KR101158321B1 - 레이저 패턴이 형성된 도광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점광원으로부터 발생하는 빛을 도광판 전체에 균일하게 산란시키기 위한 도광판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판은 일측에 광원을 수용하는 광원부 및 상기 광원부에서 발생하는 광이 산란되는 판 형태의 도광부의 상하면 중 일측면 또는 도광부의 상하면 상에 레이저 가공으로 산란패턴홈이 적어도 두 개 이상 형성되며, 상기 산란패턴홈은 깊이가 서로 상이하게 형성하는 것을 기술적 특징으로 하며, 산란패턴홈이 형성된 도광판을 형성하여, 균일한 조도와 높은 광효율을 제공하며, 도광판의 사용 목적에 따라 다양한 형태의 미세 패턴을 형성하는 것을 기술적 목적으로 한다.

Description

레이저 패턴이 형성된 도광판{Light guide plate with laser pattern}

본 발명은 다수의 점광원을 균일한 면광원으로 변환시키는 도광판에 관한 것으로, 더 자세히는 점광원으로부터 발생하는 빛을 도광판 전체에 균일하게 산란시키기 위한 레이저 패턴이 형성된 도광판에 관한 것이다.

일반적으로 도광판은 광원에서 발산되는 빛을 수광면에 균일하게 전달하는 역할을 하며, 균일한 빛의 산란을 위해서 도광판 상에 미세 패턴을 형성한다.

[도 11]은 종래 비인쇄 방식으로 패턴을 형성한 도광판(편의상, 종래기술 1이라 함)의 측면을 도시한 도면으로, 상기 종래기술1은 도광판(10)의 후면에 사출가공홈(16)을 형성하고, 상기 사출가공홈(16)에 의해 산란광이 외부로 전달되는데, 이러한 종래기술 1은 주로 사출방식 또는 V-cutting 방식으로 이루어지며, 사출 몰드 자체의 가공과 수정 작업에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있으며, 표면 패턴을 형성하는 조건에 따라 도광판의 광학적 특성이 달라지며, 소량 다품종으로 생산하기 어려운 문제점이 발생한다.

또한, V-cutting 방식의 경우, 생산을 위한 자동화가 용이하고, 휘도와 밝기의 균일성이 우수한 제품을 생산할 수 있으나, 다양한 패턴의 가공이 어려우며, 가공 후에, 도광판 상에 미세 입자가 잔류함에 따라 후처리 과정이 반드시 필요하여, 도광판 제조의 절차와 비용의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

[도 12]는 종래 프린팅 방식으로 패턴을 형성한 도광판(편의상, 종래기술 2라 함)의 측면을 나타내는 도면으로, 상기 종래기술 2는 도광판의 후면에 프린팅 패턴(17)을 인쇄 형성하는 방식으로, 밝기 분포의 균일도를 조절하기 용이한 반면, 주위 온도 변화 내지는 습도의 영향에 의해, 도광판의 성능을 유지하지 못하는 문제가 있으며, 도광판의 제작 후, 시간이 경과함에 따라 퇴색되거나 인쇄면이 박리되는 문제가 발생한다.

[도 13]은 종래, 3차원레이저 가공 시스템을 이용하여, 내부에 산란체(18)를 형성한 도광판(편의상 종래기술 3이라함)의 측면을 나타내는 도면으로, 상기 산란체를 이용하여, 밝기의 균일성을 제어할 수 있다. 하지만, 도광판(10) 내부에 형성되는 산란체(18)의 밀도가 작은 이유로, 광량의 손실이 많은 문제점이 있으며, 가공시간이 길고, 가공 영역 또한 제한적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,

본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 목적은 판 형태의 도광부에 레이저 가공으로 산란패턴홈을 형성하여, 균일한 조도와 높은 광효율을 제공하는 도광판을 형성하는데 있다.

다른 목적은, 광원과의 거리에 따라 산란패턴홈의 깊이를 상이하게 하여, 산란패턴홈의 내부모서리 간에 일정한 기울기를 형성하는데 있다.

또 다른 목적은, 산란패턴홈의 폭과 산란패턴홈 간의 간격을 일정하게 형성하여, 산란되는 광의 분포를 균일하게 형성하는데 있다.

또 다른 목적은, 광원의 빛이 투과되는 면을 곡면으로 형성하여, 빛의 투과효율을 증대시키는데 있다.

또 다른 목적은, 광섬유가공부를 더 포함하여, 광원에서 발생하는 빛을 균일하게 산란시키는데 있다.

또 다른 목적은, 반사방열부를 더 포함하여, 광원부의 빛을 도광부에 효율적으로 제공하는데 있다.

또 다른 목적은, 도광부를 만곡된 판형태로 구성하여, 도광판을 조명용으로 이용하기 용이하게 하는데 있다.

본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판은 일측에 광원을 수용하는 광원부 및 상기 광원부에서 발생하는 광이 산란되는 판 형태의 도광부의 상하면 중 일측면 또는 도광부의 상하면 상에 레이저 가공으로 산란패턴홈이 적어도 두 개 이상 형성되며, 상기 산란패턴홈은 깊이가 서로 상이하게 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 산란패턴홈은 광원과의 거리가 멀어질수록 깊이가 증가하도록 형성하여, 제1산란패턴홈의 내부모서리와 제2산란패턴홈의 내부모서리가 기울기를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 광원부는 원형 봉 형태로, 양측에 광원을 배치하고, 상기 광원에서 발생하는 빛을 균일하게 산란시키는 광섬유 재질의 광섬유가공부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 광원부는 상기 광섬유가공부의 일측면을 수용하여, 상기 광섬유가공부에서 발생하는 빛을 전반사하는 전반사면과 광원에서 발생하는 열을 방산하는 방열관으로 구성된 반사방열부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판은 판 형태의 도광부에 산란패턴홈을 형성함으로써, 균일한 조도와 높은 광효율을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 레이저 가공법으로 산란패턴홈을 형성함으로써, 도광판의 사용 목적에 따라 다양한 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 도광판 제조 공정의 효율성 및 정밀성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 광원과의 거리에 따라 산란패턴홈의 깊이를 상이하게 형성함으로써, 산란패턴홈의 내부모서리 간에 일정한 기울기를 형성하고, 각 산란패턴홈에 입사되는 빛을 균일하게 분배할 수 있는 효과가 있다.

또한, 산란패턴홈의 폭과 산란패턴홈 간의 간격을 일정하게 형성함으로써, 산란되는 광의 분포를 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 광원의 빛이 투과되는 면을 곡면으로 형성함으로써, 빛의 투과효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 광섬유가공부를 더 포함함으로써, 광원에서 발생하는 빛을 균일하게 산란시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 반사방열부를 더 포함함으로써, 광원부의 빛을 도광부에 효율적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도광부를 만곡된 판형태로 구성함으로써, 도광판을 조명용으로 이용하기 용이하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 첫 번째 실시예를 나타내는 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 레이저 가공 시스템을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 산란패턴홈 형성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 산란광의 분포를 도시화한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 두 번째 실시예를 타나내는 구조도.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 산란패턴홈의 측면을 나타내는 현미경 사진.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 일실시예의 측면 사진.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 빛 산란 실험을 나타내는 사진.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 밝기 및 밝기 분포의 시험 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 세 번째 실시예를 나타내는 분해도.
도 11은 종래 비인쇄 방식의 패턴이 형성된 도광판의 산란광 분포를 나타내는 개념도.
도 12는 종래 프린트 방식의 패턴이 형성된 도광판의 산란 분포를 나타내는 개념도.
도 13은 종래 레이저 패턴이 형성된 도광판의 산란 분포를 나타내는 개념도.

이하, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.

[도 1]은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 첫 번째 실시예를 나타내는 도면으로, 평판 형태의 도광부(11)의 일측에 광원부(13)를 형성하고, 상기 도광부(11)의 저면에 산란패턴홈(12)이 형성된다.

상기 도광부(11)는 상기 광원부(13)에서 입사되는 광을 외부로 산란시키는 역할을 한다.

상기 광원부(13)는 광원을 수용하여, 상기 광원에서 발생하는 빛을 상기 도광부(11)로 제공하는 역할을 하며, 본 발명의 실시예에서 상기 광원에서 발생하는 빛이 투사되는 광원부(13)의 일측면을 곡면으로 형성하였다.

이러한 곡면의 입사면은 점광원인 LED에서 발생하는 빛을 최대한 상기 도광부(11)로 투사하기 용이하게 하는 장점이 있다.

상기 산란패턴홈(12)은 상기 도광부(11)의 상하면 중 일측면 상에 레이저 가공으로 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 도광부(11)의 하면에 레이저 가공시스템을 통해 형성하였다.

또한 상기 산란패턴홈(12)은 두 개 이상이 형성되면, 상기 광원부(13)와의 거리에 따라 각 산란패턴홈(12)의 깊이를 서로 상이하게 형성한다.

즉, 상기 산란패턴홈(12)은 광원과의 거리가 멀어질수록 깊이가 증가하도록 형성하여, 제1산란패턴홈의 내부모서리와 제2산란패턴홈의 내부모서리가 기울기를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 산란패턴홈(12)이 두 개 이상 형성 시, 각 산란패턴홈(12) 간의 간격을 일정하게 형성하고, 각 산란패턴홈(12)은 동일한 폭으로 형성하는 것이 바람직하다.

이는 상기 광원부(13)로부터 입사되는 광의 각도에 따라 입사광을 분배하여, 효율적으로 산란시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

[도 2]는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 산란패턴홈(10)을 형성하는 레이저 가공시스템(30)의 구성도를 나타내는 도면으로, CO₂ 레이저(31), 거울판(32, 33), 초점렌즈(35), 가공부(37) 및 PC(39)로 구성된다.

상기 PC(39)에서 설정된 레이저 동작값에 따라 상기 CO₂ 레이저(31)는 레이저광을 발생시키고, 상기 거울판(32, 33)과 초점렌즈(35)를 통해, 상기 가공부(37)의 도광판(10)에 전달하게 되는 것이다.

[도 3]은 상기 레이저 가공시스템을 이용하여, 산란패턴홈(12)을 형성하는 동작을 나타내는 도면으로, 도광부(11)의 하면 상에 포커싱 렌즈(35)를 포함하는 레이저빔(38)을 이용하여, 산란패턴홈(12)을 선(line) 가공하게 되는 것이다.

본 발명의 실시예에서는 상기 산란패턴홈(12)의 폭을 약 0.3mm로 균일하게 형성하였으며, 깊이는 상기 광원부(13)와의 근접거리에 딸 0.2mm~ 4.5mm까지 차등적으로 형성하였으며, 산란패턴홈(12) 간의 그리드 간격은 1.5mm 로 형성하였으며, 산란패턴홈의 기울기는 0.11(4/38)로 형성하였다.

[도 4]는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 측면도를 나타내는 도면으로, 광원부(13)로부터 발생한 입사광이, 각 산란패턴홈(12)에 반사되어, 산란되는 모습을 확인할 수 있으며, 각 산란패턴홈(12)의 깊이의 차이에 따라 광원의 빛이 효율적으로 산란되는 것을 확인할 수 있다.

[도 5]는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 두 번째 실시예를 나타내는 도면으로, 상기 첫 번째 실시예와 비교하였을 때, 광섬유가공부(14) 및 반사방열부(15)를 더 포함하는 것이 특징이다.

상기 광섬유가공부(14)는 원형 봉 형태로, 양측에 광원을 배치하고, 상기 광원에서 발생하는 빛을 균일하게 산란시키는 역할을 하며, 광섬유 재질로 형성되는 것이 특징이다.

이러한 상기 광섬유가공부(14)는 도광부에 입사되는 빛을 균일하게 하여, 도광판(10)의 산란광의 밝기와 밝기 분포를 균일하게 하는 효과가 있다.

상기 반사방열부(15)는 상기 광섬유가공부(14)의 일측면을 수용하여, 상기 광섬유가공부에서 발생하는 빛을 전반사하는 전반사면과 광원에서 발생하는 열을 방산하는 방열관으로 구성되는 것이 특징이다.

즉, 상기 광섬유가공부(14)는 원형 봉의 전체 곡면을 통해, 빛이 발생함에 따라, 도광부(11)의 입사방향과 일치하지 않은 면을 통해 광원이 외부로 유출되며, 그에 따른 광효율의 손실이 발생하게 되는 상기 반사방열부의 전반사면을 통해, 광원에서 발생하는 빛을 도광부(11)로 입사시킬 수 있으며, 광원에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방산할 수 있는 장점이 있는 것이다.

[도 6]은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 산란패턴홈(12)의 측면을 나타내는 현미경 사진으로, 본 발명에 따른 실시예에서 레이저 가공으로 도광부(11)에 형성된 산란패턴홈(12)의 가공 모습을 확인할 수 있으며, 세 개의 상기 산란패턴홈(12)은 광원부(13)와의 거리에 따라 깊이가 각각 1.3mm, 2.5mm, 4.0mm로 증가하지만 각 폭은 0.3mm 로 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다.

[도 7]은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 일실시예의 측면 사진으로, 상기 산란패턴홈의 그리드 간격이 균일함을 확인할 수 있으며, 상기 산란패턴홈의 기울기를 확인할 수 있다.

왼쪽 측면에서 광원이 입사되며, 상기 산란패턴부에 의해 도광부의 상부로 빛의 산란이 이루어지게 된다.

[도 8]은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 빛 산란 실험을 나타내는 사진으로, (a)는 광원이 입사되지 않은 상태의 도광판 측면이며, 양단부분은 상기 산란패턴홈이 형성되지 않았다.

(b)는 레이저빔을 왼쪽에서 입사하여, 도광판의 상측으로 산란되는 형태를 나타내는 것으로 레이저빔의 직진성으로 선형적으로 도광판의 상측으로 빛이 산란되며, 도광판의 오른쪽 측면은 레이저 빔이 직진성을 위지하여, 통과하는 모습을 확인할 수 있으며, 상기 산란패턴홈이 형성되지 않은 양단부분은 산란이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다.

(c)는 LED 광원을 왼쪽에서 입사시켜, 도광판의 상측으로 밝게 산란되는 모습을 나타내는 것으로 LED 광원이 방사형으로 입사됨에 따라 왼쪽부터 오른쪽 끝부분까지 넓게 퍼저나가는 것을 확인할 수 있으며, 오른쪽 끝에서는 도광판의 넓이 만큼 빛이 밝게 산란되는 것을 확인할 수 있다. (c)의 경우에도 상기 산란패턴홈이 형성되지 않은 도광부의 양단부분의 상측에는 산란이 나타나지 않음을 확인할 수 있다.

[도 9]는 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 밝기 및 밝기 분포의 시험 측정 결과를 나타내는 그래프로, 종래, 표면패턴이 형성된 도광판, 내부선형 경사패턴을 가진 도광판, 본 발명에 따른 도광판을 비교한 결과이다.

평균밝기가 각각 1.08, 1.90로 본 발명에 따른 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 평균밝기가 우수한 것으로 확인되며, 밝기분포(최소값/최대값) 또한 0.45, 0.51, 0.55로 증가하여, 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판의 평균밝기가 우수한 것으로 확인된다.

특히, 평균밝기의 증가는 본 발명에 따른 레이저 가공시스템으로 도광판의 표면에서 내부로 산란패턴홈(12)을 형성함에 따라 도광판 내부에서의 광량의 손실을 줄이고 휘도 특성을 향상시킬 수 있음을 나타내며, 평균밝기의 향상과 더불어, 밝기분포 또한 균일성을 유지할 수 있는 것이다.

[도 10]은 본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 세 번째 실시예를 나타내는 분해도로, 도광부(11)는 전체적으로 완곡한 곡면을 형성하도록 양측이 만곡된 판 형태로 구성하는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 도광판(10)은 패턴산란부(11)를 외부에서 가공함에 따라 넓은 가공 면적의 작업도 용이하며, 곡면 형태의 도광부(11)에 가공이 가능한 장점이 있다.

이러한 가공의 용이함으로, 본 발명에 따른 도광판(10)은 LED 조명등에도 활용이 가능하며, 천장에 매달수 있는 팬던트형 등기구로 LED 광원 홀더 및 방열판과 일체화된 프레임으로 구성될 수 있다. 또한, 이러한 곡면형 도광판(10)을 LED 조명에 이용하면 소형 및 경량으로 형성할 수 있으며, 기존 LED 평판조명과 같이 광 확산시트를 이용하지 않아도 되므로, 산란광에 의한 손실이 최소화하여, 광학적기능을 향상할 수 있는 장점이 있다.

또한, 측광 방식의 도광판을 이용함으로써 [도 10]에 도시된 바와 같이, 다수의 LED 점광원에 대해, 수광 면에서 발광 선이 보이지 않는 균일한 면광원으로 변환하여, "Glare-free"의 안락한 조명을 연출할 수 있는 장점이 있다.

더불어 곡면 형태의 도광판(10)을 이용하며, 하부에서 방사되는 직접광뿐만 아니라 도광판(10)의 상측에서 천장으로 반사되는 간접광을 수광면에서 혼합하여, 기존 LED 평판조명 보다 높은 광 이용효율을 누릴 수 있게 되는 장점이 있다.

또한, 도광판(10)의 곡률반경과 시야각을 고려하여, 적절한 미세 패턴인 산란패턴홈(12)이 도광판(10) 하부에 형성함으로써, 수광 면 조도의 균일성을 높이는 동시에 원하는 조도 패턴을 얻을 수 있는 장점이 있다.

더불어, 도광판(10)의 상면에도 미세패턴을 각인함으로써 천장을 향해 방사되는 빛을 모든 방향으로 산란시켜 수광 면의 조도 균일성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 곡면 형태의 도광판(10)의 일측에 형성된 LED 광원의 분리 또는 수기가 용이할 뿐만 아니라 사용자의 취향에 따라 다양한 색온도 혹은 색상의 광원을 선택할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 레이저 패턴이 형성된 도광판(10)의 세 번째 실시예에서는 LED 구동회로(20)를 전원회로로부터 분리하여, 광원부(13)와 일체화하였으나, 광색가변 LED의 경우, 광제 LED 제어회로(20)를 광원과 직접화하여, 소형화를 극대화 하는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 레이저 패턴이 형성된 도광판으로 구현할 수 있다.

10 : 도광판 11 : 도광부
12 : 산란패턴홈 13 : 광원부
14 : 광섬유광원부 15 : 반사방열부
16 : 사출가공홈 17 : 프린팅패턴
18 : 산란체 20 : 제어회로
30 : 레이저가공시스템 31 : CO₂ 레이저
32, 33 :거울판 35 : 초점렌즈
37 : 가공부 38 : 레이저빔
39 : PC

Claims (7)

1. 일측에 광원을 수용하는 광원부 및
   상기 광원부와 연결되어, 상기 광원부에서 발생하는 광이 산란되는 판 형태의 도광부를 포함하되, 상기 도광부의 상하면 중 일측면 또는 도광부의 상하면 상에 레이저 가공으로 산란패턴홈이 적어도 두 개 이상 형성되며,
   상기 산란패턴홈은
   상기 광원과의 거리가 멀어질수록 깊이가 증가하도록 형성하여, 제1산란패턴홈의 내부모서리와 제2산란패턴홈의 내부모서리가 일정한 기울기를 형성하고,
   상기 산란패턴홈 간의 간격을 일정하게 형성하고, 각 산란패턴홈은 동일한 폭으로 형성하며,
   상기 광원부는 원형 봉 형태로, 양측에 광원을 배치하고, 상기 광원에서 발생하는 빛을 균일하게 산란시키는 광섬유 재질의 광섬유가공부 및
   상기 광섬유가공부의 일측면을 수용하여, 상기 광섬유가공부에서 발생하는 빛을 전반사하는 전반사면과 광원에서 발생하는 열을 방산하는 방열관으로 구성된 반사방열부를 포함하고,
   상기 도광부는 양측이 만곡된 판 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴이 형성된 도광판.
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