KR101236401B1

KR101236401B1 - 조명 장치

Info

Publication number: KR101236401B1
Application number: KR1020077031006A
Authority: KR
Inventors: 군나르 클리크; 후베르트 오트; 프란츠 쉬엘호른; 마리오 바닝어; 게오르크 보그너
Original assignee: 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2013-02-22
Also published as: KR20080031874A; WO2006128422A1; US20090201698A1; US7942565B2; JP4988721B2; DE102005042523A1; JP2008543004A; TW200716914A; EP1886173A1

Abstract

본 발명은, 발산성(divergent) 전자기 방사(6)를 광 도파관(2) 내부로 주입하기에 적합한 광원(1)을 포함하는 조명 장치와 관련이 있으며, 이 경우 광 도파관(2) 내에서 상기 전자기 방사(6)의 가이드는 전반사로 인하여 이루어지고, 상기 광 도파관(2)은 상기 전자기 방사(6)의 주 방사 방향(17)을 변경하기에 적합하며, 상기 광 도파관(2)은 일체형으로 형성되었다. 광원(1)으로서는 바람직하게 발광 다이오드가 사용된다. 상기 조명 장치는 특히 디스플레이를 후방 조명하기에 매우 적합하다.

Description

조명 장치 {ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 조명 장치에 관한 것이다.

해결할 과제는, 특히 경제적으로 제조될 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이다.

적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 조명 장치는 전자기 방사를 발생하기에 적합한 광원을 포함한다. 다시 말해, 동작 중에 광원은 전자기 방사를 방출한다. 상기 광원은 바람직하게 발산성(divergent) 전자기 방사, 예를 들어 발산성 가시 방사를 발생하기에 적합하다. 상기 광원은 바람직하게 발산성 백색광을 발생하기에 적합하다.

이 경우 발산성 전자기 방사가란, 각도 분배를 갖는 방사 다발로 이해할 수 있다. 다시 말해, 상기 방사 다발의 방사들은 서로 0보다 큰 각을 형성한다.

광원은 바람직하게 상기 발생한 발산성 방사의 적어도 일부분을 광 도파관 내부로 주입하기에 적합하다. 이 목적을 위해 상기 광원이 예를 들어 광 도파관 외부에 배치될 수 있음으로써, 상기 광 도파관의 방사 유입면은 광원 뒤에 배치된다. 하지만, 광원 또는 상기 광원의 일부분을 광 도파관 내부에 배치함으로써, 결국 전자기 방사가 광 도파관 내에서 직접 방출되는 경우도 가능하다.

이 경우 광 도파관이란, 전자기 방사를 한 장소로부터 다른 한 장소로 가이드 하기에 적합한 광학 소자로 이해될 수 있다. 특히 상기 광 도파관은 방사를 발생하는 광학 소자가 아니라, 오히려 패시브 광학 소자이다. 이 경우 전자기 방사의 가이드는 바람직하게 상기 광 도파관을 제한하는 측면에서의 반사에 의해서 이루어진다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관 내에서 전자기 방사의 가이드는 상기 광 도파관을 제한하는 측면에서의 전반사로 인하여 이루어진다. 특히 바람직하게, 상기 전자기 방사의 가이드는 오로지 전반사로 인하여 이루어진다. 다시 말해, 광 도파관의 측면에 입사되는 전자기 방사가 전반사 조건을 충족하지 않으면, 상기 방사는 광 도파관으로부터 상기 광 도파관을 둘러싸는, 광학적으로 더 얇은 매체로 방출된다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 전자기 방사의 주 방사 방향을 변경하기에 적합하다. 이 경우 주 방사 방향이란, 방사의 선호 방향으로 이해할 수 있다. 상기 선호 방향은 예를 들어 광 도파관 또는 상기 광 도파관의 한 섹션의 종축과 평행하게 진행한다. 이 경우 상기 주 방사 방향은 광원의 방사 방출면에 대하여 수직으로도 진행할 수 있다. 다시 말해, 상기 주 방사 방향은 광원의 광학 축을 따라 연장된다.

광원은 예를 들어 반사에 의해서 상기 주 방사 방향을 변경하기에 적합하다. 다시 말해, 광 도파관 내에서 전자기 방사의 대부분의 방향은 반사에 의해서, 바람직하게는 전반사에 의해서 변경된다. 바람직하게 광원은, 주 방사 방향을 규정된 방식으로 변경하기에 적합하다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 광 도파관을 통과할 때에는 상기 주 방사 방향이 사전 설정 가능한 소정의 각도만큼 변경된다는 것이다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 일체형으로 형성되었다. 다시 말해, 광 도파관은 다수의 부분들로부터 구성되지 않고, 오히려 하나의 섹션으로부터 완성되었다. 이 목적을 위하여, 광 도파관은 예를 들어 사출 성형 방법에 의해서 완성될 수 있다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 발산성 방사를 광 도파관 내부로 주입하기에 적합한 광원을 포함하는 조명 장치가 제시된다. 광 도파관 내에서 방사의 가이드는 전반사로 인하여 이루어진다. 상기 광 도파관은 방사의 주 방사 방향을 변경하기에 적합하다. 또한 광 도파관은 일체형으로 형성되었다. 다시 말해, 광원이 발산성 방사를 일체형으로 형성된 광 도파관 내부로 주입하고, 상기 방사의 가이드가 광 도파관 내에서 바람직하게는 오로지 전반사로 인해서만 이루어지는 조명 장치가 제시된다.

이 경우 조명 장치는 다른 무엇보다도, 전자기 방사의 가이드가 광 도파관 내에서 오로지 전반사로 인해서만 이루어지는 광 도파관의 경우에는, 복잡하기 때문에 가격이 비싼, 광 도파관 표면 부분의 반사 코팅부가 생략될 수 있다는 아이디어를 이용한다. 또한, 광 도파관을 일체형으로 제조하면, 예컨대 광 도파관의 사출 성형과 같은 특히 저렴한 제조 방법이 가능해진다. 광 도파관을 발산성 전자기 방사 가이드에 적응시키면, 방사된 광의 발산량(divergence)을 줄이기 위한 특별한 광학 수단 없이도, 예컨대 발광 다이오드와 같은 특히 저렴한 광원의 사용이 가능해진다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 제 1 섹션을 포함하고, 상기 제 1 섹션은 자신을 통과하는 전자기 방사의 발산량을 줄이기에 적합하다. 예를 들어 광 도파관의 제 1 섹션은 방사 유입면 또는 광원 바로 다음에 배치되어 있다. 상기 제 1 섹션은 바람직하게, 방사의 주 방사 방향을 상당히 변경시키지 않고서도, 상기 섹션을 통과하는 전자기 방사의 발산량을 줄이기에 적합하다. 발산량의 감소는 예를 들어 광 도파관의 제 1 섹션을 제한하는, 상기 광 도파관 측면에서의 반사에 의해서 이루어질 수 있다. 다시 말해, 광 도파관의 제 1 섹션은 바람직하게 전반사를 이용하여 전자기 방사를 반사하기에 적합한 측면을 갖는다. 특히 발산성 방사, 예를 들어 전반사에 대한 조건을 충족시키지 않는, 한 발산성 광선 다발의 가장자리 영역에 있는 방사는 측면을 통해 광 도파관을 벗어날 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서, 광 도파관 내부에 남아 있는 방사의 발산량이 효과적으로 줄어든다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 제 1 섹션 내부에 적어도 하나의 평탄한 측면을 갖는다. 다시 말해, 상기 평탄한 측면은 육안으로 보이는 만곡부를 갖지 않는다. 상기 측면은 예를 들어 상기 광 도파관의 제 1 섹션의 종축과 평행하게 연장될 수 있다. 상기 광 도파관의 제 1 섹션은 예를 들어 광 도파관의 평탄한 측벽에 의해서 형성된 정방형의 형태를 가질 수 있다. 하지만, 상기 측면이 종축과 각을 형성할 수도 있다. 그 경우 광 도파관은 바람직하게 광원의 방향으로 가면서 좁아진다. 그때 상기 제 1 섹션은 예를 들어 각뿔대의 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 광 도파관의 제 1 섹션은 적어도 하나의 휘어진 측면을 갖는다. 상기 제 1 섹션은 예를 들어 원뿔대로서 형성될 수 있다. 하지만 상기 측면이 광 도파관의 한 단면에서 예를 들어 상기 광 도파관의 제 1 섹션의 종축 방향으로 만곡부를 갖는 것도 가능하다. 그 경우 광 도파관은 제 1 섹션 내에서 적어도 국부적으로 아래와 같은 광학 소자들 중에서 적어도 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수 있다: 복합 포물선형 집광기(CPC - compound parabolic concentrator), 복합 타원형 집광기(CEC - compound elliptic concentrator), 복합 쌍곡선형 집광기(CHC - compound hyperbolic concentrator). 이 경우에는 상기 제 1 섹션이 광원의 방향으로 가면서 좁아짐으로써, 결국 전자기 방사의 발산량은 광 도파관을 통과할 때에 상기 광 도파관의 측면에서의 전반사로 인하여 줄어들게 된다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 광 도파관의 제 1 섹션은 전자기 방사를 광 도파관의 제 1 섹션 내부로 가이드 한다. 상기 광 도파관의 제 2 섹션은 바람직하게 주 방사 방향으로 상기 제 1 섹션에 직접 연결된다. 광 도파관의 제 1 섹션 및 제 2 섹션은 바람직하게 일체형으로 형성되었다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 또한 전자기 방사의 주 방사 방향을 광 도파관 내에서 변경하기에 적합한 제 2 섹션을 포함한다. 다시 말해, 상기 제 2 섹션은, 이 섹션이 전자기 방사의 적어도 일부분을 광 도파관 내에서 방향 전환하기에 적합하도록 형성되었다. 이 경우 상기 방향 변경은 바람직하게 상기 광 도파관의 제 2 섹션을 제한하는 측면에서 이루어지는 전자가 방사의 반사에 의해, 특히 바람직하게는 전반사에 의해 이루어진다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 제 2 섹션 내부에 반사면을 갖는다. 상기 반사면은 바람직하게, 전자기 방사의 적어도 일부분, 예를 들어 상기 제 1 섹션으로부터 도달된 전자기 방사를 광 도파관 내에서 반사하기에 적합하다. 상기 반사면은 바람직하게 광 도파관을 제 2 섹션 내에서 제한하는 상기 광 도파관의 적어도 한 측면에 의해서 제공된다. 상기 반사면에서의 반사는 바람직하게 전반사에 의해서 이루어진다. 다시 말해, 바람직하게는 상기 반사면의 반사 코팅부가 생략될 수 있다.

상기 반사면에 충돌하여 전반사 조건을 충족하지 않는 전자기 방사의 부분은 상기 반사면에서 광 도파관으로부터 광학적으로 더 얇은 매체 ― 예를 들어 광 도파관을 둘러싸는 공기 ― 로 가이드 된다. 상기 전자기 방사의 대부분은 바람직하게 광 도파관 내에서 상기 광 도파관을 통과할 때에 상기 반사면에 충돌한다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 반사면은 광 도파관의 제 1 섹션의 종축을 가로지른다. 상기 반사면은 바람직하게 광 도파관의 제 1 섹션의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 특히 바람직하게 상기 반사면은 종축과 적어도 90°의 각을 형성한다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 반사면은 평탄하게 형성되었다. 다시 말해, 상기 반사면은 육안으로 보이는 만곡부를 갖지 않는다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 광 도파관의 반사면은 두 개의 부분으로 형성되었다. 상기 실시예에서 반사면은 평평하게 형성될 수 있다. 상기 반사면의 제 1 섹션은 바람직하게 광 도파관의 제 1 섹션의 종축과 제 1의 각을 형성한다. 그 경우 상기 반사면의 제 2 섹션은 광 도파관의 제 1 섹션의 종축과 제 2의 각을 형성한다. 그 경우 상기 반사면은 바람직하게 정확하게 두 개의 섹션을 가지며, 이 경우 상기 반사면의 제 1 섹션은 광 도파관의 제 1 섹션의 한 측면으로부터 상기 제 1 섹션의 종축까지 연장되고, 상기 반사면의 제 2 섹션은 광 도파관의 제 1 섹션의 종축으로부터 광 도파관의 제 3 섹션의 한 측면까지 연장된다. 상기 제 1의 각은 바람직하게 150°내지 170°이며, 바람직하게는 약 160°이다. 그 경우 상기 제 2의 각은 바람직하게 90°내지 110°이며, 바람직하게는 약 100°이다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 반사면은 만곡부를 갖는데, 다시 말해 상기 반사면은 적어도 국부적으로 오목하게 광 도파관 내부로 휘어져 있거나 또는 상기 광 도파관으로부터 볼록하게 휘어져 있다. 이때에는 특히, 상기 반사면이 자신의 전체 연장부에 걸쳐 볼록한 또는 오목한 만곡부를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 반사면은 적어도 국부적으로 다음과 같은 만곡부 중에서 적어도 하나의 만곡부를 갖는다: 포물선형, 타원형, 구면, 비구면. 다시 말해, 그 경우에 반사면은 단면상으로 볼 때 적어도 국부적으로 포물선 형태, 타원 형태, 원 형태 또는 비구면으로 휘어져 있다. 이 경우 상기 만곡부은 광 도파관으로부터 볼록하거나 또는 광 도파관 내부로 오목할 수 있다. 또한, 상기 반사면이 적어도 국부적으로 포물선, 타원, 구 및/또는 회선 비구면의 형태를 따라 휘어질 수도 있다. 더 나아가, 상기 반사면은 다양한 더 높은 차수의 만곡부를 가질 수 있는 자유 형태 면으로 형성될 수도 있다. 특히 바람직하게 상기 반사면은 광 도파관으로부터 볼록하게 휘어져 있고, 이때에는 타원형의 형태를 따라 휘어진 표면을 갖는다.

이 경우 조명 장치는 다른 무엇보다도, 상기 반사면의 형상에 의하여 광 도파관 내에서 전자기 방사의 규정된 반사가 이루어질 수 있다는 아이디어를 이용한다. 다시 말해, 한편으로 상기 반사면의 형상에 의해서는 전자기 방사가 반사되는 방향이 설정될 수 있고, 다른 한편으로 상기 반사면의 형상에 의해서는 반사된 광의 방출 특성 ― 즉 예를 들어 상기 반사된 광의 공간적인 세기 분포 ― 이 의도한 바대로 설정될 수 있다. 특히 상기 반사면의 형상이 광 광 도파관 내에서 발산성 방사에도 적응될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 반사면에 충돌하는 전자기 방사의 최대 부분이 상기 반사면에서 전반사 된다. 원치 않는 각도로 반사면 상으로 방출되는 전자기 방사는 그곳에서 투과되어 광 도파관을 벗어난다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관의 제 2 섹션은 주 방사 방향을 사전에 결정된 각도만큼 회전시키기에 적합하다. 다시 말해, 전자기 방사가 예를 들어 상기 제 2 섹션의 반사면에서 반사됨으로써, 결국 상기 제 1 섹션으로부터 도달된 전자기 방사의 주 방사 방향은 사전 결정 가능한 방향으로, 다시 말해 사전 결정 가능한 각도만큼 변경된다.

예를 들어 주 방사 방향은 90°만큼 회전될 수 있다. 전자기 방사는 광 도파관의 제 2 섹션으로부터 예를 들어 제 3 섹션으로 이동된다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 전자기 방사를 광 도파관 내에서 상기 광 도파관의 방사 방출면으로 가이드 하기에 적합한 제 3 섹션을 갖는다. 광 도파관의 제 3 섹션은 예를 들어 제 2 섹션에 직접 연결된다. 그 경우 광 도파관의 제 2 및 제 3 섹션은 바람직하게 일체형으로 형성되었다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 제 3 섹션은 이 섹션을 통과하는 전자기 방사의 발산량을 줄이기에 적합하다. 상기 제 3 섹션은 바람직하게는 방사의 주 방사 방향을 언급할 만한 정도로 변경시키지 않으면서 상기 제 3 섹션을 통과하는 전자기 방사의 발산량을 줄이기에 적합하다. 상기 발산량의 감소는 예를 들어 광 도파관의 제 3 섹션을 제한하는 상기 광 도파관의 측면에서의 반사에 의해 이루어질 수 있다. 다시 말해, 광 도파관의 제 3 섹션은 바람직하게, 전자기 방사를 바람직하게는 전반사를 이용해서 반사하기에 적합한 측면을 갖는다. 특히 전반사 조건을 충족하지 않는 발산성 방사가 상기 측면을 통해 광 도파관을 벗어날 수 있음으로써, 이와 같은 방식에 의해서도 광 도파관 내부에 남아 있는 방사의 발산량은 효과적으로 줄어든다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 제 3 섹션 내부에 적어도 하나의 평탄한 측면을 갖는다. 다시 말해, 상기 평탄한 측면은 육안으로 보이는 만곡부를 갖지 않는다. 상기 측면은 예를 들어 광 도파관의 제 3 섹션의 종축과 평행하게 진행할 수 있다.

상기 광 도파관의 제 3 섹션은 예를 들어 정방형의 형태를 가질 수 있다. 하지만, 상기 측면이 제 3 섹션의 종축과 각을 형성하는 것도 가능하다. 그 경우 광 도파관은 바람직하게 광 도파관의 방사 방출면의 방향으로 확장된다. 상기 제 3 섹션은 예를 들어 각뿔대의 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 광 도파관의 제 3 섹션은 적어도 하나의 휘어진 측면을 갖는다. 상기 제 3 섹션은 예를 들어 방사 방출면 쪽으로 확장되는 각뿔대로서 형성될 수 있다.

상기 측면이 광 도파관의 한 단면에서 예를 들어 상기 광 도파관의 제 3 섹션의 종축의 방향으로 만곡부를 가질 수도 있다. 그 경우 광 도파관은 제 3 섹션 내에서 적어도 국부적으로 아래와 같은 광학 소자들 중에서 적어도 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수 있다: 복합 포물선형 집광기(CPC - compound parabolic concentrator), 복합 타원형 집광기(CEC - compound elliptic concentrator), 복합 쌍곡선형 집광기(CHC - compound hyperbolic concentrator). 이 경우에는 상기 제 3 섹션이 제 2 섹션의 방향으로 가면서 좁아짐으로써, 결국 전자기 방사의 발산량은 광 도파관을 통과할 때에 상기 광 도파관의 측면에서의 전반사로 인하여 줄어들게 된다. 이 경우 상기 광 도파관의 제 3 섹션은 바람직하게, 상기 섹션을 통과하는 방사의 충분한 혼합이 보장될 정도로 실시되었다. 그럼으로써 상기 제 3 섹션은, 광원이 상기 제 3 섹션의 방사 방출면에 투영되지 않도록 보장해준다. 다시 말해, 상기 제 3 섹션의 방사 방출면에서는 핫 스팟(Hot Spot)이 발생하지 않고, 오히려 전자기 방사는 상기 방사 방출면에 걸쳐 가급적 균일하게 분배된다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관의 제 3 섹션은 전자기 방사를 광 도파관의 한 방사 방출면으로 가이드 한다. 하지만, 상기 광 도파관의 제 3 섹션 다음에는 상기 광 도파관의 제 1 섹션과 유사하게 또는 제 2 섹션과 유사하게 형성될 수 있는 하나 또는 다수의 추가 섹션들이 연속될 수도 있다. 다시 말해, 상기 광 도파관의 추가의 섹션들은 주 방사 방향의 발산량 및/또는 방향 전환을 줄이기에 적합할 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 상기 광 도파관 내부로 주입되는 전자기 방사의 적어도 일부분이 상기 광 도파관으로부터 다시 외부로 방출될 때에 통과하게 되는 한 방사 방출면을 갖는다. 상기 방사 방출면을 통해 방출되는 전자기 방사는 광 방출을 목적으로 제공된 장소에서 광 도파관을 벗어난다. 방사, 예를 들어 광 도파관의 측면들 중에 한 측면에 충돌할 때에 전반사에 대한 조건을 충족하지 않는 방사는 상기 방사 방출면과 다른 장소에서 광 도파관을 벗어나는 것이 가능하지만, 이 경우 상기 방사 방출면은 광 방출을 목적으로 제공된 광 도파관의 면이다. 광 도파관 내부로 주입되는 전자기 방사의 대부분은 바람직하게 방사 방출면을 통해 광 도파관으로부터 방출된다. 상기 방사 방출면 뒤에는 바람직하게 조명 장치에 의해서 조명될 면 또는 조명 장치에 의해서 조명될 물체가 배치되어 있다. 상기 방사 방출면이 예를 들어 한 추가의 광 도파관의 방사 방출면에 인접하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 방사 방출면은 평탄하게 형성되었다. 다시 말해, 상기 방사 방출면은 육안으로 보이는 비평탄성 또는 만곡부를 갖지 않는다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 방사 방출면은 적어도 국부적으로 육안으로 보이는 만곡부를 갖는다. 이 경우 상기 방사 방출면은 광 도파관으로부터 볼록하게 휘어지거나 또는 광 도파관 내부로 오목하게 휘어질 수 있다. 예를 들어, 방사 방출면은 다음과 같은 만곡부들 중에서 하나의 만곡부를 가질 수 있다: 구면, 비구면, 타원형. 상기 방사 방출면은 다음과 같은 광학 소자들 중에서 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수도 있다: 광 산란 또는 광 수집에 적합한 렌즈, 즉 프레넬 렌즈. 이 경우 방사 방출면은 바람직하게 광 도파관과 일체형으로 형성되었다.

특히 바람직하게는, 방사 방출면이 광 도파관의 제 3 섹션 바로 다음에 배치됨으로써, 상기 광 도파관의 제 3 섹션 안에 있는 대부분의 방사는 방사 방출면을 통해 상기 광 도파관을 벗어나게 된다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 방사 방출면은 확산 분산 작용하도록 형성되었는데, 다시 말해서 상기 방사 방출면을 통과하는 전자기 방사는 예를 들어 광 굴절에 의해서 여러 가지 방향으로 편향된다. 방사 방출면은 이 목적에 바람직하게 거칠게 형성되었다. 이와 같은 방식에 의해, 광 도파관으로부터 방사를 전반사 하기 위한 가능성도 방사 방출면에서는 줄어들었다. 다시 말해, 이와 같은 표면 거칠기에 의해서는 방사 방출면을 통한 방사 방출 가능성도 증가한다. 그밖에, 방사 방출면이 확산 분산 작용하도록 코팅될 수도 있다.

이 경우 조명 장치는 다른 무엇보다도, 방출되는 방사가 소정의 발산량을 갖는 경우에는, 방사 방출면을 통과하는 방사가 추가의 한 광 도파관, 예를 들어 평탄하게 형성된 광 도파관 내부로 특히 효과적으로 주입될 수 있다는 아이디어를 이용한다. 상기 평탄한 광 도파관은 예를 들어 전자기 방사가 방출될 때에 통과할 수 있는 하나의 면을 갖는 표면 조명 시스템을 형성한다. 상기 평탄한 광 도파관은 예를 들어 디스플레이의 후방 조명을 목적으로 제공되었다. 예를 들어 간행물 DE 19860697은 상기와 같은 평탄한 광 도파관을 기술하고 있으며, 평탄한 광 도파관 모듈과 관련된 상기 간행물의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용되어 있다.

적어도 한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 조명 장치의 광 도파관은 솔리드 바디(solid body)로 형성되었는데, 다시 말하자면 상기 광 도파관을 제한하는 측면들은 예를 들어 상기 솔리드 바디의 표면으로 형성되었다. 상기 솔리드 바디에는 바람직하게 공동부가 없다. 다시 말해, 상기 솔리드 바디 내부에는 공동부가 전혀 없는데, 즉 예를 들어 상기 솔리드 바디는 가스를 전혀 흡수하지 않는다.

상기 솔리드 바디는 특히 바람직하게 투과성 재료로부터 형성되었다. 하지만, 상기 광 도파관은 광을 확산 분산하는 재료로부터 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관을 형성하는 재료는 적어도 1.0, 특히 바람직하게는 적어도 1.3의 굴절 지수를 갖는다.

예를 들어 광 도파관은 아래와 같은 투명한 플라스틱들 중에 한 가지 플라스틱으로부터 형성되었거나 또는 아래와 같은 투명한 플라스틱들 중에 한 가지 플라스틱을 함유한다: PMMA, 폴리카보네이트, PMMI, COC. 광 도파관은 바람직하게 사출 성형 공정에 의해서 형성되었는데, 다시 말해 광 도파관은 사출 성형되었다. 하지만 광 도파관은 유리로부터 형성될 수도 있다. 이 경우 광 도파관은 예를 들어 유리로부터 주조될 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광원은 광 도파관 내부에 배치되어 있다. 이 경우 상기 광원은 바람직하게 광 도파관의 제 1 섹션 안에 배치되어 있다. 광원은 바람직하게는 분산성 전자기 광선을 발생하기에 적합하다. 상기 광원으로부터 작동 중에 방출되는 전자기 방사의 주 방사 방향은 바람직하게 상기 광 도파관의 제 1 섹션의 종축과 평행하게 진행한다.

광원으로서는 바람직하게 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 이용된다. 예를 들어 광원은 한 평면에서 하나의 직선을 따라 배치된 다수의 발광 다이오드 또는 발광 다이오드 칩을 포함한다.

이 경우 광 도파관의 재료는 발광 다이오드 칩을 주조하는 캐스팅 재료의 적어도 일부분일 수 있다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 발광 다이오드 칩은 광 도파관 재료에 의해서 직접 주조되거나 ― 즉, 광 도파관은 발광 다이오드 칩의 주조부를 형성함 ― 또는 발광 다이오드 칩이 광 도파관 재료와 유사한 다른 캐스팅 재료로 주조된다는 것이다. 이때 광원 및 광 도파관은 일체형으로 형성되었다. 광원이 광 도파관 내부에 배치된 경우에는, 예를 들어 광원의 전기적 콘택팅을 위하여 전기 연결부가 광 도파관으로부터 외부로 인출될 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광 도파관은 하나의 방사 유입면을 갖는다. 이 경우 광원은 바람직하게 광 도파관 외부에 배치되어 있다. 상기 방사 유입면은 바람직하게 주 방사 방향으로 광원 다음에 배치되어 있다. 이 경우 상기 광원의 방사 방출면은 광 도파관의 방사 유입면에 직접 인접하거나, 또는 광 도파관의 방사 유입면과 광원 사이에는 예를 들어 공기로 채워진 하나의 간극이 존재한다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 방사 유입면은 광 도파관 내부로의 유입시에 광원으로부터 방출되는 전자기 방사의 적어도 일부분을 광학적으로 굴절시키기 위해서 제공되었다. 이 경우 유입되는 방사는 바람직하게 적어도 부분적으로, 광 도파관의 제 1 섹션의 종축 쪽으로 굴절된다. 상기 종축은 종 방향으로 볼 때 광 도파관의 제 1 섹션의 대칭 축이다.

상기 방사 유입면은 바람직하게 상기 방사 유입면을 통과하는 전자기 방사의 발산량을 굴절에 의해 줄여주기에 적합하다. 이 목적을 위하여, 상기 방사 유입면은 예를 들어 평탄하게 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 방사 유입면은 만곡부를 갖는다. 다시 말해, 상기 방사 유입면은 육안으로 확인할 수 있을 정도로 휘어져 있다. 이 경우 방사 유입면은 광 도파관으로부터 볼록하게 휘어지거나 또는 광 도파관 내부로 오목하게 휘어질 수 있다. 또한, 상기 방사 유입면은 볼록하게 휘어졌을 뿐만 아니라 오목하게도 휘어진 부분 영역들을 가질 수도 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 방사 유입면은 다음과 같은 만곡부들 중에서 적어도 하나의 만곡부를 갖는다: 구면, 타원형, 비구면.

방사 방출면은 적어도 부분적으로 다음과 같은 광학 소자들 중에서 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수 있다: 구면으로 휘어진 프레넬 렌즈, 비구면으로 휘어진 프레넬 렌즈. 이 경우 상기 광학 소자는 바람직하게 광 도파관 재료로부터 형성되었고, 광 도파관과 일체형으로 형성되었다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 방사 유입면은 제 1 섹션의 종축을 둘러싸는 상기 방사 유입면의 중앙 영역에서는, 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈의 형태에 따라 광 도파관으로부터 휘어져 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 상기 방사 유입면의 중앙 영역 둘레에는 적어도 하나의 환상 반사기가 배치되어 있다. 상기 환상 반사기는 예를 들어 종축과 평행한 광 도파관의 한 단면을 통해 볼 때에는 톱니 형태로 형성되었다. 그 경우 방사 유입면은 반사 광학 소자뿐만 아니라 굴절 광학 소자도 포함한다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 갖는다. 상기 발광 다이오드 칩으로서는 바람직하게 박막 구조로 형성된 발광 다이오드 칩이 이용된다. 특히 바람직하게 광원은 예를 들어 한 평면에서 직선을 따라 배치된 다수의 발광 다이오드를 포함한다.

본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따르면, 광원은 확산 지향적인 방사 특성을 갖는다. 다시 말해, 작동 중에 광원으로부터 방출되는 방사는 상기 방출된 방사가 가장 큰 세기를 갖는 한 가지 주 방사 방향을 갖는다. 다른 방향에서는 전자기 방사가 더욱 작은 세기로 방출된다.

본 발명에 따른 조명 장치의 적어도 한 실시예에 따르면, 광원은 거의 램버트(Lambert) 식의 방출 특성을 갖는다. 전자기 방사는 광원으로부터 바람직하게는 상기 광원을 둘러싸는 절반 구 내부로 방출된다. 상기 주 방사 방향은 예를 들어 발광 다이오드 칩의 방사 방출면에 수직으로 형성되었다.

또한, 조명 장치를 구비한 표면 조명 시스템은 추가로 하나의 평탄한 광 도파관을 포함하는 전술된 실시예들 중에서 적어도 한 실시예에 따라 제공되었다. 상기 표면 시스템은 특히 디스플레이를 후방 조명하는 환경 광(ambient light)으로서 적합하다.

또한, 전술된 실시예들 중에 적어도 한 실시예에 따른 조명 장치를 디스플레이를 후방 조명할 목적으로 사용하는 조명 장치의 용도도 제시되어 있다. 이 경우 광원으로부터 방출되는 방사는 광 도파관에 의해서 예를 들어 추가의 한 평탄한 광 도파관 내부로 주입된다. 상기 평탄한 광 도파관은, 예를 들어 액정-디스플레이(LCD-디스플레이)와 같은 디스플레이를 후방 조명하기 위해서 사용될 수 있는 표면 조명 시스템이다.

이 경우 조명 장치는 다른 무엇보다도, 조립 평면으로부터 멀어지는 방향으로 방출되고, 예를 들어 조립 평면에 대하여 수직으로 한 가지 주 방사 방향을 가지며, 표면 장착이 가능한 발광 다이오드(탑-이미터; Top-Emitter)가 광원으로서 사용될 수 있다는 아이디어를 이용한다. 이와 같은 아이디어에 의해서는, 탑-이미터가 회로 기판에 가급적 간단히 장착될 수 있으며, 상기 탑-이미터의 광은 광 도파관에 의해서 평탄한 광 도파관 내부로 주입된다. 상기 광 도파관의 길이, 즉 상기 광 도파관의 섹션들의 길이는 상기 회로 기판에 걸쳐서 상기 평탄한 광 도파관의 높이에 적응될 수 있다.

전술된 다수의 조명 장치들은 바람직하게 상기 평탄한 광 도파관 내부로 광을 주입할 목적으로 그리고 그와 더불어 디스플레이를 후방 조명할 목적으로 사용된다. 특히 이 경우에는, 상기 평탄한 광 도파관과 상기 조명 장치의 광 도파관이 일체형으로 형성될 수도 있다.

탑-방출 발광 다이오드의 광을 평탄한 광 도파관 내부로 주입하는 전술된 광학적인 해결 방안 이외에, 기계적인 해결 방안도 가능하다. 예를 들어 탑-이미터는 예컨대 프린트 회로 기판(PCB) 또는 유연한 회로 기판(플렉스 보드)와 같은 회로 기판 상에 납땜 될 수 있다. 납땜 후에, 발광 다이오드가 그 위에 장착된 상기 회로 기판의 스트립은 자유롭게 절단될 수 있고, 상기 평탄한 광 도파관의 높이에 따라 회로 기판 위로 젖혀져서 설치될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해, 발광 다이오드는 자신의 광을 측면으로, 즉 조립 평면과 평행하게 방출하고, 그 높이는 평탄한 광 도파관에 적응되어 있다. 기계적인 하중이 발생하는 경우에도 상기와 같은 방식으로 장착된 발광 다이오드의 위치를 보장하기 위하여, 회로 기판이 설치된 영역은 상기 회로 기판 상에 제공된 고정 장치, 예컨대 클램프에 의해서 상기 평탄한 광 도파관에 연결되어 있다.

본 발명에 따른 조명 장치는 실시예들 및 상기 실시예들에 해당하는 도면들 을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 제 1 실시예의 개략적인 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 2 실시예의 개략적인 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 조명 장치의 제 3 실시예의 개략적인 단면도이고,

도 4A는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 4 실시예의 개략적인 단면도이며,

도 4B는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 4 실시예의 한 변형예의 개략적인 단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 5 실시예의 개략적인 단면도이며,

도 6은 표면 발광 시스템의 개략적인 사시도다.

도면의 실시예들에서 동일한 구성 부품들 또는 동일한 작용을 하는 구성 부품들은 각각 동일한 도면 부호를 갖는다. 도시된 소자들은 척도에 맞게 도시되지 않았으며, 오히려 각각의 소자들은 개관을 명확히 할 목적으로 과도하게 크게 도시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 제 1 실시예를 보여준다. 상기 조명 장치는 광원(1) 및 광 도파관(2)을 포함한다.

광원(1)으로서는 예를 들어 하나 또는 다수의 발광 다이오드가 이용되며, 상기 발광 다이오드들은 각각 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 포함한다. 예를 들어 광원(1)으로서는, 한 평면에서 하나의 직선을 따라 배치된(도 6 참조) 다수의 발광 다이오드들이 이용된다. 광 도파관(2)의 방사 유입면(14)의 폭은 발광 다이오드의 치수에 적응되어 있다. 광 도파관(2)의 폭은 상기 방사 유입면(14)에서는 약 4 내지 7 mm이다.

바람직하게 상기 발광 다이오드 칩은 광 방출면을 가지며, 상기 광 방출면을 통해 상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 전자기 방사의 대부분이 외부로 방출된다. 상기 광 방출면은 예를 들어 발광 다이오드 칩 표면의 일부분에 의해서 형성된다. 상기 광 방출면은 바람직하게 발광 다이오드 칩의 주표면에 의해서 형성되었는데, 상기 주표면은 예를 들어 전자기 방사를 발생하기에 적합한 상기 발광 다이오드 칩의 에피택셜-연속층과 평행하게 배치되어 있다.

상기 에피택셜-연속층은 예를 들어 pn-천이부, 이중 헤테로 구조물, 단일 양자 웰 구조물 또는 특히 바람직하게는 다중 양자 웰 구조물을 포함할 수 있다. 양자 웰 구조물이라는 명칭은 본 출원서의 틀 안에서는, 전하 캐리어가 구속("Confinement")에 의해서 자신의 에너지 상태를 양자화하는 모든 구조물을 포함한다. 특히, 양자 웰 구조물이라는 명칭은 양자화의 차원에 대한 표현은 아니다. 따라서, 상기 명칭은 다른 무엇보다도 양자 웰, 양자 와이어 및 양자 포인트 그리고 상기 구조물들의 각각의 조합을 포함한다.

발광 다이오드 칩으로서는 바람직하게, 성장 기판이 적어도 얇아졌거나 또는 제거된 그리고 원래의 성장 기판으로부터 떨어져 마주 놓인 상기 성장 기판의 표면에 캐리어 소자가 제공되는 반도체 발광 다이오드 칩이 이용된다.

캐리어 소자는 성장 기판에 비해 상대적으로 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 온도 팽창 계수 측면에서 방사 방출 에피택셜-연속층에 특히 우수하게 적응된 캐리어 소자가 선택된다. 또한 상기 캐리어 소자는 특히 열 전도성이 우수한 재료를 함유할 수 있다. 이와 같은 방식에 의해, 작동 중에 발광 다이오드 칩으로부터 발생하는 열은 열 전도 소자로 특히 효과적으로 방출된다.

상기 성장 기판의 제거에 의해서 제조된 상기와 같은 발광 다이오드 칩은 박막 발광 다이오드 칩으로서도 언급되고, 바람직하게는 아래와 같은 특징들을 특징으로 한다:

- 캐리어 소자 쪽을 향하고 있는 상기 방사 발생 에피택셜-연속층의 제 1 주표면에 반사층 또는 연속층이 제공되거나 또는 형성되어 있으며, 상기 반사층 또는 연속층은 상기 에피택셜-연속층 내에서 발생하는 전자기 방사의 적어도 일부분을 상기 연속층 내부로 역 반사한다.

- 상기 에피택셜-연속층은 바람직하게 최대 20 ㎛, 특히 바람직하게는 최대 10 ㎛의 두께를 갖는다.

- 또한 상기 에피택셜-연속층은 바람직하게 혼합 구조물을 갖는 적어도 하나의 면을 갖춘 적어도 하나의 반도체 층을 포함한다. 이상적인 경우에, 상기 혼합 구조물에 의해서는 에피택셜-연속층 내에서 광이 거의 에르고드 방식으로(ergodic) 분배되는데, 다시 말해 상기 에피택셜-연속층은 가급적 에르고드 방식의, 확률론적인 분산 특성을 갖는다.

박막 발광 다이오드 칩의 기본 원리는 예를 들어 간행물 슈닛츨러 이. 등, "30% external quantum efficiency from surface textured LEDs", Applied Physics Letters, 1993년 10월, 63권, 2174 - 2176 페이지에 기술되어 있으며, 박막 발광 다이오드 칩의 기본 원리와 관련된 상기 간행물의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.

광원(1)은 방사 방출면(1a)을 포함하고, 상기 방사 방출면을 통해 상기 광원 내에서 발생하는 전자기 방사의 대부분이 상기 광원을 벗어나게 된다.

광원(1) 및 광 도파관(2)은 도 1의 실시예에서 서로 이격되어 배치되어 있다. 다시 말해, 광원(1)의 방사 방출면(1a)과 광 도파관(2)의 방사 유입면(14) 사이에는 간극이 존재하며, 상기 간극은 예를 들어 공기로 채워질 수 있다. 하지만, 광원(1)의 방사 방출면은 광 도파관의 방사 유입면(14)에 직접 인접할 수도 있다. 광원(1) 및 광 도파관(2)은 이 경우 일체형으로 형성될 수 있다.

광원 및 광 도파관(2)은 예를 들어 상호 동심으로 배치되어 있다. 다시 말해, 종방향으로 볼 때 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)의 대칭축이 되는 상기 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)의 종축(15)이 상기 광원(1)의 구조적인 중심(1a)을 통과한다.

상기 종축(15)은 바람직하게 광 도파관(2)의 방사 유입면(14)에 의해 형성된 렌즈의 광학 축과 일치한다. 광 도파관 내에 있는 전자기 방사(6)의 주 방사 방향(17)은 바람직하게 상기 종축(15)과 평행하게 진행한다.

광원(1) 및 광 도파관(2)은 예를 들어 금속 코어 기판 또는 프린트 회로 기판(PCB - printed circuit board)과 같은 기판 또는 회로 기판 상에 각각 기계적으로 고정되어 접촉된다. 하지만, 광 도파관(2)이 광원(1)에 고정되는 것도 가능하다. 또한, 광 도파관(2)이 예를 들어 평탄한 추가의 광 도파관에 고정되는 것도 가능하며(도 1에는 도시되지 않음), 상기 추가의 광 도파관은 기판 상에 또는 회로 기판 상에 고정될 수 있다.

광원(1)은 발산성 전자기 광선(6)를 발생하기에 적합하다. 다시 말해, 광원(1)을 벗어나는 전자기 광선은 각 분포를 갖는다. 상기 전자기 방사(6)는 서로 평행하게 각각 진행하지 않고, 오히려 상호 각을 형성한다. 광 도파관(2)의 방사 유입면(14)을 통과할 때에 상기 전자기 방사(6)는 바람직하게 종축(15)의 방향으로 굴절된다.

도 1의 실시예에서 방사 유입면(14)은 육안으로 볼 수 있는 비평탄성 또는 만곡부를 갖지 않는 평탄한 면으로 형성되었다.

광 도파관(2)은 바람직하게 열에 안정적인 유전성 재료로부터 형성된 솔리드 바디이다. 예를 들어 광 도파관(2)은 다음과 같은 재료들 중에 한 가지 재료로 이루어진다: PMMA, PMMI, 폴리카보네이트, COC 또는 유리. 상기 광 도파관은 광원(1)으로부터 방출되는 전자기 방사(6)에 대하여 바람직하게는 투과적이다. 상기 전자기 방사(6)으로서는 바람직하게 가시 광선 주파수 영역 안에 있는 광이 이용된다. 상기 영역에서 광 도파관 재료의 굴절 지수는 바람직하게 적어도 1.3, 특히 바람직하게는 1.4 내지 1.7이다.

광 도파관(2)은 바람직하게 공동부 없이 형성되었다. 다시 말해, 광 도파관(2)은 바람직하게 공기 유입부를 갖지 않으면서 일체형으로 형성되었다.

광 도파관(2)은 바람직하게 일체형으로 형성되었다. 특히 바람직하게 상기 광 도파관은 사출 성형 방식으로 제조되었다. 그 경우에 광 도파관(2) 및 집적 주입 광학 수단(14)은 바람직하게 공동으로 단 하나의 사출 성형부로서 제조될 수 있다.

전자기 방사(6)는 우선 광 도파관(2)의 제 1 섹션 안에 있다. 상기 제 1 섹션(3)은 도 3의 실시예에서, 종축(15)과 평행하게 진행하는 평탄한 측면(7)에 의해서 제한되었다. 본 실시예에서 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)은 예를 들어 길이(L₁)를 갖는 평행육면체의 형상을 갖는다.

광 도파관(2) 내에 있는 전자기 방사(6)의 적어도 일부분은 전반사에 의해 측면(7)에서 반사된다. 상기 전반사의 조건을 충족하지 않는 방사는 상기 측면(7)을 통해 광 도파관(2)을 벗어난다.

상기 전자기 방사는 상기 제 1 섹션(3)으로부터 광 도파관의 제 2 섹션(4) 내부에 도달하고, 상기 제 2 섹션은 바람직하게 제 1 섹션(3) 바로 다음에 배치되어 있고, 상기 제 1 섹션과 일체형으로 형성되어 있다.

광 도파관(2)의 제 2 섹션(4)은 반사면(8)에 의해서 제한되었으며, 상기 반사면은 제 2 섹션(4)에서 상기 광 도파관(2) 표면의 일부분에 의해서 형성되었다. 상기 반사면은 도 1의 실시예에서는 평탄하게 형성되었다. 또한, 상기 반사면(8)은 예를 들어 상세한 설명의 일반적인 부분에 기술된 바와 같이 만곡부를 가질 수도 있다.

상기 반사면(8)은 도 1의 실시예에서 광 도파관의 전체 가로 연장부에 걸쳐 종축(15)의 방향에 대하여 가로로 연장된다. 상기 반사면(8)은 종축(15)과 적어도 90°의 각을 형성한다. 도 1의 실시예에서 상기 각(φ)은 약 135°이다. 상기 각(φ)은 바람직하게 100 내지 170°이다.

반사면(8)이 광 도파관의 제 1 섹션(3)의 전체 가로 연장부에 걸쳐 연장된다는 사실 때문에, 전자기 방사(6)의 대부분이 광 도파관(2) 내에서 상기 반사면(8)에 충돌하게 된다. 그곳에서 전반사의 조건을 충족하지 않는 스트립(9)은 상기 반사면(8)에 의해서 광 도파관(2)을 벗어난다. 광 도파관(2) 내에 남아 있는 상기 방사(10)의 부분은 반사면(8)에서 광 도파관(2)의 제 3 섹션(5) 내부로 반사된다. 하지만 전자기 방사(6)의 일부분은 상기 제 1 섹션(3)의 측면(7)에서의 반사에 의해서도 광 도파관(2)의 제 3 섹션(5) 내부로 직접 반사될 수 있다.

광 도파관(2)의 제 3 섹션(5)은 길이(L₃)를 갖는다. 상기 광 도파관(2)의 제 3 섹션의 길이는, 광 도파관(2)의 방사 방출면(12)에서 핫-스팟이 발생하지 않을 정도로 선택되었다.

도 1에 도시된 실시예에서 상기 제 3 섹션(5)은 평탄한 측면(11)에 의해서 제한되었다. 이 경우 상기 제 3 섹션(5)은 예를 들어 평행육면체의 형상을 갖는다. 하지만, 상기 제 3 섹션(5)은 방사 방출면(12)의 방향으로 확장되는 각뿔대 또는 원뿔대의 형상을 가질 수도 있다. 또한, 광 도파관(2)의 제 3 섹션(5)은 적어도 국부적으로 다음과 같은 광학 소자들 중에서 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수 있다: CPC, CEC, CHC. 이 경우에도 광 도파관은 바람직하게 방사 방출면(12)의 방향으로 확장된다.

광 도파관(2) 내에서의 상기 전자기 방사의 주 방사 방향(17)은 제 2 섹션(4) 내에서 변동된다. 광 도파관(2)의 제 2 섹션(4)을 통과한 후에, 상기 주 방사 방향(17)은 더 이상 종축(15)과 평행하게 진행하지 않고, 오히려 광 도파관(2)의 방사 방출면(12)에 대하여 가로로, 예를 들어 수직으로 진행한다.

도 2는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 2 실시예를 보여준다.

도 1의 실시예와 달리, 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)의 측면(7)은 본 실시예에서 광 도파관(2)의 종축(15)과 각을 형성한다. 광 도파관(2)은 제 1 섹션(1)에서는 광원(1) 쪽으로 가면서 점차 좁아진다. 이 경우 측면은 평탄하게 형성될 수 있다. 그 경우 제 1 섹션은 예를 들어 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 섹션은 적어도 국부적으로 다음과 같은 광학 소자들 중에서 적어도 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수도 있다: CPC, CHC, CEC. 이 경우에도 광 도파관(2)은 바람직하게 광원(1)의 방향으로 가면서 점차 좁아진다.

이와 같은 제 1 섹션(3)의 형상에 의해, 바람직하게 상기 제 1 섹션(3)을 통과하는 전자기 방사의 발산량은 예를 들어 도 1에 따른 실시예의 경우보다 더 효과적으로 줄어들게 된다. 또한, 측면(7)의 형상으로 인해 상기 측면(7)에 충돌하는 방사(6)의 반사는, 반사된 방사의 대부분이 반사면(8)에서 전반사의 조건을 충족할 정도의 각도로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 방식에 의해, 방사 방출면(12)을 통과하는 방사(13)의 방사 밀도는 상승할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 조명 장치의 제 3 실시예를 보여준다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예들과 달리, 본 실시예에서 광 도파관(2)은 광원(1) 쪽으로 볼록하게 휘어진 방사 유입면(14)을 갖는다. 상기 방사 유입면(14)은 적어도 국부적으로 구면, 타원형 또는 비구면의 만곡부를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 방사 유입면(14)은 구면, 타원형 또는 비구면 렌즈의 방식에 따라 형성되었다. 이와 같은 방사 유입면(14)의 형상으로 인해, 도 3의 실시예에서 상기 방사 유입면(14)을 통해 광 도파관(2) 내부로 유입되는 전자기 방사는 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)의 종축(15) 방향으로 특히 효과적으로 굴절된다. 상기 방사 유입면에 의해 형성된 렌즈의 광학 축은 예를 들어 종축(15)과 일치한다. 상기 렌즈는 방사 대칭으로, 예를 들면 광원(1)에 대하여 동심으로 구현될 수 있다. 상기 렌즈는 압출 방향에 대하여 수직인 한 방향으로만 집중 작용을 할 수 있는 압출 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 렌즈는 도시된 상기 렌즈 표면의 연속적인 곡선 파형 이외에 프레넬 렌즈로서도 구현될 수 있다.

전자기 방사(6)는 방사 유입면(14)을 통과할 때에는, 특히 반사면(8)에 충돌하는 상기 방사(6)의 대부분을 위한 전반사 조건이 충족되도록, 상기 방사 유입면의 방향으로 편향된다. 특히, 발산성 방사(16)는 상기 방사 유입면(14)의 형상으로 인해 광 도파관(2) 내부로는 유입되지 않는다.

도 4A는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 4 실시예를 보여준다.

본 실시예에서 방사 유입면(14)은 중앙 영역(18) 및 가장자리 영역(19)으로 분할되었다. 상기 중앙 영역(18)의 중심을 종축(15)이 가로지른다. 상기 중앙 영역(18)에서는 표면이 렌즈의 방식을 따라 구면, 타원형 또는 비구면으로 형성되었다. 중앙 영역(18)에서 방사 유입면(14)을 통과하는 전자기 방사(6)는 휘어진 표면에서의 굴절에 의해 투영되고, 종축(15)의 방향으로 굴절된다.

상기 중앙 영역(18)은 단면으로 볼 때는 톱니 형태의 환상 반사기(19)에 의해서 둘러싸여 있다. 이때 발생하는 방사는 가장자리 영역(19)의 내부면(19a)에서 굴절되어 가장자리 영역(19)의 외부면(19b)에서 전반사 된다. 이와 같은 방식에 의해, 한편으로는 광원(1)으로부터 방출되는 전자기 방사(6)의 특히 대부분이 손실 없이 광 도파관 내부로 주입될 수 있고, 다른 한편으로는 특히 광 도파관(2) 내부에 있는 전자기 방사(6)의 대부분이 반사면(8)에서 전반사의 조건을 충족한다. 따라서, 이와 같은 광 도파관의 형상은 광 도파관(2)의 방사 방출면(12)에서 매우 높은 광선 밀도를 가능케 한다. 따라서, 광 도파관(2)은 광원(1)의 발산성 방사(6)의 가이드를 위하여 특히 우수하게 적합하다.

또한, 방사 방출면(12)에서 발생하는 전자기 방사는 매우 적은 발산량을 갖는다. 방사 방출면(12)에서 발산량이 더욱 큰 방사가 필요한 경우에는, 상기 방사 방출면(12)을 확산 분산 작용하도록 형성할 수 있다. 이와 같은 형성예는 예를 들어 방사 방출면(12)의 표면을 거칠게 함으로써 실현될 수 있다. 이 경우, 방사 방출면(12)을 통과할 때에는 방사의 전반사 가능성도 또한 바람직하게 줄어들었다. 대안적으로는, 상기 방사 방출면을 확산 분산 작용하는 층으로 코팅하는 것도 가능하다.

도 4B는 반사면(8)이 두 개의 부분으로 형성된 광 도파관(2)의 한 섹션을 보여준다. 이 경우 반사면(8)은 제 1 섹션(8a) 및 제 2 섹션(8b)을 가지며, 상기 제 1 섹션은 종축(15)과 각(φ_a)을 형성하고, 상기 제 2 섹션은 종축(15)과 각(φ_b)을 형성한다. 바람직하게 상기 각(φ_a)은 상기 각(φ_b)보다 크게 선택되었다. 예를 들어 상기 각(φ_a)은 150°내지 170°, 바람직하게는 약 160°이고, 상기 각(φ_b)은 90 °내지 110 °, 바람직하게는 약 100°이다. 이와 같이 반사면(8)을 두 개의 부분으로 형성하는 것은 특히 본 발명에 따른 조명 장치의 다른 실시예들에서도 가능하다. 이 경우, 두 개 섹션들 사이의 경계선은 종축(15)과 일치하지 않으며, 오히려 종축(15)과 평행하게 상기 종축의 우측 또는 좌측에서 진행할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 조명 장치의 제 5 실시예를 보여준다.

도 1 내지 도 4의 실시예들과 달리, 본 실시예에서 광원(1)은 적어도 부분적으로 광 도파관(2) 내부에 배치되어 있다. 다시 말해, 광 도파관(2)을 형성하는 재료 ― 예를 들어 투과성 플라스틱 ― 는 광원(1)을 적어도 부분적으로 둘러싼다.

광원(1)으로서는 예를 들어 위에서 기술된 바와 같이 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 이용될 수 있다. 그 경우 상기 발광 다이오드 칩은 광 도파관(2) 재료에 의해서 직접 주조되거나 또는 광 도파관(2) 재료가 발광 다이오드 칩의 주조부에 직접 연결된다. 본 실시예에서는, 광원(1)의 전기 접속부(도시되지 않음)를 광 도파관(2)으로부터 외부로 인출하는 것도 또한 가능하다.

광원(1)으로부터 방출되는 방사(6)의 적어도 일부분은 우선 광 도파관(2)의 제 1 섹션에서 측벽(7)에 충돌한다. 이 경우 상기 측벽은, 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 부분적으로 광원(1) 쪽으로 가면서 점차 좁아지는 CPC-광학 수단의 형상을 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 섹션은 적어도 부분적으로 다음과 같은 광학 소자들 중에서 적어도 한 가지 소자의 형상을 따라 형성될 수 있다: 원뿔대 광학 수단, 각뿔대 광학 수단, CEC, CHC, CPC. 이 경우 상기 제 1 섹션(3)은 바람직하게 광원(1)으로 방향으로 가면서 점차 좁아진다.

상기와 같은 방식에 의해, 광 도파관 내에서의 방사(6)의 발산량은 특히 효과적으로 줄어들 수 있다. 특히 광 도파관(2) 내에 있는 방사(6)의 대부분은 광 도파관(2)의 제 2 섹션(4)에서는 반사면(8)에서 이루어지는 전반사의 조건을 충족한다.

도 6은 광원(1), 광 도파관(2) 및 평탄한 광 도파관(20)을 갖는 표면 조명 시스템의 개략적인 사시도를 보여준다. 상기 평탄한 광 도파관(20)은 광 도파관(2)의 방사 방출면(12)에 배치되어 있다. 광 도파관(2)로서는 전술한 실시예에 따른 한 가지 광 도파관이 이용된다. 광 도파관(2)과 평탄한 광 도파관(20) 사이에는 도 6에 도시된 바와 같이 간극이 배치되어 있다. 하지만, 상기 두 가지 소자들은 서로 일체형으로 형성될 수도 있다.

상기 평탄한 광 도파관(20)은 바람직하게 방사 방출면(21)을 가지며, 상기 방사 방출면은 예컨대 상기 평탄한 광 도파관(20)의 상부면에 의해서 형성되었다. 바람직하게 전자기 방사는 상기 방사 방출면(21)을 통해 특히 균일하게 방출되는데, 다시 말해 상기 방출되는 방사는 핫-스팟을 전혀 갖지 않는다. 상기 표면 조명 시스템은 디스플레이 후방 조명을 위해서 또는 환경 광으로서 특히 우수하게 적합하다. 상기 평탄한 광 도파관(20) 내부에서는 광이 상기 광 도파관(20)의 내부면에서 이루어지는 반사에 의해서 가이드 되며, 상기 내부면은 예를 들어 반사 작용을 하도록 또는 확산 반사 작용을 하도록 형성될 수 있다. 상기 방사 방출면(21)은 예컨대 광을 확산 분산하도록 형성될 수 있다.

본 특허 출원서는 독일 특허 출원서 102005024964.7호 그리고 102005042523.2-54호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원서들의 공개 내용들은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.

본 발명은 실시예들을 참조한 상세한 설명에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 상기 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 상기 특징 또는 특징들의 조합이 특허 청구범위 또는 실시예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도, 상기 특징들의 각각의 조합은 특허 청구범위에 포함된 것으로 간주된다.

Claims

조명 장치로서,

발산성 전자기 방사(6)를 광 도파관(2) 내부에 주입하는 광원(1), 그리고

상기 전자기 방사(6)의 주 방사 방향(17)을 변경하는 광 도파관(2)

을 포함하며,

상기 전자기 방사(6)의 가이드가 상기 광 도파관(2) 내에서는 전반사로 인하여 이루어지며,

상기 광 도파관(2)이 일체형으로 형성되고,

상기 광 도파관(2)은 방사 유입면(14)을 가지며,

상기 방사 유입면(14)은 주 방사 방향(17)으로 상기 광원(1) 뒤에 배치되고,

상기 방사 유입면(14)은 적어도 일부 위치에서 상기 광 도파관(2)으로부터 볼록하게 휘어지며, 상기 전자기 방사(16)의 일부분은 상기 방사 유입면(14)의 형상으로 인하여 상기 광 도파관(2) 내부로 주입되지 않는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 제 1 섹션(3)을 포함하고, 상기 제 1 섹션은 상기 섹션을 통과하는 전자기 방사(6)의 발산량을 줄이는,

조명 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 섹션(3)은 적어도 하나의 평탄한 측면(7)을 갖는,

조명 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 섹션(3)은 적어도 하나의 휘어진 측면(7)을 갖는,

조명 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 섹션(3)은 적어도 일부 위치에서 CPC, CHC, CEC, 원뿔대 광학 수단, 각뿔대 광학 수단의 광학 소자들 중 적어도 한 가지 광학 소자의 형상을 따라 형성된,

조명 장치.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 섹션(3)은 상기 전자기 방사(6)를 상기 광 도파관(2)의 제 2 섹션(4)으로 가이드 하는,

조명 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 제 2 섹션(4)을 포함하고, 상기 제 2 섹션은 상기 전자기 방사의 상기 주 방사 방향(17)을 변경하는,

조명 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제 2 섹션(4)은 상기 전자기 방사(6)의 적어도 일부분을 상기 광 도파관(2) 내부에서 반사하는 반사면(8)을 포함하는,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 섹션(3)으로부터 도달된 상기 전자기 방사(6)의 대부분이 상기 반사면(8)에 충돌하는,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 상기 제 1 섹션(3)의 종축(15)을 가로지르는,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 평탄하게 형성된,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 만곡부를 갖는,

조명 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 적어도 일부 위치에서 상기 광 도파관(2)으로부터 볼록하게 휘어진,

조명 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 적어도 일부 위치에서 포물선형, 타원형, 구면, 비구면의 만곡부들 중 한 가지 만곡부를 갖는,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)의 상기 반사면(8)은 두 개의 부분으로 형성된,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 반사면(8)은 평탄한 제 1 섹션(8a) 및 평탄한 제 2 섹션(8b)을 포함하며,

상기 제 1 섹션(8a)은 상기 광 도파관(2)의 상기 제 1 섹션(3)의 종축(15)과 제 1의 각(φ_a)을 형성하고,

상기 제 2 섹션(8b)은 상기 광 도파관(2)의 상기 제 1 섹션(3)의 종축(15)과 제 2의 각(φ_b)을 형성하며,

상기 제 1의 각이 상기 제 2의 각보다 큰,

조명 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제 2 섹션(4)은 상기 주 방사 방향(17)을 사전 설정 가능한 각만큼 변경하는,

조명 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 제 2 섹션(4)은 상기 주 방사 방향(17)을 90°의 각도만큼 회전시키는,

조명 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제 2 섹션(4)은 상기 전자기 방사(6)를 상기 광 도파관(2)의 제 3 섹션(5)으로 가이드 하는,

조명 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 제 3 섹션(5)을 포함하고, 상기 제 3 섹션은 상기 전자기 방사(6)를 상기 광 도파관(2)의 방사 방출면(12)으로 가이드 하는,

조명 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 제 3 섹션(5)은 자신을 통과하는 상기 방사(6)의 발산량을 줄이는,

조명 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 제 3 섹션(5)은 적어도 하나의 평탄한 측면(11)을 갖는,

조명 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 제 3 섹션(5)은 적어도 하나의 휘어진 측면(11)을 갖는,

조명 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 제 3 섹션(5)은 적어도 일부 위치에서 CPC, CEC, CHC, 원뿔대 광학 수단, 각뿔대 광학 수단의 광학 소자들 중 한 가지 광학 소자의 형상을 따라 형성된,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 방사 방출면(12)을 포함하고, 상기 방사 방출면을 통해 상기 광 도파관(2) 내부에 주입된 상기 방사(6)의 일부분이 상기 광 도파관(2)을 벗어나는,

조명 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 광 도파관(2) 내부로 주입되는 상기 방사(6)의 대부분은 상기 방사 방출면(12)을 통해 상기 광 도파관(2)을 벗어나는,

조명 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)의 상기 방사 방출면(12)은 평탄하게 형성된,

조명 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 방사 방출면(12)은 적어도 일부 위치에서 구면, 타원형, 비구면의 만곡부들 중 한 가지 만곡부를 갖는,

조명 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 방사 방출면(12)은 광을 확산 분산하도록 형성된,

조명 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 방사 방출면(12)의 표면은 거칠게 형성된,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 솔리드 바디(solid body)로 형성된,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)에는 공동부가 없는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 투과성 재료로부터 형성된,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)을 형성하는 재료는 적어도 1.3의 굴절 지수를 갖는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 도파관(2)은 PMMA, 폴리카보네이트, PMMI, COC, 유리의 재료들 중 한 가지 재료를 함유하는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방사 유입면(14)은 자신을 통과하는 상기 방사(6)를 굴절시키는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방사 유입면(14)은 자신을 통과하는 상기 방사(6)를 상기 광 도파관(2)의 제 1 섹션(3)의 종축(15) 쪽으로 굴절시키는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방사 유입면(14)은 자신을 통과하는 상기 방사(6)의 발산량을 줄이는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방사 유입면(14)은 구면, 타원형, 비구면의 만곡부들 중 한 가지 만곡부를 갖는,

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광원(1)은 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 포함하는,

조명 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 전자기 방사(6)는 상기 방사 유입면(14)의 통과시 상기 반사면(8)에 충돌하는 상기 방사(6)의 대부분에 대해 전반사 조건이 충족되도록 상기 방사 유입면 방향으로 편향된,

조명 장치.
제 1항에 있어서,

상기 방사 유입면(14)은 중앙 영역(18)과 가장자리 영역(19)으로 분할되고,

상기 방사 유입면(14)은 상기 중앙 영역(18)에서 상기 광 도파관(2)으로부터 볼록하게 휘어지며, 그리고

상기 중앙 영역(18)은 상기 가장자리 영역(19)에 의해 둘러싸이고, 상기 가장자리 영역(19)은 단면도로 볼 때 톱니 형태의 환상 반사기로서 형성된,

조명 장치.
제 42항에 있어서,

상기 가장자리 영역(19)에서 충돌하는 방사는 상기 가장자리 영역(19)의 내부면(19a)에서 굴절되고 상기 가장자리 영역(19)의 외부면(19b)에서는 전반사되는,

조명 장치.
제 40항에 있어서,

상기 발광 다이오드 칩은 램버트(Lambert) 식의 방출 특성을 갖는 박막 구조의 발광 다이오드 칩인,

조명 장치.
제 1 항에 따른 조명 장치를 구비한 표면 조명 시스템에 있어서,

상기 조명 시스템은 전자기 방사를 평탄한 광 도파관(20) 내부로 주입하는,

표면 조명 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

디스플레이의 후방 조명을 위해 사용되는,

조명 장치.
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