KR101099379B1 - 균일 격자체를 이용한 면광원체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균일 격자체를 사용하여 구성한 면광원체에 관한 것으로, 본 발명에 의한 균일 격자체를 사용하여 구성한 면광원체는, 광소스로 사용되는 소수의 LED 광원부; 상기 LED 광원부가 내부 하단에 설치되어 LED 광의 내부 전반사를 위해 내벽 전체가 반사체로 구성된 전반사 하우징; 및 상기 전반사 하우징의 전면에 설치되어 상기 LED 광원부의 광이 일부는 확산되고, 일부는 보강간섭을 통해 광의 강도가 증폭되어 전체적으로 면발광 형태를 유지하도록 전면에 일정한 간격의 홀 또는 홀과 반사면이 혼합 형성되는 균일 격자체인 면광원부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 균일 격자체에 의해 중첩된 광이 보강간섭에 의해 강도가 증폭된 균질한 반사광을 일정한 방향으로 유지하며 균일 격자체에 의한 회절로 인한 반사광의 확산을 통해 이상적인 면발광 조명등에 적용할 수 있는 효과가 있다.

격자 반사체, 광증폭, 보강간섭, 면광원체, 확산

Description

균일 격자체를 이용한 면광원체{SURFACE LIGHTS STRUCTURE BY UNIFORM GRATING}

본 발명은 균일 격자체를 이용한 면광원체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원의 광을 균일 격자체에 의해 광량 변화없이 증폭 및 확산시켜 이를 조명등에 적용한 균일 격자체를 이용한 면광원체에 관한 것이다.

일반적으로, 광증폭이라 함은 광신호를 증폭할 때 빛을 유도 방사에 의해서 직접 증폭하는 방법을 사용하는 것을 말한다.

이러한 광증폭은 구조가 복잡한 광증폭기 등에 의해 수행되는바, 간단한 구조에 의해 실현 가능하면서 강도는 세지지만 광량은 변함없는 구조체의 실현이 대두하고 있으며, 이를 조명등 등에 다양하게 적용하여 다양한 효과를 획득할 수 있도록 요구되고 있다.

본 기술에서는 균일 격자체를 이용하여 보강간섭과 회절을 통하여 광을 증폭뿐만 아니라 확산시켜 이상적인 면발광체를 형성하는 면광원체에 대한 것이다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 균일 격자체에 의한 보강간섭에 의해 입사광의 강도를 증폭시켜 증폭된 균질한 반사광을 일정한 방향으로 유지 및 조사 가능한 핵심 사항을 조명등에 용이하게 적용할 뿐만 아니라 격자 반사체의 회절을 통한 광의 확산 효과도 나타낼 수 있게 한 균일 격자체를 이용한 면광원체를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광소스로 사용되는 소수의 LED 광원부; 상기 LED 광원부가 내부 하단에 설치되어 LED 광의 내부 전반사를 위해 내벽 전체가 반사체로 구성된 전반사 하우징; 및 상기 전반사 하우징의 전면에 설치되어 상기 LED 광원부의 광이 일부는 확산되고, 일부는 보강간섭을 통해 광의 강도가 증폭되어 전체적으로 면발광 형태를 유지하도록 전면에 일정한 간격의 홀 또는 홀과 반사면이 혼합 형성되는 균일 격자체인 면광원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 2차 광원부의 홀과 반사면 간격은 0.1㎛～10㎜ 범위 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 전반사 하우징 및 면광원부는 금속 또는 비금속 판재의 표면을 광택 도금하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 LED 광원부는 LED 및 상기 LED가 실장된 기판을 포함하며, 상기 기판은 금속 또는 세라믹 기판인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 전반사 하우징은 원기둥, 사각기둥, 다각기둥 및 평판형태 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 전반사 하우징 및 면광원부는 방열판을 대체하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 균일 격자체를 이용한 면광원체는, 균일 격자체에 의한 보강간섭에 의해 입사광의 강도를 증폭시켜 증폭된 균질한 반사광을 일정한 방향으로 유지 및 조사 가능한 핵심 사항과 균일 격자체를 통한 회절현상으로 확산되는 광을 조명등에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 균일 격자체를 이용한 면광원체를 첨부도면을 참조하여 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 균일 격자체를 이용한 면광원체는 도 1a 및 도 2에 도시된 바와 같이 전반사 하우징(110), LED 광원부(120) 및 면광원부(112)를 포함하며, LED 광으로부터 균일 격자체(Uniform Grating)를 통해 반사(Reflection) 및 회절(Diffraction)된 2차 광들이 상호 중첩되는 경로차에 의해 광 파장이 보강간섭 됨에 따라 광 강도가 증폭되는 것을 특징으로 함과 또한 균일 격자체의 회절을 통한 광의 확산 효과도 있다.

전반사 하우징(110)은 LED 광원부(120)가 내부 바닥에 설치되어 LED 광원부(120)를 통한 LED 광의 전반사를 위해 미러(Mirror)면인 반사체(110a)가 내벽 전체를 구성한다. 이때, 반사체(110a)는 전반사 하우징(110)의 내벽을 거울면이 나올 수 있게 광택 코팅하여 형성한다.

한편, 전반사 하우징(110)의 상면에 면광원부(112)가 일체로 형성되는 것으로 예시하였으나, 상황에 따라서는 개별적으로도 형성될 수 있다.

그리고 전반사 하우징(110)은 반사율을 높이기 위해서 면광원부(112)와 동일하게 금속 또는 알루미늄을 포함한 비금속 판재 등의 표면을 광택 도금하여 거울면과 같이 표면 조도를 향상시켜 고광택 가공하는 것이 바람직하며, 예로 표면을 크롬(Cr), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 황화 아연(ZnS), 니켈(Ni), 크로메이트처리한 아연(Zn), 주석(Sn), 로듐(RHODIUM), 황동 또는 니켈-철 합금 또는 주석-니켈 또는 납-주석합금 등이 포함되는 합금, 프라티나, 모넬(Monel Metal), 카드뮴(Cd)등 중에서 어느 하나 또는 적어도 둘 이상을 복합적으로 도금(plating)하고 도금재질이나 도금 이외의 방법인 코팅 등으로 변경 실시가 가능하다. 여기서, 전반사 하우징(110)은 표면에 은(Ag)을 도금할 경우 후처리를 실시한 후 적용 가능하다.

특히, 본 실시 예에서의 전반사 하우징(110)은 원기둥체로 형성되는 것을 예시하며, 반사체(110a)를 통해 LED 광원부(120)의 광을 내부에 구속시킴과 동시에 광의 흡수에 의한 손실을 최소화하면서 그 공간 사이의 다반사로 인해 오로지 면광원부(112)의 홀(114) 및 반사면(116)을 통하여 발산할 수 있도록 한다.

또한, 전반사 하우징(110)은 내부에 설치된 기판(120)을 중심으로 후단이 방열판 구조를 가지며, 면광원부(112)와 동일하게 리드 선을 연결하면 내부 또는 표면에서 발생하는 열을 방출하는 방열판 기능을 하므로 별도의 방열판이 필요하지 않다.

LED광원부(120)는 LED광을 면광원부(112)로 제공하기 위한 광원 소스로, 소수의 발광 다이오드(LED) 또는 소수의 레이저 다이오드(LD) 등을 포함하며, 집광광원이면 어느 것이던 변경 적용이 가능하다. 특히, LED 광원부(120)의 LED 광이 전반사 하우징(110)의 내벽에 구비된 반사체(110a)에 전반사되면서 손실을 최소화한 상태로 면광원부(112)에 조사된다.

여기서, LED광원부(120)는 기판(122) 및 LED(124)를 포함하며, 기판(122)은 전력의 소비를 줄일 수 있도록 소수의 LED(light-emitting diode-발광 소자: 124)가 설정 간격마다 실장되며, 방열성이 우수한 금속 또는 세라믹 기판 등이 이에 적용된다.

더욱이, 기판(122)은 전반사 하우징(110)의 중심에 설치되어 전, 후 공간으로 분할 형성시키며, 전면에 LED(124)가 설치되고 후방 공간인 전반사 하우징(110)의 후단이 방열판 구조를 갖는다. 그리고 반사체(110a)는 전반사 하우징(110)의 전방 내벽에만 형성되는 것이 바람직하다.

면광원부(112)는 전반사 하우징(110)의 전면에 설치되어 LED광원부(120)의 LED 광이 일부는 확산되고, 일부는 보강간섭을 통해 광의 강도가 증폭되어 전체적으로 면발광 형태를 유지하면서도 광의 강도가 보강되도록 상면에 설정 간격의 홀(114)과 수평면에 대해 설정 반사각을 갖는 반사면(116)이 혼합 형성되는 균일 격자체(Uniform Grating)이다. 이때, 반사면(116)은 일정각으로 형성되되 좌우 대칭 또는 좌우 비대칭 구조를 갖는다.

여기서, 반사면(116)은 표면을 홈이 있는 나사선 타입으로 형성하여 나사선 면이 반사면이 되도록 처리하거나 홈을 낼 때 절개된 홈 면(경사진 형태로 형성된 홀 내면)이 각을 가지고 형성될 수 있게 구성하여 절개된 면이 반사면이 되도록 처리한다. 이때, 절개된 면이 반사면이 될 수 있게 최소한 격자 반사판[전반사 하우징(110)]의 두께가 최소한 1mm 이상을 가지게 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 면광원부(112)는 LED광원부(120)의 LED광이 투과 및 반사되어 보강간섭에 의해 증폭된 균질한(Homogeneous) 반사광인 2차광을 출사시키는 균일 격자체이다. 또한 균일 격자체의 홀에 의한 회절에 2차광은 확산되는 효과를 갖는다.

여기서, 홀(114)은 슬릿(Slit) 형태로 구성되며, 특성에 따라 홀의 형태는 변경 실시가 가능하다.

이때, LED 광원부(120)의 광이 회절격자인 면광원부(112)를 통해 밝은 띠의 위치(경로차)에 따라 두 파동의 마루와 마루 또는 골과 골이 중첩되어 합성파의 진폭이 최대로 되도록 보강간섭(constructive interference)이 일어나는 조건은 수학식 1과 같다.

여기서, d는 격자[홀(114)] 간격이고, θ는 회절각이고, m은 -2, -1, 0, 1, 2..등 정수이며, λ는 광의 파장이다.

특히, 홀(114)의 간격이 1차 광(LED 광) 파장(λ)의 정수 배에 해당하는 0.1㎛ 이상∼ 10㎜ 이하로 형성되는 조건을 만족하면 이웃한 격자점에서 나온 광들의 위상차로 인해 서로 보강간섭 하게 되므로 균일 격자체로 형성된 2차광들이 중첩하 여 증폭하게 된다.

또한 격자의 홀(114) 간격을 가능한 작게 조절함으로써 2차광의 회절현상을 효과적으로 나타나게 하여 광의 확산 및 중첩 효과를 증대 시킬 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의한 균일 격자체를 이용한 면광원체(100)는 LED광원부(120)의 LED(124)에서 발산한 LED광을 내부에 구속시키면서 전반사 하우징(110)의 내벽 전체를 구성한 반사체(110a)에 반사되는 과정을 통해 전반사되므로 광의 흡수에 의한 손실을 최소화하면서 그 공간 사이의 다반사로 인해 오로지 면광원부(112)의 홀(114) 및 반사면(116)을 통하여 LED광이 발산할 수 있도록 한다.

그 후, LED광원부(110)의 LED광이 격자 반사체의 반사면(116)에 일률적으로 입사되고 균질한 광으로 모아져 출사됨으로써 증폭된 광을 얻을 수 있으며, 균일 격자체의 홀(114)에 인한 회절로 광의 확산효과를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 균일 격자체를 이용한 면광원체는 도 1b에 도시된 바와 같이 전반사 하우징(110), LED광원부(120) 및 면광원부(112')를 포함하며, 하우징(110) 및 LED광원부(120)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

면광원부(112')는 앞선 실시 예와 달리 전반사 하우징(110)의 전면에 설치되어 LED광원부(120)의 LED 광이 일부는 확산되고, 일부는 보강간섭을 통해 광의 강도가 증폭되어 전체적으로 면발광 형태를 유지하면서도 광의 강도가 보강되도록 상면에 설정 간격의 홀이 형성되는 단일형인 균일 격자체이다.

여기서, 면광원부(112')인 홀은 슬릿 형태로 형성되는 것을 예시하였으나 특 성에 따라 홀 형태 등 다양한 형태로 변경 실시가 가능하다.

한편, 전반사 하우징(110)은 앞선 실시 예에서 원기둥체로 형성됨을 예시하였으나, 다른 실시 예에서 사각기둥(도 3 참조)을 포함하는 다각기둥 또는 평판형태(도 4 참조) 등으로 변경 실시가 가능하다.

여기서, 홀(214, 314)은 슬릿(Slit) 형태로 형성되는 것을 예시하였으나 특성에 따라 홀 형태 등 다양한 형태로 변경 실시가 가능하다.

또한, 전반사 하우징(210, 310)은 내부에 설치된 기판(222, 322)을 중심으로 후단이 방열판 구조를 가지며, 면광원부(212, 312)와 동일하게 리드 선을 연결하면 내부 또는 표면에서 발생하는 열을 방출하는 방열판 기능을 하므로 별도의 방열판이 필요하지 않다.

여기서, 설명하지 않은 부호 200, 300은 균일 격자체를 이용한 면광원체이고, 210, 310은 전반사 하우징이고, 212, 312는 면광원부이고, 214, 314는 홀이고, 216, 316은 반사면이고, 220, 320은 LED 광원부이고, 222, 322는 기판이며 224, 324는 LED이다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 균일 격자체를 이용한 면광원체에서 격자홀과 반사체가 같이 있는 경우를 도시한 개략도이다.

도 1b는 본 발명에 따른 균일 격자체를 이용한 면광원체에서 격자홀만 있는 경우를 도시한 개략도이다.

도 2는 격자홀과 반사체가 같이 있는 상기 균일 격자체를 이용한 면광원체를 통한 확산되는 광과 확산된 광들이 모아져 증폭되는 광을 도시한 사시도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 균일 격자체를 이용한 면광원체 도시한 개략도이다.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100, 200, 300: 균일 격자체를 이용한 면광원체

110, 210, 310: 전반사 하우징

112, 222, 322: 면광원부

114, 214, 314: 홀

116, 216, 316: 반사면

120, 220, 320: LED 광원부

Claims (6)

1. LED광을 제공하는 소수의 LED 광원부;

   상기 LED 광원부가 내부 하단에 설치되어 LED광의 전반사를 위한 반사체가 내벽 전체를 구성하는 전반사 하우징; 및

   상기 전반사 하우징의 전면에 설치되며, 상기 LED 광원부의 LED광의 일부를 확산시키는 홀 및 상기 LED 광원부의 LED광의 나머지를 보강간섭을 통해 강도를 증폭시켜 전체적으로 면발광 형태를 유지하면서도 광의 강도가 보강되도록 하는 반사면이 그 전면에 설정 간격으로 혼합 형성되는 균일 격자체인 면광원부;를 포함하고,

   상기 반사면은 수평면에 대하여 일정각으로 형성되며, 좌우 대칭 또는 좌우 비대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 면광원부의 홀과 반사면 간격은 0.1㎛～10㎜ 범위 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전반사 하우징 및 면광원부는 금속 또는 비금속 판재의 표면을 광택 도금하는 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 LED광원부는 LED 및 상기 LED가 실장된 기판을 포함하며, 상기 기판은 금속 또는 세라믹 기판인 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 전반사 하우징은 원기둥, 사각기둥, 다각기둥 및 평판형태 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 전반사 하우징 및 면광원부는 방열판을 대체하는 것을 특징으로 하는 균일 격자체를 이용한 면광원체.

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