KR20240004948A - 차량 조명을 위한 led 개조품 - Google Patents

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KR20240004948A
KR20240004948A KR1020237041810A KR20237041810A KR20240004948A KR 20240004948 A KR20240004948 A KR 20240004948A KR 1020237041810 A KR1020237041810 A KR 1020237041810A KR 20237041810 A KR20237041810 A KR 20237041810A KR 20240004948 A KR20240004948 A KR 20240004948A
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루카스 쿠퍼
디르크 니에데르스테-베르베크
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

LED 개조 램프는 정렬 특징부들을 갖는 센터링 링을 포함하며, 정렬 특징부들은, 차량 반사체 내의 램프의 장착 위치, 기준 축, 램프의 베이스에서부터 상단 단부까지 기준 축을 따르는 기준 방향, 및 기준 축과 교차하고 공차 박스 베이스측 단부에서부터 공차 박스 상단측 단부까지 기준 방향을 따라 축방향으로 연장되는 공차 박스를 정의한다. 램프는 또한, 기준 축에 횡단방향으로 광을 방출하는 그리고 LED 베이스측 단부에서부터 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장되는 광 방출 영역을 가지는 배열체를 또한 포함한다. LED 베이스측 단부는 기준 방향에서 공차 박스 베이스측 단부로부터 적어도 0.1 ㎜의 축방향 거리를 가지고, LED 상단측 단부는 기준 방향에서 공차 박스 상단측 단부로부터 최대 1.5 ㎜의 축방향 거리를 가진다.

Description

차량 조명을 위한 LED 개조품
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 5월 7일자로 출원된 미국 특허 가출원 제63/185,814호를 우선권 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 본 개시에 포함된다.
발광 다이오드들(light emitting diodes)(LED들)은 우수한 기술적 특성들, 이를테면 에너지 효율과 수명으로 인해 오래된 기술 광원들, 이를테면 할로겐, 가스 방전, 및 크세논, 램프들(흔히 기존 램프들이라고 통칭됨)을 점점 더 많이 대체하고 있다. 이는, 예를 들어, 휘도, 광도, 및/또는 빔 성형(예컨대, 차량 헤드라이팅용)의 측면에서 까다로운 응용분야들의 경우에도 마찬가지이다. 기존 램프들의 광범위한 설치 기반을 고려하면, 이는 광학계(예컨대, 반사체들 및/또는 렌즈들)와 조명기구들과 같은 다른 현존 시스템 컴포넌트들의 계속적인 사용을 허용하면서도, 기존 램프들을 이른바 LED 개조 램프들(줄여서 LED 개조품들)로 일 대 일로 대체하는데 큰 경제적 이익이 있을 수 있다.
LED 개조 램프는 정렬 특징부들을 갖는 센터링 링을 포함하며, 정렬 특징부들은, 차량 반사체 내의 램프의 장착 위치, 기준 축, 램프의 베이스에서부터 상단 단부까지 기준 축을 따르는 기준 방향, 및 기준 축과 교차하고 공차 박스 베이스측 단부에서부터 공차 박스 상단측 단부까지 기준 방향을 따라 축방향으로 연장되는 공차 박스를 정의한다. 램프는 또한, 기준 축에 횡단방향으로 광을 방출하는 그리고 LED 베이스측 단부에서부터 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장되는 광 방출 영역을 가지는 배열체를 또한 포함한다. 가상 LED 베이스측 단부는 기준 방향과 반대로 공차 박스 베이스측 단부에서부터 적어도 0.1 ㎜의 축방향 거리를 가지고, LED 상단측 단부는 기준 방향에서 공차 박스 상단측 단부에서부터 최대 1.5 ㎜의 축방향 거리를 가진다.
다음의 첨부 도면들에 연계하여 예로서 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 얻어질 수 있다:
도 1은 할로겐 H7 램프의 개략적인 단면도이며;
도 2는 2-필라멘트 할로겐 H4 램프의 개략적인 단면도이며;
도 3은 H4 램프를 위한 LED 개조품의 개략적인 단면도이며;
도 4는 기존 램프 필라멘트와 LED 개조품의 LED 배열체들 사이의 상대 크기 및 위치 관계들을 개략적인 단면으로 도시하는 도면이며;
도 5는 차량 헤드라이트 반사체에서 광학적 고려사항들과 함께 크기 및 위치 관계들을 도시하는 LED 개조품에 대한 개략적인 단면도이며;
도 6은 차량 헤드라이트 반사체에서 광학적 고려사항들과 함께 크기 및 위치 관계들을 도시하는 예시적인 LED 개조품에 대한 개략적인 단면도이며;
도 7 및 도 8은 예시적인 LED 개조품에 대한 축방향 위치 파라미터들의 정의를 도시하는 개략적인 단면도들이며;
도 9 및 도 10은 로우 빔에 대한 기존 LED 개조품 및 예시적인 LED 개조품들에 대한 차량 전방의 계산된 조도 레벨들을 도시하는 도면들이며;
도 11 및 도 12는 하이 빔에 대한 기존 LED 개조품 및 예시적인 LED 개조품들에 대한 차량 전방의 계산된 조도 레벨들을 도시하는 도면들이며;
도 13은 LED 개조품을 제조하는 방법의 흐름도이며;
도 14는 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이며; 및
도 15는 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 충분히 설명될 것이다. 이들 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나의 예에서 발견되는 특징들은 추가적인 구현예들을 성취하기 위해 하나 이상의 다른 예들에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시된 예들은 예시 목적만을 위해 제공되고 그것들은 본 개시를 어떠한 식으로도 제한하려는 의도는 아니라는 것이 이해될 것이다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부재 번호는 유사한 엘리먼트들을 가리킨다.
제1, 제2, 제3 등의 용어들이 본 명세서에서 다양한 엘리먼트들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이들 엘리먼트들은 이러한 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이들 용어들은 하나의 엘리먼트를 다른 엘리먼트로부터 구별하는 데에만 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 엘리먼트가 제2 엘리먼트라고 할 수 있고, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 제2 엘리먼트가 제1 엘리먼트라고 할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이란 용어는 연관된 열거 아이템들 중 하나 이상 중 임의의 것 및 모든 조합들을 포함할 수 있다.
층, 영역 또는 기판과 같은 엘리먼트가 다른 엘리먼트 "상에" 있거나 또는 그러한 다른 엘리먼트 "상으로" 연장하는 것으로 지칭될 때, 이는 다른 엘리먼트 상에 직접 있거나 또는 다른 엘리먼트 상으로 직접 연장될 수 있거나 또는 개재하는 엘리먼트들이 또한 존재할 수 있다는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 "상에 직접" 있거나 또는 다른 엘리먼트 "상으로 직접" 연장하는 것으로 지칭될 때, 개재하는 엘리먼트들은 존재하지 않을 수 있다. 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "연결" 또는 "커플링"되어 있다고 말하는 경우, 다른 엘리먼트에 직접 연결 또는 커플링될 수 있으며 그리고/또는 하나 이상의 개재 엘리먼트들을 통해 다른 엘리먼트에 연결 또는 커플링될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 반면에, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "직접 연결된" 또는 "직접 커플링된" 것으로 지칭될 때, 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 존재하는 개재 엘리먼트들은 존재하지 않는다. 이들 용어들은 도면들에서 묘사되는 임의의 배향 외에도 엘리먼트의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도되는 것이 이해될 것이다.
"아래" 또는 "위", "상부", "하부", "수평" 또는 "수직"과 같은 상대적 용어들이 하나의 엘리먼트, 층, 또는 영역의 다른 엘리먼트, 층 또는 영역과의 관계를 도면들에 예시된 바와 같이 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 묘사된 배향 외에도 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도되는 것이 이해될 것이다.
기존 램프의 완전한 기능적인 대체를 제공하는 LED 개조품의 경우, 일반적인 조명 기술 요건들 외에도, LED 개조품들은 다른 시스템 컴포넌트들의 지속적인 사용에 의해 더 제한될 수 있다. 휘도 및 각도 배광(angular light distribution)과 같은 조명 기술 데이터 외에도, LED 개조품이 자신이 대체하는 기존 램프와 동일한 설치 공간에 맞아야 하기 때문에, 크기 및 형상에 관한 기계적 경계조건들이 발생할 수 있다. 할로겐 또는 가스 방전 램프의 조명 기술 데이터를 재현하는 것은 다양한 이유들로 LED에 대해 복잡할 수 있다. 예를 들어, LED들은 기존 램프들과는 상이한 광 방출 패턴을 가질 수 있다. 기존 램프들이 360°로 광을 방출할 수 있는 반면, LED들은 램버시안(Lambertian) 방출 패턴을 가질 수 있다. 추가로, 폐열에도 불구하고 접합부 온도들을 낮게 유지하기 위한 요건 때문에, LED들은 방열판들을 필요로 할 수 있다. 이는 총 설치 공간 요건들을 악화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 자신의 기판 상에 장착된 LED를 할로겐 램프의 필라멘트 또는 가스 방전 램프의 아크보다 덩치를 더 크게 만들 수 있다.
도 1은 할로겐 H7 램프의 개략적인 단면도이다. 도 1에 예시된 예에서, 1-필라멘트 H7 램프(110)는, 차량 헤드라이트 반사체에 따라, 로우 빔 또는 하이 빔을 생성하는데 사용된다.
도 2는 2-필라멘트 할로겐 H4 램프의 개략적인 단면도이다. 도 2에 예시된 예에서, 2-필라멘트 H4 램프(210)는 차량 헤드라이트 반사체에서 하이 빔을 생성하는데 사용될 수 있는 베이스 부근 필라멘트(214a)와 (셔터(218)와 함께) 로우 빔을 생성하는데 사용될 수 있는 상단 부근 필라멘트(214b)를 가진다.
도 1 및 도 2에 예시된 H7 및 H4 램프들과 같은 램프들은 현재 전개된 자동차들에서 여전히 널리 사용된다. 더 많은 에너지 효율적인 LED 램프들에 의한 그것들의 대체는 경제적인 이익이 클 뿐 아니라 환경적인 이점도 상당하다. 이러한 램프들은 미국특허 제10,161,614호에서 더 상세히 설명될 수 있으며, 이는 본 개시에 참조에 의해 포함된다.
도 1 및 도 2의 H7 및 H4 램프들과 같은 기존 램프들에 대한 차량 헤드라이트 반사체들은 이들 램프들의 표준화된 특성들에 기초하여 설계될 수 있다. 이는 크기, 형상, 및 고정(fixation) 특징들과 같은 기계적 특성들, 뿐만 아니라 조명 기술을 포함할 수 있다. 반사체들은, 예를 들어, 이들 램프들의 광원들(예컨대, 도 1 및 도 2의 H7 및 H4 램프들의 필라멘트들(114, 214a, 214b))의 표준화된 크기, 형상, 및 위치를 가정하여 설계될 수 있다. 많은 국가들은 램프들에 대한 이들 요건들을 특정 규정들에 따라 준비한다. 유럽, 일본 및 미국과 같은 경우 특히 중요한 것은, 필라멘트 램프들에 대한 ECE 규정 No. 37과 가스 방전 램프들에 대한 ECE 규정 No. 99와 같은 국제 연합(United Nations) ECE 규정들일 수 있다.
도 1 및 도 2의 H7 및 H4의 필라멘트들(114, 214a, 214b)의 광원들은 램프들의 고정 특징부들을 참조하여 정렬될 수 있다. 도 1 및 도 2에 예시된 H7 및 H4의 경우, 필라멘트들로서의 광원들은 특히 도 1 및 도 2의 센터링 링들(117 및 217)을 참조하여 정렬될 수 있다. 차량 헤드라이트 반사체들은 반사체 목(reflector neck)에서 램프들에 대한 자신들의 고정 특징부들을, 따라서, 특히 램프의 센터링 링을 차지하는 특징부를 참조하여 설계될 수 있다. 이에 의해, 반사체의 반사 표면에 대한 램프의 광원의 상대 위치는 반사체 설계자에게 알려질 수 있다. 대략적으로, 반사체 설계자는 광원이 반사체의 초점에 있는지를 관리할 수 있다. 이러한 기본 요건 외에도, 많은 현대 하이엔드 반사체들은 하이 빔을 위한 긴 범위, 뿐만 아니라 (예컨대, 운전자의 차선 상의) 로우 빔을 위한, 그리고 특히, 로우 빔을 위해 특히 중요한, 다가오는 운전자들의 눈부심의 방지와 같은 빔 특성들을 최적화하기 위해 복합 형상들의 반사 표면을 사용할 수 있다. 많은 국가들은, 예를 들어, 로우 빔을 위한 눈부심 회피를 포함한 이러한 및 유사한 빔 특성들에 대한 엄격한 요건들을 규정한다.
반사체 설계를 가능하게 하기 위해, 램프 규정들은 램프들에 대한 공차 간격들을 특정할 수 있다. 예를 들어, 기준 축 및 기준 평면을 정의한 후, 제한 값들은, 광원(예컨대, 할로겐 램프들을 위한 필라멘트)의 편심률 및 경사에 대해, 주어질 수 있다. 특히, 광원의 크기, 형상, 및 위치를 제한하는 공차 박스가 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 H7 및 H4의 필라멘트들(114, 214a, 214b), 그것들에 대한 규정들에 따라, 이러한 공차 박스 내에 있도록 요구될 수 있다.
이러한 공차 박스들은 광원의 베이스측 단부의 위치가 상단측 단부보다 낮은 공차를 갖도록 전형적으로 비대칭일 수 있다. 예를 들어, ECE 규정 No. 37은, H7 할로겐 램프에 대해, 필라멘트 베이스측 단부의 축방향 위치("e 측정값")를 0.1 ㎜의 공차로 그리고 또한 필라멘트의 축방향 연장부("f 측정값")를 0.1 ㎜의 공차로 특정하여, 필라멘트의 상단측 단부에 대한 0.1 + 0.1 = 0.2 ㎜의 추가 공차를 초래한다. 이러한 더 낮은 공차를 베이스측 단부에서 사용하면, 반사체 설계자들은 전형적으로 베이스측 단부에 가까운 반사체의 초점을 설계할 수 있다.
LED 개조 램프들은 시장에서 비교적 새롭다. 법적으로, 기존 램프들에 대한 규정들은 LED 개조품들에 현재 적용되지 않지만, LED 개조품들에 대한 규정들은 여전히 제정되어야 한다. 현재, 규정들을 적용하는 국가들에서, 제한된 허용치들이 몇 가지 LED 개조품 유형들에 대해서만 존재하고 제한된 수의 차량 헤드라이트 유형들로 제한된다.
위에서 언급된 바와 같이, LED 개조품들은 기존 램프들을, 대략적으로 말해서, 일 대 일로 대체한다. 다르게 말하면, LED 개조품들은 기존 램프의 설치 위치에 물리적으로 맞아야 할 뿐만 아니라, 또한 달리 변경되지 않은 차량 헤드라이트에서 허용 가능한 빔 형상을 획득해야만 한다. 이렇게 하기 위해, 예컨대 기존 LED 개조품들은 기존 램프의 광원의 공차 박스 내에 LED들의 광 방출 영역을 배치함으로써 대체될 기존 램프의 구조와 가능한 가깝게 재현하려고 시도한다.
LED 개조품의 광 방출 영역의 축방향 위치와 관련하여, 공차 박스들의 위에서 논의된 비대칭이 고려될 수 있다. 예를 들어, LED 개조품의 광 방출 영역의 축방향 연장부가 대체될 기존 램프의 것과 상이하면, 공차 박스의 베이스측 단부에 더 낮은 공차가 우선적으로 주어질 수 있고, LED 개조품의 광 방출 영역의 베이스측 단부는 공차 박스의 베이스측 단부에 배치될 수 있다. 그러면, 상단측 단부의 더 큰 편차들은, 공차 박스의 특정된 공차들보다 더 크더라도, 상단측 단부의 편차들이 차량 헤드라이트의 광학 시스템에 덜 유해할 것이라는 가정 하에 허용될 수 있다.
공차 박스에 대한 축방향 접착의 이러한 문제를 완화하기 위해, 위에서 참조에 의해 포함되고 출원인이 동일한 미국특허 제10,1616,14호는 LED들의 축방향 배열체가 할로겐 램프의 필라멘트보다 짧다는 LED 광원의 문제를 다루었다. 그 문서는 LED 배열체의 광 방출 영역을 자신의 상단측 단부 너머로 가상적으로 연장하기 위해 LED 배열체의 상단측 단부에 거울을 제공하는 것을 제안하였다. 보통의 비대칭 고려사항들에 따라, 그 문서는 대체될 할로겐 램프의 필라멘트의 베이스측 단부와 동일한 축방향 위치에 LED 배열체의 베이스측 단부를 배치했다. 거울(415a, 415b)에 의한 LED 배열체의 가상적인 연장은 그러면 할로겐 램프의 필라멘트의 상단측 단부와 대체로 동등한 것으로 가정되는 LED 배열체의 일종의 퍼지 (fuzzy) 상단측 단부를 생성할 수 있다.
LED 개조품의 광 방출 영역의 횡단방향 위치와 관련하여, 위에서 논의된 LED 개조품들의 큰 덩치(bulkiness)로 인해, 그리고 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 공차 박스 내에 머무르는 것은 기술적으로 훨씬 더 어려울 수 있다. 보통은, 종래 기술 LED 개조품들은 자신들의 광 방출 영역들이 공차 박스들의 횡단방항에서 훨씬 바깥쪽에 있다는 사실을 단순히 받아들였다.
LED 개조품들에 있는 다른 문제는 상이한 각도 방사 패턴일 수 있다. LED들은 (램버시안 패턴에서 추가 수단 없이) 절반 공간에서만 방출할 수 있는 반면 필라멘트들 및 가스 방전 아크들은 전체 360° 공간에서 방출할 수 있다. 이는, 예를 들어, H4 램프에 대한 LED 개조품(410)의 단면을 예시하는 도 3에서 도시된 바와 같이, 대향 방출 방향들을 갖는 두 개의 LED 배열체들(414a, 414b)을 기판(412)의 대향 면들에 배치함으로써 전형적으로 해결될 수 있다.
도 3은 예시적인 H4 램프(410)에 대한 LED 개조품의 개략적인 단면도이다. 도 3에 예시된 예에서, LED 개조 램프(410)는 LED 개조 램프(410)를 반사체에 연결하기 위한 커넥터(411)와 길이방향 축(413)을 따라 이어지는 기판(412)을 포함한다. 커넥터(411)는 센터링 링(417)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 기판(412)은 LED들을 위한 열 확산기로서 역할을 해야 할 수 있다. 그러므로 (그리고 또한 기계적 안정성을 위해), 기판(412)은 LED 배열체들(414a, 414b)의 광 방출 영역들이 최소 거리(t) 서로 떨어져 있도록 하는 최소 두께를 가질 수 있다. 유감스럽게도, 이러한 거리(t), 어떤 의미로는 (복합) LED 광원의 두께는, 필라멘트 또는 가스 방전 램프의 직경보다 클 수 있고, 또한 자신의 공차 박스들의 횡단방향 치수보다 클 수 있다. LED 배열체들(414a, 414b)의 각각은 각각의 반사 엘리먼트/거울(415a, 415b)에 인접할 수 있다. 도 3에서, D41a, D41b는 LED 배열체들(414a, 414b)의 축방향 연장 또는 길이를 나타내며, D42a는 센터링 링(417)에서부터 베이스측 (로우 빔) LED 배열체의 시작부분/베이스측 단부까지의 거리를 나타내고, D43a, D43b는 센터링 링(417)에서부터 LED 배열체들(414a, 414b)의 단부들(예컨대, 상단측 단부들)까지의 거리들을 나타낸다. 이는 도 4에서 개략적으로 예시된다.
도 4는 기존 램프 필라멘트와 LED 개조품의 LED 배열체들 사이의 상대 크기 및 위치 관계들을 개략적인 단면으로 도시하는 도면이다. 도 4에 예시된 예에서, 좌측에서는, 대체될 할로겐 램프의 필라멘트(14)가 자신의 공차 박스(14')의 중앙에 위치된다. 필라멘트(14)의 직경(d)은 공차 박스(14')의 횡단방향 치수/폭(w)보다 작을 수 있다. 우측에서는, LED들(1)이 기판(2)의 대향 면들에 장착될 수 있다. 대향 LED들(1)의 광 방출 영역들의 횡단방향 분리거리(transversal separation)(t)(예컨대, LED 광원의 폭 또는 두께(t))는 필라멘트(14)의 직경(d)보다 클 수 있고 많은 경우들에서 훨씬 더 클 수 있고 심지어 필라멘트의 공차 박스의 폭(w)보다 크거나 또는 훨씬 더 클 수 있다.
이러한 큰 횡단방향 치수/폭/두께는 하이 빔 및 로우 빔에 대해 차선의(suboptimal) 빔 형상들을 초래할 수 있다. LED들(1)의 광 방출 영역들 사이의 큰 횡단방향 거리(t)는 사이에 광 생성이 없는 갭을 (예컨대, 기판(2)에서) 야기할 수 있으며, 이 갭은, 차량 헤드라이트 반사체에 따라, 도로 상의 달리 조명된 영역들 상에 이미지화될 수 있다. 다르게 말하면, 이는 헤드라이트 빔에서의 어두운 영역들로 이어질 수 있다. 이러한 어두운 영역들은, 특히 하이 빔의 경우, 짜증나고 심지어 위험할 수 있다. 더욱이, LED들(1)의 광 방출 영역들이 공차 박스(14') 외부에 있으면, 광원은 반사체의 초점에서 벗어날 수 있어서 반사체 설계자가 어떠한 광도 예상하지 못할 수 있다. 이는 헤드라이트 빔의 광 세기의 계획되지 않은 분포로 이어질 수 있고, 반사체 유형에 따라, 로우 빔에 대한 명암 경계 위에서 상당한 광을 초래하며, 따라서 다가오는 차량에 눈부심을 초래할 수 있다.
본 개시에 참조로 포함되는 US 10,458,613호는, 대향하는 LED 배열체들의 빔 방향을 역전시킴으로써 이 문제를 해결한다. 다르게 말하면, LED 배열체들은 기판의 자신들이 장착되는 측으로 방사하지 않고, 대신에, 기판의 투명한 부분을 통해 반대쪽으로 방사할 수 있다. 이는 LED 배열체들의 광 방출 표면들이 서로에게 더 가까워지게 할 수 있다. 이러한 해법은 LED 개조품들의 표준 구성에서 크게 벗어난다.
그러나, 본 개시에서 설명되는 실시예들은, LED 개조품들의 입증된 구성 원리들로부터 벗어날 필요 없이 문제를 해결한다. 기존 램프를 위해 설계된 반사체에서 기존 LED 개조품으로부터 형성되는 빔을 분석함으로써 동일한 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 차량 헤드라이트 반사체에서 광학적 고려사항들과 함께 크기 및 위치 관계들을 도시하는 LED 개조품에 대한 개략적인 단면도이다. 더 구체적으로는, 도 5는 대향하는 LED 배열체들의 광 방출 영역들(1')의 위치를, 도 4에서와 같이, 반사체(20)에서 대체될 할로겐 램프의 필라멘트(14)(및 그것의 공차 박스(14'))의 위치와 비교하여, 도시한다. 반사체의 기존 LED 개조품으로부터의 빔포밍에서, 많은 반사체 유형들에 대해, 반사체(20)의 개구부의 에지(20') 부근의 부분들과 같은 반사 표면의 외주 부분들은 하이 빔의 긴 빔 범위 및/또는 로우 빔의 예리한 컷오프(명암 경계)에 대해 매우 중요할 수 있다는 것이 인식되었다. 이러한 외주 에지(20')에서 알 수 있는 바와 같이, 기준 축(13)에서부터 오프셋된 LED 광 방출 영역들(1')은 반사체 목을 향해 이동된 것으로 보일 수 있다는 것이 또한 인식되었다. 다르게 말하면, 필라멘트(14)와 동일한 횡단방향 위치에 자신들의 베이스측 단부들을 갖도록 위치된 LED 광 방출 영역들(1')에 의해 방출된 광은, 에지(20')에서 보았을 때, 기준 축(13) 상의 가상 광 방출 영역(1'')에서부터 나오는 것으로 보일 수 있으며, 이는, 실제 광 방출 영역들(1')에 비해, 확대되고 기준 방향(13)과 반대로 이동된다.
그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 광 방출 영역의 베이스측 단부에서 낮은 공차들을 유지하는 것은 기존 램프들을 위한 반사체들에 의한 최적의 빔 성형을 위해 매우 중요할 수 있다. 많은 반사체 유형들에 대해, 공차 박스 베이스측 단부 너머로의 이러한 내향 이동(inward shifting)은 하이 빔들의 범위를 줄이고 로우 빔들에 대한 눈부심 발생(과 목표 컷오프 라인 바로 아래의 낮은 밝기)을 초래할 수 있다.
가상 광 방출 영역(1'')은 (실제) 광 방출 영역들(1')을 반사체(20)의 개구부를 향해 이동시킴으로써 공차 박스(14') 속으로 이동될 수 있다는 것이 또한 인식되었다. 이는 도 6에서 단면도로 개략적으로 예시된다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 광 방출 영역들(1')은 가상 광 방출 영역(1'')의 베이스측 단부가 공차 박스(14')의 베이스측 단부와 일치하기까지 (반사체 개구를 향해) 우측으로 이동되었다. 이 예에서, 가상 광 방출 영역(1'')의 상단측 단부는 그러면 공차 박스(14')의 상단측 단부와 또한 일치하였다. 일반적으로, 특정 상대 위치들은, 한편으로는, LED 광 방출 영역들(1')의 횡단방형 분리거리와 같은 LED 개조 램프의 다른 치수들에 따라 달라질 수 있고, 다른 한편으로는, 반사체 길이(L) 및 반사체 개구부의 직경(D)과 같은 반사체 치수들에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, LED 개조 램프의 배열된 LED의 광 방출 영역의 형상 및 위치는 자신의 가상 광 방출 영역의 베이스측 단부가 기준 방향과 반대인 방향에서 공차 박스 베이스측 단부로부터 최대 0.2 ㎜의 축방향 거리를 가지고 가상 광 방출 영역의 상단측 단부가 기준 방향에서 공차 박스 상단측 단부로부터 최대 0.5 ㎜의 축방향 거리를 갖도록 선택될 수 있다. 많은 반사체 유형들에 대해, 이러한 선택된 형상 및/또는 위치는 만족스러운 결과를 산출할 것이고, 추가의 최적화로, LED 개조품들이 자신들이 대체하도록 설계되는 기존 램프들에 필적하거나 또는 심지어 우수한 빔 형상들을 생성하는 것을 허용할 수 있다.
이 상황은 도 7에서 단면도로 개략적으로 예시된다. 도 7에 예시된 예에서, 가상 광 방출 영역(1'')은 공차 박스(14')를 너머서 거리들(vdb, vdt)로 연장된다. 거리(vdb)는 공차 박스 베이스 단부측에서부터 반사체 목을 향해 측정될 수 있고, 거리(vdt)는 공차 박스 상단 단부측에서부터 반사체 개구부를 향해 측정될 수 있다. 본 개시에서 설명된 실시예들에서, vdb를 최대 0.2 ㎜로 그리고 vdt를 최대 0.5 ㎜로 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 공차 박스의 비대칭으로 인해, 베이스측 한계는 상단측 한계보다 더 엄격하거나 또는 훨씬 더 엄격할 수 있다.
가상 광 방출 영역을 기준 박스에 더 가깝게 일치시킴으로써 일부 반사체 유형들에 대해 더 나은 빔 형상들이 획득될 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스측 거리(vdb)에 대한 값들은, 이들 실시예들에서, 베이스측 거리(vdb)가 베이스측 공차 박스 단부 또는 심지어 공차 박스 속으로 0.1 ㎜ 이동한 곳 ― 이는 H7 할로겐 램프의 경우, 규정 ECE 37에 따른 베이스측 필라멘트 단부의 명목 위치일 수 있음 ―과 일치할 수 있는 최대 0.0　mm 및 -0.1　mm가 될 수 있도록 추가로 제한될 수 있다. 상단측 거리(vdt)와 유사하게, 일부 실시예들에서, 상단측 거리(vdt)는, 상단측 공차 박스 단부와 일치하는 것을 넘어 기준 박스를 향해 이동하거나 또는 심지어 공차 박스 속으로 0.1 ㎜ 이동 ― 이는, H7 할로겐 램프의 경우, 다시, 규정 ECE 37에 따른 상단측 필라멘트 단부의 명목 위치일 수 있음 ― 하여, 최대 0.3　mm, 0.1　mm, 0.0　mm, 및 -0.1　mm일 수 있다.
LED 개조품이 대상이 되는 특정 반사체와는 독립적인 위치 간격들과 같은 절대 위치 간격들이 많은 반사체 유형들에 대해 만족스러운 결과들을 산출할 것이라는 것이 또한 인식되었다. 예를 들어, LED 개조 램프의 LED 배열체의 광 방출 영역은 자신의 베이스측 단부가 기준 방향에서 공차 박스 베이스측 단부로부터 적어도 0.1 ㎜의 축방향 거리를 가지면서 그리고 자신의 상단측 단부가 기준 방향에서 공차 박스 상단측 단부로부터 최대 1.5 ㎜의 축방향 거리를 가지면서 위치될 수 있다. 예를 들어, 가상 광 방출 영역과 달리, 자신의 베이스측 단부를 갖는 (실제) 광 방출 영역은 공차 박스를 너머 연장되지 않아야 하지만 반사체 목을 향해 이동되어야 한다.
이 상황은 도 8에서 단면도로 개략적으로 예시된다. 도 8에 예시된 예에서, 광 방출 영역(1')은 공차 박스(14')에 비해 거리들(db, dt)만큼 이동될 수 있다. 거리(db)는 공차 박스 베이스 단부에 대한 광 방출 영역의 베이스 단부의 이동을 나타내고, dt는 공차 박스 상단측 단부에 대한 광 방출 영역의 상단측 단부의 이동을 나타내며, 둘 다는, 이를테면 기준 방향(13)에서, 반사체 목을 향해 측정되었다. 위에서 언급된 바와 같이, db는 적어도 0.1 ㎜로 제한될 수 있고 dt는 최대 1.5 ㎜로 제한될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 공차 박스의 비대칭으로 인해, 베이스측 한계는 상단측 한계보다 공차 박스에 훨씬 더 가까이 밀착될 수 있다.
가상 광 방출 영역의 공차 박스에의 더 엄격한 밀착에 대응하여, (실제) 광 방출 영역의 더 엄격한 위치결정은 일부 반사체 유형들에 대한 훨씬 더 나은 빔 형상들을 산출할 수 있다. 베이스측 거리(db)는 0.3　mm, 0.6　mm, 1.0　mm, 1.4　mm, 및 1.8　mm 중 적어도 하나일 수 있고, 상단측 거리(dt)는 최대로, 1.0 mm, 0.5　mm, 0.3　mm, 및 0.1　mm 중 하나일 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 광 방출 영역(1')의 베이스측 단부의 축방향 위치(db)는 빔 품질에 특히 중요할 수 있다. 0.8 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 값들은 적어도 일부 반사체 유형들에 대해 매우 만족스러운 결과들을 성취할 수 있다. 이는 3.0 ㎜ 내지 3.5 ㎜ 및/또는 구체적으로는, 3.2 ㎜로서 길이(예컨대, LED 배열체의 축방향 연장)를 선택함으로써 훨씬 개선될 수 있다.
절대 값들은 LED 개조 램프가 시중의 각각의 차량 광 반사체에 대해 특별히 설계될 필요가 없을 수 있지만 치수적인 세부사항들과 관계없이 많은 현존 반사체 유형들에 대해 작동할 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 그러한 맥락에서, 이해의 편의를 위해, 도면들의 공차 박스들(14')은 반사체들(20) 내에 도시되지만, 공차 박스의 정의는 반사체에 독립적일 수 있다는 점은 언급할 가치가 있을 수 있다. 다르게 말하면, 자신들의 필라멘트들 및 가스 방전 아크들의 공차 박스들을 포함한 기존 램프들의 치수들은, 구체적으로는 도 1 및 도 2에 도시된 센터링 링들(117, 217)에 의해 포함되는 정렬 특징부들에 관해, 기존 램프들 자체 내에서 정의될 수 있고, LED 개조품들의 센터링 링들(417)(도 3 참조)에 의해 기능적으로 대체될 수 있다. 센터링 링들(또한 고정, 정렬, 및/또는 키잉 수단이라고 지칭됨)은 반사체들 내의 기존 램프들의 장착 위치를 완전히 정의할 수 있고, 이러한 방식으로, LED 개조품들의 센터링 링들은 반사체들 내에서 자신들의 장착 위치를 정의할 수 있다. 기존 램프들의 센터링 링들의 LED 개조품들의 센터링 링들과의 등가성에 의해, 기존 램프들의 기준 박스들의 형상, 크기 및 위치는 LED 개조품들에 그대로 옮겨질 수 있다.
본 개시에서 설명되는 바와 같은 LED 개조품을 제조하는 방법들과 주어진 바의 절대 값들 간의 연결은 H7을 위해 설계된 전형적인 반사체에서 대체될 H7 할로겐 램프의 치수들을 사용하는 일 예로 예시될 수 있다. 기준 평면에서부터 측정되면, H7 공차 박스의 베이스측 단부는 25 ㎜의 거리("조명 중심 길이")를 가질 수 있다. 기준 평면에서부터 계속 측정하면, 전형적인 H7 반사체가 60 ㎜의 길이(기준 평면에서부터 반사체 개구부까지의 거리)를 갖는다. 이러한 반사체의 직경은 전형적으로 130 ㎜이다. 도 4의 두께(t)와 같이 H7에 대한 개시된 LED 개조품의 광 방출 영역들의 거리는 2.8 ㎜로서 간주될 수 있다. 가상 LED 광 방출 영역의 베이스측 단부를 공차 박스 베이스측 단부와 일치시키는 실시예에 본 개시에서 설명된 방법들을 적용하면, 이를테면 vdb = 0 ㎜(도 7)를 선택함으로써, 절편 정리(intercept theorem)는 db(도 8)와 같이, (실제) 광 방출 영역의 베이스 단부의 축방향 이동을 계산하는 것을 허용할 수 있다.
((반사체 직경)/2)/(두께/2) = ((반사체 길이) - (광 중심 길이))/db.
130/2.8 = (60 - 25)/db.
db = (60 - 25)/(65/2.8) = 35/130 * 2.8 = 0.75 ㎜.
따라서, 이 예에서, 가상 LED 광 방출 영역의 베이스측 단부를 공차 박스 베이스측 단부와 일치시키는 것은 0.75 ㎜만큼의 (실제) 광 방출 영역의 베이스측 단부의 이동에 해당할 수 있다.
LED 배열체에서의 LED들의 축방향 배치는 LED들의 픽 앤 플레이스 기계(pick-and-place machinery)를 적절하게 제어함으로써 실제로 이루어질 수 있다. 그러나, 앞서 언급된 바와 같이, 결국, LED 배열체의 센터링 링까지의 축방향 거리들(할로겐 램프들에 대한 도 1 및 도 2의 거리들(D11, D12, D13, D21a, D21b, D23a, D23b)과, LED 개조품들에 대한 도 3의 거리들(D41a, D41b, D42a, D43a, D43b))은 중요할 수 있다. 따라서, 기판(412) 상의 LED들(414a, 414b)의 위치들을 변경하는 대신, 센터링 링(417)(도 3 참조)의 축방향 위치를 변경하는 것이 훨씬 더 간단할 수 있다. 이는 다양한 두께들의 센터링 링들을 그것들의 정렬 특징부들의 축방향 위치를 선택하기 위해 사용함으로써 특히 실제로 쉽게 실현될 수 있다. 대안적으로, 센터링 링들은, 예를 들어, 선택된 축방향 위치에서의 접착에 의해 고정될 수 있다.
예컨대 최종 사용자가 센터링 링의 축방향 위치의 "늦은" 선택도 흥미로울 수 있는데, 이는 더 큰 스펙트럼의 반사체 유형들에 대한 LED 개조품의 유용성을 높일 수 있다. 이는 LED 개조품을 상이한 두께들을 갖는 것들과 같은 교환 가능한 센터링 링들과 함께 번들링함으로써 실현될 수 있다. 그러나, 축방향 위치를 변경함으로써, 이를테면 센터링 링을 다른 각 위치로 단순히 회전시킴으로써 LED 개조품으로부터 센터링 링의 분리가 요구되지 않을 때 최종 사용자에게 훨씬 더 쉬울 수 있다. 현재의 일부 LED 개조품들은 LED 배열체들의 최적의 각 위치를 선택하기 위한 회전 가능한 센터링 링들을 이미 예상할 수 있다. 게다가, 도 4에서와 같은 대향하는 두 개의 LED 배열체들은 기존 램프의 균질한 360° 광 방출을 완전히 재현하지 못할 수 있지만, 전형적으로, LED들의 장착 평면을 횡단하는 세기 극대(intensity maxima)를 가질 수 있다. 일부 반사체들은 특정 위치에서 이러한 세기 극대로 더 잘 수행할 수 있다. 이는 그러면 이를테면 다양한 축방향 레벨들을 정의하는 노치들 및 높이들 상의 정지 위치들을 예측함으로써 센터링 링의 축방향 이동과 결합될 수 있다.
본 개시에서 설명되는 LED 개조품은 임의의 기존 램프를 대체할 수 있지만 an H1, H3, H4, H7, H11, H13, HB3 (9005), HB4 (9006), HB5 (9007), or HIR2 halogen lamp 중 하나를 대체하는데 특히 유용할 수 있다. 이들 중, H7 및 H4는 자신들의 광범위한 설치 기반 때문에 상업적인 관점에서 특히 흥미롭지 않을 수 있지만, 본 개시에서 설명되는 LED 광 방출 영역의 축방향 이동은 매우 높은 빔 품질들을 또한 기술적으로 허용할 수 있다.
본 개시에서 설명되는 실시예들은 투사 광학계가 없는 헤드라이트들과 같은 반사형 헤드라이트들에 특히 유리한 것으로 보여졌는데, 여기서 광원의 완전한 이미징이 헤드라이트 반사체에 의해 수행되어야 하며, 이는, 따라서, 특정된 위치에서 광원을 찾는 것에 크게 의존할 수 있다.
도 9는 (횡단방향으로 t = 2.6 ㎜ 떨어져 있고 자신의 베이스측 단부가 공차 박스 베이스측 단부에 대해 db = 1.5 ㎜만큼 이동된 3.2 ㎜ 길이(와 1 ㎜ 폭) LED 광 방출 영역들을 사용하여) 상부 (a)의 기존 LED 개조품에 대한 명암 경계의 품질을 하부 (b)의 본 개시에서 설명되는 실시예들에 따른 LED 개조품의 품질과, 광학적 시뮬레이션 계산에 의해, 비교한다. 차량 헤드라이트가 (4.1 ㎜의 (명목) 길이(D11) 및 (목표이고 전형적으로) 1.3 ㎜의 직경(d)을 갖는 H7 필라멘트로) 구축되었던 H7 할로겐 램프 대신 장착된 LED 개조품들을 갖는 피아트(Fiat) 500의 차량 헤드라이트 앞에 배치된 수직 스크린("H-V 공간")의 세기 등치선들이 도시된다. 수평 좌측(수평 중간 라인 약간 아래)과 경사진 우측 절반(우측 차선 교통을 위한 설계) 사이에 자신의 킹크(kink)(31)를 갖는 원하는 컷오프 라인(30)이 표시된다. 고품질은 다가오는 차량을 향하는 양호한 조명과 운전자의 차선 상의 긴 로우 빔 범위를 위한, 컷오프 라인(30) 바로 아래의 높은 밝기와, 컷오프 라인(30) 바로 위의, 다가오는 차량의 눈부심을 피하기 위한 낮은 밝기로부터 판단될 수 있으며, 따라서, 아래에서 위로 컷오프 라인(30)을 교차할 때 급격한 세기 감소와, 그에 따라, 등치선들의 밀도를 요구한다. 하부 (b)의 LED 개조품은 이러한 이상에 가깝게 된다는 것을 분명히 알 수 있다. 그러나, 상부 (b)의 기존 LED 개조품에서, 등치선들은 컷오프 라인(30)과 평행하지 않을 수 있고, 비스듬히 교차할 수 있고 컷오프 라인(30) 아래의 등치선들의 밀도는 (특히 컷오프 라인(30)의 경사진 부분 아래에서) 덜 조밀하여, 감소된 로우 빔 범위를 나타낸다. 훨씬 더 해로운 것은 등치선들이 컷오프 라인(30) 위에서, 도면들에서 점선 영역(32)에 의해 마킹된, 킹크(31) 위 및 옆의 영역으로 이동된다는 것이다. 이는 다가오는 차량에 심각한 눈부심을 유발할 것이다.
이는 도 10에서 더 명확해지는데, 이 도면은 차량 앞의 도로를 바라보는 조감도에서 볼 수 있는 세기 등치선들을 도시한다. 다시, 상측 행은 기존 LED 개조품을 도시하고, 하측 행은 본 개시에서 설명되는 실시예들에 따른 LED 개조품을 도시한다. 좌측 열 (a)는 (도 9에서 행해졌던 바와 같이) LED 개조품들 둘 다에 대해 동일한 광선속(luminous flux)과 같은 동일한 총 광량을 사용한다. 우측 열 (b)에서, 기존 LED 개조품의 광선속은 ECE 규정들에 의해 규정된 바와 같이 다가오는 차량에 대한 눈부심 값들 아래로 유지되도록 감소되었다. 본 개시에서 설명되는 실시예들에 따른 LED 개조품을 갖는 차량 헤드라이트는 다가오는 운전자의 차선을 매우 짧은 범위(참조 부호 33에 의해 표시된 위치 참조)까지만 조명함으로써, 다가오는 운전자의 눈들의 레벨 아래로 유지하여 눈부심을 피하고, 대신에 긴 로우 빔 범위에 대해 본인 운전자(own driver)의 차선 상에 광을 집중시킨다는 것을 이들 도면들로부터 명확히 볼 수 있다. 대신에, 기존 LED 개조품은 다가오는 운전자의 눈들의 레벨에 많은 광을 보내며, 따라서 본인 운전자의 차선을 비추는 이들 광 부분들을 손실하면서도 상당한 눈부심을 유발한다. 눈부심 레벨을 허용 가능한 것으로 유지하기 위해 기존 LED 개조품의 광선속을 줄이는 것은 본인 운전자의 차선 상의 로우 빔 범위를 약 30 m의 slb의 양만큼 상당히 줄이기 때문에 도움이 되지 않을 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 9 및 도 10의 좌측 열(양 도면들에서의 기존 LED 개조품들 및 본 개시에서 설명되는 실시예들에 따른 LED 개조품들은 동일한 휘도 레벨에 있음)과 유사한 수직 스크린 및 조감도를 도시하지만, 이번에는 하이 빔 모드에서 르노 트윙고(Renault Twingo)의 헤드라이트에서 H4 LED 개조품에 대해 도시한다. 도 9 및 도 10에서와 같은 기존 LED 개조품들 및 본 개시에서 설명되는 실시예들에 따른 LED 개조품들의 동일한 LED 배열체들이 (H4 LED 개조품의 하이 빔 광원을 위해) 사용된다. 기존 H4 필라멘트 램프에서, 하이 빔 필라멘트의 길이는 (명목상) 4.5 ㎜이고 그것의 직경은 (목표이고 전형적으로) 1.3 ㎜이다.
도 11은 본 개시에서 설명되는 LED 개조품을 갖는 차량 헤드라이트가 세기 최대(34d)가 거의 정확히 수평선(H)에 위치되면서(도로 중앙은 차량 앞쪽으로 무한히 멀리 있음) 수직 스크린 상에 유리하게 성형된 세기 분포를 생성할 수 있다는 것을 명확하게 보여준다. 대신에, 기존 LED 개조품으로는, 세기 분포가 수평선(H)에서 둘로 분기할 수 있다. 다르게 말하면, 수평선(H)부터 좌측 및 우측으로 두 개의 세기 극대들(34p)이 (주 최대(main maximum)를 좌측에 가지면서) 있을 수 있다. 그러나, 이는 수평선(H)에서의 세기가 운전자가, 암점(dark spot)(35p)으로서 인식할, 두 개의 극대들(34p) 사이의 국부 최소일 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 기존 LED 개조품의 불리한 특성들은 두 개의 극대들(34p) 사이의 (그리고 수평선(H)으로 이어지는 도로 중앙선에 바로 위치되는) 암점(35p)을 명확하게 보여주는 도 12의 조감도에서 훨씬 더 잘 보일 수 있다. 더 큰 좌측 최대를 종래 기술 LED 개조품의 하이 빔 범위로서 고려할 때에도, 본 개시에서 설명되는 LED 개조품은 이러한 하이 빔 범위를 거의 shb = 50 내지 60 m만큼 증가시킬 수 있다.
마케팅 및 기술적 관점에서, 논의되는 반사형 차량 헤드라이트들에서 기존 LED 개조품들 및 본 개시에서 설명되는 LED 개조품들의 가장 중요한 차이는 본 개시에서 설명되는 LED 개조품의 빔 패턴들이 ECE 빔 요건들을 완전히 준수하고 있는 반면 이러한 것이 종래 기술 LED 개조품에 의해 성취되지 못할 수 있(거나 또는 광선속을 감소시키고, 따라서, 로우 빔 범위를 감소시킴으로써 로우 빔에 대해서만 성취 가능할 수 있)다는데 있다.
반사형 차량 헤드라이트들 외에도, 본 개시에서 설명되는 LED 개조 램프들은 이른바 이중투사(bi-projection)형 헤드라이트들에서 유리한 것으로 또한 판명될 수 있다. 일반적으로, 투사형 헤드라이트들은 로우 빔에서 명암 경계를 정의하기 위해 셔터를 사용할 수 있고, 따라서, 반사형 헤드라이트들보다 광원 위치에 덜 의존적일 수 있다. 이중투사형 헤드라이트들은, 그러나, 로우 빔에 대해서뿐 아니라 하이 빔에도 동일한 광원을 재사용할 수 있다. 그것들은 가동형 셔터를 채용하여, 그 셔터를 로우 빔을 위한 광 경로로 가져와 컷오프 라인 위의 광을 가리고, 그 셔터를 광 경로 밖으로 이동시켜 하이 빔을 위해 모든 광을 사용할 수 있다. 그러나, 동일한 광원으로부터 고품질 하이 빔 뿐만 아니라 로우 빔을 생성하는 것은 기술적으로 더 어려운 일일 수 있고 특정된 형상 및 위치에 고정되는 광원에 더 강하게 의존하는 반사체들 뿐만 아니라 투사 광학계를 요구한다. 여기서, 본 개시에서 설명되는 LED 개조품들은 논의된 반사형 헤드라이트드에서와 유사한 장점들을 전개할 수 있다.
도 13은 LED 개조품을 제조하는 방법(1300)의 흐름도이다. 도 13에 예시된 예에서, 이 방법은 차량 헤드라이트의 반사체 내에 장착하도록 구성되는 기존 램프를 대체하기 위한 LED 개조 램프를 제조하는 방법일 수 있고, 기존 램프의 센터링 링에 기초하여 LED 개조 램프를 위한 센터링 링을 형성하는 단계(1302)를 포함할 수 있다. LED 개조 램프를 위한 센터링 링은, LED 개조 램프를 위한 센터링 링이 정렬 특징부들을 포함하며, 정렬 특징부들은, 반사체 내의 LED 개조 램프의 장착 위치, 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 기준 축, 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 기준 방향, 및 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 공차 박스 중 적어도 하나를 정의하도록 기존 램프의 센터링 링에 기초하여 형성될 수 있다.
LED 배열체의 가상 광 방출 영역이 LED 개조 램프를 위해 정의될 수 있다(1304). LED 배열체의 가상 광 방출 영역은, 반사체의 개구부의 에지 상의 지점으로부터 투영되는, 기준 축 상의 LED 배열체의 광 방출 영역의 투영으로서 LED 개조 램프에 대해 정의될 수 있다. LED 배열체의 가상 광 방출 영역은 가상 LED 베이스측 단부에서부터 가상 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장될 수 있다.
LED 배열체의 광 방출 영역의 형상 및 위치가 선택될 수 있다(1306). 실시예들에서, 가상 LED 베이스측 단부는 기준 방향과 반대로 공차 박스 베이스측 단부에서부터 최대 0.2 ㎜의 축방향 거리를 가지고, LED 상단측 단부는 기준 방향에서 공차 박스 상단측 단부에서부터 최대 0.5 ㎜의 축방향 거리를 가지도록 형상 및 위치는 선택될 수 있다.
도 14는 본 개시에서 설명되는 실시예들 및 예들 중 하나 이상을 통합할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(1400)의 도면이다. 도 14에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(1400)은 전력선들(1402), 데이터 버스(1404), 입력 필터 및 보호 모듈(1406), 버스 트랜시버(1408), 센서 모듈(1410), LED 직류 대 직류(DC/DC) 모듈(1412), 로직 로우-드롭아웃(logic low-dropout)(LDO) 모듈(1414), 마이크로-컨트롤러(1416) 및 액티브 헤드 램프(1418)를 포함한다.
전력선들(1402)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(1404)는 데이터가 차량과 차량 헤드램프 시스템(1400) 사이에 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(1400)은 방향 지시등을 턴 온하거나 헤드램프들을 턴 온하라는 명령어들과 같은 명령어들을 차량의 다른 로케이션들로부터 수신할 수 있고, 원한다면 차량의 다른 로케이션들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(1410)은 데이터 버스(1404)에 통신적으로 커플링될 수 있고, 예를 들어, 환경적 상황(예컨대, 하루 중의 시간, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예컨대, 주차, 이동중, 이동 속력, 또는 이동 방향), 및 다른 대상들(예컨대, 차량들 또는 보행자들)의 존재/위치에 관련된 추가적인 데이터를 차량 헤드램프 시스템(700) 또는 차량의 다른 로케이션들에 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신적으로 커플링되는 임의의 차량 제어부와 별개인 헤드램프 제어부가 차량 헤드램프 시스템(1400)에 또한 포함될 수 있다. 도 14에서, 헤드램프 제어부는 마이크로-컨트롤러(μc)(716)와 같은 마이크로-컨트롤러일 수 있다. 마이크로-컨트롤러(1416)는 데이터 버스(1404)에 통신적으로 커플링될 수 있다.
입력 필터 및 보호 모듈(1406)은 전력선들(1402)에 전기적으로 커플링될 수 있고, 예를 들어, 도전성 방출들을 감소시키고 전력 내성(power immunity)을 제공하는 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 추가로, 입력 필터 및 보호 모듈(1406)은 정전기 방전(electrostatic discharge)(ESD) 보호, 로드-덤프(load-dump) 보호, 교류발전기 필드 붕괴 보호, 및/또는 역극성 보호를 제공할 수 있다.
LED DC/DC 모듈(1412)은 입력 필터 및 보호 모듈(1406)과 활성 헤드램프(1418) 사이에 커플링되어 필터링된 전력을 수신하고 활성 헤드램프(1418)의 LED 어레이에서의 LED들에 전력을 공급하기 위한 구동 전류를 제공할 수 있다. LED DC/DC 모듈(1412)은 명목 전압이 대략 13.2 볼트인 7 볼트와 18 볼트 사이의 입력 전압과, LED 어레이를 위한 최대 전압보다 약간(예컨대, 0.3 볼트) 더 높을 수 있는 출력 전압(예컨대, 부하, 온도 또는 다른 요인들로 인한 계수 또는 로컬 교정 및 작동 조건 조정들에 의해 결정된 바와 같음)을 가질 수 있다.
로직 LDO 모듈(1414)은 입력 필터 및 보호 모듈(1406)에 커플링되어 필터링된 전력을 수신할 수 있다. 로직 LDO 모듈(1414)은 또한 마이크로-컨트롤러(1416) 및 액티브 헤드램프(1418)에 커플링되어 마이크로-컨트롤러(1416) 및/또는 액티브 헤드램프(1418)의 전자기기, 이를테면 CMOS 로직에 전력을 제공할 수 있다.
버스 트랜시버(1408)는, 예를 들어, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 직렬 주변기기 인터페이스(serial peripheral interface)(SPI) 인터페이스를 가질 수 있고 마이크로-컨트롤러(1416)에 커플링될 수 있다. 마이크로-컨트롤러(1416)는 센서 모듈(1410)로부터의 데이터에 기초하여, 또는 센서 모듈(1410)로부터의 데이터를 포함하는 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 활성 헤드램프(1418)의 이미지 버퍼에 전송 가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 추가적으로, 마이크로-컨트롤러(1416)는 스타트업 동안 디폴트 이미지 프레임들을 로드하고 개방/짧은 화소들을 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에 이미지 버퍼를 로드할 수 있다. 이미지 프레임들은 전체 프레임, 차분 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로-컨트롤러(1416)의 다른 특징들은 다이 온도를 포함하는 CMOS 스테이터스, 뿐만 아니라 로직 LDO 출력의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하기 위해 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것 외에도, 사이드 마커 또는 방향 지시등들과 연계한 보완적 사용, 및/또는 주간 주행등들의 활성화와 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.
도 15는 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(1500)의 도면이다. 도 15에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(800)은 애플리케이션 플랫폼(1502), 두 개의 LED 조명 시스템들(1506 및 1508), 및 세컨더리 광학계(1510 및 1512)를 포함한다.
LED 조명 시스템(808)은 광 빔들(1514)(도 15의 화살표들(1514a 및 1514b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(1506)은 광 빔들(1516)(도 15의 화살표들(1516a 및 1516b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 15에 도시된 실시예에서, 세컨더리 광학계(1510)가 LED 조명 시스템(1508)에 인접하고, LED 조명 시스템(1508)으로부터 방출된 광은 세컨더리 광학계(1510)를 통과한다. 마찬가지로, 세컨더리 광학계(1512)가 LED 조명 시스템(1506)에 인접하고, LED 조명 시스템(1506)으로부터 방출된 광은 세컨더리 광학계(1512)를 통과한다. 대체 실시예들에서, 세컨더리 광학계들(1510/1512)은 차량 헤드램프 시스템에 제공되지 않는다.
포함되는 경우, 세컨더리 광학계(1510/1512)는 하나 이상의 도광체들일 수 있거나 또는 하나 이상의 도광체들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 도광체들은 에지 리트일 수 있거나 또는 도광체의 내부 에지를 정의하는 내부 개구부를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(1508 및 1506)은 광을 하나 이상의 도광체들의 내부 에지(내부 개구부 도광체) 또는 외부 에지(에지 리트 도광체)에 주입하도록 하나 이상의 도광체들의 내부 개구부들에 삽입될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 도광체들은, 예를 들어, 경사도, 모따기 분포(chamfered distribution), 좁은 분포, 넓은 분포, 또는 각도 분포를 갖는 원하는 방식으로, LED 조명 시스템들(1508 및 1506)에 의해 방출된 광을 성형할 수 있다.
애플리케이션 플랫폼(1502)은 도 14의 전력선들(1402) 및 데이터 버스(1404) 중 하나 이상 또는 일 부분을 포함할 수 있는 라인들(1504)을 통해 전력 및/또는 데이터를 LED 조명 시스템들(1506 및/또는 1508)에 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서들(이는 차량 헤드램프 시스템(1500)에서의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)이 애플리케이션 플랫폼(1502)의 하우징 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 도 14의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(1400)에서 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(1508 및 1506)은 센서 모듈, 연결성 및 제어 모듈, 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(1500)은 LED들이 조향 가능한 광을 제공하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있는 조향 가능한 광 빔들을 갖는 자동차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, LED들 또는 방출기들의 어레이가 형상 또는 패턴을 정의 또는 투영하거나 또는 차도의 선택된 섹션들만을 조명하는데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 조명 시스템들(1508 및 1506) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 화소들은 조명을 요구하는 장면(예컨대, 차도 또는 보행자 횡단보도)의 부분들을 식별하는 센서들(예컨대, 도 14의 센서 모듈(1410)에서의 센서들과 유사함)일 수 있다.
실시예들을 상세히 설명하였으니, 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 본원의 설명이 주어지면, 본원의 발명적 개념의 사상으로부터 벗어나는 일 없이 본 개시에서 설명되는 실시예들에 대해 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 예시되고 설명된 특정 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드(LED) 개조 램프로서,
    차량의 반사체 내의 상기 LED 개조 램프의 장착 위치, 기준 축, 상기 LED 개조 램프의 베이스에서부터 상단 단부까지 상기 기준 축을 따르는 기준 방향, 및 상기 기준 축과 교차하고 공차 박스 베이스측 단부에서부터 공차 박스 상단측 단부까지 상기 기준 방향을 따라 축방향으로 연장되는 상기 공차 박스
    를 정의하는 정렬 특징부들을 포함하는 센터링 링; 및
    상기 기준 축에 횡단방향으로 광을 방출하도록 구성되는 그리고 LED 베이스측 단부에서부터 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장되는 광 방출 영역을 포함하는 LED 배열체
    를 포함하고,
    상기 LED 베이스측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 적어도 0.1 ㎜의 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부로부터 최대 1.5 ㎜의 축방향 거리를 가지는,
    LED 개조 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 베이스측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 0.3 ㎜, 0.6 ㎜, 1.0 ㎜, 1.4 ㎜, 및 1.8 ㎜ 중 적어도 하나의 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부로부터 최대로, 1.0 ㎜, 0.5 ㎜, 0.3 ㎜, 및 0.1 ㎜ 중 하나의 축방향 거리를 가지는, LED 개조 램프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED 베이스측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 0.8 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 축방향 거리를 가지는, LED 개조 램프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센터링 링의 상기 축방향 위치는 상기 LED 개조 램프로부터 상기 센터링 링을 분리할 필요 없이 조정 가능한, LED 개조 램프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역은 3.0 ㎜ 내지 3.5 ㎜의 축방향 연장부를 가지는, LED 개조 램프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역은 3.2 ㎜의 축방향 연장부를 가지는, LED 개조 램프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 센터링 링의 축방향 위치가 변경 가능한, LED 개조 램프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 LED 개조 램프는 H1, H3, H4, H7, H11, H13, HB3(9005), HB4(9006), HB5(9007), 또는 HIR2 할로겐 램프 중 적어도 하나와의 동작을 위해 구성되는 상기 차량의 상기 반사체에 대해 구성되는, LED 개조 램프.
  9. 차량 헤드라이트로서,
    반사체를 포함하는 램프 고정구; 및
    장착 위치에서 상기 반사체 내에 장착되는 발광 다이오드(LED) 개조 램프
    를 포함하며,
    상기 LED 개조 램프는,
    상기 반사체 내의 상기 LED 개조 램프의 상기 장착 위치, 기준 축, 상기 LED 개조 램프의 베이스에서부터 상단 단부까지 상기 기준 축을 따르는 기준 방향, 및 상기 기준 축과 교차하고 공차 박스 베이스측 단부에서부터 공차 박스 상단측 단부까지 상기 기준 방향을 따라 축방향으로 연장되는 상기 공차 박스
    를 정의하는 정렬 특징부들을 포함하는 센터링 링, 및
    상기 기준 축에 횡단방향으로 광을 방출하도록 구성되는 그리고 LED 베이스측 단부에서부터 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장되는 광 방출 영역을 포함하는 LED 배열체
    를 포함하고,
    상기 LED 베이스측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 적어도 0.1 ㎜의 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부로부터 최대 1.5 ㎜의 축방향 거리를 가지는,
    차량 헤드라이트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 차량 헤드라이트는 반사형 헤드라이트 또는 이중투사형 헤드라이트 중 하나인, 차량 헤드라이트.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 LED 베이스측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 0.3 ㎜, 0.6 ㎜, 1.0 ㎜, 1.4 ㎜, 및 1.8 ㎜ 중 적어도 하나의 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부로부터, 최대로, 1.0 ㎜, 0.5 ㎜, 0.3 ㎜, 및 0.1 ㎜ 중 하나의 축방향 거리를 가지는, 차량 헤드라이트.
  12. 제9항에 있어서, 상기 LED 베이스측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 0.8 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 축방향 거리를 가지는, 차량 헤드라이트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 센터링 링의 상기 축방향 위치는 상기 LED 개조 램프로부터 상기 센터링 링을 분리할 필요 없이 조정 가능한, 차량 헤드라이트.
  14. 제9항에 있어서, 상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역은 3.0 ㎜ 내지 3.5 ㎜의 축방향 연장부를 가지는, 차량 헤드라이트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역은 3.2 ㎜의 축방향 연장부를 가지는, 차량 헤드라이트.
  16. 제9항에 있어서, 상기 센터링 링의 축방향 위치가 변경 가능한, 차량 헤드라이트.
  17. 제9항에 있어서, 상기 LED 개조 램프는 H1, H3, H4, H7, H11, H13, HB3(9005), HB4(9006), HB5(9007), 또는 HIR2 할로겐 램프 중 적어도 하나와의 동작을 위해 구성되는 상기 차량의 상기 반사체에 대해 구성되는, 차량 헤드라이트.
  18. 차량 헤드라이트의 반사체 내에 장착하도록 구성되는 기존 램프를 대체하기 위한 LED 개조 램프를 제조하는 방법으로서,
    상기 LED 개조 램프를 위한 센터링 링이 정렬 특징부들을 포함하며, 상기 정렬 특징부들은, 상기 반사체 내의 상기 LED 개조 램프의 장착 위치, 상기 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 기준 축, 상기 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 기준 방향, 및 상기 기존 램프의 센터링 링에 의해 정의된 것과 동일한 공차 박스를 정의하도록 상기 기존 램프의 센터링 링에 기초하여 상기 LED 개조 램프를 위한 센터링 링을 형성하는 단계;
    상기 LED 개조 램프에 대한 LED 배열체의 가상 광 방출 영역을 상기 반사체의 개구부의 에지 상의 지점으로부터 투영되는 상기 기준 축 상의 상기 LED 배열체의 광 방출 영역 ― 상기 LED 배열체의 상기 가상 광 방출 영역은 가상 LED 베이스측 단부에서부터 가상 LED 상단측 단부까지 축방향으로 연장함 ― 의 투영으로서 정의하는 단계; 및
    상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역의 형상 및 위치를,
    상기 가상 LED 베이스측 단부가 상기 기준 방향과 반대로 상기 공차 박스 베이스측 단부에서부터 최대 0.2 ㎜의 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부에서부터 최대 0.5 ㎜의 축방향 거리를 가지도록
    선택하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 LED 배열체의 상기 광 방출 영역의 상기 형상 및 상기 위치는,
    상기 가상 LED 베이스측 단부가 상기 기준 방향과 반대로 상기 공차 박스 베이스측 단부에서부터, 최대로, 0.0 ㎜ 및 -0.1 ㎜ 중 하나인 축방향 거리를 가지고,
    상기 LED 상단측 단부가 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 상단측 단부에서부터, 최대로, 0.3 ㎜, 0.1 ㎜, 0.0 ㎜, 및 -0.1　㎜ 중 하나인 축방향 거리를 가지도록
    추가로 선택되는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 LED 베이스측 단부는 상기 기준 방향에서 상기 공차 박스 베이스측 단부로부터 0.8 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 축방향 거리를 가지는, 방법.
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