KR100730868B1 - 조명 장치 - Google Patents

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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광도파관(11; 31; 43), 광도파관으로 발산된 빛을 커플링하는 광원(12; 32; 33; 41), 그리고 다수의 셀 엘리먼트를 서로 결합시켜 셀 형상으로 형성되었으며 적어도 빛이 편향되는 영역에서는 광도파관을 밀봉하고 있는 마운트(10; 20, 21; 22, 23; 30, 35, 38; 40, 42)을 구비하는 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 설명된 조명 장치를 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

조명 장치 {LIGHTING DEVICE}
본 발명은 광도파관(optical waveguide), 광도파관으로 광을 발산하는 광원(light source), 그리고 광도파관을 위한 마운트(mount)를 구비하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드가 광원으로서 종종 사용되는 이러한 형태의 조명 장치는 일반적인 조명이나 또는 액정 디스플레이(LCD)를 위한 배경 조명(background illumination)으로 사용된다. 이 경우, 광도파관은 광원에 의해서 발산되며 광도파관의 단부 또는 광도파관를 위하여 제공된 원도우(window)에서 광도파관으로부터 커플링 아웃(couple out)되는 빛을 안내(guide)하는 기능을 수행한다. 광도파관의 표면은 상기 목적을 위하여 윈도우 영역에서, 예컨대 노브(knob), 그루브(groove) 또는 몇몇 다른 요철(roughening) 장치에 의하여 구성되어, 균일하게 빛을 발산 시킨다. 광도파관은 예컨대 에폭시 수지 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 투명한 물질로 구성된다. 빛을 안내하는 과정에 있어서는 광도파관에서 빛의 편향(deflection)이 필요한데, 이는 한편으로는 빛 손실을 최대한 줄이고, 다른 한편으로는 효과적인 생산 비용과 실용성 그리고 간단한 조립이 이루어지는 것이 바람직하기 때문이다.
도 5에 도시된 실시예에서, 발광 다이오드(50)는 마운트(52a)(52b)에 삽입되어 있는 광도파관(51)으로 발산된 빛을 커플링(couple)시킨다. 마운트(52) 및 발광 다이오드(50)는 인쇄 회로 기판(PCB) 위에 장착된다. 발광 다이오드(50)에 의해 발산된 빛은 광도파관의 경사면(bevel; 54)에서 전반사(total reflection)로 편향된다. 생산 기술적인 이유로 인하여, 상세히는 용이한 조립을 위해, 경사면(54)은 반사성 물질로 덮혀있지 않다. 경사면(54)에서 (바람직하게는 45°의 각으로) 빛이 편향되는 동안, 빛은 광도파관으로부터 발산되어 관찰 애플리케이션(envisaged application) 목적을 위하여 사라지며, 이는 빛이 광도파관에서 더이상 안내되지 않기 때문이다. 반면에, 마운트(52a)(52b)는 동시에 빛이 이러한 측면에서 광도파관(51)으로부터 발산되는 것을 방지하는 반사장치(reflector)의 역할을 한다. B 방향에서 광도파관을 바라보면, 예컨대 광도파관이 LCD 배경 조명으로서 구현되었을 때, 광도파관 표면의 몇몇 영역은 경계면(54)에서 빛 편향과 광원에 의한 직접 방사(radiation)의 결과로서 다른 영역들(열점; hot spot)보다 밝게 나타난다. 열점은 빛 출구 윈도우(light exit window)에서 나타나는 밝은 표면 영역(bright surface region)이며, 빛 출구 윈도우에서 광도파관의 표면 구성에 의해서 수정되지 않는다. 반면에, 사출 성형 부품(injection-molded part) 형태의 경사면(54)을 위한 특정 반사장치를 생산하는 것은 전체적으로 비용이 높기 때문에 산업 규모에 있어 너무 높은 비용이 요구된다.
본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 형태의 조명 장치 및 효과적인 비용으로 이를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항 제 1 항 내지 제 14 항에 나타난 특징들에 의해서 상기 목적을 성취할 수 있다. 본 발명의 변형은 종속항에서 특징지워진다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 광도파관을 위한 마운트의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도 및 측 단면도이다.
도 5는 종래의 조명 장치의 일부에 대한 단면도이다.
본 발명을 실시예 및 참조 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 조명 장치(1)의 단면도를 도시한 것이다. 조명 장치는 마운트(10) 또는 광도파관(11)을 포함하며, 다수의 광원(12a, 12b)이 상기 마운트 또는 광도파관으로 빛을 발산한다. 광원(12)은 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드가 바람직하지만, 백열 전등과 같은 다른 형태의 광원도 또한 사용할 수 있다. 광원(12) 및 마운트(10)는 인쇄 회로 기판(14) 위에 장착된다. 마운트(10)는 빛이 편향 및 안내되어야 하는 영역에서 쉘(shell)의 형태로 광도파관(11)을 둘러싼다. 광도파관을 쉘로 삽입시키고 그것을 장착하기 위하여, 마운트(10)는 다수의 쉘 엘리먼트(shell element)로 형성된다. 도 1의 예에서, 마운트(10)는 상면에 윈도우(13)를 포함하고, 관찰자(B)는 윈도우(13)를 통해서 광도파관이나 빛이 커플링 아웃(couple out)될 수 있는지를 관찰할 수 있다. 마운트(10)의 윈도우(13)는 조명 장치가 액정 디스플레이(LCD)를 위한 배경 조명(background illumination) 엘리먼트로 작용할 수 있도록 구현된다.
도 1에 의하면, 광도파관(11)을 위한 마운트(10)는 동시에 반사면을 갖는 반사장치(reflector)의 주요 기능을 가지며, 이에 의해서 광빔은 비교적 많은 양의 빛의 손실을 일으키지 않고 편향될 수 있다. 편향각은 원래 조절가능하지만, 여기서는 90°이다. 기술적인 요구사항 및 세부사항에 따라서, 마운트(10)를 구비한 광도파관(11)은 광 손실 및/또는 열점이 최소화되도록 구현된다. 마운트(10)는 광 편향 영역 및 윈도우 영역에 형성되어, 빛이 윈도우(13)를 통해서 확산되어 발산되게 한다. 상부 반사면(16a)은 각(angle) 또는 원형(round)이 증가될 수 있다. 하부 반사면(16b)은 광도파관에 대하여 볼록하게 형성되거나 확장되어, 빛이 한 위치에 집중되지 않도록 한다. 광도파관(11) 및 마운트(10) 모두는 사출 성형 부품(injection-molded part)으로 제작될 수 있다. 투명한 물질, 예컨대 PMMA와 같은 물질이 광도파관으로 사용된다. 발산된 빛이 광도파관의 편향 지점에서 광도파관으로 반사하도록, 마운트(10)는 전형적으로 빛에 대해서 불투과성이며 그 내부 표면은 반사성이다.
본 발명에 따르면, 마운트(10)는 쉘 형상으로 설계되며, 적어도 2개 이상의 쉘 엘리먼트들을 포함한다. 도 2는 도 1의 장치를 A 방향에서 바라본 측면도이다. 도 2a를 살펴보면, 마운트는 광도파관을 위하여 2개의 쉘 엘리먼트(20)(21)를 포함하며, 상기 엘리먼트(20)(21)는 중심선에 대하여 거의 대칭이다. 광도파관은 빛 발산 방향에 대하여 거의 수직인 단면을 가진다. 조립시에는, 먼저 광도파관이 2개의 쉘 엘리먼트(20 또는 21) 중 하나에 옆으로 삽입되고, 아직 보호되지 않은 부분을 나머지 반쪽 쉘 엘리먼트(21 또는 20)로 밀봉한다.
2개의 반쪽 쉘(20)(21)은 스냅(snap-action) 디바이스(25)(26)에 의해서 결합된다. 이 경우, 반쪽 쉘(21)에 고정되고 개구부를 구비하는 러그(lug; 25)는 다른 반쪽 쉘 엘리먼트(20)에 노브(knob; 26)를 푸시오버(push over)한다. 그러나, 2개의 반쪽 셀들은 또한 다른 형태로 서로 결합되어 광도파관을 밀봉할 수도 있다. 스냅 디바이스(25)(26)와 같은 해제가능한 결합 외에도 본딩(bonding) 등에 의한 고정된 결합도 또한 사용할 수 있다. 빛이 커플링 아웃되게 하는, 물질의 내구력 또는 노화로 인한 2개의 반쪽 쉘(20)(21)의 인접 에지(edge)에서 갭이 생기는 것을 방지하기 위하여 2개의 쉘 엘리먼트(20)(21)를 인접 한 에지에서 겹치게(fold) 할 수 있으며, 이에 의해서 쉘 엘리먼트는 겹쳐진 부분에서 서로 중첩되며 빛이 투과하지 않게 된다.
도 2b는 2개의 쉘 엘리먼트에 대한 또 다른 조명 장치를 도시한 것이다. 이 경우, 먼저 광도파관이 쉘 엘리먼트(22)에 옆으로 삽입되어, 쉘 엘리먼트(22)가 광도파관을 밀봉하고, 커버(23)가 옆에 설치되어 빛 안내 영역에서 광도파관을 밀봉하도록 한다. 상기 실시예에 있어서, 쉘 엘리먼트(22)(23) 사이의 결합은 다수의 스냅 디바이스(27)(28)에 의해 이루어진다. 돌출 노브가 쉘 엘리먼트(22)에 배치되며, 러그(28)의 개구부는 상기 노브에 걸(latch) 수 있다. 본 조명 장치의 장점은 마운트 장치가 해제가능하다는 점이다. 도 2a의 실시예에서와 마찬가지로, 쉘 엘리먼트(22)(23)는 빛이 인접 표면에서 발산되지 않게 겹쳐진 상태로 제공될 수 있다.
도 1에 따른 장치에 있어서, 단지 하나의 광원(12)으로 빛을 공급할 수도 있다. 그러나, 도 1에서와 같이 다수의 광원(12a)(12b)이 양쪽에서 광도파관으로 빛을 발산하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 부가적인 광원이 도면상의 평면에 수직으로 배치될 수 있다. 이는 윈도우에서 높은 빛의 세기를 관찰할 수 있게 한다. 도 1에 따른 장치에서는, 커플링 아웃되는 빛 또는 관찰 윈도우(13)가 광원(12)으로부터 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 광도파관(11) 및 쉘 마운트(10)는 사출 성형 부품에 의해서 아주 알맞게 형성될 수 있으며, 동시에 반사장치로서 설계된 쉘 마운트 및 광도파관 채널의 형상에 의해서 광 안내(light guidance)는 최적으로 수행되어 조명을 위해 최대의 빛이 이용될 수 있도록 한다. 브릿지(bridge) 형상의 구조는 회로 기판(14)과 마운트(10) 사이의 공간으로 인하여 부가적인 컴포넌트(15)가 회로 기판에 배치될 수 있으므로 공간 절약형 장치를 생산할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예 일부의 단면도를 도시한 것이다. 이는 광도파관(31)을 위하여 쉘 형상 마운트(30)를 제공하는데, 이 경우 광도파관(31)은 마운트의 측면(38)에 의해 회로 기판(34)에 평면으로 장착된다. 도 1과는 대조적으로, 상기 장치는 위쪽 방향으로 발산하는 LED(32) 뿐만 아니라 칸막이(partition; 35)에 의해 상기 발광 다이오드와 분리된 챔버(36)를 포함하며, 챔버(36)에는 에지 위로 옆쪽에서 빛을 발산하는 LED 또는 레이저 다이오드(33)가 배치된다. 상기 구조에서는, 도 1에 도시된 브릿지 장치가 제공되지 않는다. 도 3에 따른 장치의 장점은 광도파관으로 커플링되는 광 파워가 도 1의 장치 보다 상당히 높다는 것이다. 마찬가지로, 여기서도 마운트(30)의 내부 표면은 반사장치로서의 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 실시예의 일부 사시도를 도시한 것으로, 마운트의 쉘 엘리먼트는 도 2에 도시된 바와 같이 수직으로 분리된 것이 아니라 수평으로 분리되어 있다. 상기 실시예에서, 광도파관(43)은 하부 쉘 엘리먼트(40)에 삽입되며, 그 다음에 상부 쉘 엘리먼트(42)에 의해서 덮혀진다. 하부 쉘 엘리먼트(40)는 PCB(45)에 장착된다. 상부 쉘 엘리먼트(42)는 도 2를 참조하여 설명된 방식으로 하부 쉘 엘리먼트에 결합될 수 있다. 상기 실시예에서, 3개의 LCD(41a, 41b, 41c)가 광도파관의 측면에서 회로 보드상에 각각 제공되어 있으며, 개별 광원의 수는 더 많거나 더 작을 수 있다.
더 나아가, 광도파관 및 이와 결합된 쉘 엘리먼트는 빛의 커플링-인(coupling-in) 및 커플링-아웃(coupling-out)을 위한 가상의 임의 변형물이 많이 있을 수 있다. 이는 광도파관이 커플링 인 및 커플링 아웃 영역을 제외하고는 쉘 형상의 마운트에 의해 상당히 완벽하게 덮히기 때문에, 마운트의 내부 표면은 반사면으로서의 역할을 한다.

Claims (20)

  1. 광도파관(11; 31; 43),
    상기 광도파관으로 발산된 빛을 커플링하는 광원(12; 32; 33; 41), 그리고
    다수의 쉘 엘리먼트를 서로 결합시켜 쉘 형상으로 형성되었으며 적어도 빛이 편향되는 영역에서는 상기 광도파관을 밀봉하고 있는 마운트(10; 20, 21; 22, 23; 30, 35, 38; 40, 42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트의 내부 벽은 반사장치(16; 37; 44)로서 설계된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 쉘 엘리먼트는 광 출구 개구부(light exit opening; 13)를 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    광 홀더(light holder)를 위한 상기 마운트가 2개의 쉘 엘리먼트(20, 21; 22, 23; 40,42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트들은 수직 또는 수평의 인접 에지 및 중첩된 폴드(overlapping fold)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트(20, 21)는 상기 광도파관에 대하여 대략 중앙에서 서로 인접하고, 본질적으로 대칭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트(22, 23)는 본질적으로 3면에서 광도파관을 수용하는 부품(22)을 포함하고, 측면 벽(23)에 의해 닫힐 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트(40, 42)는 베이스 부품(40) 및 커버(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광도파관 및 상기 마운트의 상기 쉘 엘리먼트는 성형된 부품(shaped parts)으로 설계되고, 광 안내 손실 및 발광 표면 영역(열점)이 최소화되는 방식으로 서로 통합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트는 해제가능한 엘리먼트(25, 26; 27, 28)에 의해 서로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드이며, 상기 광도파관을 위한 상기 마운트는 상기 광원 위에 배치되고, 상기 광원은 발산된 빛을 직접 광도파관으로 커플링시키는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    다수의 광원(41a, 41b, 41c; 12a, 12b)이 제공되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마운트(30, 35, 38)는 발광 광원을 수직(12; 32; 42) 및 수평(33)으로 수용하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 바와 같은 조명 장치를 생산하는 방법으로서,
    광도파관(11; 31; 43)이 먼저 하나의 쉘 엘리먼트(20; 22; 40)로 삽입되는 단계, 그리고
    부가적인 쉘 엘리먼트(21; 23; 42)에 의해서 상기 광도파관(11; 31; 43)이 덮히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광도파관 및 상기 쉘 엘리먼트는 사출 성형 부품으로 생산되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 광도파관이 삽입되어 있는 마운트는 회로 기판상의 라인을 통해서 전원이 인가되는 광원 위에 상기 마운트가 배치되는 방식으로 회로 기판(14; 34; 45)에 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    먼저 상기 광도파관을 위한 상기 마운트의 하부 부품(40)이 광원 위로 회로 기판(45)에 결합되고, 그 후 상기 광도파관(43)이 상기 하부 부품(40)에 삽입되고, 그 다음에 상기 커버(40)가 상기 하부 부품 및 광도파관 위에 위치하여 상기 하부 부품과 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘 엘리먼트는 수직 또는 수평의 인접 에지 또는 중첩된 폴드(overlapping fold)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광도파관 및 상기 마운트의 상기 쉘 엘리먼트는 성형된 부품(shaped parts)으로 설계되고, 광 안내 손실 또는 발광 표면 영역(열점)이 최소화되는 방식으로 서로 통합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마운트(30, 35, 38)는 발광 광원을 수직(12; 32; 42) 또는 수평(33)으로 수용하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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