KR100612575B1 - 광 도관용 전반사 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점 광원을 선 또는 면 광원으로 바꾸어주는 조명 시스템에 사용 되어지는 전반사 필름에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전반사 필름의 일면은 형상면으로 이루어지며, 상기 형상면은 프리즘의 꼭지각 부분이 복수개의 작은 프리즘이나 복수개의 렌티큘러렌즈 형상 또는 복수개의 프리즘 형상과 복수개의 렌티큘러렌즈 형상이 함께 존재하는 단위 형상이 복수개의 선형 배열을 가지며 반대면은 컬링된 구조를 가지는 필름이며, 본 발명에 따른 전반사 필름은 광 도관 시스템의 용도에 따라 상기 단위 형상에서 프리즘이 이루는 각도와 작은 프리즘의 꼭지각 또는 렌티큘러렌즈의 곡률반경을 조절함으로써 종래의 기술로는 반드시 내부 확산판을 사용해야만 했으나 본 발명에서는 응용 제품에 따라 내부 확산판을 사용하지 않고도 균일하고 밝은 조명의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

전반사 필름, 광 전송도관, 프리즘, 렌티귤러렌즈, 전반사 임계각.

Description

광 도관용 전반사 필름 {Optical Lighting Film for LightPipe System}

[도1]은 기존 기술에 의한 전반사 필름의 구조이고,

[도2]는 [도1]의 기존 기술의 전반사 필름으로 구성한 광 도관 시스템이며,

[도3]은 [도2]의 시스템에서 추출되어 나오는 빛의 세기를 광 도관의 길이 방향으로 나타낸 그래프이다.

[도4]는 본 발명에 의한 전반사 필름의 응용 예이고,.

[도5]는 [도4]로 구성한 광 도관 시스템에서 추출되어 나오는 빛의 세기를 광 도관의 길이 방향으로 나타낸 그래프이다.,

[도6]은 본 발명에 의한 전반사 필름의 또 다른 응용 예이고,

[도7]은 [도6]으로 구성한 광 도관 시스템에서 추출되어 나오는 빛의 세기를 광 도관의 길이 방향으로 나타낸 그래프이다.

본 발명은 전반사 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일면은 형상면으 로 이루어지며, 상기 형상면은 프리즘의 꼭지각 부분이 복수개의 작은 프리즘이나 복수개의 렌티큘러렌즈 형상 또는 복수개의 프리즘 형상과 복수개의 렌티큘러렌즈 형상이 함께 존재하는 단위 형상이 복수개의 선형 배열을 가지며 반대면은 컬링된 구조를 가지는 필름이며, 이를 이용하여 광 도관을 제조하면 응용 시스템의 종류에 따라 내부 확산판을 쓰지 않고도 밝기와 균일도가 대폭적으로 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

내부 전반사의 원리를 이용한 광학부품 및 광학계 중에서 대표적인 것으로는 직각 프리즘, 루프 프리즘, 펜타 프리즘, 광통신용 광섬유 등이 있다. 내부 전반사란 굴절률이 큰 밀한 매질에서 굴절률이 작은 소한 매질로 빛이 진행할 때 입사각이 특정 임계각에 도달하면 굴절각이 90°가 되어 특정 임계각보다 큰 각으로 입사하는 빛은 전반사되는 원리를 말하며, 이 때 특정 임계각은 빛의 파장과 매질의 굴절률에 따라 결정된다.

즉,굴절률이 n 인 밀한 매질에서 굴절률이 n′인 소한 매질로 빛이 입사각 i로 입사하였을 때 굴절각이 90°가 된다면, 이 때의 입사각 i는 전반사 임계각이며 그 값은 다음의 수학식 1로부터 유도된 수학식 2와 같다.

n sin(i) = n′sin(90°)

i = sin(n′／n)

상기 수학식 1은 스넬의 굴절 법칙을 나타내며, 수학식 2의 전반사 임계각 i 보다 큰 각도로 입사되는 빛은 밀한 매질로 다시 반사되며, 그 반사된 빛의 반사각은 입사된 빛의 입사각과 그 크기가 같고 방향이 반대이게 된다.

이 때 두 매질의 경계면인 전반사면을 제 1 전반사면이라 하고 이와 직각을 이루는 제2 전반사면이 존재한다면, 제 1 전반사면에서 전반사된 빛은 제 2 전반사면에서 한번 더 전반사되어 결과적으로 입사한 빛의 정반대 방향으로 빛이 반사된다.상기한 바와 같이, 임계각보다 큰 각으로 입사된 빛은 전반사되고 임계각보다 작은 각으로 입사된 빛은 투과되며, 이러한 원리를 이용하여 집광기, 거울, 조명기구 등을 만들기도 한다.

상기한 바와 같은 원리를 이용한 종래기술 중에서 미국 특허 제4,906,070 호는 이등변의 직각 전반사면을 갖는 전반사 유연성 필름에 관한 것이다.

여기서의 전반사면은 이등변의 직각 프리즘이 선형 배열된 것으로, 이러한 필름을 광 전달 매체인 광 전송도관으로 구성하고 광 전송도관의 선단부에 램프를 설치한 경우, 이론적으로 관의 내부를 마치 광통신용 광 섬유 속의 빛이 전반사를 반복하며 전달 되듯이 빛이 누출 없이 관의 길이방향으로 전달되게 된다. 따라서 종래기술을 적용한 광 전송도관에서는 빛의 효율적인 추출을 위해서 반드시 광 전송도관 내부에 관의 길이방향으로 확산면적을 달리하는 확산판을 설치하여야만 한다.

그러나, 이러한 확산판을 설치한 경우에도 관의 길이방향에 대해 균일하고 밝은 광 분포를 얻기 힘들며 대부분의 경우에 있어 관의 길이 방향으로 비대칭적인 광 분포를 얻게 된다.

또한 이러한 요구 사항은 전체 시스템을 구성함에 있어서 많은 제약을 초래하며 작업성을 떨어뜨리게 되는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 그 목적은 광 전달 및 추출 특성을 조절하여 기존의 내부 확산판을 설치하여 구성되는 광 도관 시스템에의 적용은 물론이고 내부 확산판을 사용하지 않는 광 도관 시스템의 구성이 가능하도록 하는 전반사 필름을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전반사 필름은, 일면은 평평하고 다른 일면은 형상면으로 이루어지며, 상기 형상면은 큰 프리즘의 꼭지각 부분이 복수개의 작은 프리즘이나 복수개의 렌티큘러렌즈 또는 복수개의 프리즘 형상과 복수개의 렌티큘러렌즈 형상이 함께 존재하는 형상으로 이루어진 단위 형상이 복수개의 선형 배열된 구성이다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명의 전반사 필름을 이용하여 제조된 광 전송도관은, 전반사 필름을, 평평한 일면을 내면으로 하고 외면에는 상기 기술한 단위형상이 원통의 길이방향으로 배열되도록 원통 형태의 관으로 만듦으로써, 소정 각도로 관의 내부로 입사하는 광이 관을 따라 이동하면서 광의 전달과 추출이 동시에 일어나는 광도관이다.

이때, 전달과 추출의 정도는 단위 형상의 큰 프리즘의 가상의 꼭지각과 큰 프리즘의 가상의 꼭지각에 위치한 작은 프리즘들의 개수 및 작은 프리즘 꼭지각 또는 렌티큘러렌즈의 개수 및 곡률반경으로 조절된다.

보다 구체적으로 상기한 본 발명의 일 예로 [도1]은 기존의 기술과 마찬가지의 목적으로 최대의 전달 효율 만을 위한 구성으로 [도2]는 [도1]로 내부 확산판 없이 구성된 광도관 시스템으로부터 나오는 길이 방향의 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

[도6]의 그래프와 마찬가지로 길이 방향으로 빛이 빠져 나가지 못함을 관찰 할 수 있고, 또한 꼭지각 부분의 효율적인 전반사 효과로 광도관의 끝단의 전달된 빛의 세기는 기존 기술에 의해서 구현된 경우보다 좀더 우수하다.

또한 본 발명의 또 다른 응용 예인 [도3]은 내부 확산판이 없이 전체 길이 방향으로 빛이 균일하게 추출되게 하기 위한 구성으로 [도4]는 내부 확산판 없이 구성된 광도관 시스템으로부터 나오는 길이 방향의 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

[도4]의 그래프에서 알 수 있듯이 내부 확산판을 쓰지 않고도 본 발명에 의한 광도관 시스템에서는 시스템 전체 길이 방향으로 균일한 분포의 빛이 추출됨을 알수 있다.

[도5]는 기존 기술에 의한 전반사 필름이며 [도6]은 이를 이용한 내부 확산판 없이 구성된 광도관 시스템으로부터 나오는 길이 방향의 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

상기와 같이 광도관 시스템을 구성하여 비교 실험함에 있어서 내부 확산판을 쓰지 않은 이유는 내부 확산판은 응용시스템에 따라 그 모양과 물성을 조절해야 하기 때문에 객관적인 비교를 위한 조건으로 적합하지 않기 때문이다. 즉 상기 모든 비교는 동일한 구성의 광도관 시스템임을 재차 강조한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 프리즘 꼭지각 부분이 복수개의 작은 프리즘 및 렌티큘러 렌즈의 조합으로 구성되고 이들의 반복 배열로 구성된 전반사 필름을 이용하여 제조된 광도관은 종래기술에서 반드시 요구되어지는 내부 확산판을 사용하지 않고도 균일한 밝기를 나타내는 조명을 얻는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 하나의 특정한 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

1. 투명한 중합체 물질로 이루어지며 일면은 형상면으로 이루어지며, 상기 형상면은 프리즘의 꼭지각 부분이 복수개의 작은 프리즘이나 복수개의 렌티큘러렌즈 형상 또는 복수개의 프리즘형상과 복수개의 렌티큘러렌즈 형상이 함께 존재하는 단위 형상이 복수개의 선형 배열을 가지며 반대면은 컬링된 구조를 가지는 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 투명 중합체로 사용 되어지는 물질 내에 광 확산의 기능을 구현할 수 있는 광학적 굴절률이 상이한 입자를 포함함을 특징으로 하는 필름.
3. 제 1항에 있어서, 투명 중합체 물질이 폴리카보네이트(PC) 또는 아크릴인 것을 특징으로 하는 필름.

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