KR20140054154A - 헤드램프용 led 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일종의 차량 헤드램프용 LED 광원에 관한 것이며, 이의 LED 광원은 연속적으로 발광하는 광 밴드(1)이다. 상기 LED 광원은 이미징 원리를 이용하여 광원을 면 광원인 광 밴드로 설계하여, 구조가 간단하며, 헤드램프의 부품을 감소시켰으며, 원가 또한 낮으며, 실시가 용이하며, 조명효과도 양호하다.

Description

헤드램프용 LED 광원{LED LIGHT SOURCE FOR HEADLAMP}
본 발명은 일종의 광원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일종의 차량 헤드램프용 LED 광원에 관한 것이다.
공지된 기술에 의하면, 세계적으로 개발된 LED 차량 헤드램프 중 비교적 선진적이면서 또한 실용 가치가 있는 구조는 다음과 같이 귀납해볼 수 있다.
1. 멀티렌즈그룹형. 하나의 집광렌즈와 하나의 LED로 하나의 렌즈그룹을 구성한 것으로서, 하나의 광속을 투사하면 스크린에 하나의 광점이 조명된다. 상향빔 혹은 하향빔의 요구표준에 따라, 요구되는 조도 분포에 부합하도록 다수의 렌즈 그룹을 통해 생성된 광점을 연결하여 광 밴드를 형성하는데, 이러한 구조는 부피가 크고, 원가가 높으며, 공정이 어렵다.
2. 자유면 투광렌즈형. 헤드램프를 하나의 집광렌즈와 하나의 LED로 구성하되, 광속의 투사로 형성된 광점이 조도의 요구표준에 부합되도록 집광렌즈의 굴절광면을 더 이상 회전곡면이 아닌 자유곡면으로 설계한 것이다. 이러한 구조는 매우 높은 LED 발광 밀도가 요구되며, 발광 밀도는 즉 발광면상의 Lm/mm2값으로서, 하향빔에는 사용이 가능하지만 상향빔에는 사용하기 어렵다.
3. 반반사미러-투광렌즈형. 이러한 구조는 투광렌즈형 HID 램프와 동일한데, LED를 축선을 따라 절개한 반쪽의 HID 램프로만 사용하므로, 하향빔에만 적용될 수 있다.
이상의 구조들은 설계개념에 LED가 점광원이라는 관념이 포함되어 있기 때문에, HID램프를 계속 사용할 경우 결국 만족스러운 결과를 얻을 수 없음을 드러내고 있다.
LED 광원은 전형적인 면광원이며, 지금까지 단일한 LED의 최고 발광 밀도는 100 Lm/mm2로서, 200 Lm/mm2 이상에 도달하기란 거의 불가능하다. HID의 발광 밀도는 1000 Lm/mm2이상이며, 할로겐렘프의 발광 밀도 역시 400 Lm/mm2 이상이다.
그러므로 상기 구조는 LED를 광원으로 사용하는 구조에 있어서, 구조가 복잡하고 광 에너지의 이용율이 낮다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 일종의 헤드램프용 LED 광원을 제공하는 것으로서, 에너지를 절약하고, 비용을 절감하며, 광 에너지 이용율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 헤드램프용 LED 광원에 있어서, 상기 LED 광원은 연속적으로 발광하는 광 밴드인 것을 특징으로 한다.
광 밴드의 각 포인트당 발광 밀도 공식은 A×E1×F2=E2×L2로서, 여기서 A는 이미징 렌즈 집광계수이고, F는 이미징 렌즈의 촛점거리이며, L은 투사거리이며, E1은 광 밴드 발광 포인트의 발광 밀도이며, E2는 E1의 발광점이 검출 스크린상의 이미지 포인트 요구표준에 대응하는 조도이다. 광 밴드상의 발광 포인트 좌표 공식은 X, Y = 실제 이미지 포인트의 좌표 / 확대배율이고, 확대배율 = 조명거리 / 이미징 렌즈의 촛점거리이다.
광 밴드가 하향빔 광원일 때, 광 밴드는 곡면이다.
광 밴드는 일체형이다.
광 밴드는 분리형이며, 연결부분에 발광 사각지대가 없다.
광 밴드의 발산각은 60도 보다 작고, 0도 보다 크다.
광 밴드가 상향빔 광원일 때, 광 밴드는 평면이다.
광 밴드가 하향빔과 상향빔의 결합 광원일 때, 상향 광원은 하향 광원의 중심에 배치된다.
하향빔과 상향빔의 결합 광원일 때, 상향빔 광원으로써 작동해야 할 경우 상향빔 광원에 맞추어 발광 포인트의 발광 조도를 제어하고, 하향빔 광원일 때, 중심의 상향빔 광원이 하향빔 광원의 발광 조도에 따라 작동하도록 제어한다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 이미징 원리를 이용하여 광원을 면 광원인 광 밴드로 설계하여 구조가 간단하며, 헤드램프의 부품이 감소하여 원가가 낮으며, 실시가 용이하고, 조명효과도 양호하다. 설사 발광 밀도가 낮고 원가가 저렴하더라도 용이하게 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명을 헤드램프 조명에 응용한 구성도;
도 2는 국가표준 GB21259-2007 규정에 따른 하향빔 조명영역의 조도요구도;
도 3은 본 발명을 전개한 후 도 2에 대응시킨 조도요구도;
도 4는 본 발명의 형상 설명도;
도 5는 본 발명의 분리형 설명도;
도 6은 국가표준 GB21259-2007 규정에 따른 상향빔 조명영역의 조도유구도;
도 7은 본 발명의 상향빔 조명을 도 6에 대응시킨 광 밴드의 조도유구도;
도 8은 본 발명의 하향빔과 상향빔의 일체도.
도면에서: 1: 광 밴드; 2: 이미징 렌즈; 3: 조명영역.
이하, 실시예는 첨부된 도면과 함께 본 발명의 기술방안에 대해 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
본 발명인 헤드램프용 LED 광원은, LED 광원이 연속적으로 발광하는 광 밴드이며, 광 밴드의 각 포인트당 발광 밀도 공식은 A×E1×F2=E2×L2이며, 여기서 A는이미징 렌즈 집광계수이며, F는 이미징 렌즈의 촛점거리이며, L은 투사거리이며, E1은 광 밴드 발광 포인트의 발광 밀도이며, E2는 E1의 발광점이 검출 스크린상의 이미지 포인트 요구표준에 대응하는 조도이다. 광 밴드상의 발광 포인트 좌표 공식은 X, Y = 실제 이미지 포인트의 좌표 / 확대배율이고, 확대배율 = 조명거리 / 이미징 렌즈의 초점거리이며, 광 밴드가 하향빔 광원일 때, 광 밴드는 곡면이며, 광 밴드는 일체형이며, 광 밴드의 발산각은 45도 이다. 조명영역 P2 부분의 조도 E2 (단위 Lx)는 광 밴드상의 공액점 P1 부분의 발광밀도 E1 (단위 Lm/mm2)과 대응된다.
도 2는 25미터 떨어진 조명영역의 검출 스크린에서 테스트한 것으로서, 국가 표준 테스트에 따른 각 포인트의 조도요구는 표 1과 같다.
Figure pct00001
도 2에서의 치수 단위는 cm이고, h-h와 v-v선은 하향빔의 기준축선을 지나는 수평 및 수직면과 서로 교차하며, 각 H3-HV-h는 45도 이다. h-HV-H3-H4는 하향빔 조명의 컷오프라인이다. h-h는 상향빔 조명영역의 수평중심선이다. a는 도시한 치수가 비율에 따르지 않았음을 나타낸 것이다. 국가 표준 GB21259-2007 규정에 따르면, 표1 중 HV의 이미지 포인트의 조도는 1Lx 미만이고, 테스트 포인트 4의 이미지 포인트의 조도는 20Lx 미만이며, 테스트 포인트 5의 이미지 포인트 조도는 30Lx 미만이며, 표1 중 나머지 테스트 포인트는 모두 표 1의 각 수치보다 작지 않다.
이미징 렌즈 F=40mm를 예로 들면, 도 2에 따른 조명영역상의 검출 포인트를 광 밴드에 대응시킨 발광 포인트 좌표는 도 3에 도시된 바와 같다.
도 2에서 검출 포인트 3의 좌표는 (50, 25) 이며, 도 3에 도시된 바와 같이 공식에 따른 광 밴드상의 발광 포인트 좌표공식은 X, Y = 실제 이미지 포인트 좌표 / 확대배율, 확대배율 = 조명거리 / 집광렌즈의 촛점거리이다. 도 3에서 v-v와 h-h의 교차점 좌표를 (0, 0)이라 하였는데, v-v선은 광 밴드의 수직 중심선이고, h-h는 수평 중심선이다. 그렇다면 광 밴드상의 발광 포인트 3의 좌표는 다음과 같다. 확대 배율=25000/40=625, X ，Y= （ 50 ， -25 ） /625= （ 0.8,-0.4 ）이며，단위는 mm이다.
이와 같이 유추하면, 발광 포인트 4의 좌표는 X, Y = (-2.4, -0.6)이고; 발광 포인트 5의 좌표는 X, Y=（-2.4，-1.2）이다. 발광 포인트 6의 좌표는 X，Y=（0，-0.6）이다. 발광 포인트 7의 좌표는 X，Y=（1.2，-0.6）이다. 발광 포인트 8의 좌표는 X，Y=（-6.336，-1.2）이다. 발광 포인트 9의 좌표는 X，Y=（6.336，-1.2）이다. 발광 포인트 10의 좌표는 X，Y=（-10.72，-1.2）이다. 발광 포인트 11의 좌표는 X，Y=（10.72，-1.2）이다. 발광 포인트 12의 좌표는 X，Y=（-14.56，-2）이다. 발광 포인트 13의 좌표는 X，Y=（14.56，-2）이다. 전체 광 밴드의 투영 길이는 29.12mm이며，너비는 3.5mm이다.
광 밴드상의 각 발광 포인트의 발광 밀도는 공식에 따르면 각 포인트당 발광 밀도의 공식은 A×E1×F2=E2×L2로서 표 2와 같은 수치를 획득할 수 있다. 단위는 Lm/mm2이며, 이미징 렌즈의 집광계수 A는 0.45이다.
Figure pct00002
획득된 발광 포인트는 아래 조건을 만족시켜야만 국가 요구표준을 통과할 수 있다. 표 2에서의 수치는 임계치이며, 발광 포인트 hv 의 발광 밀도는 0.86Lm/mm2미만이고, 발광 포인트 4의 발광 밀도는 17.4Lm/mm2 미만이며, 발광 포인트 5의 발광 밀도는 26Lm/mm2 미만이며, 표 2 중 나머지 발광 포인트는 표 2 중의 각 수치보다 작지 않다.
실시예 2
실시예 1에서의 광 밴드는 분리형으로, 도 4 와 5에 도시된 바와 같이 8개의 광 밴드를 이어서 연결시키며, 또한 연결부위에 발광 사각지대가 없으며, 광 밴드의 발산각은 55도 이다. 기타는 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
실시예 1에서의 광 밴드의 발산각은 5도이다. 기타는 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
실시예 1에서의 광 밴드의 발산각은 30도이다. 기타는 실시예 1 과 동일하다.
실시예 5
실시예 1의 광 밴드가 상향빔 광원 일 때, 광 밴드는 평면이며, 국가 표준에 따라 25미터 떨어진 조명영역에서 테스트하였다. 도 6 중의 치수 단위는 cm이고, h-h 와 v-v 선은 수평 중심선과 수직 중심선이며, HV는 중심이며, HV 각 측의 두개 검출 포인트는 HV와의 간격이 각각 112.5cm와 225cm이다. 광 밴드의 발산각은 50도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 이미징 렌즈 F=56mm를 예로 들면, 도 6중의 5개의 검출 포인트가 상향빔 광 밴드상의 5개의 발광 포인트에 대응하는 좌표는 각각 (0，0）, （2.5，0）, （5，0）, （-2.5，0）, （-5，0）이다. 국가 표준에 따른 5개의 검출 포인트 조도는 HV가 70-180Lx이며, HV 좌우 양측은 40Lx 보다 크며, 가장 외측의 두 포인트는 10Lx 보다 크다. 공식에 따르면 광 밴드상의 5개의 발광 포인트에 대응하는 발광 밀도는 아래와 같다. 상향빔 광 밴드의 발광 포인트 (0,0)은 31--80Lm/mm2이고，발광 포인트 （2.5，0）와 （-2.5，0）은 18 Lm/mm2이며，（5，0）와 （-5，0）는 4.5 Lm/mm2이다. 도 7에서의 치수 단위는 mm이다.
실시예 6
도 8에 도시된 바와 같이 광 밴드가 하향빔과 상향빔의 결합 광원일 때, 상향빔의 광 밴드는 하향빔 광 밴드의 중심에 배치된다. 하향빔과 상향빔의 결합광원일 때, 상향빔 광원으로써 작동해야 할 경우, 상향빔 광원에 맞추어 발광 포인트의 발광 조도를 제어하고, 하향빔 광원으로써 작동하는 경우, 중심의 상향빔 광원이 하향빔 광원의 발광 조도에 따라 작동하도록 제어한다. h、HV、H3、H4는 하향빔의 컷오프라인으로, h、HV、H3、H4의 하부 영역이 하향빔 조명 광원이며, 하향 빔 광원 요구에 맞게 제작한다. A、B、C、D 이내는 상향빔 조명영역이다. A、B、J、H3、HV、G는 상향빔과 하향빔 조명 광원의 중첩영역이다. 컷오프라인, 상향빔 조명영역, 하향빔 조명영역 3 부분을 함께 패키징한다. 하향빔을 켜는 동시에 컷오프라인이 나타나고, 상향빔을 켜면 상향빔과 하향빔이 동시에 조명된다.

Claims (9)

  1. LED 광원은 연속적으로 발광하는 광 밴드인 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  2. 제 1항에 있어서,
    광 밴드의 각 포인트당 발광 밀도 공식은 A×E1×F2=E2×L2이며, 여기서 A는 이미징 렌즈 집광계수이며, F는 이미징 렌즈의 촛점거리이며, L은 투사거리이며, E1은 광 밴드 발광 포인트의 발광 밀도이며, E2는 E1의 발광점이 검출 스크린상의 이미지 포인트 표준 요구에 대응하는 조도이며,
    광 밴드상의 발광 포인트의 좌표 공식은 X, Y = 실제 이미지 포인트의 좌표 / 확대배율이고, 확대배율 = 조명거리 / 집광렌즈의 촛점거리인 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    광 밴드가 하향빔 광원 일 때, 광 밴드는 곡면인 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  4. 제 3항에 있어서,
    광 밴드는 일체형인 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  5. 제 3항에 있어서,
    광 밴드는 분리형이며, 연결부분에 발광 사각지대가 없는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    광 밴드의 발산각은 60도 보다 작으며, 0도 보다 크다는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  7. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    광 밴드가 상향빔 광원일 때, 광 밴드는 평면인 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  8. 제 1 항에 있어서,
    광 밴드가 하향빔과 상향빔의 결합광원일 때, 상향빔 광원은 하향빔 광원의 중심에 설치되는 것 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.
  9. 제 8 항에 있어서,
    하향빔과 상향빔의 결합 광원일 때, 상향빔 광원으로써 작동해야 할 경우 상향빔 광원에 맞추어 발광 포인트의 발광 조도를 제어하고, 하향빔 광원일 때, 중심의 상향빔 광원이 하향빔 광원의 발광 조도에 맞추어 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 LED 광원.








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