KR101028088B1 - 광 파이프 및 이를 구비한 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 파이프 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 파이프 및 이를 구비한 조명장치는, 베이스부, 베이스부상에 형성된 프라이머층 및 프라이머층상에 형성된 프리즘 패턴부를 포함하는 광학필름을 구비한다. 이에 의해, 광학필름의 베이스부와 프리즘 패턴부를 효과적으로 결합할 수 있으며, 광 파이프의 휘도의 저하를 방지할 수 있다.
광파이프, 프라이머층, 조명장치

Description

광 파이프 및 이를 구비한 조명장치{Optical pipe and illuminating apparatus comprising the same}
본 발명은 광 파이프 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프라이머층을 포함한 광학필름을 구비하는 광 파이프 및 이를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
빛을 원거리까지 비교적 적은 전송 손실로 전송시킬 수 있는 광 파이프를 이용한 조명 장치는 건물 내부 및 건물 외부에 다양하게 적용할 수 있다. 광 파이프는 광 도관(light conduit), 광 가이드(light guide) 또는 광 튜브(light tube)라고도 불리며, 장식용이나 기능성 광을 비교적 넓은 영역에 걸쳐 효과적으로 분배하는 데에 이용된다.
광 파이프는 특정 지점을 조명하기 위한 포인트 조명의 용도뿐만 아니라, 어떤 한 영역을 조명할 목적으로도 이용된다. 빛은 광 파이프 내의 광학 필름상에서 전반사 과정을 거쳐 광 파이프의 길이방향으로 진행된다.
빛의 전반사를 위해서는 광학필름은 프리즘 패턴 등으로 구조화된 면을 가져야 한다. 이때, 프리즘 패턴 등이 견고하게 위치하고 있지 않은 경우는, 빛의 전반 사에 영향을 미치게 되며, 광 파이프의 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 프라이머층을 가지며, 이에 의해, 광학필름의 베이스부와 프리즘 패턴부를 효과적으로 결합할 수 있는 광 파이프 및 이를 구비한 조명장치의 제공에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 파이프는, 지지부재와 지지부재 내에 위치한 광학필름을 포함하고, 광학필름은 베이스부, 베이스부상에 형성된 프라이머층, 및 프라이머층상에 형성된 프리즘 패턴부를 포함한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명장치는, 빛을 발생하는 광원부와 광원부가 발생하는 빛을 전송 및 분배하는 광 파이프를 포함하고, 광 파이프는 베이스부, 베이스부상에 형성된 프라이머층, 및 프라이머층상에 형성된 프리즘 패턴부를 포함하는 광학필름을 구비한다.
본 발명에 따르면, 광학필름이 소정 두께의 프라이머층을 포함함으로써, 광학필름의 베이스부와 프리즘 패턴부를 효과적으로 결합할 수 있으며, 광 파이프의 휘도의 저하를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 광 파이프에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 필름의 일부분을 도시한 도이다.
도 1은 광 파이프에서 빛을 전송 및 반사하는 광학 필름의 일부분을 도시한 단면도이며, 도 2는 광 파이프에서 빛을 전송 및 반사하는 광학 필름의 일부분을 도시한 사시도 이다. 다만, 이해의 편의상, 구조화되지 않은 내면을 상측으로 하고, 구조화된 외면을 하측으로 하여 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참조하여 광 파이프에서 빛의 전송 및 반사를 살펴보면, 광원이 발생하는 빛은 화살표와 같이 광학 필름의 구조화되지 않는 내면에 입사하여 굴절되고(1 지점), 구조화된 외면의 프리즘의 양 측면에서 전반사 되고(2 및 3 지점), 이에 의해 외부로 향하던 빛은 상기 내면에서 굴절되어(4 지점) 다시 내부로 입력된다.
이러한 전반사 과정이 반복되는 과정에서 빛은 실질적으로 광 파이프의 길이 방향을 따라 진행하게 되는데, 광 파이프 내측의 공기에서는 빛의 손실이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 빛은 광 파이프를 통해 근거리뿐만 아니라 원거리까지도 거의 손실 없이 전송될 수 있다.
그러나 이러한 전반사가 효율적으로 이루어지기 위해서는 광학 필름의 구조화된 프리즘 패턴이 견고히 위치하여야 한다. 이를 위해서는 광학 필름에 프라이머층을 포함시킬 수 있으며, 프라이머층에 관해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름의 일부분을 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 광학 필름(300)은 베이스부(310), 프리즘패턴 부(330), 및 프라이머층(320)을 포함할 수 있다.
베이스부(310)는 빛을 투과할 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있으며, 베이스부(310)의 재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 및 폴리에폭시 중 어느 하나 이상일 수 있다.
베이스부(310)상에는 프리즘 패턴부(330)가 형성될 수 있다.
프리즘패턴은 수직 절단면이 부등변 삼각형, 이등변 삼각형, 사다리꼴 또는 정삼각형일 수 있으며, 바람직하게는 대략 꼭지각이 90도인 이등변 삼각형일 수 있다.
프리즘패턴부(330)는 자외선 경화 수지계열이 사용되어 질 수 있으며, 베이스부(310)상에 패턴이 형성된 후 UV나 열에 의해 경화되게 된다. 프리즘패턴부(330)는 빛을 반사 또는 굴절시킴으로써, 광원부(미도시)와 이격되는 영역까지 빛을 전송할 수 있게 된다.
이러한 프리즘패턴부(330)는 베이스부(310)상에 견고히 위치하여야 하며, 이를 위해 베이스부(310)와 프리즘패턴부(330) 사이에 프라이머층(320)이 위치할 수 있다.
프라이머층(320)은 부착력, 외관, 전광특성의 개선을 위하여 선택적으로 사용될 수 있으며, 이의 재료는 아크릴, 에스테르, 우레탄 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
하기의 표 1은 프라이어층(320)의 두께(T)와 이에 따른 베이스부(310)와 패턴부(330)의 부착력 및 휘도와의 관계를 나타낸 표이다.
프라이머층의 두께(nm) 베이스부와 패턴부의 부착력 휘도
200 × ◎
250 × ◎
300 ○ ○
400 ○ ○
500 ○ ○
600 ○ ○
700 ○ ○
800 ○ ○
850 ○ ○
900 ○ ○
950 ◎ ×
1000 ◎ ×
표 1을 참조하면, 프라이머층(320)의 두께가 300nm보다 작은 경우는 베이스부(310)와 패턴부(330)의 결합력이 약한 것을 알 수 있다. 따라서 패턴부(330)를 베이스부(310)에 효과적으로 붙일 수 없게 되며, 패턴부(330)가 견고히 위치하지 않는 경우는 빛의 전반사 효율이 떨어지게 된다.
한편, 도면을 참조하면, 베이스부(310)의 저면에서 입사된 빛은 굴절을 하며, 프라머층(320)과 패턴부(330)에서 각각 다시 굴절을 하게 된다. 프라이머층(320)의 두께(T)가 두꺼울수록 굴절되는 양이 많아지므로, 휘도가 저하될 수 있다.
표 1을 참조하면, 프라이머층(320)의 두께(T)가 900nm보다 큰 경우는 입사되는 빛이 보다 크게 굴절하게 되어 광 파이프(미도시)의 휘도가 저하될 수 있다.
따라서, 프라이머층(320)의 두께는 300nm 내지 900nm를 가지는 것이 바람직하며, 이러한 범위에서 베이스부(310)와 패턴부(330)를 효과적으로 접착할 수 있고, 프라이머층(320)의 두께를 조절하여, 광 파이프(미도시)의 휘도를 조절할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는 광원부(410), 광 파이프(420)를 포함할 수 있으며, 반사캡(430)을 더 포함할 수 있다.
광원부(410)는 빛을 발생하여 광 파이프(420)에 입력하는 모듈로서, 빛을 발생하는 적어도 하나 이상의 램프(미도시)를 포함할 수 있다. 광원부(410)에서 발생하는 빛은 광 파이프(420)로 입력되어 외부로 출력된다.
광 파이프(420)는 광원부(410)가 발생하는 빛을 입력받아 전송 및 분배함으로써 외부로 빛을 출력한다. 광 파이프(420)는 빛을 반사 또는 굴절시켜 광원부(410)가 발생하는 빛을 고르게 분배하는 광학필름(미도시)을 포함할 수 있다.
광학필름(미도시)은 프리즘 패턴 등으로 구조화되는 면을 포함하여, 광원부(410)가 발생하는 빛을 반사 또는 굴절시킴으로써, 광원부(410)와 이격되는 영역까지 빛을 전송할 수 있다.
광학필름(미도시)은 광 파이프(420)의 길이에 상응하는 크기를 갖도록 절단하여 롤 형태로 가공된다. 광학필름(미도시)은 상술한 바와 같이 베이스부(미도시)와 패턴부(미도시)를 포함할 수 있고, 베이스부(미도시)와 패턴부(미도시) 사이에 위치하는 프라이머층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 프라이머층(미도시)은 베이스부(미도시)와 패턴부(미도시)간의 접착을 효과적으로 할 수 있게 한다.
프라이머층(미도시)은 베이스부(미도시)와 패턴부(미도시)간의 접착을 위해 물리적 결합 뿐 아니라 화학적 결합을 유도한다. 이러한 화학적 결합에 관하여서는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 반사캡(330)은 광 파이프(320)의 일단에 부착되어 광 파이프(320)가 전송 및 분배하는 빛을 반사한다. 반사캡(330)은 광원부(310)와 연결되지 않는 광 파이프(320)의 일단, 즉 광원부(310)의 맞은편에 부착되는 것이 바람직하며, 광 파이프(320)와 연결되는 내부에 빛을 반사할 수 있는 반사경을 구비하여 광 파이프(320)가 전송한 빛을 광 파이프(320) 내부로 반사한다. 반사캡(330)을 이용하여 광 파이프(320) 내에 빛을 가둠으로써, 조명 장치(300)가 출력하는 빛의 밝기를 높일 수 있다.
도 5는 도 4에 도시한 조명 장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는, 하우징(416), 광원(412), 및 반사경(414)을 포함하는 광원부(410)와, 광학필름(424)과 지지부재(426)를 포함하는 광 파이프(420)를 포함할 수 있으며, 캡부(434)와 반사경(432)을 포함하는 반사캡(430)을 더 포함할 수 있다.
광원부(410)는 빛을 출력하는 광원(412)과 광원(412)이 출력하는 빛을 반사하여 광 파이프(420)로 안내하는 반사경(414), 및 광원(412)과 반사경(414)을 수납하는 하우징(416)을 포함할 수 있다.
광원(412)은 빛을 발생하는 램프로서, 광 파이프(420)가 배치되는 환경에 따라 다양한 종류의 램프를 이용할 수 있다. 예를 들어, 할로겐 램프, 발광 다이오드, 메탈할라이드 램프, 또는 플라즈마 라이팅 소스 등을 광원(412)으로 이용할 수 있다.
반사경(414)은 광원(412)의 후방에 배치되며, 반사율이 우수한 알루미늄 또는 은과 같은 금속 물질을 표면에 구비할 수 있다. 반사경(414)의 구조는 특별한 제한이 없으나, 광 파이프(420)의 길이에 대응하여 결정되는 것이 바람직하며, 비구면 반사경으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반사경(414)을 비구경 반사경으로 형성하고, 광원(412)에 대응하는 반사경(414)의 표면에 알루미늄 또는 은과 같은 금속 물질을 포함하는 피막을 형성함으로써 반사율을 높일 수 있다.
하우징(416)은 광원(412) 및 반사경(414)를 수납하는 공간을 내부에 포함하며, 외부에서 가해지는 충격 또는 이물질 등으로부터 광원(412)과 반사경(414)을 보호할 수 있다. 광원(412)과 반사경(414)을 보호하기 위해, 하우징(416)은 강도, 방열 특성, 및 가공성이 우수한 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
광 파이프(420)는 광원부(410)와 광학적으로 연결되며, 광원부(410)가 발생하는 빛을 입력받아 전송 및 분배한다. 광 파이프(420)는 지지부재(426) 및 지지부재(426)에 의해 지지되며 빛을 반사 또는 굴절시키는 구조화된 면을 포함하는 광학필름(424)을 포함할 수 있다.
도면을 참조하면, 광학 필름(424)은 베이스부(421), 프리즘패턴부(423), 및 프라이머층(422)을 포함할 수 있다.
베이스부(421)상에는 프리즘 패턴부(423)가 형성될 수 있으며, 프리즘패턴부(423)와 베이스부(421)의 견고한 접착을 위해, 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423) 사이에 프라이머층(422)이 위치할 수 있다.
프라이머층(422)은 아크릴, 에스테르, 우레탄 등을 사용할 수 있으며, 프라이머층(422)의 두께(T)는 300nm 내지 900nm의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
프라이머층(320)의 두께가 300nm보다 작은 경우는 베이스부(310)와 패턴부(330)를 효과적으로 붙일 수 없게 되며, 프라이머층(320)의 두께(T)가 900nm보다 큰 경우는 입사되는 빛의 굴절율이 커져서 광 파이프(420)의 휘도가 저하될 수 있다.
광학필름(424)의 프리즘패턴부(423)는 지지부재(426)와 대응하도록 위치할 수 있으며, 광원부(410)에서 출력하는 빛을 전송 및 분배하여 광 파이프(420)에서 빛이 고르게 출력되도록 한다.
광학 필름(424)의 프리즘패턴부(423)는 수직 절단면이 부등변 삼각형, 이등변 삼각형, 사다리꼴 또는 정삼각형일 수 있으며, 바람직하게는 대략 꼭지각이 90도인 이등변 삼각형일 수 있다.
한편, 지지 부재(426)의 재질은 광 투과율이 양호하고, 기계적 성질, 내열성 및 전기적 성질을 균형 있게 갖춘 열가소성 수지 물질인 것이 바람직하며, 지지 부재(324)는, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)등을 포함할 수 있다.
가장 바람직하게는, 지지부재(324)는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 구성된다. 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 강도가 높아 잘 깨지지 않고 쉽게 변형되지 않는다. 또한 가시광선 투과율이 높아서 광원 소재로 적합하다.
반사캡(430)은 광 파이프(420)의 일단에 부착되는 캡부(434)와 캡부(434)내에 배치되어 광 파이프(420)가 전송하는 빛을 반사시키는 반사경(432)을 포함할 수 있다. 반사경(432)은 광 파이프(420)가 전송하는 빛을 효율적으로 반사할 수 있도록 알루미늄 또는 은과 같이 반사율이 높은 금속 물질을 포함하는 코팅막을 포함할 수 있다. 반사경(432)은 평면 또는 구면 형태를 가질 수 있으며, 구면 형태로 형성되는 경우, 곡률이 0.001 이하인 오목 거울인 것이 바람직하다.
도 6는 도 4에 도시한 조명 장치의 B-B' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는 광학필름(424)과, 광학필름(424)을 지지하는 지지부재(426)를 포함할 수 있다.
광학필름(424)은 베이스부(421)와 베이스부(421)상에 형성된 프리즘패턴부(423)를 포함할 수 있으며, 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423) 사이에 위치하는 프라이머층(422)을 더 포함할 수 있다.
프라이머층(422)은 상술한 바와 같이 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423)의 효과적인 결합을 위한 것이다. 그러나, 프라이머층(422)은 단순히 물리적 결합만을 하는 점착제나 접착제와는 달리 물리적 결합과 더불어 화학적 결합을 유도하여 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423)가 강하게 부착되도록 할 수 있다.
베이스부(421)의 재료는 폴리카보네이트 등 고분자 계열이 사용되어 질 수 있고, 프리즘패턴부(423)는 자외선 경화 수지계열이 사용되어 질 수 있다. 이에, 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423)간의 일반적인 물리적 결합만을 시도하게 되면 상호 부착되는 면이 배끄러워 월등한 부착력을 기대하기 어렵다. 그러나, 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423) 간에 프라이머층(422)을 형성함으로써 화학적 결합까지 유도하게 되어 물리적 결합보다 더 월등한 부착력을 기대할 수 있으며, 상호 부착되는 개면을 보호할 수 있다.
하기의 화학식은 프라이머층(422)은 우레탄으로 이루어지고, 프리즘패턴부(423)는 수지를 선택한 경우의 화학적 결합을 나타낸 반응식이다.
Figure 112008036874505-pat00001
상기 반응식 1에 나타난 바와 같이, 수지의 탄소 이중결합과 프라이머의 산소와 탄소간 이중결합이 자외선에 의해 단일 결합으로 바뀌며, 수지와 프라이머 간에 산소와 탄소간의 결합이 생긴다. 따라서, 베이스부(421)와 프리즘패턴부(423)가 화학적으로 강하게 부착되도록 할 수 있다.
한편, 프라이머층(422)은 300nm 내지 900nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이 광학필름(424)의 프리즘 패턴부(423)는 지지부재(426)를 향하도록 위치할 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나 반대의 방향을 가질 수 있다.
광학 필름(424)의 프리즘 패턴부(423)는 수직 절단면이 부등변 삼각형, 이등변 삼각형, 사다리꼴 또는 정삼각형일 수 있으며, 바람직하게는 대략 꼭지각이 90 도인 이등변 삼각형일 수 있다.
지지부재(426)는 광학필름(424)의 외부에 배치되어 광학필름(424)을 지지하며, 외부에서 유입될 수 있는 먼지 또는 외부에서 가해질 수 있는 충격 등으로부터 광학필름(424)을 보호한다. 또한, 광학필름(424)이 도광하는 빛을 지지부재(426)가 한 번 더 도광함에 따라, 광 파이프(420)의 빛 전달 효율을 높일 수 있다.
한편, 지지부재(324)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리염화비닐로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체성 물질로 구성될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 광 파이프에서 빛을 전송 및 반사하는 광학 필름의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 2는 광 파이프에서 빛을 전송 및 반사하는 광학 필름의 일부분을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 조명장치의 B-B' 단면을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
310,421:베이스부 320,422:프라이머층
330,423:프리즘패턴부 410:광원부
420:광파이프 424:광학필름

Claims (13)

  1. 지지부재; 및
    상기 지지부재 내에 위치한 광학필름을 포함하고,
    상기 광학필름은,
    베이스부;
    상기 베이스부상에 위치한 프라이머층; 및
    상기 프라이머층 상에 위치한 프리즘 패턴을 포함하고,
    상기 프라이머층의 두께는 300nm 내지 900nm인 광 파이프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머층은 우레탄, 아크릴 및 에스테르 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광 파이프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 상기 지지부재를 향하고 있는 광 파이프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 폴리에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광 파이프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 자외선 경화 수지로 이루어진 광 파이프.
  7. 빛을 발생하는 광원부; 및
    상기 광원부가 발생하는 빛을 전송 및 분배하는 광 파이프를 포함하고,
    상기 광 파이프는,
    베이스부;
    상기 베이스부 상에 위치한 프라이머층; 및
    상기 프라이머층 상에 위치한 프리즘 패턴;을 포함하는 광학필름을 구비하고,
    상기 프라이머층의 두께는 300nm 내지 900nm인 조명장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프라이머층은 우레탄, 아크릴 및 에스테르 중 적어도 어느 하나를 포함 하는 조명장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 베이스부는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 폴리에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조명장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광학필름의 외측에 위치하는 지지 부재를 더 포함하는 조명장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 상기 지지부재를 향하고 있는 조명장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴은 자외선 경화 수지로 이루어진 조명장치.
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