방향 변경이 구현될 수 있다. 이 경우, 광학 엘리먼트에 대한 발광 다이오드의 상대적 위치 변동에 의해 예컨대 빔 코운의 방향이 곡선의 곡률을 따를 수 있다.
상기 자동차 헤드라이트의 적어도 1개의 실시예에 따르면, 상기 헤드라이트가 적어도 2개의 발광 다이오드를 갖는다. 바람직하게는 상기 발광 다이오드들이 상이한 입체각 범위를 조명하도록 헤드라이트 내에 배치된다.
즉, 예컨대 -적어도 1개의 발광 다이오드를 포함하는- 제 1 그룹의 발광 다이오드들의 주 방사 방향은 자동차로부터 직선 방향으로 먼 쪽을 향하는 반면, 다른 발광 다이오드들의 주 방사 방향들은 상기 그룹의 주 방사 방향과 함께 각을 형성한다. 이때, 상기 다른 발광 다이오드들은 예컨대 자동차의 커브 주행시 접속될 수 있으며, 그 결과 헤드라이트에 의해 방사된 광의 방향이 상기 커브의 진행 양상을 뒤따르게 된다. 이를 위해 상기 발광 다이오드가 예컨대 적절하게 성형된 연성 회로 기판 위에 설치될 수도 있다.
바람직하게는 상기 헤드라이트가 자동차의 주행 방향에 기초하여 발광 다이오드를 스위칭하는데 적합한 스위칭 장치를 포함한다. 즉, 상기 스위칭 장치는 예컨대 자동차의 조향 장치에 직접 결합될 수 있다. 이 경우, 조향 운동에 의해 적절하게 장착된 발광 다이오드의 스위치-온이 구현된다. 직선 방향으로 광을 방사하는 발광 다이오드는 커브 주행시 스위칭 장치에 의해 감광되거나 스위치-오프될 수 있다. 조향 장치가 다시 직선 주행을 위한 위치로 이동되면, 코너링 라이트(cornering light)용 발광 다이오드가 스위칭 장치에 의해 다시 스위치-오프된다.
하기에서는 실시예들 및 상기 실시예와 관련된 도면들을 참고로 전술한 자동차 헤드라이트를 더 상세히 설명한다. 실시예들 및 도면들에서 동일한 구성 요소들 또는 동일한 작용을 하는 구성 요소들은 각각 동일한 도면 부호를 갖는다. 도시된 요소들은 정확한 축척에 맞게 도시한 것이 아니며, 오히려 더 나은 이해를 돕기 위해 훨씬 더 크게 도시되었을 수 있다.
도 1은 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 빔 경로를 제 1 실시예에 따라 제어 가능하게 조작하기 위한 장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 빔 경로를 제 2 실시예에 따라 제어 가능하게 조작하기 위한 장치의 개략적 사시도이다.
도 3A, 3B 및 3C는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 빔 경로를 제 3 실시예에 따라 제어 가능하게 조작하기 위한 장치의 개략적 사시도이다.
도 4는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 빔 경로를 제 4 실시예에 따라 제어 가능하게 조작하기 위한 장치의 개략적 사시도이다.
도 5는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 빔 경로를 제 5 실시예에 따라 제어 가능하게 조작하기 위한 장치의 개략적 사시도이다.
도 6A는 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 개략적 사시도이다.
도 6B는 발광 다이오드 광학 장치를 구비한, 제 1 실시예에 따른 발광 다이 오드의 개략적 사시도이다.
도 1은 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로(21, 22)의 제어 가능한 조작을 위한 장치를 구비한 발광 다이오드(20)의 개략적 사시도이다.
상기 장치는 다각형 휠 미러(10)이다. 상기 다각형 휠 미러(10)는 반사면들(11a, 11b 및 11c)을 갖는다. 또한, 상기 다각형 휠 미러(10)는 추가 반사면을 가질 수 있다. 최대 반사면 개수는 예컨대 다각형의 모서리 수에 의해 결정될 수 있다.
다각형 휠 미러(10)의 반사면들(11a, 11b 및 11c)의 광학 특성은 서로 상이할 수 있다. 상기 반사면들은 예컨대 상기 반사면들에 부딪치는 발광 다이오드(20)의 빔(21)을 포커싱하거나 산란시키는데 적합할 수 있다. 반사면들(11a, 11b 및 11c)의 광학 특성은 상기 반사면들에 의해 반사된 빔(22)의 방사 특성을 결정한다. 즉, 상기 반사면들(11a, 11b 및 11c)은 반사된 빔(22)의 빔 정형, 세기 분포, 색상, 방향 및 끼인각을 결정할 수 있다.
예컨대 상기 반사면들(11a, 11b, 11c) 중 하나는 샌드페이퍼 미러를 포함할 수 있다. 이 샌드페이퍼 미러는 울퉁불퉁한 반사 표면을 갖는다. 입사광(21)은 상기 샌드페이퍼 미러에서 확산성으로 반사된다. 이러한 방식으로 예컨대 타운 라이트에 매우 적합한 헤드라이트의 방사 특성이 구현될 수 있다. 즉, 자동차의 전방 공간이 최대한 넓게 조명된다.
다른 방사면들(11a, 11b, 11c)은 예컨대 헤드라이트의 하향 빔 회로, 상향 빔 회로 또는 고속도로 빔 회로에 적합할 수 있다.
바람직하게는 다각형 휠 미러(10)가 자신의 세로축(12)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된다. 이 경우, 다각형 휠 미러의 회전은 - 화살표 13으로 표시된 것처럼- 제 1 반사면(11a) 대신 다른 반사면(11b, 11c)이 조명되는 각도만큼 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 다각형 휠 미러(10)가 회전축(12)을 중심으로 회전함으로써 상이한 방사 특성 간 스위칭이 가능해진다.
다각형 휠 미러(10)의 작은 각 회전이, 입사광(21)이 한 반사면(11a)에 부딪치는 각도가 변동하는 방식으로 실시되면, 그렇지 않은 경우 방사 특성이 거의 변동하지 않을 때 빔의 방사 방향이 상기 회전에 의해 조정될 수 있다. 다각형 휠 미러(10)의 이러한 회전은 예컨대 커브 주행시 헤드라이트의 빔 코운 또는 헤드라이트의 빔 코운의 일부가 커브의 곡률을 뒤따르도록 하는데 적합하다.
즉, 회전 가능하게 장착된 다각형 휠 미러는 총체적으로 다양한 조명 상태 및 다양한 방사 방향의 조정을 가능하게 하는 장치이다.
또한, 상기 다각형 휠 미러(10)는 예컨대 세로축(12)에 횡으로 뻗는 축(14)을 중심으로 회전할 수 있게 장착될 수도 있다. 이러한 방식으로 반사된 빔(22)의 방향이 예컨대 도로쪽 또는 도로로부터 먼쪽을 향할 수 있다. 그럼으로써 자동차의 기울기가 보상될 수 있다.
도 2에는 발광 다이오드(20)에 의해 방사된 빔(21, 22)의 제어 가능한 조작을 위한 장치의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 도시된 장치는 원통형 미러(cylindrical mirror)(30)이다. 상기 원통형 미러(30)는 원통 단면에 의해 형성 된 반사면(31)을 갖는다. 상기 반사면은 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 반사하는데 적합하다. 상기 반사면(31)의 광학 특성은 반사된 빔이 원하는 방사 특성을 갖도록 선택될 수 있다.
상기 원통형 미러(30)는 자신의 세로축(32)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 화살표 33으로 표시된, 상기 세로축(32) 중심의 회전에 의해 반사된 빔의 방향이 조정될 수 있다. 예컨대 반사된 빔(22)의 방사 방향은 커브 주행시 커브의 곡률을 따를 수 있다. 원통형 미러와 발광 다이오드의 상호 배치에 따라, 원통형 미러의 회전에 의해 자동차의 기울기가 보상될 수도 있다.
또한, 상기 원통형 미러는 예컨대 세로축(32)에 대해 수직으로 뻗는 가로축(35)을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.
도 3A 내지 3C에는 발광 다이오드(20)의 빔 경로(21, 22)의 제어 가능한 조작을 위한 장치의 제 3 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예들에서는 발광 다이오드 후방에 렌즈, 예컨대 투영 렌즈(50)가 배치된다. 발광 다이오드(20)는 예컨대 투영 렌즈(50)의 광축(51) 상에 놓이는 렌즈(50)의 초점면(focal plane) 내에 존재한다. 본 실시예에서는 발광 다이오드(20)의 빔 경로의 제어 가능한 조작을 위한 장치로서 쐐기형 플레이트(40)가 사용된다. 이 쐐기형 플레이트(40)는 예컨대 유리와 같은 투명 재료를 포함하며, 끼인각(φ)을 갖는다. 바람직하게는 상기 쐐기형 플레이트(40)가 투영 렌즈(50)의 광축(51)에 대해, 이중 화살표(53)로 표시된 것처럼, 횡으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 쐐기형 플레이트(40)는 발광 다이오드(20)의 빔 경로 내부 및 외부로 이동할 수 있다.
도 3B에는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔(21)의 일부가 쐐기형 플레이트(40)를 투과하도록 상기 쐐기형 플레이트(40)가 발광 다이오드(20)의 빔 경로 내로 이동된 모습이 도시되어 있다. 빔(21)은 쐐기형 플레이트(40)의 통과시 굴절된다. 그 결과, 쐐기형 플레이트(40)를 투과하는 빔의 일부와 관련하여 렌즈(50)에 대한 발광 다이오드(20)의 상대적 광학 위치 및 광학 거리가 변동한다.
도 3C에는 발광 다이오드에 의해 방사된 빔의 대부분 또는 전체가 쐐기형 플레이트(40)를 투과하도록 상기 쐐기형 플레이트(40)가 발광 다이오드(20)의 빔 경로 내에 배치된 모습이 도시되어 있다.
쐐기형 플레이트(40)에서의 빔(2)의 굴절도는 사용된 재료의 굴절율 및 끼인각(φ)에 의해 결정된다. 발광 다이오드의 빔 경로 내에서의 쐐기형 플레이트(40)의 운동에 의해 예컨대 상이한 방사 특성 간의 연속 스위칭이 가능해진다. 이러한 방식으로 예컨대 타운 라이트, 하향 빔, 상향 빔 및 고속도로 빔 간의 부드러운 스위치-오버가 가능하다.
도 4에는 발광 다이오드(20)에 의해 방사된 빔의 제어 가능한 조작을 위한 장치의 제 4 실시예가 도시되어 있다. 상기 장치는 전압(61)의 인가에 의해 변동 가능한 광학 특성을 가진 엘리먼트(60)이다. 예컨대 상기 엘리먼트(60)는 고압 멤브레인, 스위칭 가능한 확산판, 셀프 다크닝 글래스(self-darkening glass) 또는 일렉트로 크롬 물질 중 적어도 1개의 요소를 포함한다.
스위칭 가능 확산판에서는 예컨대 전압의 인가에 의해 투명 유리가 우윳빛 유리로 스위치-오버될 수 있다. 이러한 방식으로 발광 다이오드의 빔이 산란 및 확장됨으로써, 자동차 전방 공간이 균일하게 조명된다. 따라서 간단한 방식으로 자동차 헤드라이트의 타운 라이트가 구현될 수 있다. 산란 정도는 예컨대 인가되는 전압(61)의 크기에 의해 조정될 수 있다.
상기 엘리먼트로서 고압 멤브레인이 제공되는 경우, 상기 엘리먼트에 의해 적응형 광학 장치가 구현될 수 있다. 즉, 고압 멤브레인으로 전압(61)이 인가되면 상기 고압 멤브레인의 굴절율이 변한다. 이러한 방식으로 타운 라이트, 하향 빔, 상향 빔 및 고속도로 빔과 같은 상이한 방사 특성 간 스위치-오버가 가능해진다.
상기 재료로서 셀프 다크닝 글래스 또는 일렉트로 크롬 물질이 사용되는 경우, 전압(61)의 인가에 의해 방사된 광(22)의 세기 및 색상이 조정될 수 있다.
도 5에는 광학 엘리먼트, 예컨대 투영 렌즈(70)에 대한 발광 다이오드(20)의 상대적 배치가 도시되어 있다. 바람직하게는 광학 엘리먼트에 대해 발광 다이오드가 상대적으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 발광 다이오드는 화살표(73)로 표시된 방향을 따라 이동할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드는 투영 렌즈(70)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 예컨대 상기 발광 다이오드(20)는 자신의 주 방사 방향이 투영 렌즈(70)의 광축(71) 상에 놓이지 않도록 장착될 수 있다. 렌즈(70)에 대한 발광 다이오드(20)의 거리 변동에 의해 발광 다이오드로부터 방사된 빔이 도로로 투영되는 각도가 조정될 수 있다. 그럼으로써 발광 다이오드(20)와 투영 렌즈(70) 사이의 거리 변동으로 인해 간단하게 발광 다이오드(20)의 빔이 예컨대 커브의 곡률을 뒤따를 수 있다.
도 6A에는 발광 다이오드(20)의 한 실시예의 개략적 사시도가 도시되어 있다. 도 6B에는 발광 다이오드 광학 장치(9)를 구비한 발광 다이오드(20)가 도시되어 있다.
발광 다이오드(20)는 예컨대 5개의 발광 다이오드 칩(1)을 포함한다. 발광 다이오드 칩(1)은 예컨대 각각 최소 20 lumen/watt의 광효율을 갖는 박막 발광 다이오드 칩(22)이다.
즉, 상기 발광 다이오드 칩들(1)에서는 발광 다이오드 칩의 에피택셜 성장 층들을 위한 성장 기판이 얇아지거나 완전히 제거된다. 이 경우, 본래의 성장 기판으로부터 먼쪽을 면하는, 상기 에피택셜 성장층의 표면이 지지 엘리먼트 위에 적층된다. WO 02/13281 A1 또는 EP 0905797 A2에는 박막 구조의 광전 반도체 칩의 예가 기술되어 있으며, 상기 광전 반도체 칩의 박막 구조와 관련한 공개 내용은 인용을 통해 본 특허 출원서에 명백히 포함될 것이다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드 칩(1)은 청색 스펙트럼 영역의 광을 발생시키는데 적합하다. 이때, 상기 발광 다이오드 칩(1)의 후방에 발광 변환 물질이 배치된다. 상기 발광 다이오드 칩(1)에 의해 방사된 빔의 주파수 변환 성분은 비변환 성분과 혼합되어 바람직하게 백색 광을 생성한다.
상기 발광 다이오드 칩(1)은 예컨대 하우징(2)의 바닥(2a)에 배치된다. 상기 하우징(2)은 예컨대 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 하우징(2)이 적어도 국부적으로 반사성을 띄도록 설계된 내벽들을 포함한다. 상기 하우징(2)의 내벽들은 예컨대 비 이미지(non-imaging) 광 집중기의 형태로 설계될 수 있으며, 상기 비 이미지 광 집중기가 역방향으로 투과됨에 따라 발광 다이오드 칩(1)에 의해 방사된 빔이 시준된다. 발광 다이오드 칩(1)의 주 방사 방향으로 하우징(2)의 내벽들의 후방에, 비 이미지 광 집중기의 형태로 설계될 수 있는 발광 다이오드 광학 장치(9)가 배치될 수 있다.
발광 다이오드 칩(1)은 하우징(2)의 외부에서 접촉면들(3)에 접촉된다. 도체 트랙들(4)이 상기 접촉면들(3)을 접점들(7)과 연결하고, 상기 접점들을 통해 발광 다이오드(20)가 외부와 접촉될 수 있다. 예컨대 자동차의 전원 시스템으로의 발광 다이오드(20)의 접속은 메이팅 플러그(mating plug)(6)에 플러그가 접속됨으로써 이루어질 수 있다. 적어도 1개의 배리스터(5)가 발광 다이오드(20)의 과전압 보호 장치로서 작용한다. 메이팅 플러그(6), 배리스터(5) 및 하우징(2)은 예컨대 금속 코어 기판(8) 위에 배치되며, 상기 금속 코어 기판은 인쇄회로기판의 기능을 가질 뿐만 아니라 발광 다이오드 칩(1)의 구동시 발생한 열의 열전도 요소로도 작용한다.
이 경우, 금속 코어 기판(8) 위에 또는 발광 다이오드(20)의 외부에 발광 다이오드 칩(1)의 감광을 위한 장치가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 광도의 변화를 통해 날씨 또는 조명 조건과 같은 외부의 환경에 모듈의 방사 특성이 추가로 매칭될 수 있다. 또한, 발광 다이오드(20)에 의해 방사된 광의 강도 변동은 목적에 맞는 개별 발광 다이오드 칩(1)의 스위치 온/오프를 통해서도 가능하다.
1개의 헤드라이트가 전술한 발광 다이오드(20)를 여러 개 포함할 수 있다. 그럼으로써 도 1 내지 도 5에 도시된 장치에 2개 이상의 발광 다이오드(20)가 할당 될 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드들(20)은 각각 자동차 외부의 특정 입체각 범위를 조명하도록 헤드라이트 내에 배치될 수 있다. 그러한 경우, 커브 주행시 헤드라이트의 광원뿔이 예컨대 커브의 곡률을 따르도록 발광 다이오드들이 스위치-온되거나 스위치-오프될 수 있다.
본 발명은 실시예들에 기초한 상기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징뿐만 아니라 특히 청구항의 특징들의 각각의 조합을 내포하는 각각의 특징 조합을 포함하며, 이는 비록 상기 특징들 또는 상기 조합 자체가 청구의 범위 또는 실시예에 명시되어 있지 않더라도 마찬가지다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 제 102005020085.0-42호의 우선권을 주장하며, 상기 우선권 문서들의 공개 내용은 인용을 통해 본 특허 출원서에 명백히 포함될 것이다.

Claims (24)

  1. 자동차 헤드라이트로서,
    적어도 1개의 발광 다이오드(1), 및
    상기 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔의 빔 경로(21, 22)의 제어 가능한 조작을 위한 장치(10, 30, 40, 60)를 포함하는 자동차 헤드라이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 반사시키기에 적합한, 자동차 헤드라이트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 굴절시키는데 적합한, 자동차 헤드라이트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 산란시키는데 적합한, 자동차 헤드라이트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 흡수하는데 적합한, 자동차 헤드라이트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)이 주파수를 변환하도록 하는데 적합한, 자동차 헤드라이트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10, 30, 40, 60)는 발광 다이오드(1)에 의해 방사된 전자기 빔(21)을 필터링하는데 적합한, 자동차 헤드라이트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 편향 미러를 포함하는, 자동차 헤드라이트.
  9. 제 8 항에 따른 자동차 헤드라이트 엘리먼트로서,
    상기 편향 미러(10, 30)는 회전 가능하게 장착되는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 편향 미러는 다각형 휠 미러(10)를 포함하는, 자동차 헤드라이트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다각형 휠 미러(10)는 적어도 2개의 반사면(11a, 11b, 11c)을 갖는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 다각형 휠 미러(10)는 상기 미러의 회전에 의해 상이한 반사면(11a, 11b, 11c)이 조명될 수 있도록 회전 가능하게 장착되는, 자동차 헤드라이트.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 쐐기형 플레이트(40)를 포함하는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 쐐기형 플레이트(40)는 발광 다이오드의 빔 경로(21, 22) 내에서 이동할 수 있는, 자동차 헤드라이트.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 전압 인가를 통해 조정 가능한 광학 특성을 갖는 엘리먼트(60)를 포함하는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 엘리먼트(50)는 일렉트로 크롬 물질을 함유하는, 자동차 헤드라이트.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 엘리먼트(60)는 셀프 다크닝 글래스(self-darkening glass)를 포함하는, 자동차 헤드라이트.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘리먼트(60)는 스위칭 가능한 확산판을 포함하는, 자동차 헤드라이트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 확산판에 의한, 전자기 빔의 산란 정도는 상기 확산판에 인가되는 전압에 좌우되는, 자동차 헤드라이트.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 엘리먼트(60)의 굴절율이 상기 전압에 좌우되는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 광학 엘리먼트에 대한 발광 다이오드의 상대적 위치를 변동시키 는데 적합한, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광학 엘리먼트는 적어도 1개의 렌즈(70)를 포함하는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 입체각 영역을 조명하는데 적합하도록 배치된 적어도 2개의 발광 다이오드를 포함하는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    자동차의 주행 방향에 따라 발광 다이오드들(1)을 스위칭하는데 적합한 스위칭 장치를 포함하는, 자동차 헤드라이트 엘리먼트.
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