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KR102001497B1 - 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 ｌｅｄ 헤드램프 - Google Patents

하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 ｌｅｄ 헤드램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프에 관한 것으로서, 복수 개의 LED 칩(chip)을 배열하여 광을 조사하는 매트릭스 LED와; 상기 매트릭스 LED로부터 조사되는 광을 반사하는 리플렉터와; 상기 리플렉터로부터 조사되는 광로(光路) 상에 배치되는 비구면 렌즈를 포함하며, 상기 리플렉터는 하이퍼볼라(Hyperbola)형 리플렉터인 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 광의 조사 영역을 수직 방향으로 확장시킬 수 있기 때문에 매트릭스 LED에 설치되는 LED 칩의 수를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 매트릭스 LED의 유효 방열 면적 또한 감소시킬 수 있다.

Description

하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 ＬＥＤ 헤드램프{Matrix LED Headlamp using Hyperbola type Reflector}
본 발명은 매트릭스 LED 헤드램프에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 복수 개의 LED 칩(chip)을 배열하여 광을 조사하는 매트릭스 LED의 LED 칩의 소요 개수를 줄이면서도, 상기 헤드램프로부터 조사되는 광의 균일도를 유지할 수 있는 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프에 관한 것이다.
LED 광원은 반도체라는 특성으로 인하여 처리속도, 전력소모, 수명 등에 있어서 큰 장점을 보여주기 때문에 각종 전자제품의 표시제품으로서 널리 사용되고 있다. 최근에는 LED 광원을 이용한 램프는 기존 전구에 비해 낮은 전력 소비량으로 인하여 효율적인 광원으로 각광받고 있으며, LED는 그 내구성이 뛰어나 교체비용과 같은 관리 및 유지비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 추세에 따라 최근 LED 광원을 이용한 차량 전조등에 대한 연구가 활발히 수행 중에 있으며, 특히 최근에는 기존에 사용되던 할로겐 램프 또는 HID(High Intensity Dischargy) 램프를 대체하여 LED 광원을 이용한 전조등이 적용되고 있는 실정이다.
한편, 도 1을 참조하여 살펴보면, 종래의 한국등록특허공보 제10-0242558호인 '헤드램프의 배광장치'는 상측은 파라볼라형 반사판(2a)으로 하측은 이립티컬형 반사판(2b)으로 형성하여 벌브(3)에서 발산된 빔의 배광성능을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다.
그러나, 상기 헤드램프의 배광장치는 벌브(3)를 이용하고 있기 때문에 LED 광원을 이용한 헤드램프의 이점이 없으며, 또한 복수 개의 LED 칩을 사용하고 있지 않기 때문에 LED 칩의 개별 구동을 통한 빔 패턴을 제어하기 어렵다.
도 2는 매트릭스 LED 헤드램프를 이용한 빔 패턴을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 대향해서 오는 차량에 대한 눈부심을 방지하기 위해서는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 매트릭스 LED(10)의 일부 LED 칩(11)을 소등하거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 매트릭스 LED(10)의 세로 영역 즉, 열 방향의 LED 칩(11) 전체를 소등하여야 한다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 매트릭스 LED(10)는 H-H 선 위쪽으로 LED 칩(11)이 2행으로 배열되어 있고, LED 칩(11) 간에 형성되는 암부로 인하여 광의 균일도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, LED 칩(11) 간의 암부가 형성되는 문제를 해결하고자 매트릭스 LED(10)의 H-H 선 위쪽의 LED 칩(11) 2행 배열을 1행 배열로 조정하게 되면, 매트릭스 LED(10)를 이용하여 상향등과 같은 효과를 제공하는데 있어서 어려움이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수 개의 LED 칩(chip)을 배열하여 광을 조사하는 매트릭스 LED의 LED 칩의 소요 개수를 줄이면서도, 광의 균일도를 유지할 수 있는 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 복수 개의 LED 칩(chip)을 배열하여 광을 조사하는 매트릭스 LED와; 상기 매트릭스 LED로부터 조사되는 광을 반사하는 리플렉터와; 상기 리플렉터로부터 조사되는 광로(光路) 상에 배치되는 비구면 렌즈를 포함하며, 상기 리플렉터는 하이퍼볼라(Hyperbola)형 리플렉터인 것을 특징으로 하는 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프에 의하여 달성된다.
상기 하이퍼볼라형 리플렉터는 초점 간의 거리의 차가 일정한 값인 하이퍼볼라 상수값을 변경하여 상기 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 광 조사 영역의 수직 방향 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 매트릭스 LED의 위치를 조절하여 상기 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 광 조사 영역의 수평 방향 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는, 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프는 헤드램프로부터 조사되는 광의 조사 영역을 수직 방향으로 확장시킬 수 있기 때문에 매트릭스 LED에 설치되는 LED 칩의 수를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 매트릭스 LED의 유효 방열 면적 또한 감소시킬 수 있다.
또한, 상향등과 동일한 효과를 얻기 위해 매트릭스 LED에 2행으로 배열되는 LED 칩을 1행 배열로 조정할 수 있기 때문에, LED 칩 상호 간에 의하여 형성되는 암부를 제거할 수 있다.
도 1은 한국등록특허공보 제10-0242558호인 '헤드램프의 배광장치'를 나타낸 도면이고,
도 2는 눈부심 방지를 위하여 매트릭스 LED 헤드램프를 이용한 빔 패턴을 나타낸 도면이고,
도 3은 매트릭스 LED를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프의 광 조사를 나타낸 도면이고,
도 5는 하이퍼볼라 광학계의 개념을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프의 매트릭스 LED의 위치를 조절에 따른 광의 조사 형상을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호(참조번호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프(1)에 대하여 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프(1)는 매트릭스 LED(10), 하이퍼볼라(Hyperbola)형 리플렉터(30) 및 비구면 렌즈(50)를 포함할 수 있다.
매트릭스 LED(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 LED 칩(11)을 종횡으로 배열되게 장착하여 면광원을 구성한다. 그리고, 매트릭스 LED(10)는 하이퍼볼라형 리플렉터(30)를 향하여 광을 조사한다.
하이퍼볼라형 리플렉터(30)는 매트릭스 LED(10)가 조사하는 광의 광로(光路) 상에 배치되어 광이 비구면 렌즈(50)로 조사되게 광을 반사한다.
즉, 도 4를 참조하여 살펴보면 하이퍼볼라형 리플렉터(30)는 매트릭스 LED(10)에서 조사되는 광을 비구면 렌즈(50)로 조사되게 광을 반사하며, 상기 광은 비구면 렌즈(50)의 초점(F)에 위치하는 가상 광원(Virutal Source, V/S)에서 비구면 렌즈(50)로 조사하는 광과 동일한 경로를 갖게 한다.
하이퍼볼라형 리플렉터(30)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하이퍼볼라 광학계의 이론을 차용한다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 하이퍼볼라(hyperbola, 쌍곡선(雙曲線))은 원뿔곡선의 하나로 두 초점(F1, F2)으로부터의 거리의 차가 일정한 점들의 모임이며, 두 초점(F1, F2) 중 어느 하나의 초점에서 출발한 광선은 쌍곡면에 반사되어 다른 한 초점에서 나온 광선처럼 진행하게 된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 허상(Virtual Image, V/I)의 위치를 비구면 렌즈(50)의 초점(F)과 일치시키면 기존의 매트릭스 LED에서 조사되는 광보다 수직 방향의 사이즈가 큰 광을 얻을 수 있다.
그에 따라, 하이퍼볼라형 리플렉터(30)는 초점 간의 거리의 차가 일정한 값인 하이퍼볼라 상수값을 변경하여 비구면 렌즈(50)를 통하여 조사되는 광의 수직 방향의 크기를 조절하는 것이 가능하다.
즉, 도 6을 참조하여 살펴보면 하이퍼볼라형 리플렉터(30)를 사용할 때 형성되는 광의 조사 영역이 상측 그러데이션(Gradation)으로 도시된 영역만큼 상측 방향으로 확장되었음을 알 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 매트릭스 LED(10)의 H-H 선 위쪽의 LED 칩(11) 2행 배열을 1행 배열로 조정하여 배치할 수 있다. 그리고, LED 칩(11)의 수가 줄어듦에 따라 매트릭스 LED(10)에 대한 부하가 줄어든다. 그리고, 매트릭스 LED(10)의 LED 칩(11)의 수가 감소함에 따라 유효 방열 면적 또한 줄어들게 된다.
또한, H-H 선 위쪽의 LED 칩(11) 2행 배열을 1행 배열로 조정됨에 따라, LED 칩(11) 2행 배열의 상하 LED 칩(11) 상호 간에 의하여 형성되는 암부를 제거할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프(1)는 매트릭스 LED(10)의 위치를 조절하여 비구면 렌즈(50)를 통하여 조사되는 광의 조사 영역의 수평 방향의 크기를 조절할 수 있다.
도 6의 (b)를 기준으로 볼 때, 도 6의 (a)와 (c)를 참조하여 살펴보면 매트릭스 LED(10)의 위치를 조절하는 경우 하이퍼볼라형 리플렉터(30)를 통해 조사되는 광의 조사 영역이 수평 방향 즉, 좌우로 확장되어 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 실시 예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 실시 예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 본질적인 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명이 변형된 형태로 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프
2a : 파라볼라형 반사판 2b : 이립티컬형 반사판
3 : 벌브 10 : 매트릭스 LED
11 : LED 칩 30 : 하이퍼볼라형 리플렉터
50 : 비구면 렌즈

Claims (3)

  1. 복수 개의 LED 칩(chip)을 배열하여 광을 조사하는 매트릭스 LED와;
    상기 매트릭스 LED로부터 조사되는 광을 반사하는 리플렉터와;
    상기 리플렉터로부터 조사되는 광로(光路) 상에 배치되는 비구면 렌즈를 포함하며,
    상기 리플렉터는 하이퍼볼라(Hyperbola)형 리플렉터이고,
    상기 하이퍼볼라형 리플렉터는 초점 간의 거리의 차가 일정한 값인 하이퍼볼라 상수값을 변경하여 상기 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 광 조사 영역의 수직 방향 크기를 조절하고,
    상기 매트릭스 LED의 위치를 조절하여 상기 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 광 조사 영역의 수평 방향 크기를 조절하며,
    상기 하이퍼볼라형 리플렉터는 허상의 위치를 상기 비구면 렌즈의 초점과 일치시키는 것을 특징으로 하는 하이퍼볼라형 리플렉터를 이용한 매트릭스 LED 헤드램프.
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