KR100729917B1 - 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클래딩층에 형성된 발광홈을 레이저 가공하여 광의 출력시 보다 선명하게 발광되도록 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템에 관한 것이다.
본 발명은 입사된 광의 이동을 위한 코어 및 상기 코어의 외주면을 둘러싸는 클래딩층으로 구성된 광섬유와, 상기 광섬유에 입사된 광을 측면으로 방출하도록 상기 클래팅층에 형성된 발광부를 포함하는 측면 발광형 광섬유를 이용한 조명장치에 있어서, 상기 발광부는 상기 코어(12)로 입사된 광이 정확하고 세밀하게 출력되어 발광되도록 레이저 가공된 발광홈(30)이고, 상기 발광홈(30)에 연통되는 상기 코어(12)의 내부에는 입사된 광을 산란시켜 출력시키도록 산란패턴홈(40)이 형성된 것을 특징으로 한다.
플라스틱 광섬유, 코어, 클래딩층, 발광홈, 레이저 가공

Description

측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템 {The illuminating system using of surface lighting plastic optical fiber }
도 1은 일반적인 플라스틱 광섬유를 보인 단면 상태도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 클래딩층의 외주면에 형성된 발광홈을 보인 단면 상태도,
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 클래딩층의 외주면에 형성된 발광홈을 보인 단면 상태도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의해 대구경 플라스틱 광섬유 내부에 패턴이 형성된 코어를 통해 출력되는 광을 보인 상태도,
도 4는 본 발명에 의한 일렬로 정렬된 플라스틱 광섬유를 이용한 조명장치의 사용상태도,
도 5는 본 발명에 의한 원형으로 정렬된 플라스틱 광섬유를 이용한 조명장치의 다른 사용상태도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 플라스틱 광섬유 12: 코어
14: 클래딩층 20: 빛
30: 발광홈 35: 광제어판
40: 산란패턴홈
본 발명은 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클래딩층에 형성된 발광홈을 레이저 가공하여 광의 출력시 보다 선명하게 발광되도록 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유(Optical Fiber)는 금속케이블에 비해 광전송대역폭, 저전송손실율, 소형 및 경량성, 무전자유도성, 그리고 안정성이 더 우수함에 따라 최근 통신, 조명, 의료기기 등 사용분야가 급격히 증가하고 있는 실정이다.
상기 광섬유는 실리카유리 광섬유(Silica glass optical Fiber)와 플라스틱 광섬유(Plastic optical Fiber)가 있으며, 상기 실리카유리 광섬유는 그 자체의 뛰어난 광학 특성, 환경안정성, 내열성 때문에 기존의 광학 부품의 기본 재료로 많이 사용되어 왔으나, 깨어지기 쉽고 형성 가공이 어려우며, 일정 크기 이상의 형태로 조성함에 있어 생산성의 문제가 있어 상기 플라스틱 광섬유로 대체하여 사용하고 있다.
상기 플라스틱 광섬유는 전체 외경이 1mm 내외인 멀티모드 광섬유로서, 코어부분의 굴절율 분포가 균일한 스텝 인덱스(SI형, step index) 광섬유와, 기울기 분포를 가지는 그래디언트 인덱스(GI, gradient index) 광섬유로 나눌 수 있다.
상기 플라스틱 광섬유는 그 성형이 비교적 자유롭고, 가공이 용이함에 따라 표시장치 및 조명장치로 사용되고 있으며, 특히 클래드층의 일정 부분을 손상시켜 광을 인출할 수 있음에 따라 단순한 경광조명 이외에 표시장치 또는 백라이팅장치를 포함하는 조명장치로 각광을 받고 있다.
그러나 상기 플라스틱 광섬유를 이용한 조명장치는 상기 플라스틱 광섬유 또는 플라스틱 광섬유 어레이 측면에 스크래치를 주거나 도구 등을 이용하여 인위적으로 홈 또는 면을 형성하거나 특정 모양을 새겨서 광섬유의 측면으로부터 광이 인출되도록 함에 따라 인출되는 광의 휘도가 불균일할 뿐만 아니라 임의적으로 손상시킴에 따라 출력광이 점점 어두워지거나 점점 밝아지는 등 불규칙적인 측면광으로 인해 효과적인 조명과 원하는 이미지를 정확하고 세밀하게 나타낼 수 없는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하고자 공개특허공보 제0110564호(2006. 10.25, 발명의 명칭: 플라스틱 광섬유 또는 플라스틱 광섬유어레이 측면으로의 광 인출방법)가 개시되어 광섬유의 클래드층의 특정부위만을 정밀하게 손상시킴으로써 균일한 휘도를 갖는 상태로 발광되도록 하고 있으며, 손상시 깊이를 조절하여 광섬유의 길이방향으로 주기적 또는 계속적인 광의 인출이 가능하게 하고 있다.
그러나, 상기 클래딩층의 손상시 고압으로 연마제를 분사하여 클래드 부분을 깍아내는 방법은 분사하는 연마제의 크기 및 압력의 차에 따라 균일한 가공이 불가능하며, 균일하게 하더라도 원하는 형상의 가공이 어려운 단점이 있으며, 가림막을 이용한 방법은 가공전에 미리 가림막을 제작하여야 함으로써 비용 등의 증가를 가 져올 뿐만 아니라 일반적으로 광섬유의 지름이 1mm 내외이므로 가림막의 탈부착이 현실적으로 불가능하며 전체적인 작업효율의 저하를 가져오는 단점이 있다.
또한, 연마제 분사 방법은 광섬유를 균일하게 가공하기가 난해할 뿐만 아니라 원통형의 플라스틱 광섬유에 연마제가 조사되는 부위에 따라 가공의 정도가 상이할 수밖에 없어 균일한 휘도를 낼 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 원하는 이미지를 원하는 크기 및 형상으로 설계한 후 설계된 이미지 그대로 레이저 가공하여 광섬유의 클래드층을 손상시킴으로써 발광시 균일한 휘도로 발광되어 짐과 아울러 단순한 광의 출력이 아닌 설계된 이미지 그대로 디스플레이 할 수 있으며, 원하는 색상으로 광을 입사시켜 동화상의 구현을 가능하게 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 레이저 가공법을 통해 비접촉식으로 직접 빛을 조사함으로서 균일한 폭(최소 약 100㎛까지)으로 원하는 부분만을 가공할 수 있어 복잡한 형상의 이미지를 보다 선명하게 구현할 수 있으며, 레이저 가공 폭 및 깊이에 따라 인출되는 빛을 조절할 수 있어 다양한 이미지를 구현할 수 있는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입사된 광이 이동하는 코어 및 상기 코어의 외주면을 둘러싸는 클래딩층으로 구성된 광섬유와, 상기 광섬유에 입사된 광을 측면으로 방출하도록 상기 클래팅층에 형성된 발광부를 포함하는 측면 발 광형 광섬유를 이용한 조명장치에 있어서, 상기 발광부는 상기 코어로 입사된 광이 정확하고 세밀하게 출력되어 발광되도록 레이저 가공된 발광홈인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발광홈은 상기 클래딩층에 일정 깊이로 패이도록 형성하여 상기 패인 홈이 상호 대향되게 형성되거나 단면형상이 고리형을 갖도록 레이저 가공되어 상기 코어에 연결되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 발광홈의 간격은 출력된 광의 세밀한 연출로 선명한 이미지를 형상화하도록 외경이 1mm 내외인 일반적인 광섬유는 폭 100㎛ ~ 500㎛로 가공하고, 외경이 3mm 이상으로 주문제작된 광섬유는 폭 1,000㎛ ~ 2,000㎛으로 가공하여 코어층 내부에 레이저 인그래이빙 방법으로 산란패턴이 가공된 것이 바람직하다.
한편, 상기 광섬유는 서로 밀착되게 일렬로 정렬된 판상으로 형성되거나 단면이 원형으로 형성되고, 일측에는 상기 코어에 광의 입사를 제어하기 위한 광제어판이 구비되며, 상기 광섬유의 클래딩층에 각각 형성된 발광홈을 상호 연결시켜 상기 광제어판에 의한 광의 입사시 상기 발광홈의 연결형상이 외부로 발광되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광제어판에는 상기 코어에 입사되는 광의 색상을 수시로 변화시켜 색상과 동일하게 움직이는 동화상기능을 갖도록 빨강과 녹색 및 파랑의 세가지색을 갖는 엘이디 또는 단색을 갖는 엘이디가 더 구비된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이 용한 조명시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 플라스틱 광섬유를 보인 단면 상태도이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 클래딩층의 외주면에 형성된 발광홈을 보인 단면 상태도이며, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 클래딩층의 외주면에 형성된 발광홈을 보인 단면 상태도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의해 대구경 플라스틱 광섬유 내부에 산란패턴이 형성된 코어를 통해 출력되는 광을 보인 상태도이며, 도 4는 본 발명에 의한 일렬로 정렬된 플라스틱 광섬유를 이용한 조명장치의 사용상태도이고, 도 5는 본 발명에 의한 원형으로 정렬된 플라스틱 광섬유를 이용한 조명장치의 다른 사용상태도이다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 광섬유(10)는 전체 외경이 1mm 내외의 멀티모드 광섬유로서, 입사된 광의 이동을 위한 코어(12)와, 상기 코어(12)의 외주면을 둘러싸는 클래딩층(14)으로 구성된 것으로, 상기 코어(12)로 입사된 광의 진행 과정 즉, 빛의 도파 과정에 대해서는 공지의 기술인 관계로 더 이상 설명하지 않기로 한다.
본 발명은 상기 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템에 관한 것으로, 상기 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 플라스틱 광섬유(10)에 입사된 광을 측면으로 방출하도록 상기 클래딩층(14)에 발광부를 형성한다.
여기서, 상기 발광부는 상기 코어(12)로 입사된 광이 정확하고 세밀하게 출력되어 발광되도록 레이저 가공된 발광홈(30)으로 형성된다.
이때, 상기 발광홈(30)은 출력된 광의 세밀한 연출로 선명한 이미지를 형상 화하도록 외경이 1mm 내외인 일반적인 광섬유는 폭 100㎛ ~ 500㎛으로 가공된 것으로, 상기 클래딩층(14)의 일측면이 패이도록 형성되거나, 상기 패인 홈이 상호 대향되게 형성될 수 있으며, 다른 방법으로 단면형상이 고리형을 갖도록 레이저 가공되어 상기 코어(12)에 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 상기 클래딩층(14)만을 손상시켜 입사된 광을 측면으로 발광되도록 할 수 있으나, 상기 클래딩층(14)의 손상과 더불어 외경이 3mm 이상으로 주문제작 된 광섬유는 폭 1,000㎛ ~ 2,000㎛으로 가공하여 상기 코어(12)의 내부 특정부분을 레이저로 더 손상시켜 빛을 산란시킬 수 있으며, 이에 따라 원하는 형상을 인출시킴과 아울러 다양한 형상의 표출이 가능하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 상기 플라스틱 광섬유(10)를 이용하여 조명장치를 형성하는 경우에는 상기 플라스틱 광섬유(10)를 서로 밀착되게 일렬로 정렬된 판상으로 형성하거나 단면이 원형으로 형성되게 정렬하고, 일측에는 상기 코어(12)에 광의 입사를 제어하기 위한 광제어판(35)을 구비한다.
이때, 상기 클래딩층(14)에 형성된 발광홈(30)이 특정 형상을 갖도록 상기 플라스틱 광섬유(10)를 상호 연결시키거나 정렬된 상태의 상기 플라스틱 광섬유(10)에 특정 형상을 갖도록 레이저 가공하여 상기 발광홈(30)을 형성하여 상기 광제어판(35)에 의한 제어로 광의 입사시 상기 발광홈(30)의 연결형상이 외부로 발광되게 한다.
한편, 상기 광제어판(30)에는 상기 코어(10)에 입사되는 광의 색상을 수시로 변화시켜 색상과 동일하게 움직이는 동화상기능을 갖도록 빨강과 녹색 및 파랑의 세가지색을 갖는 엘이디(미도시) 또는 단색을 갖는 엘이디(미도시)를 더 구비시켜 다양한 색상의 연출을 가능하게 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴보면,
원하는 형상의 측면 발광을 얻도록 도 4와 같이 플라스틱 광섬유(10)를 일렬로 정렬시켜 조명장치를 제작하거나, 도 5에 같이 단면형상이 원형을 갖도록 플라스틱 광섬유(20)를 제작한다.
이때, 상기 플라스틱 광섬유(10)의 클래딩층(14)에는 발광홈(30)이 미리 형성되거나 상기와 같이 조명장치를 제작한 후 레이저 가공시켜 특정 형상을 갖도록 형성할 수 있다.
상기 플라스틱 광섬유(10)의 일측에 연결된 광제어판(35)을 제어하여 상기 플라스틱 광섬유(10)의 코어(12)에 빛(20)을 조사시키게 되면, 상기 코어(12)에 입사된 빛(20)은 광로를 따라 진행하면서 클래딩층(14)에 형성된 상기 발광홈(30)을 통해 외부로 출력되게 되는데, 이때, 상기 발광홈(30)이 레이저에 의해 정밀가공됨에 따라 광이 선명하게 출력되어 지고, 출력되는 광에 의해 특정형상이 외부로 표출되게 된다.
한편, 상기 광제어판(35)에 의한 제어로 특정 색상의 빛을 조사함으로써 표출된 형상이 색상을 갖도록 할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 색상을 이용하여 동화상을 구현할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 플라스틱 광섬유(10)를 이용한 측면 발광시 보다 균일 한 휘도로 선명한 이미지를 얻을 수 있으며, 광제어판(35)에 의한 제어로 특정 색상 및 동화상을 갖도록 발광시킬 수 있는 것으로, 조명장치에 있어 효과적이고 다양한 색상의 광표출이 가능한 유용한 기술이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 원하는 이미지를 원하는 크기 및 형상으로 설계한 후 설계된 이미지 그대로 다수개의 플라스틱 광섬유를 일렬로 정열한 후에 레이저 가공하여 광섬유의 클래드층을 손상시킴으로써 발광시 균일한 휘도로 발광되어 짐과 아울러 단순한 광의 출력이 아닌 설계된 전체 이미지 그대로 디스플레이 할 수 있으며, 원하는 색상으로 광을 입사시켜 동화상의 구현을 가능하게 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 가공법을 통해 비접촉식으로 직접 빛을 조사함으로서 균일한 폭으로 원하는 부분만을 가공할 수 있어 복잡한 형상의 이미지를 보다 선명하게 구현할 수 있으며, 레이저 가공 폭 및 깊이에 따라 인출되는 빛을 조절할 수 있어 다양한 이미지를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 입사된 광의 이동을 위한 코어 및 상기 코어의 외주면을 둘러싸는 클래딩층으로 구성된 광섬유와, 상기 광섬유에 입사된 광을 측면으로 방출하도록 상기 클래팅층에 형성된 발광부를 포함하는 측면 발광형 광섬유를 이용한 조명장치에 있어서,
    상기 발광부는, 상기 코어(12)로 입사된 광이 정확하고 세밀하게 출력되어 발광되도록 레이저 가공된 발광홈(30)이고,
    상기 발광홈(30)에 연통되는 상기 코어(12)의 내부에는 입사된 광을 산란시켜 출력시키도록 산란패턴홈(40)이 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발광홈(30)은 상기 클래딩층(14)의 일측 또는 일측을 포함한 타측에 일정 깊이로 패이도록 형성되거나 종단면형상이 고리형을 갖도록 레이저 가공되어 상기 코어(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발광홈(30)의 폭은 출력된 광의 세밀한 연출로 선명한 이미지를 형상화하도록 외경이 1mm 내외인 광섬유는 폭 100㎛ ~ 500㎛로 가공하고, 외경이 3mm 이상의 광섬유는 폭 1,000㎛ ~ 2,000㎛으로 가공하여 상기 코어(12) 내부에 상기 산란패턴홈(40)이 형성되도록 레이저 가공된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광섬유는 서로 밀착되게 일렬로 정렬된 판상으로 형성되거나 단면이 원형으로 형성되고, 일측에는 상기 코어(12)에 광의 입사를 제어하기 위한 광제어판(35)이 구비되며,
    상기 광섬유의 클래딩층(14)에 각각 형성된 발광홈(30)을 상호 연결시켜 상기 광제어판(35)에 의한 광의 입사시 상기 발광홈(30)의 연결형상이 외부로 발광되는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 광제어판(35)에는 상기 코어(12)에 입사되는 광의 색상을 수시로 변화시켜 색상과 동일하게 움직이는 동화상기능을 갖도록 빨강과 녹색 및 파랑의 세가지색을 갖는 엘이디 또는 단색을 갖는 엘이디가 더 구비된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 플라스틱 광섬유를 이용한 조명시스템.
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