KR101223078B1 - 확산판이 불필요한 도광판을 갖는 ｌｅｄ평판조명 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED평판조명에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED평판조명을 구성하는 도광판의 홈을 실린더 형상으로 구비하여 종래 V형 홈을 사용하던 도광판에서 필수적으로 구비되어야 했던 확산판이 없이도 균질한 면발LED광원을 만들어주는 LED평판조명에 관한 것으로, 도광판, 상기 도광판에 빛을 조사하는 LED광원, 반사시트를 포함하는 LED평판조명에 있어서, 상기 도광판의 배면 또는 출광면에는 복수의 실린더형홈이 형성된 것을 특징으로 하는 LED평판조명을 제공한다.

Description

확산판이 불필요한 도광판을 갖는 ＬＥＤ평판조명{LED flat lighting}

본 발명은 LED평판조명에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED평판조명을 구성하는 도광판의 홈을 실린더 형상으로 구비하여 종래 V형 홈을 사용하던 도광판에서 필수적으로 구비되어야 했던 확산판이 없이도 배광의 조절이 가능하며 균질한 면발광원을 만들어주는 LED평판조명에 관한 것이다.

최근, 각종 조명 장치의 광원으로서 반도체 소자를 포함하는 발광 다이오드 소자(이하 LED 소자라고 약칭함)가 주목받고 있다. LED 소자는 백열 전구 등의 종래형의 조명 램프에 비교하여 발열량이 적고, 또 긴 수명이라는 등의 이점을 갖고 있기 때문에, 최근, 표시용 광원을 비롯하여, 일반 조명 장치나 자동차용 헤드라이트 등의 조명 램프로서 각 방면에서 실용화되고 있다. 조명 램프로서 LED 소자를 이용하는 경우에는, 1개당 광속이 약하기 때문에, 하나의 패키지 내에 다수의 LED 소자를 탑재하여 큰 광량을 확보하고 있다. 또는 도광판을 이용하여 측면에 LED 광원을 장착한 후 도광판 내부로 빛을 조사하여 조사된 빛의 전반사를 통해 방출되도록 하는 방식을 사용하고 있다.

도광판(Light Guide Plate) 측면에서 유입된 광이 전반사를 통하여 도광판 내부로 전달되고, 도광판 후면에 산란 패턴을 설치하여 이곳에 부딪힌 광이 전반사되어 전 방출되거나 투과된 광은 반사시트에서 반사되어 다시 패턴을 투과되어 방출된다. 이때 도광판 전면으로 방출되는 빛의 분포의 균일도를 유지하면서 최대 밝기를 구현하기 위하여 도광판 후면의 산란 패턴의 밀도 분포를 조절하는 것이 필요하다.

일반적으로 LED평판조명은 반사시트, 빛의 균일도를 고르게 해주는 도광판, 빛을 산란시키는 확산시트, 확산시트에 의해 산란된 빛을 수직으로 진행하도록 하는 프리즘시트, LED광원을 포함하여 구성된다.

도 1 에 도시된 바와 같이 도광판의 형태는 크게 입광부가 두껍고 대광부가 얇은 쇄기형태와, 입광부와 대광부의 두께가 같은 박판형태로 나눌 수 있다. 도트의 형태가 형성되어 있는 도광판에서는 램프에서 도광판 내부로 진입된 광이 도광판에 형성되어 있는 도트에 의해 산란 및 반사 그리고 투과되어 도광판 외부로 출사되는데 광의 진행 방향에 대해 넓은 시야각을 갖는다. 이러한 광을 더 넓은 시야각을 갖게끔 산란시키는 역할은 확산시트가 하며 이런 넓은 시야각 때문에 도광판 상에 형성되어 있는 도트의 형상이 백라이트시트 조립 후 보이지 않게 된다. 확산시트를 거쳐 나오는 광은 넓은 시야각을 가지고 있으므로 종 또는 횡 방향으로 형성되어 있는 프리즘시트에 의해 광을 LED평판조명 상에 수직으로 올라오게 한다. 따라서 도트 및 인쇄용 도광판은 도트의 가시화를 차단하고 도트에 의해 넓은 산란각을 얻기 위하여 확산시트를 필요로 하는 것이 일반적이다.

다시 말해, 종래 V형 홈 혹은 도트를 구비하는 도광판은 넓은 산란각을 얻기 위해 확산시트를 필수적으로 구비해야만 했는데, 이러한 확산판은 넓은 영역으로 빛을 확산해준다는 장점은 있으나 광학적으로 손실이 매우 커서 종래 기술에서 광손실의 주원인으로 지적되고 있다.

또한, 종래 V형 홈을 이용한 조명에서는 패턴의 각을 조절하여 배광을 조절하여야 하므로 패턴 가공시에 정밀한 제어가 필수적으로 요구되어 제조 단가를 높이는 단점으로 작용하고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 실린더 형태의 도광판 패턴을 사용하여 빛의 확산을 유도하고 조명의 효율을 극대화하는 LED평판조명를 제공하고자 한다.

본 발명은 도광판(10), 상기 도광판(10)에 빛을 조사하는 LED광원(20), 반사시트(30)를 포함하는 LED평판조명에 있어서, 상기 도광판(10)의 배면 또는 출광면에는 복수의 실린더형홈(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 LED평판조명을 제공한다.

여기서, 상기 복수의 실린더형홈(11)은, LED광원(20)으로부터 멀어질수록 점차 조밀 간격으로 배열되는 수직실린더형홈(13)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 실린더형홈(11)은, LED광원(20)에서 발산되는 광과 평행한 수평실린더형홈(15)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직실린더형홈(13)은, LED광원(20)이 위치하는 일측에서 시작하여 타측에 가까울수록 조밀 간격으로 배열됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직실린더형홈(13)은, LED광원(20)이 위치하는 양측에서 시작하여 중심에 가까울수록 조밀 간격으로 배열됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 도광판(10)은 LED광원(20)이 위치하는 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도광판(10)은 LED광원(20)이 위치하는 양측에서 중심으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도광판(10)은 단부가 쐐기형으로 구비되고, 상기 LED광원(20)은 상기 도광판(10)의 단부 쐐기 하부에 위치되어 상부로 빛을 조사하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명은 제1항 내지 제9항 기재의 LED평판조명에 사용되는 도광판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 금속몰드(51)에 도광판에 형성될 실린더형홈과 동일한 형상의 패턴(52)을 가공하는 제1단계;와, 상기 제1단계에서 형성된 상기 금속몰드(51)의 패턴(52)에 광학플라스틱(53)를 채워 일차로 광학플라스틱으로 몰딩 후 광학플라스틱을 분리하여 몰드(54)를 제조하는 제2단계;와, 상기 제2단계에서 형성된 광학플라스틱 몰드(54)의 상부에 이차로 액상 광학플라스틱(55)으로 몰딩하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 몰딩된 광학플라스틱(55)을 분리하여 광학플라스틱 재질의 도광판(10)을 획득하는 제4단계;를 포함하는 도광판 제조방법도 제공한다.

여기서, 상기 액상 광학플라스틱(55)은 실리콘 재질인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계 및 제3단계에서 상기 광학플라스틱(53)(55)은 가열, 가압에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 활용하면, 실린더 형태의 도광판 패턴을 사용하여 빛의 확산을 유도하고 조명의 효율을 극대화하는 LED평판조명의 제공이 가능하며, 실린더 형상의 홈을 구비하는 도광판의 제조 방법도 제공하여 비용을 절감하면서도 실린더형홈을 구비한 도광판의 제공이 가능하다.

도 1의 (a) 내지 도 1의 (d)는 종래의 LED평판조명를 도시한 분해도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판이 적용된 LED평판조명의 후면도이며,
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판이 적용된 LED평판조명의 후면도이며,
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이고,
도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 단면도이며,
도 7은 본 발명에 활용되는 실린더형홈을 구비한 도광판의 제조방법을 보여주는 블록도이고,
도 8은 본 발명에 활용되는 실린더형홈을 구비한 도광판의 제조방법을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판이 적용된 LED평판조명의 후면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

도 2 및 도 3에서 보듯이, 본 발명은 도광판(10), 상기 도광판(10)에 빛을 조사하는 LED광원(20), 반사시트(30)를 포함하는 LED평판조명에 있어서, 상기 도광판(10)의 배면 또는 출광면에는 복수의 실린더형홈(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이드유니트를 제공한다. 본 발명에서 실린더형홈(11)은 단면이 U 형상인 것으로 전체적으로 단면이 U 형상인 실린더를 의미하므로 상기 도광판(10)을 가로질러 연속되게 홈이 구비된다.

즉, 본 발명은 종래 V형 홈을 구비한 도광판의 단점을 보완하고자 U형 홈을 구비한 도광판을 이용한 LED평판조명를 제공하고자 한다. 종래 V형 홈을 구비한 도광판은 도광판 측면의 LED광원에서 들어오는 빛이 V형 홈에 반사되어 방향이 바뀌기는 하나 V형 홈은 반사각이 정해져 있으므로 일정 한도의 반사각만을 획득할 수 있는 단점이 있었고, 이러한 단점을 해소하고 넓은 산란각을 얻기 위하여 확산판을 필수적으로 구비해야 했다. 하지만, 확산판은 넓은 영역으로 빛을 확산해준다는 장점은 있으나 광학적으로 손실이 매우 커서 종래 기술에서 광손실의 주원인으로 지적되고 있어 광효율을 높이기 위해 확산판을 사용하지 않는 방식이 요구되고 있다.

이에, 본 발명에서는 반사각이 매우 다양하여 다양한 각도로 반사가 일어나는 U형 홈을 발명하였으며, 이를 이용하면 확산판 없이도 넓은 영역으로 빛의 확산이 가능하다.

본 발명을 상세히 설명하면, 투광가능한 재질로 된 도광판(10)의 측면에 빛을 발광하는 LED광원(20)이 배치되는데, 상기 도광판(10)의 후면에는 측면에서 발광된 빛을 도광판(10) 전면으로 균일하게 굴절 산란시키기 위한 실린더형홈(13, 수평실린더형홈(15) 및 수직실린더형홈(13))이 복수 개 형성되며, 반사시트(30)가 부착된다. 여기서 반사시트(30)는 PET 재질일 수 있으나, 본 발명에서는 반사율이 큰 알루미늄 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱 필름에 A1 코팅한 것을 사용하는 것이 적합하다.

이와 같이 도광판(10)의 후면에 형성되어 LED광원(20)으로부터 조사된 빛을 도광판의 전면으로 굴절, 산란시키는 수직실린더형홈(13)의 간격은 LED광원(20)과 가까울수록 조사된 빛의 손실량이 적어지게 되므로 멀리 배치하고, LED광원으로부터 멀어질수록 빛이 도광판을 통과되는 과정에서 투과되는 양이 많아지게 되므로 점진적으로 좁게 설정하여야 도광판의 전면에서 빛의 휘도를 균일하게 유지시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 LED평판조명(100)의 도광판(10)은 후면에 형성된 수평실린더형홈(15) 및 수직실린더형홈(13)에 의해 LED광원(20)으로부터 조사된 빛이 도광판(10)을 따라 직진하지 않고 도 2의 화살표 방향으로 적당히 굴절되면서 도광판(10)의 전면에 넓게 산포되므로 도광판의 전면 측으로 설치되는 조명판을 투광하게 된다.

여기서, 상기 복수의 실린더형홈(11)은, LED광원(20)으로부터 멀어질수록 점차 조밀 간격으로 배열되는 수직실린더형홈(13) 및 LED광원(20)에서 발산되는 광과 평행한 수평실린더형홈(15)을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 수직실린더형홈(13)은 LED광원(20)이 위치하는 일측에서 시작하여 타측에 가까울수록 조밀 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판이 적용된 LED평판조명의 후면도이며, 도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.

도 4 및 도 5에서 보듯이, LED광원(20)이 도광판(10)의 양측에 위치하는 경우에는 상기 수직실린더형홈(13)은, 양측에서 시작하여 중심에 가까울수록 조밀 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.

즉, LED광원(20)의 양측에 구비되어 광이 양측에서 들어오는 경우에는 어느 일방향으로 갈수록 수직실린더형홈(13)의 간격이 조밀해지는 것이 아니라 중심을 기준으로 양측으로 분할하여 각각 양측의 LED광원(20)이 도광판(10)의 절반씩을 담당하게 되는 것이다.

도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 단면도이다.

나아가, 도 6에서 보듯이, 상기 도광판(10)은 LED광원(20)이 위치하는 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 한다. 또한, LED광원(20)이 양측에 위치하는 경우에는, 상기 도광판(10)은 LED광원(20)이 위치하는 양측에서 중심으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 한다.

즉, 도광판(10)이 쐐기형으로 구비되어 LED광원(20)이 위치하는 측에서 멀어질수록 두께가 얇아지는 것이다.

이렇게 쐐기형으로 도광판(10)을 구성하게 되면 부피가 감소하여 공간 활용도를 높일 수 있으며 무게도 가볍게 할 수 있다.

또한, 도 6의 (c)에서 보듯이, 상기 도광판(10)은 단부가 쐐기형으로 구비되고, 상기 LED광원(20)은 상기 도광판(10)의 단부 쐐기 하부에 위치되어 상부로 빛을 조사하는 구성을 이용하는 것도 가능하다.

즉, 상술한 내용들은 모두 LED광원(20)이 도광판(10)의 측면에서 빛을 조사해주는 방식이었으나, 본 실시예에서는 LED광원(20)이 도광판(10)의 하부에서 빛을 조사해주는 방식이다. 다만, 통상 직하형으로 부르는 방식처럼 도광판(10)의 배면에 LED광원(20)이 조밀하게 구비되는 방식은 아니며, 상기 도광판(10)의 단부를 쐐기형으로 구비하여 상기 도광판(10)의 단부의 경사진 쐐기 하부에 LED광원(20)을 위치시켜 경사진 쐐기면으로 빛을 조사하는 방식이다. 본 방식은 종래의 직하형처럼 램프의 두께가 두꺼워지지 않으면서도 효율적으로 도광판(10)의 내부로 빛을 조사하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 실리더형홈을 구비하는 도광판(10)의 제조방법을 제공한다. 종래 V형 홈을 이용한 조명에서는 패턴의 각을 조절하여 배광을 조절하여야 하므로 패턴 가공시에 정밀한 제어가 필수적으로 요구되므로 정밀한 가공이 필수적으로 수반되어야 하므로 제조 단가를 높이는 단점으로 작용하고 있었으나, 실린더형홈은 이러한 방식을 사용하는 경우에는 제조 효율이 떨어질 수 있으므로 본 발명에서는 다른 방법을 제안한다.

실린더형홈 패턴은 홈의 직경과 높이의 비율에 따라 손쉽게 배광조절이 가능하므로 패턴 성형시에 정밀한 각의 제어 없이도 손쉽게 패턴을 만들 수 있으며, 이러한 장점을 이용하여 본 발명에서는 더블 몰딩 프로세스를 제안한다.

즉, 도 7 및 도 8에서 보듯이, 본 발명은 금속몰드(51)에 도광판에 형성될 실린더형홈과 동일한 형상의 패턴(52)을 가공하는 제1단계;와, 상기 제1단계에서 형성된 상기 금속몰드(51)의 패턴(52)에 광학플라스틱(53)를 채워 일차로 광학플라스틱으로 몰딩 후 광학플라스틱을 분리하여 몰드(54)를 제조하는 제2단계;와, 상기 제2단계에서 형성된 광학플라스틱 몰드(54)의 상부에 이차로 액상 광학플라스틱(55)으로 몰딩하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 몰딩된 광학플라스틱(55)을 분리하여 광학플라스틱 재질의 도광판(10)을 획득하는 제4단계;를 포함하는 도광판 제조방법을 제공한다.

여기서 몰드의 제조과정에서 광학플라스틱을 사용하게 되며, 이와 같이 더블 몰딩 프로세스를 이용하게 되면 제조의 정확성 및 효율성을 향상시킬 수 있어 비용절감이 가능하다. 또한, 상기 제3단계의 액상 광학플라스틱(55)은 실리콘 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 제2단계 및 제3단계에서 상기 광학플라스틱(53)(55)은 가열, 가압에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 통상 평판형조명은 광학플라스틱의 내열성, 내화학성, UV-안정성 문제로 인해 실내용으로만 사용하였으나, 실리콘을 이용한 경우 실외조명에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

1 : 도광판
3 : 역프리즘
4 : 보호시트
5 : 종방향프리즘시트
6 : 횡방향프리즘시트
7 : 확산시트(확산판)
10 : 도광판
11 : 실린더형홈
13 : 수직실린더형홈
15 : 수평실린더형홈
20 : LED광원
30 : 반사시트
51 : 금속몰드
52 : 패턴
53 : 광학플라스틱
54 : 광학플라스틱 몰드
55 : 광학플라스틱
100 : LED평판조명

Claims (11)

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3. 도광판(10), 상기 도광판(10)의 측면에 배치되어 빛을 조사하는 LED광원(20), 상기 도광판(10)의 후면에 배치된 반사시트(30)를 포함하는 LED평판조명에 있어서,
   상기 도광판(10)의 배면 또는 출광면에는 U자 구조를 가지며, 라인 형태로 음각패턴을 가진 복수의 실린더형홈(11)이 형성되되,
   상기 복수의 실린더형홈(11)은,
   LED광원(20)으로부터 멀어질수록 점차 조밀 간격으로 배열되는 수직실린더형홈(13)과, LED광원(20)에서 발산되는 광과 평행한 수평실린더형홈(15)으로 구성되고,
   상기 수직실린더형홈(13)은,
   LED광원(20)이 위치하는 일측에서 시작하여 타측에 가까울수록 조밀 간격으로 배열되고, 상기 LED광원(20)이 위치하는 양측에서 시작하여 중심에 가까울수록 조밀 간격으로 배열되며,
   상기 도광판(10)은
   LED광원(20)이 위치하는 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기형이고, 상기 LED광원(20)이 위치하는 양측에서 중심으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기형이며,
   상기 도광판(10)은 단부가 쐐기형으로 구비되고, 상기 LED광원(20)은 상기 도광판(10)의 단부 쐐기 하부에 위치되어 상부로 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 LED평판조명.
   
   
   
   
   
   
   
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