[논문]재귀반사 원리를 이용한 점등이미지 향상 LIGHT GUIDE 개발

김형선; 최성욱; 진건수

doi:10.22680/kasa2019.11.4.016

[국내논문] 재귀반사 원리를 이용한 점등이미지 향상 LIGHT GUIDE 개발
Development of the Light Guide Lamp for Lighting Image Enhancement Using Retro Reflection Principle 원문보기

자동차안전학회지 = Journal of Auto-Vehicle Safety Association, v.11 no.4, 2019년, pp.16 - 21

김형선 (현대자동차 라이팅비전설계팀) , 최성욱 (현대자동차 라이팅비전설계팀) , 진건수 (현대자동차 라이팅비전설계팀)

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, most automobile manufacturers have been using slim light source images to imprint their own brand image and identity. A light guide type lamp is widely used for making these kinds of a slim light source image. A light guide lamp means using a light emitting diode light source at one end of a long cylindrical pipe. The light from the light emitting diode source moves through the pipe by total reflection principle. Moving light is sent forward by various optic structures which is applied in the cylindrical pipe. However, the light guide lamp has a problem that the image of the light differs depending on the viewing direction, and in some cases there is dark section. It means light guide has low quality about lighting image. In this paper, trying to improve the fundamental problems of the light guide mentioned above by using various triz methods. Through functional modeling, estimating the factors affecting the light in the light guide lamp and make various ideas to improve the lighting image using the chain effect cause analysis, function oriented search scientific database techniques. Using these kinds of various TRIZ methods, finally find solutions that can improve the brightness and lighting uniformity of the light guide lamp. The ideas obtained in this paper were applied to actual vehicle development, and several patents achievements were obtained. In conclusion, it is proved that TRIZ method is useful for making ideas in actual automobile industrial field and is also a useful method for acquiring patent.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 LIGHT GUIDE 램프 적용 사례
그림 Fig. 2 LIGHT GUIDE 램프
그림 Fig. 3 전반사 원리
그림 Fig. 4 LIGHT GUIDE problem
그림 Fig. 5 LIGHT GUIDE TRIZ 기능 분석 모델링
그림 Fig. 6 점등 이미지 영향 인자
그림 Fig. 7 TRIZ CECA 기법 이용 아이디어 도출
그림 Fig. 8 재귀 반사 원리 적용사례
그림 Fig. 9 거울 반사, 재귀 반사
그림 Fig. 10 SK 차종 재귀 반사 원리 적용(양산 사양 아님)
표 Table 1 SK 차종 시뮬레이션(양산 사양 아님)
그림 Fig. 11 재귀반사 옵틱 미적용 BACK COVER
그림 Fig. 12 재귀반사 초기 옵틱 적용 컨셉(옵틱 영역 중복 문제)
그림 Fig. 13 재귀반사 최종 옵틱 적용 컨셉(옵틱 중복 영역 분리)
표 Table 2 NC PE 차종 재귀 반사 옵틱 실차 적용
그림 Fig. 14 SK 차종 양산 적용

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 TRIZ 기법을 사용하여 점등이미지에 부정적 영향을 주는 인자 분석 및 문제 해결을 위한 솔루션을 도출하고자 한다.
본 논문은 TRIZ CECA 기법을 사용하여 점등 이미지 향상 아이디어를 도출해 보았다. CECA 기법이란 근본적인 문제점을 찾기 위해 표면적인 문제점에 꼬리에 꼬리를 물고 질문을 이어나가 본질적인 문제점에 도달하는 방법론이다.
실제 양산된 차종에 재귀 반사 옵틱 테이프를 부착하는 리워크 작업을 통해 본 아이디어에 대한 검증을 하고자 한다.
점등 이미지 영향 인자 분석 결과를 바탕으로 LIGHT GUIDE 점등이미지를 향상시킬 수 있는 아이디어를 생각해보았다.

가설 설정

재귀 반사 옵틱을 LIGHT GUIDE BACK COVER에 적용할 경우 기존에 난반사 되던 빛들을, 입사된 방향으로 다시 되돌아가게 함으로써 빛의 밝기와 점등 균일도를 향상시킬 수 있다는 가설을 정의했다.

제안 방법

Fig. 10과 같이 개발중인 SK 차종 BACK COVER에 재귀 반사 옵틱을 적용 후 시뮬레이션 결과를 확인해보았다. 보안 관계로 본 논문에 있는 시뮬레이션 수치는 개발 중 몇 가지 케이스를 가지고 진행된 시험 사례중의 하나일 뿐이며 실제 양산된 차량에 적용된 BACK COVER 옵틱 모양 및 배광값과는 차이가 있다.
Fig. 5에서 볼 수 있듯이 TRIZ 기능 분석 기법을 사용하여 LIGHT GUIDE 램프에서 빛이 이동할 때 영향을 주는 인자에 대해 분석했다.
Fig. 7에서 볼 수 있듯이 TRIZ CECA 기법을 이용하여 A~F에 해당하는 총 6가지 아이디어를 도출하였으며, 이 중에서 경쟁차 분석 결과 차이점이 있는 항목인 BACK COVER와 관련 아이디어 E,F를 분석하기로 한다. 또한 E 에 해당하는 반사율 높은 표면처리 적용의 경우 실제로 이미 검증된 아이디어 항목이며 원가 상승을 가져올 수 있는 아이디어이므로 본 논문에서는 제외하기로 한다.
시뮬레이션 및 실차 검증을 통해 효과를 확인한 재귀 반사 옵틱 적용 아이디어를 실제 개발 차종인 SK에 적용하였다.
최종 아이디어는 F에 해당하는 BACK COVER 광학 옵틱 적용으로 결정하였다. 앞서 언급했듯이 여태까지 접근되지 않았던 아이디어 중에서 기존 LIGHT GUIDE 컨셉과 원가, 중량적으로 증가분을 가져오지 않는 기준으로 아이디어를 선정하였다.
점등 이미지 개선을 위하여 TRIZ 공간의 분리 원리를 이용하여 옵틱이 중복되지 않도록 Fig. 13과 같이 BACK COVER 옵틱 영역 중 LIGHT PIPE 옵틱과 중복되는 영역을 분리하였다. 이를 통해 외관이미지가 복잡해지는 형상을 개선 하였고 배광값을 비교한 결과 거의 유사함을 확인하였다.
초기 설계는 Fig. 11과 같이 BACK COVER 에 옵틱 형상 없이 일반적인 평평한 형상으로 설계를 진행하였다. 일반적인 컨셉으로는 금형품의 점등 이미지 품질이 부족하였다.
최종 아이디어는 F에 해당하는 BACK COVER 광학 옵틱 적용으로 결정하였다. 앞서 언급했듯이 여태까지 접근되지 않았던 아이디어 중에서 기존 LIGHT GUIDE 컨셉과 원가, 중량적으로 증가분을 가져오지 않는 기준으로 아이디어를 선정하였다.

이론/모형

TRIZ CECA 기법을 이용하여 아이디어 방향을 도출하였고, 구체적인 방안을 찾기 위해 TRIZ FOS 기법을 이용하였다. FOS 기법이란 다른 산업에서 유사한 문제상황에 사용되고 있는 아이디어 솔루션을 내가 풀고자 하는 과제에 적용시켜보는 방법론이다.

성능/효과

1) LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 LIGHT GUIDE의 평균 휘도값을 향상시킬 수 있음을 확인했다. 이를 통해 LED 수 절감을 통한 원가 절감이 가능하다.
2) LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 휘도 표준편차 값 낮춰 점등균일도 향상시킬 수 있음을 확인했다. 이를 통해 상품성 향상이 가능하다.
3) LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 LIGHT GUIDE 가시각 법규 만족 성능을 향상시킬 수 있음을 확인했다. 이를 통해 디자인 자유도를 향상시켜 상품성 향상이 가능하다.
4) 본 논문에서 진행한 재귀반사 원리 옵틱 적용은 SK 양산 차종에 적용 완료되었다.
Table 1에서 확인할 수 있듯이 25m 스크린 배광 법규 영역 안에서 BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 광속량(Luminous Flux) 값이 0.06lm 향상되었으며, 재귀 반사 옵틱 미적용시 빛이 잘 가지 않았던 75R(차량 바깥쪽) 으로 더 많은 빛이 가게 되면서 측면에서 관찰시 암영대가 개선되면서 자동적으로 가시각 법규 미적용 대비 여유 있게 만족할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 가시각 법규가 만족되면 LIGHT GUIDE의 디자인 자유도가 크게 향상되는 효과도 얻을 수 있다.
뒤로 빠져 낭비되던 빛을 전방으로 보냄으로써 효과적인 빛 활용을 통해 개선된 점등이미지를 가져올 수 있었으나, BACK COVER에 적용된 옵틱과 LIGHT PIPE에 적용된 옵틱이 불규칙하게 중복됨으로 인해 외관 이미지가 복잡해지는 문제가 새롭게 발생했다.
실품에 재귀 반사 옵틱을 적용하여 비교 해본 결과, Table 2에서 볼 수 있듯이 정의한 가설대로 재귀 반사 옵틱 적용 후 빛의 밝기가 향상된 것을 확인할 수 있다. 미적용시에 있던 빛이 어두운 영역들이 재귀 반사 옵틱 적용 후 사라지는 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과를 통해 TRIZ 방법론을 통해 실제 산업 분야에의 품질을 향상 시킬 수 있는 유용한 아이디어를 얻을 수 있으며, 그러한 아이디어는 단순 컨셉에 그치는 것이 아닌 실제 제품 개발에 적용할 수 있음을 확인하였다.
13과 같이 BACK COVER 옵틱 영역 중 LIGHT PIPE 옵틱과 중복되는 영역을 분리하였다. 이를 통해 외관이미지가 복잡해지는 형상을 개선 하였고 배광값을 비교한 결과 거의 유사함을 확인하였다.
재귀 반사 옵틱 적용 후 시뮬레이션, 실품 비교를 통하여 LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱을 적용하여 LIGHT GUIDE의 밝기, 점등균일도, 가시각 법규 만족, 디자인 자유도를 크게 향상시킬 수 있다는 가설의 타당성을 검증하였다.
최종적으로 TRIZ 기능 모델링을 통해 빛의 방향에 영향을 주어 점등 이미지에 영향을 줄 수 있는 주요 인자를 BACK COVER, LIGHT PIPE, 옵틱, INNER LENS임을 확인했다.

후속연구

또한 재귀반사라는 반사 원리를 이용하게 될 경우 버려지는 빛을 재활용할 수 있으며 추후 다양한 광학 제품에 응용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LIGHT GUIDE란?	LIGHT GUIDE는 최소한의 빛 손실로 광원에서 특정 거리까지 빛을 보내기 위해 설계된 램프이다. 이때 빛이 이동하는 방식은 전반사의 원리를 사용한다.
	가시각 법규가 만족되면 얻을 수 있는 효과는?	06lm 향상되었으며, 재귀 반사 옵틱 미적용시 빛이 잘 가지 않았던 75R(차량 바깥쪽) 으로 더 많은 빛이 가게 되면서 측면에서 관찰시 암영대 가 개선되면서 자동적으로 가시각 법규 미적용 대비 여유 있게 만족할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 가시각 법규 가 만족되면 LIGHT GUIDE의 디자인 자유도가 크게 향 상되는 효과도 얻을 수 있다.
	LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 LIGHT GUIDE의 평균 휘도값을 향상시킬 수 있을 때의 장점은?	1) LIGHT GUIDE BACK COVER 재귀 반사 옵틱 적용시 LIGHT GUIDE의 평균 휘도값을 향상시킬 수 있음을 확인했다. 이를 통해 LED 수 절감을 통한 원가 절감이 가능하다.

참고문헌 (10)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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