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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.
H01K 7/00 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0039131
2007년04월11일
(21) 출원번호 10-2007-7003044
(22) 출원일자 2007년02월08일
심사청구일자 없음
번역문 제출일자 2007년02월08일
(86) 국제출원번호 PCT/IB2005/052081 (87) 국제공개번호 WO 2006/006091
국제출원일자 2005년06월24일 국제공개일자 2006년01월19일
(30) 우선권주장 04103275.6 2004년07월09일 유럽특허청(EPO)(EP)
(71) 출원인 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
네덜란드 엔엘-5621 베에이 아인드호펜 그로네보드세베그 1
(72) 발명자 퀴퍼 루카스
독일 52066 아헨 바이스하우스슈트라세 2, 필립스 인털렉츄얼프라퍼티
앤 스탠다즈 게엠베하 내
나이트 콜렛
독일 52066 아헨 바이스하우스슈트라세 2, 필립스 인털렉츄얼프라퍼티
앤 스탠다즈 게엠베하 내
(74) 대리인 장수길
안국찬
전체 청구항 수 : 총 15 항
(54) 적외선 램프 제조 방법
(57) 요약
본 발명은, 차량 암시 시스템(12)용 적외선 램프(1)의 제조 방법으로서, 적외선과 광 복사선을 방출하는 복사원(3)을 둘러
싸는 관(2)에 적외선 투과 코팅재(10)가 구비되는 적외선 램프 제조 방법을 개시한다. 코팅 공정에서의 특정 공정 변수 설
정에 의해서 그리고/또는 코팅된 관(2)의 후처리에 의해서, 코팅재(10)에 구멍(11)들이 불규칙하게 배치 형성되며, 이러한
구멍들은 적어도 일부 영역에서 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는다. 또한, 명세서에는 해당 적외선 램프
(1)와 차량 암시 시스템(12)용으로 그 적외선 램프(1)를 포함하는 헤드램프가 제시진다.
대표도
도 2
특허청구의 범위
공개특허 10-2007-0039131
- 1 -
청구항 1.
차량 암시 시스템(12)용 적외선 램프(1) 제조 방법이며,
적외선과 광 복사선을 방출하는 복사원(3)을 둘러싸는 관(2)에 적외선 투과 코팅재(10)가 구비되며, 코팅 공정에서 특정
공정 변수 설정에 의해서 그리고/또는 코팅된 관(2)의 후처리에 의해서, 상기 코팅재(10)에 구멍(11)들이 불규칙하게 배치
형성되며, 상기 구멍들은 적어도 일부 영역에서 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는 방법.
청구항 2.
제1항에 있어서, 상기 평균 크기 및 평균 표면 밀도는, 램프(1)의 작동 중에 구멍(11)을 통과하는 광 복사선이 적외선 투과
코팅재(10)를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광을 차폐하기에 충분한 강도를 갖도록 선정되는 것을 특징으로 하는 방
법.
청구항 3.
제1항에 있어서, 상기 관(2)의 일부 영역(8, 9)에는 적외선 투과 코팅재(10)가 없으며, 상기 코팅재(10)에서 구멍(11)의 평
균 크기 및 평균 표면 밀도는, 램프(1)의 작동 중에 구멍(11)을 통과하는 광 복사선이 관(2)의 코팅재가 없는 일부 영역(8,
9)을 통과하는 광 복사선과 함께 적외선 투과 코팅재(10)를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광을 차폐하기에 충분한 강
도를 갖도록 선정되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 4.
제3항에 있어서, 상기 구멍(11)은 1㎛ 내지 20㎛, 바람직하게는 2㎛ 내지 8㎛의 평균 크기를 가지며, 상기 평균 표면 밀도
는 대략 1㎟당 10개 내지 40개의 구멍, 바람직하게는 1㎟당 15개 내지 25개의 구멍인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 5.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅재(10)에서 구멍(11)과 가능하면 관(2)의 코팅재가 없는 일부 영역(8,
9)의 평균 크기 및 평균 표면 밀도는, 램프(1)의 작동 중에 구멍(11)과 가능하면 코팅되지 않은 일부 영역(8, 9)을 통해 방
출되는 광 복사선이 적외선 투과 코팅재(10)를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광과 혼합되어 전체적으로 ECE 백색 영
역에서 색상을 갖는 광을 형성하도록 설계되고 그리고/또는 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관(2)에 적외선 투과 코팅재(10)를 형성하기 위해서, 다수의 코팅층들이
적층 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 7.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층들은 스퍼터링 공정(Ⅱ)에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 8.
공개특허 10-2007-0039131
- 2 -
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 평균 크기 및 평균 표면 밀도를 갖는 구멍(11)이 코팅재(10)에 형
성될 때까지, 코팅된 관(2)에 소정의 가열 공정(Ⅲ)이 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 9.
제8항에 있어서, 상기 코팅된 관(2)은 적어도 구멍(11)의 개수 및 평균 크기가 더 이상 상당히 변하지 않을 때까지 주어진
최소 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 10.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 공정 중에, 소정의 평균 크기 및 평균 표면 밀도를 갖는 구멍(11)이
코팅재(10)에 형성되도록 소정의 진공이 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 11.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅재(10)는 코팅재의 필터 에지가 램프의 작동 온도에서 830nm 내지
880nm의 영역에 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 12.
차량 암시 시스템(12)용 적외선 램프(1)이며,
적외선과 광 복사선을 방출하는 복사원(3)과,
상기 복사원(3)을 둘러싸는 관(2)과,
상기 관(2)에 도포되고, 적어도 일부 영역에서 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는 불규칙한 배치의 구멍
(11)들을 구비하는, 적외선 투과 코팅재(10)를 포함하는 적외선 램프.
청구항 13.
제12항에 따른 적외선 램프(1)를 포함하는 차량 암시 시스템(12)용 헤드램프.
청구항 14.
제13항에 있어서, 상기 코팅재(10)에서 구멍(11)과 가능하면 관(2)의 코팅되지 않은 일부 영역(8, 9)의 평균 크기 및 평균
표면 밀도는, 램프(1)의 작동 중에 구멍(11)과 가능하면 코팅되지 않은 일부 영역(8, 9)을 통해 방출되는 광 복사선이 적외
선 투과 코팅재(10)를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광과 혼합되어 전체적으로 ECE 백색 영역에 있는 색상을 갖는 광
(L)을 형성하도록 설계되며, 상기 광이 차량 헤드램프(15)로부터 발광 방향(R)으로 발광될 때 상기 광의 강도는 대략 60
칸델라보다 작은 것을 특징으로 하는 헤드램프.
청구항 15.
제12항에 따른 적외선 램프(1)를 차량 암시 시스템(12)에 사용하는 적외선 램프의 용도.
공개특허 10-2007-0039131
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명세서
기술분야
본 발명은 차량 암시(night vision) 시스템용 적외선 램프의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 차량 암시 시스템용
적외선 램프의 제조 방법에 의해 제조된 적외선 램프와 그 적외선 램프를 포함하는 차량 암시 시스템용 헤드램프에 관한
것이다.
배경기술
적외선 암시 시스템은 이미 오랫동안 군대 및 경찰 분야에서 공지되어 있으며, 심지어는 개인 감시 및 보안용으로도 공지
되어 있다. 교통 안전성의 제고를 위해서, 적절한 암시 시스템을 선택 사양이나 표준 부품으로서 대중 차량에 설치하고자
하는 시도가 행해지고 있다. 일반적으로 이러한 차량 암시 시스템은, 적외선이 차량 전방의 해당 통행 공간 영역으로 방출
되도록 하는 적외선 공급원을 포함한 헤드램프로 구성되며, 이러한 적외선은 통행 공간 내에 위치된 물체에 의해 반사된
다. 이렇게 반사된 적외선은 차량, 일례로 윈드스크린 후방의 상부 영역에 배치된 적외선 감지 카메라 시스템에 의해 검출
된다. 이러한 카메라 시스템에 의해 기록된 적외선 영상은 적절하게 처리되어 차량의 표시 장치에 표시되어, 시야 확보가
어려운 경우에도 운전자가 통행 공간의 물체에 대한 정보를 적시에 통보받을 수 있게 된다. 이러한 차량 암시 시스템은, 특
히 상향등(full beam)이 접근 차량을 눈부시게 하는 경우를 생각하여 차량이 상향등을 사용할 수 없는 상황에서, 사용되고
자 한다. 또한, 차량 암시 시스템은, 차량으로부터 더욱 멀리 이격되어 있어 하향등(low beam)에 의해서는 도달되지 못하
는 통행 공간 영역을 커버하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식에 의해서, 첫째로 눈부심에 의해 접근 차량을 위험하게 하
는 것을 방지할 수 있게 되고, 둘째로 도로의 차량 전방이나 도로에 직접 물체가 있는 경우에 이러한 물체가 하향등의 조사
범위 내에 들어와 운전자가 확인할 수 있게 되기 전에 그 물체에 대해 운전자에게 경고할 수 있게 된다. 이러한 조기 경고
에 의해서, 운전자가 반응할 수 있는 시간이 상당히 늘어나게 되어, 사고 가능성이 줄어들게 된다.
이러한 차량 암시 시스템용 적외선을 발생시킬 수 있는 여러 가능성이 있다. 일반적으로는, 예를 들어 종래의 할로겐 램프
가 적외선과 가시 광선을 방출시킨다. 따라서, 적절한 적외선 투과 필터를 사용하여 가시 광선을 여과시켜서 적외선만이
투과되도록 하는 것이 가능하다. 이는 일례로 헤드램프에 설치된 별도의 필터에 의해 행해질 수 있다. 하지만, 원칙적으로
는, 적절한 적외선 투과 코팅재를 통상 "전구(bulb)"라고도 불리는 램프의 관에 직접 도포하는 것도 가능하다. 하지만, 이때
한 가지 중요한 문제점은 코팅재의 설계이며, 이러한 코팅재는 약 800nm의 근적외선 영역에서 투과성을 가져야 하고
400nm 내지 800nm의 전체 가시 영역을 여과시킬 수 있어야 한다. 사람의 눈은 최대로 약 820nm 내지 830nm의 파장 범
위까지 감지할 수 있기 때문에, 이러한 범위에서 샤프 에지(sharp edge)를 갖는 필터를 제조하는 것이 바람직하다.
실제로, 이러한 샤프 에지를 갖는 적외선 투과 코팅재는 현재 제조하지 못하고 있다. 이는 800nm 이하의 일정량의 가시 광
선이 여전히 투과되고 있음을 의미한다. 이러한 광 성분은 적색 영역에 있다. 따라서, 별도의 대책이 없다면, 적외선 투과
코팅재를 포함한 램프는 부득이하게 적색광도 투과시키게 된다. 하지만, 안전상의 이유로 인해 차량 전방 헤드램프에서 적
색광을 발광시키는 램프를 사용할 수 없는데, 이는 이러한 램프가 차량의 후미등이나 제동등과 혼동될 수 있기 때문이다.
가시 적색광이 적외선 투과 코팅재를 투과되지 못하게 하기 위해서, 원칙적으로는 필터 에지를 적외선 영역 내로 더 이동
시키는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고, 이는, 이러한 필터가 적외선 영역의 일부를 여과시키기 때문에, 필연적으로 적
외선의 아주 심한 감쇠를 초래하게 된다. 하지만, 차량 암시 시스템에 대해서, 암시 장비에 의해 우수한 영상을 형성시킬
수 있게 하기 위해서는 비교적 높은 강도의 적외선이 필요하다.
또 다른 선택적인 방안으로서, 가시 광선의 주어진 제2 스펙트럼 영역, 일례로 청색 영역에서 투과성을 갖도록 필터 코팅
재를 설계하여, 이러한 영역에서 투과된 광이 필터를 통한 잔여 적색광과 혼합되어 백색광을 형성하도록 할 수 있다. 하지
만, 이러한 필터의 설계는 매우 어려우면서도 많은 비용이 소요된다. 그러나, 대중 차량에 사용되는 적외선 램프는 대량 생
산 제품이기 때문에, 제조 비용은 시스템이 장래에 얼마나 널리 사용될 수 있을지를 결정하는 데 있어서 중요한 요인이 된
다.
이와 달리, 필터를 적절히 설계하여, 발광된 적색광을 차폐(masking)하기에 충분한 백색 가시 광선을 추가로 발광시키는
방안이 있다. 이렇게 되면, 관찰자는 적색 램프가 아닌 백색 램프를 보게 된다. 하지만, 모든 경우에 있어서 접근 차량이 눈
부신 것을 방지하여야 하기 때문에 백색광은 너무 밝아서는 안 된다.
공개특허 10-2007-0039131
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이러한 문제점을 해소하기 위한 여러 설계들이 일례로 미국 특허 제6,601,980 B2호에 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 적
외선 투과 코팅재를 구비하고 완전히 혹은 부분적으로 전구를 둘러싸는 추가의 유리 실린더 등이 반사기 내에 배치된 특정
헤드램프 설계뿐만 아니라, 균일한 패턴의 구멍들을 갖는 코팅재로서 전구 관에 직접 부착되는 코팅재도 함께 개시하고 있
다. 구멍의 직경 및 개수는, 구멍을 통과하는 가시 백색광이 코팅재를 통해 투과되는 일정량의 적색광을 차폐시키는 데 충
분하도록 선정된다.
하지만, 이러한 코팅재의 균일한 세선 세공(filigree) 구조체는 코팅재의 생성시에 특정의 복잡한 공정을 요하게 된다. 예를
들어, 우선 원하는 구조를 갖는 세선 세공 마스크 층이 관 표면에 도포되어야 한다. 이어서, 코팅재가 도포된 다음에 마스
크가 후속 공정에서 다시 제거되어야 한다. 이러한 추가 제조 공정에는 많은 시간이 소요되어, 적외선 램프의 제조 비용을
상승시키게 된다.
발명의 상세한 설명
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 간단하면서도 비용 효율적인 차량 암시 시스템용 적외선 램프 제조 방법과, 차량 암시 시
스템의 헤드램프에서의 작동 중에 적색을 나타내지 않는 적외선 램프를 제공하는 데 있다.
이러한 목적은, 특허청구범위 제1항의 방법과, 제11항의 적외선 램프와, 제12항의 헤드램프에 의해 달성된다.
본 발명의 적외선 램프 제조 방법에 따르면, 적외선과 광 복사선을 방출하는 복사원(radiation source)을 둘러싸는 관으로
서 바람직하게는 석영 유리로 제조되는 관에 적외선 투과 필터 코팅재가 구비된다. 코팅 공정에서의 특정 공정 변수 설정
에 의해서 그리고/또는 코팅된 관의 후처리에 의해서, 코팅재에 구멍들이 불규칙하게 배치 형성되며, 이러한 구멍들은 적
어도 일부 영역에서는 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는다. 위에서 설명한 종래 기술에 따른 적외선 램프
와는 달리, 본 발명에 따른 적외선 램프는 소정의 일정한 패턴을 갖는 코팅재를 구비하는 것이 아니라, 불규칙하게 무작위
로 배치된 구멍들을 구비한 코팅재를 구비하며, 이러한 구멍들은 불규칙한 형상의 결함부, 크랙 등일 수 있다.
여러 가지 시험 결과에 의하면, 놀랍게도 복잡하지 않은 방식으로 코팅 작업 중에 특정 공정 변수를 설정함으로써 또는 코
팅된 관을 후처리함으로써, 간단한 방식으로 코팅재의 일정 영역에서 구멍의 형성 여부와 그 구멍의 개수 및 평균 크기를
조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 코팅재에 소정의 패턴을 형성시키기 위한 고가의 복잡한 추가 공정이 필요 없게
된다.
본 발명의 다른 유리한 개량 및 실시예들이 추가의 특허청구범위와 명세서에서 드러난다.
복사원은 일례로 할로겐 램프의 코일과 같은 단일 복사원일 수 있으며, 이러한 복사원은 적외선과 광 복사선을 동시에 방
출한다. 하지만, 원칙적으로, 이러한 복사원은 다수의 부분 복사원들로 구성된 복사원일 수 있으며, 이때 하나의 부분 복사
원은 적외선을 방출하고, 다른 하나의 부분 복사원은 광 복사선을 방출한다. 일례로 2개의 서로 다른 코일을 구비한 램프
도 가능하다. 하지만, 비용 상의 이유로 인해, 적외선과 광 복사선을 동시에 방출하는 단지 하나의 복사원을 구비한 전구를
사용하는 것이 더욱 유리하다. 또한, 원칙적으로 복사원은 임의 유형의 복사원일 수 있다. 특히, 이는 반드시 코일일 필요
는 없고 일례로 방전 램프를 사용할 수 있으며, 이때 복사원은 적절한 아크등이다. 관은 복사원을 직접 둘러싸는 유리 관일
수 있다. 만일 램프가 일례로 가스 방전 램프와 같이 상하로 배치된 2개의 관(하나의 내부관과 하나의 외부관)을 구비한 램
프라면, 코팅재는 바람직하게는 (반드시 그렇지는 않게) 외부관에 배치된다.
원칙적으로, 코팅 공정 또는 후처리 공정에서 공정 변수를 적절하게 설정함으로써, 구멍의 평균 크기 및 평균 표면 밀도는,
램프의 작동 중에 구멍을 통과하는 광 복사선이 적외선 투과 코팅재를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광을 차폐하기에
충분한 강도를 이미 갖도록 선정될 수 있다.
하지만, 코팅재에 의도적으로 형성되는 구멍, 즉 결함부나 크랙의 개수를 적게 유지시키기 위해서는, 바람직하게는 이에
적합한 관의 일부 영역에 적외선 투과 코팅재가 형성되지 않는다. 이러한 경우에, 코팅재 내의 구멍의 평균 크기 및 평균
표면 밀도는, 램프의 작동 중 구멍을 통과하는 광 복사선이 관의 코팅재가 없는 일부 영역을 통과하는 광 복사선과 함께 적
외선 투과 코팅재를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광을 차폐하기에 충분한 강도를 갖도록 선정된다. 특히 바람직하게
는, 일례로 관의 핀치(pinch) 영역 및/또는 밀봉 팁(tip)에 적외선 투과 코팅재가 없다. 적외선 램프의 제조 방법 측면에서
보면, 이러한 램프의 단부 영역들을 코팅재 없이 유지시키거나 혹은 추후에 그 램프의 단부 영역들로부터 코팅재를 제거하
는 것이 비교적 간단하다. 바람직하게, 램프는 코팅 공정 중에 홀더로 유지되며, 이러한 홀더는 원하는 단부 영역들이 코팅
공개특허 10-2007-0039131
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되지 않게 차폐시키는 적절한 수단을 갖는다. 선택적으로, 코팅재는 함침조(dipping bath) 등에서 후속하여 제거될 수도
있다. 일반적으로, 대개의 램프 구성에서, 밀봉 팁 및/또는 핀치를 통해 방출되는 가시 광선은 그 단독으로는 잔여 적색광
을 신뢰성 있게 차폐시키는 데 충분하지 못한데, 특히 이는 이러한 광은 단지 아주 정밀한 공간 영역에만 투사되기 때문이
다. 하지만, 본 발명에 따라 간단한 방식으로 코팅재에 생성된 구멍에 의하면, 충분한 적외선을 방출시키고 일례로 핀치 영
역 및/또는 밀봉 팁과 같은 코팅재가 없는 영역과 코팅재의 구멍을 통과하는 백색광이 잔여 적색광을 차폐시킬 수 있는 램
프를 비용 효율적으로 제조할 수 있게 된다. 특히, 광의 공간 분포는 반사기에 또 다른 복잡한 구조 없이 신뢰성 있는 차폐
에 또한 최적이다.
사용되는 적외선 투과 코팅재는 바람직하게는 다수의 코팅층들이 관에 적층 도포되는 다층 코팅재이며, 이때 각각의 코팅
층은 서로 다른 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 고굴절률을 갖는 층과 저굴절률을 갖는 층이 교번되어 도포된다. 일반적으로,
이러한 필터 코팅재는 약 20개 내지 최대 약 50개의 층들로 구성된다. 이의 적절한 재료로서, 일례로 Si와 SiO2를 들 수 있
다. Si는 약 3의 굴절률을 갖는 고굴절률 재료이며, SiO2는 약 1.4의 굴절률을 갖는 저굴절률 재료이다. 서로 다른 굴절률
을 갖는 층들이 교번되어 적층되면, 간섭 효과에 의해서 개별 파장들이 증폭되고 다른 파장들이 차단된다. 또한, 가시 영역
의 복사선이 SiO2 층에 의해 흡수된다. 전체적으로, 적절한 굴절률을 갖는 적절한 재료를 선정하고 약 50nm 내지 약
160nm 범위의 층 두께를 적절히 선정함으로써, 원하는 필터 특성을 정밀하게 달성할 수 있게 된다. 이러한 층들에 사용될
수 있는 다른 고굴절률 재료로서, TA2O5, TiO2, ZrO2 및 ZnS을 들 수 있다. 위에서 설명한 SiO2 이외에, 저굴절률 층에 사
용가능한 재료로서 MgF2 혹은 AlF6를 들 수 있다. 이러한 여러 가지 재료의 가능성은 본 기술 분야의 당업자에게 공지되
어 있다.
이러한 층들은 일례로 기상 증착에 의해서 도포될 수 있다. 이러한 경우에, 하나의 층으로서 관에 도포할 재료는 일례로 약
1000 켈빈 온도로 증착 챔버 내에서 진공 상태에서 증발된다. 이어서, 증발된 재료는 코팅할 표면에 증착된다.
또 다른 선택적인 공정은 "스퍼터링"으로 공지된 공정이다. 이는 표면에 분무하는 공정을 포함한다. 이러한 공정도 역시 진
공 상태의 챔버에서 행해진다. 증착할 재료로 만들어진 타겟(target)이 필요하다. 이러한 타겟을 고에너지 입자로 충돌시
킴으로써, 일반적으로 이온인 타겟으로부터의 입자 일부가 기상으로 변화된다. 선택적으로, 타겟 재료를 증발시키는 에너
지는 마이크로파 복사에 의해서 타겟으로 도입될 수도 있다. 기상 입자는 코팅할 표면으로 이동되어 증착된다.
이러한 두 공정 모두는 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있기 때문에 이에 대해서는 본 명세서에서 상세히 설명하지
않는다. 두 공정 간의 한 가지 주요 차이점은, 기상 증착 가공에 의한 층은 일반적으로 밀도가 낮고 스퍼터링 가공에 의한
층에 비해 낮은 내부 응력을 갖는다. 비교적 고굴절률을 갖는 아주 밀도가 높은 층은 스퍼터링 공정에 의해 제조될 수 있
다. 이러한 층은 매우 안정되며, 일반적으로 순차적으로 스퍼터링 가공된 개별 층들 사이에 확산 작용이 없거나 혹은 단지
아주 약한 확산 작용만이 발생하게 된다.
여러 가지 방법들을 이용하여, 적어도 일부 영역에서 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는 구멍을 코팅재에
형성시킬 수 있는 것으로 판명되었다.
바람직한 제1 방법에 따르면, 소정의 평균 크기 및 소정의 평균 표면 밀도를 갖는 소정의 구멍이 코팅재에 형성될 때까지,
코팅된 관이나 코팅된 램프에 소정의 가열 공정을 행한다. 이러한 방법에서, 코팅재를 구비한 램프는 주어진 시간 동안 주
어진 온도로 유지된다.
이러한 방법은 스퍼터링 공정, 특히 바람직하게는 마이크로파 스퍼터링 공정에 의해서 도포된 다층 코팅재에 특히 적합하
다. 일련의 시험 결과들에 따르면, 이러한 층은 특히 소정의 후속 열처리 공정에서 구멍을 형성시키는 데 적합한 것으로 밝
혀졌다. 그 이유는, 코팅재 내의 다른 층들이 각기 다른 열팽창률을 가져서, 스퍼터링 공정 중에 생성된 응력과 고밀도로
인해 후속 가열 공정 중에 원하는 크랙과 결함부가 형성되기 때문이다. 이러한 경우에, 구멍의 개수와 구멍의 평균 크기는
가열 시간과 온도에 따라 정해진다.
하지만, 구멍의 원하는 표면 밀도와 최대 평균 직경에 따라서, 어떤 환경에서는 소정의 표면 밀도와 평균 크기를 갖는 원하
는 구멍을 형성시키기 위하여 기상 증착 공정으로 도포된 코팅재를 적절한 후속 열공정으로 처리할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 구멍의 개수와 평균 크기가 더 이상 상당히 변경되지 않을 때까지, 코팅된 관이나 램프가 주어진 최
소 온도로 유지된다. 주어진 온도에서 일정 시간 후에 일종의 포화 효과가 발생되는 것으로 밝혀졌다. 이렇게 되면, 코팅재
내의 응력이 크게 저하되어 구멍의 개수와 평균 크기가 더 이상 상당폭으로 변동되지 않는다.
공개특허 10-2007-0039131
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유리하게는, 코팅 작업과 후속 공정 중의 공정 변수는, 목표된 열처리 후에 일례로 정상 작동시의 램프의 가열에 의해 램프
의 다른 외부 혹은 내부 영향으로 인해 구멍이 더 이상 형성되지 않도록 선정되는데, 이는 기 설정된 구멍의 소정의 평균
표면 밀도와 평균 크기를 후속하여 변동시킬 수 있기 때문이다.
소정의 평균 크기 및 평균 표면 밀도를 갖는 구멍을 형성시키는 또 다른 방법에 따르면, 스퍼터링 혹은 증착에 의한 코팅재
의 도포시에 진공압, 즉 저압을 설정한다. 다른 시험 결과에 의하면, 일반적으로 통상의 코팅 작업시에 설정되는 압력에 비
해 압력을 상승시킴으로써 코팅재에 결함부를 형성시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 통상의 기상 증착 혹은 스퍼터링 공정은
3mTorr 내지 6mTorr의 압력에서 행해지지만, 압력을 대략 7mTorr 내지 11mTorr로 상승시키면 충분한 결함부가 코팅
재에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, Si와 SiO2의 34개의 층이 기상 증착 공정에서 8mTorr의 압력으로 도포되었다.
10 내지 20의 평균 표면 밀도가 달성되었고, 구멍의 평균 크기는 3㎛ 내지 4㎛였다.
일련의 시험 결과에 따르면, 핀치 영역 및/또는 밀봉 팁이 코팅되지 않은 램프, 바람직하게는 H7 램프의 사용시에, 구멍의
평균 크기는 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛, 특히 바람직하게는 2㎛ 내지 8㎛이어야 하는 것으로 밝혀졌다. 평균 표면 밀도
는 바람직하게는 1㎟당 대략 10개 내지 40개의 구멍, 특히 바람직하게는 1㎟당 대략 15개 내지 25개의 구멍이어야 한다.
이러한 데이터들이 평균 데이터인 것은 다시 한번 명백히 주의되어야 한다. 따라서, 일례로 램프의 가열 중에 불균일한 온
도 분포가 형성되면, 밀도 및 크기 분포의 상당한 변동이 발생하여, 램프의 일 영역, 즉 코일에 근접한 영역에서 구멍의 표
면 밀도와 평균 크기가 다른 영역에 비해 커지게 된다.
전체적으로, 코팅재의 구멍의 평균 크기 및 평균 표면 밀도와 관의 코팅재가 없는 일부 영역은, 램프의 작동 중에 구멍과
코팅되지 않은 일부 영역을 통해 방출되는 광 복사선이 적외선 투과 코팅재를 통해 투과되는 일정량의 가시 적색광과 혼합
되어 전체적으로 ECE 백색 영역에서 광을 형성시키도록 설계되고 그리고/또는 배치된다. 즉, 전체적으로 발광된 광의 스
펙트럼 비율은 ECE 표준 R112/R113에 따라 백색(white)이어야 한다. 바람직하게는, 램프를 사용하는 차량 헤드램프로부
터 광이 발광 방향으로 방출될 때, ECE 백색 영역에서 광은 60 칸델라보다 작다. 이러한 방식으로, 접근 차량의 눈부심을
신뢰성 있게 방지할 수 있게 되어, 눈부심을 이유로 인해 상향등을 사용할 수 없는 경우에도 램프를 사용할 수 있게 된다.
이하에서는 도면들에 도시한 실시예들을 중심으로 하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 본 발명은 이러한 실시예들에
만 한정되지 않는다. 도면에서, 동일 도면 부호는 동일 부재를 나타낸다.
실시예
도1은 종래 기술에 따른 종래 할로겐 램프의 개략적인 다이어그램이다. 예를 들어, 이른바 H7 전구가 이러한 방식으로 구
성된다. 여기에서 사용되는 복사원(radiation source)은 2개의 전극(4, 5)에 의해 유지되는 코일(3)이다. 전극(4, 5)을 구
비한 코일(3)은 종래의 할로겐 가스로 충진된 유리 관(2)에 의해 둘러싸여진다. 이러한 관(2)의 단부에는 제조 공정에 의해
형성되는 이른바 램프 팁(tip) 혹은 밀봉 팁(9)이 위치된다. 전극(4, 5)은 이른바 핀치 영역(pinch area)(8)에서 얇은 금속
포일(foil)(6)에 고정된다. 이러한 금속 포일(6)에는 공급 라인(7)이 고정되며, 이러한 공급 라인의 타단부는 외부로 지나간
다. 이러한 금속 포일(6)을 통한 라인 이송은 밀봉을 위해 행해진다. 핀치 영역(8)을 기부로 사용하여, 램프(7)는 이러한 전
구용으로 구비된 홀더에 삽입될 수 있으며, 공급 라인(7)은 적절한 커넥터 접촉부 내로 압입된다. 작동 중에, 약 12 내지
14볼트의 전압이 일반적으로 코일(3)에 인가되어, 코일(3)이 작열(glow)되기 시작한다. 이어서, 램프로부터 적외선과 가
시 광선이 방출된다.
본 발명에 따르면, 램프(1)는 도2에 도시한 바와 같은 코팅재(10)를 구비한다. 이러한 코팅재(10)는 일례로 불규칙한 형상
의 결함부나 크랙과 같이 불규칙하고 무작위로 배치된 구멍(11)들을 구비한다. 실시예의 도시된 예를 보면, 단지 램프 관
(2)의 중앙 영역만이 코팅재(10)를 구비한다. 밀봉 팁(9)과 핀치(8)는 코팅되지 않는다.
도3과 도4는 각각 코팅재(10) 일부의 현미경 영상을 도시하고 있으며, 이러한 코팅재에서 구멍(11)들을 명확하게 볼 수 있
다. 또한, 이러한 구멍(11)들이 불규칙하게 형성되어 있고 불규칙한 형상 및 각기 다른 크기를 갖고 있음을 알 수 있다.
이러한 구멍(11)들은 코팅 작업 중에 혹은 코팅 작업 후의 후처리 공정에서 특정 공정 변수를 설정함으로써 생성되며, 표
면 밀도 및/또는 평균 크기는 적절한 변수의 선정에 의해 정확하게 한정된다. 도3은 구멍(11)의 표면 밀도 및 평균 크기가
전체 표면에 걸쳐 비교적 균일하게 분포된 코팅재(10)의 일부를 도시하고 있다. 한편, 도4는, 공정 변수의 적절한 선정에
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의해서 그리고/또는 후처리 공정의 유형에 의해서 중앙 영역에서는 높은 표면 밀도 및 큰 평균 크기를 갖는 구멍(11)이 형
성되고 다른 영역에서는 낮은 구멍 밀도 및 작은 평균 크기를 갖는 구멍(11)이 형성되는 코팅재(10)의 일부를 도시하고 있
다.
두 경우 모두에 대해서, 코팅재는 Si와 SiO2의 교번층을 구비한 다층 코팅재이다. 각각의 경우에 있어서, 층들은 이른바 마
이크로딘(MicroDyn) 스퍼터링 공정으로 도포된다. 이러한 공정은 플라즈마가 입자 충격에 의해서가 아니라 마이크로파에
의해서 형성되는 스퍼터링 공정이다. 그 결과, 종래의 층의 이온 보조식 증착에 비해 훨씬 높은 밀도와 높은 굴절률이 달성
될 수 있다. 특히, 개별 층들 사이에는 확산 작용이 없다. 이어서, 이러한 방식으로 코팅된 램프에 소정의 열 후처리 공정이
행해진다.
이러한 램프(1)의 제조 공정이 도5에 흐름도 형태로 한번 더 도시되어 있다. 제1 공정 단계(Ⅰ)에서, 일례로 도1에 도시된
H7 할로겐 전구와 같은 전구를 종래의 방식대로 제조한다. 제2 공정 단계(Ⅱ)에서, 이러한 전구를 코팅한다. 코팅되지 않
을 램프의 영역은 바람직하게는 코팅 작업 중에 램프 홀더에 의해 덮여진다. 추가 공정 단계(Ⅲ)에서, 소정의 평균 표면 밀
도와 소정의 평균 크기를 갖는 소정의 구멍을 형성한다.
도3과 도4에 도시한 실시예의 예에서, 코팅재는 각각 가열 장치에 의해서 100 시간 동안 가열되며, 이때 온도는 600℃ 이
상이다. 650℃의 온도에서 100 시간 후에는 구멍의 수가 상당하게 증가하지 않는 것으로 판명되었다. 650℃의 온도는 램
프 작동 중에 관이 도달할 수 있는 최고 온도 이상이기 때문에, 이러한 변수에 의하면 후속 작업 중에 구멍이 우발적으로
팽창되지 않게 되고 구멍의 개수가 증가하지 않게 된다.
대부분의 용도에 대해서는, 도3에 도시한 바와 같은 균일한 밀도 분포 및 평균 크기를 갖는 구멍의 생성으로 충분하다. 하
지만, 원칙적으로는, 도4에 도시한 바와 같이 일부 영역에 다른 밀도 및 평균 크기를 갖는 구멍을 생성하는 것도 가능하다.
예를 들어, 외부 가열에 대한 추가 혹은 그에 대한 대체로서 코일 자체가 작열되도록 제조되어 이러한 위치에서 관의 온도
가 목표된 방식으로 상승되면, 다른 영역에 비해 코일 영역에서 더욱 높은 구멍 밀도가 달성될 수 있다. 도4는 코일에 의한
가열시 100 시간 후의 결과를 도시하고 있으며, 이때 평균 650℃의 온도가 관에 형성된다. 하지만, 후처리 공정에서의 코
일의 작열은 필연적으로 램프의 사용 수명을 저하시키기 때문에, 가열 장치에 의한 순수한 외부 가열이 바람직한 방법이
다.
코팅재의 열 후처리는 반사 스펙트럼에 어떠한 악영향도 주지 않는 것으로 밝혀져 있다. 필터 에지(filter edge)는 단지 더
낮은 파장 쪽으로 이동된다.
따라서, 코팅재는 코팅재의 필터 에지가 램프의 작동 온도에서 830nm 내지 880nm의 범위에 형성되도록 구성되어야 하는
것이 바람직하다. 이렇게 되면, 구멍의 개수 및 크기는 램프의 런업(run-up) 단계시 잔여 적색광(red light)을 보상하는 데
충분하게 된다. 바람직하게는, 필터 에지는 램프의 "냉간(cold)" 상태시 730nm 내지 780nm의 범위에 있어야 한다. 램프
상의 코팅재는 가동 후 대략 3분 후에 600℃ 내지 700℃의 온도에 도달한다. 공정 중에, 필터 에지는 830nm 내지 880nm
의 소정의 범위로 100nm만큼 이동된다.
도6은 본 발명에 따른 적외선 램프를 사용할 수 있는 차량 암시 시스템(12)을 개략적으로 도시하고 있다. 본 도면에는 차량
(13)의 전방부가 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명에 따른 적외선(IR) 램프(1)는 헤드램프(15) 내의 종래의 반사기(14)
내에 배치된다. 물론, 차량(13)은 일례로 상향등, 하향등, 안개등 등과 같은 종래의 램프와 헤드램프 시스템도 구비한다.
본 발명에 따른 적외선 램프(1)로부터 방출되는 적외선(IR)은 반사기(14)를 통해 헤드램프(15) 외부로 발광 방향(A)을 따
라 통행 공간으로 발광되어, 그 통행 공간의 임의의 물체(O)와 충돌하게 된다. 이러한 물체(O)는 적외선을 반사시킨다. 반
사된 적외선(IRR)은 일례로 차량(13)의 윈드스크린 후방 상부에 배치된 적외선 감지 카메라 시스템에 의해 검출된다. 원칙
적으로, 이렇게 사용되는 적외선 감지 검출기는 통상적인 CCD 혹은 CMOS 카메라일 수 있다. 이러한 카메라는 결국 적외
선 감응식이며, 통상의 카메라에서 사용할 수 있게 하도록 암시 시스템에 사용하기 ㅇ위해서는 단지 제거하기만 하면 되는
적외선 필터를 구비한다. 바람직하게는, 공간 정보를 더욱 우수하게 검출할 수 있게 하기 위해서, 서로 일정 간격을 두고
이격된 2개의 카메라를 포함하는 카메라 시스템(16)이 사용될 수 있다. 적절한 처리 후에, 적외선 카메라 시스템에 기록된
화상은 표시 장치(미도시)에 의해 차량(13)의 운전자에게 표시될 수 있다. 데이터의 자동 분석도 가능하여, 차량 운전자는
도로 상의 물체(O)에 대해 일례로 음향 신호나 광신호로 통보받을 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 도2에 도시한 바와 같이 핀치 영역(8)과 밀봉 팁(9) 영역에서는 어떠한 코팅재도 구비하지
않고 나머지 전체 표면에서는 본 발명에 따른 구멍(11)들을 갖는 코팅재(10)를 구비하는 램프(1)로 이루어진 차량 암시 시
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스템에 사용된다. 불규칙하게 형성된 구멍의 평균 표면 밀도 및 평균 크기는, 구멍과 핀치 영역 및 밀봉 팁을 통과하는 가
시광과 적외선 투과 코팅재를 통과하는 일정량의 가시 적색광이 ECE 백색 영역에서 색상을 갖는 스펙트럼을 갖도록 정해
진다. 또한, 핀치 영역과 밀봉 팁의 코팅되지 않은 영역과 구멍 크기 및 구멍 밀도는, 발광 방향(A)을 따라 통행 공간으로
발광되는 백색광(L)의 광도가 60 칸델라보다 작도록, 특히 바람직하게는 50 칸델라보다 작도록 선정된다.
마지막으로, 본 명세서와 도면들에 기재한 방법들과 램프들은 단지 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어
나지 않고서 폭넓게 변경시킬 수 있는 실시예들인 것을 재차 강조하고자 한다. 예를 들어, 본 명세서에 상세히 기재한 방법
에 또 다른 방법 단계들이 추가될 수 있다. 또한, "하나의"라는 용어는 관련 특징부가 여러 개 존재할 수도 있음을 배제하는
것이 아니며, "포함한다"라는 용어는 또 다른 부재나 단계가 존재할 수도 있음을 배제하는 것이 아니다.
도면의 간단한 설명
도1은 종래 기술에 따른 할로겐 램프를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도2는 본 발명에 따른 코팅재를 구비한 도1의 할로겐 램프를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도3은 실시예의 제1 예에 따라 램프 표면에 코팅된 본 발명에 따른 코팅재의 현미경 영상이다.
도4는 실시예의 제2 예에 따라 램프 표면에 코팅된 본 발명에 따른 코팅재의 현미경 영상이다.
도5는 본 발명에 따른 적외선 램프의 제조 방법을 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도6은 차량 암시 시스템을 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
도면5
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도면6
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