KR102091621B1 - 조명장치 - Google Patents

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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예들은 차량용 조명장치에 관한 것으로, 하나 이상의 발광유닛과 상기 발광유닛을 매립하는 광가이드부재 및 상기 광가이드부재 상의 광학패턴을 포함하는 광학부재를 포함한다.

Description

조명장치{THE LIGHT DEVICE}
본 발명의 실시예들은 조명장치에 관한 것이다.
전자기기에 사용되는 다양한 광원을 활용한 조명유닛은 각 전자기기의 특성에 따라 적합한 광원을 활용하여 광효율을 높이는 방식으로 구현되고 있다.
최근 이러한 전자기기에 사용되는 조명유닛은 평판디스플레이에 적용되는 백라이트 유닛이나, 실내환경에 사용하는 실내등, 또는 자동차 외부에 설치되는 전조등, 안개등, 후퇴등, 차폭등, 번호등, 후미등, 제동등, 방향지시등, 비상점멸표시등이나, 자동차 내부에 설치되는 실내조명등에 다양하게 적용될 수 있다.
그러나 이러한 조명의 대부분은 광을 제공하는 광의 전달을 효율화하는 도광판 등의 부재를 적용하여 면광원의 휘도의 측면에서 접근하는 방식이 대부분이며, 차량용 조명에서도 마찬가지이다.
특히, 차량용 조명은 디자인적 측면이 차량의 제품으로서의 미관을 중시하는 추세에 따라 매우 중요시되고 있으며, 이에 따라 다양한 디자인으로 설계 변형이 자유롭고, 점등 또는 미점등시에도 그 미적이 외관이 확보될 수 있는 조명의 필요성이 대두되고 있다.
또한, 상술한 구조의 종래의 차량용 조명장치에서는 면광원으로 구현하는 데 배광분포를 조절할 수 없으며, 확산판의 적용으로 광의 확산도는 확보되나 미점등시의 디자인적 외관이 떨어지며, 광원 설계의 자유도 및 광의 집광도가 떨어져 면광원으로서의 적용이 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 레진을 포함하는 광가이드부재 상에 광학패턴(Optical pattern)을 포함하는 이너렌즈로 구성되는 광학부재를 배치하여, 차량 조명의 미점등시에도 세련된 육안상의 이미지를 확보할 수 있도록 하는 한편, 투과율을 증진하여 광효율을 높일 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일실시예에서는 하나 이상의 발광유닛; 상기 발광유닛을 매립하는 광가이드부재; 및 상기 광가이드부재 상의 광학패턴을 포함하는 광학부재;를 포함하는 차량조명장치를 제공한다. 이 경우 상기 광가이드부재는 광학패턴을 포함하는 이너렌즈를 사용할 수 있으며, 광가이드부재는 레진층을 적용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 유연성(flexible)있는 레진을 광가이드부재로 이용하여 광을 유도하도록 함으로써,
발광소자 패키지의 수를 절감할 수 있는 효과, 면조명장치의 전체적인 두께를 박형화할 수 있으며, 제품 디자인의 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 레진을 포함하는 광가이드부재 상에 광학패턴(Optical pattern)을 포함하는 이너렌즈로 구성되는 광학부재를 배치하여,
차량 조명의 미점등시에도 세련된 육안상의 이미지를 확보할 수 있도록 하는 한편, 투과율을 증진하여 광효율을 높일 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 차량용 면조명의 광가이드부재 측면부에 광의 재반사를 구현하는 차폐모듈을 배치하여 누실된는 광을 재반사시켜 광의 이용 효율을 증진할 수 있음은 물론, 플레어(flare) 현상을 이용한 다양한 조명효과를 구현할 수 있는 이점 및 다양한 디자인의 조명을 구현할 수 있는 효과를 구현할 수도 있다.
아울러, 광가이드 모듈 상부에 광학패턴층을 형성함으로써 광의 집중, 핫스팟 발생을 방지하고 이너렌즈로 구성되는 광학부재에 공급되는 광 균일도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 레진층 측면으로 방출되는 광을 이용하여 조명효과를 구현하는 바, 별도의 광원 추가 없이도 2중의 조명효과를 구현할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 조명을 포함하는 자동차 헤드램프의 개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량조명장치의 요부를 도시한 단면 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 적용되는 광학부재의 실시예를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
1. 제1실시예
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량조명장치를 포함하는 자동차용 헤드램프를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 자동차용 헤드램프와 같은 차량 조명장치는 기본적으로 라이트하우징(light housing, H)과 면광원을 발생시키는 조명장치를 포함한다. 즉, 후술하는 본 발명의 다양한 실시예들은 상기 조명장치일 수 있으며, 라이트 하우징(H)은 상기 조명장치(100)을 수납하며, 투광성 재질로 이루어질 수 있다. 차량용 라이트 하우징(H)은 장착되는 차량 부위 및 디자인에 따라 굴곡을 포함할 수 있다. 이에, 기존의 면광원 차량 조명에 적용되는 확산판(Diffuser plate)을 적용하지 않고, 투광성 및 디자인성을 향상시킬 수 있는 이너렌즈 타입의 광학부재를 적용하여 광효율을 높임과 동시에 레진을 광가이드부재로 적용하는 조명장치를 통해 유연성을 확보하여 굴곡을 갖는 구조의 차량용 라이트 하우징(H)에도 적용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량조명장치(100)의 요부를 도시한 요부개념도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 적용되는 광학부재의 실시예를 도시한 것이다.
도시된 도 2 내지 도 3b의 도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량조명장치(100)는 하나 이상의 발광유닛(130)을 포함하며, 상기 발광유닛(130)을 매립하는 광가이드부재(140) 및 상기 광가이드부재(140) 상의 광학패턴을 포함하는 광학부재(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 상기 광학부재(150)은 일반적인 조명에 사용되는 확산판(Diffuser palte)를 사용하지 않고, 표면에 광학패턴을 포함하는 이너렌즈(Inner lense) 타입의 부재를 사용하여 렌즈 자체의 투과율 상승으로 인한 광효율을 높이며, 광학패턴(150b)을 통해 차량 조명의 점등시뿐만 아니라 미점등시에도 디자인적 효과를 구현할 수 있도록 할 수 있다.
상기 광학부재(150)과 상기 광가이드부재(140) 사이에는 이격부(A)가 형성되도록 구현할 수 있으며, 상기 이격부(A)는 상기 발광유닛(130)에서 출사되는 광을 광가이드부재(140)을 통해서 유도 확산하여 상부 방향으로 면발광시키는 경우, 광가이드부재와 굴절율이 다른 상기 이격부의 공기층의 존재로 인해 광산란효과를 높일 수 있으며, 이에 따라 광의 균일도를 증가시킬 수 있게 되며, 결과적으로 광학부재(150)으로 출사되는 출사되는 광의 균일도(uniformity)를 향상시키는 효과, 균일한 면발광을 구현할 수 있는 효과를 갖게 된다. 구체적으로는 광가이드부재를 통과한 광이 다시 한번 이격부의 공기층을 지나며 굴절율이 다른 매질을 투과하도록 하여 광의 확산특성이나 산란특성을 높일 수 있도록 하는 기능을 구현하며, 이후 광학부재를 통해 다시 굴절율이 다른 매질로 투과하게 함으로써, 확산 및 산란된 광의 균일도를 향상할 수 있도록 한다.
상기 광학부재(150)은 광투과율이 좋은 투명 렌즈부재(150a)의 표면에 방향성을 가지는 양각 또는 음각의 광학패턴(150b)가 구현되는 구조로 형성될 수 있다.
상기 발광유닛(130)은 연성인쇄회로기판(110) 상에 하나 이상의 개수로 배열되어 광을 출사하는 부분으로서, 실시형태의 발광유닛(130)은 측면형(side view type) 발광다이오드로 이루어질 수 있다. 측면형 발광다이오드를 사용하는 경우, 상부 발광형(Top view) 발광다이오드를 사용하는 경우에 비하여 상부로 전달되는 광이 레진층을 통해 전달될 수 있도록 하는바 광도를 조절하여, 상기 발광유닛(130)를 매립하는 구조로 적층되는 레진층의 두께를 얇게 가져갈 수 있는 장점이 구현되며, 레진을 통해 평판구조의 발광면의 광의 균일도를 확보할 수 있는 장점이 구현될 수 있다. 즉, 상부 발광형 발광다이오드를 사용시에는 빛의 방향이 위를 향하게 되는데, 이 경우 발광다이오드(LED) 주변으로 빛이 퍼지는 범위가 좁고, 측면형 발광다이오드는 측면으로 빛이 넓게 펴져 광분포 특성을 좋게 하며 광량확보 특성이 향상되어 광원을 개수를 줄일 수 있게 된다. 즉 출사되는 광의 방향이 바로 상부로 직진하는 것이 아니라 측면을 향해서 출사하는 구조의 발광다이오드를 실시형태의 발광유닛(130)으로서 이용할 수 있다.
또한, 상기 발광유닛(130) 상에는 광가이드부재(140)이 상기 발광유닛(130)을 매립하는 구조로 적층되게 된다. 나아가, 상기 발광유닛(130)의 외부 표면과 상기 광가이드부재(140)을 밀착하여 형성되게 된다. 또한, 발광유닛이 광학부재에 삽입되는 구조로 형성되는 경우, 특히 본 발명의 실시예에 따라 레진층과 같은 광학부재에 발광유닛이 매립되는 구조로 형성되는 경우에는, 광학부재와 발광유닛이 일체형으로 형성되는 것인바, 구조가 단순화되게 된다. 또한, 발광유닛으로 사용되는 LED와 같은 발광체소자를 적용하는 경우에는, LED 광소자 전방에 배치되는 형광체 실리콘과 광학부재로 사용되는 레진층의 굴절율이 달라져, 즉, 공기로 직접 출사하는 때보다 굴절율의 차이로 인해 LED에서 나오는 빛의 양이 많아지게 되는 효과가 발생한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 상기 광가이드부재(140)는 레진을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 레진층을 포함하여 이루어지는 광가이드부재(140)가 상기 발광유닛(130)을 매립하여 삽입되는 구조로 배치되게 되는 경우, 광량의 증진을 이룰 수 있게 된다. 구체적으로는, 형광체 실리콘의 굴절율은 통상 1.5, 레진층의 굴절율은 통상 1.47 임을 고려할 때, 빛이 통과하는 매질의 굴절율의 차이가 적을수록 임계각이 커지게 되며, 이 결과 LED 내부에서 손실되는 빛이 줄어들며 빛의 양이 많이 확보될 수 있게 된다.
또한, 상기 발광유닛(130)이 레진층 등의 광학부재에 삽입되는 구조로 형성되는 경우, 상부면에 도광판을 배치하는 종래의 구조에 비해 상대적으로 전체 조명장치의 두께를 얇게 가져갈 수 있으며, 직접적으로 광학부재 내부로 광이 출사하는 구조로 형성되게 되는바, 광의 누실량을 줄여 광효율을 높일 수 있도록 하는 장점이 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명장치(100)는 측면형 발광다이오드로 이루어진 발광유닛(130)을 직하형으로 배치하게 되는바, 광확산 및 반사기능을 구현하는 레진층을 활용하여 상부 방향으로 광을 확산 및 유도함으로써, 전체 발광유닛의 개수를 감소시킬 수 있게 되고, 조명장치의 전체 무게 및 두께를 혁신적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 발광유닛(130)은 인쇄회로기판 상에 실장되는 구조로 구현될 수 있으며, 상기 인쇄회로기판(110)은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미하며, 특히 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판(FPCB)로 형성 가능하다. 이러한 연성인쇄회로기판과 레진층의 구성은 다양한 굴곡을 가지는 차량 조명 장치에 자유롭게 설계 변형이 가능하도록 유연성을 구현하는 특성을 확보할 수 있도록 하는 장점이 있다.
상기 발광유닛(130) 상의 광가이드부재(140)는 레진층을 포함하는 구성으로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 레진층은 광학부재(210) 및 발광유닛(130) 상부에 형성되며 이러한 레진층은 발광유닛(130)에서 출사되는 광을 전방으로 확산 유도하게 된다. 즉, 상기 레진층은 상기 발광유닛(130)을 매립하는 구조로 형성됨으로써, 발광유닛(130)에서 측방향으로 출사하는 광을 분산시키는 기능을 수행하게 된다.
이러한 실시형태의 레진층은 광을 확산할 수 있는 재질의 수지(resin)로 이루어질 수 있으며, 그 굴절률은 1.4 내지 1.8의 범위에서 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 레진층은 올리고머(oligomer)를 포함하는 고내열성 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있다. 이때 올리고머의 함량은 40 내지 50 중량부로 이루어질 수 있다. 또한 자외선 경화 수지는 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester Acrylate), 폴리에테르 아크릴레이트(Polyether Acrylate), 폴리부타디엔 아크릴레이트(Polybutadiene Acrylate), 실리콘 아크릴레이트(Silicon Acrylate) 중 적어도 하나의 물질이 이용될 수 있다.
특히 올리고머로서 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)를 사용하는 경우, 두가지 타입의 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)를 혼합하여 사용함으로써 각기 다른 물성을 동시에 구현할 수 있다.
예컨대, 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)를 합성하는 과정에서 이소시아네이트(Isocyanate)가 사용되는데, 이소시아네이트(Isocyanate)에 의해 우레탄 아크릴레이트(UrethaneAcrylate)의 물성(황변성, 내후성, 내화학성 등)이 결정된다. 이때 어느 한 종류의 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)를 Urethane Acrylate type-Isocyanate로 구현하되, PDI(isophorone diisocyanate) 또는 IPDI (isophorone diisocyanate)의 NCO%가 37%가 되도록 구현하고(이하 '제1 올리고머'), 다른 한 종류의 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)를 Urethane Acrylate type-Isocyanate로 구현하되, PDI(isophorone diisocyanate) 또는 IPDI (isophorone diisocyanate)의 NCO%가 30~50% 또는 25~35%가 되도록 구현하여(이하 '제2 올리고머') 실시 예에 따른 올리고머를 형성할 수 있다. 이에 따르면 NCO% 조절에 따라 각기 다른 물성을 갖는 제1 올리고머 및 제2 올리고머를 얻을 수 있게 되며, 이를 혼합하여 레진층를 이루는 올리고머를 구현할 수 있다. 이때 올리고머 내의 제1 올리고머 중량비는 15 내지 20, 제2 올리고머의 중량비는 25 내지 35의 범위에서 구현될 수 있다.
한편, 레진층은 추가적으로 모노머(monomer) 및 광개시제(photo initiator) 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이때 모노머의 함량은 65 내지 90 중량부로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 IBOA(isobornyl Acrylate) 35~45 중량부, 2-HEMA(2-Hydroxyethyl Methacrylate) 10~15 중량부, 2-HBA(2-Hydroxybutyl Acrylate) 15~20 중량부를 포함하는 혼합물로 이루어질 수 있다. 아울러, 광개시제(이를 테면, 1-hydroxycyclohexyl phenyl-ketone,Diphenyl), Diphwnyl(2,4,6-trimethylbenzoyl phosphine oxide 등)의 경우 0.5 내지 1 중량부로 구성될 수 있다.
또한 레진층은 고내열성을 갖는 열경화 수지로 이루어질 수 있다. 구체적으로 레진층은 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol) 수지, 아크릴 폴리올(Acryl Polyol) 수지, 탄화수소계 또는/및 에스테르계의 용제 중 적어도 하나를 포함하는 열경화 수지로 이루어질 수 있다. 이러한 열경화 수지에는 도막강도 향상을 위해 열경화제가 더 포함될 수 있다.
폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol) 수지의 경우에는, 폴리에스테르 폴리올 수지의 함량이 열경화 수지 전체 중량대비 9~30%로 이루어질 수 있다. 또한 아크릴 폴리올(Acryl Polyol) 수지의 경우에는, 아크릴 폴리올의 함량이 열경화 수지 전체 중량대비 20~40%로 이루어질 수 있다.
탄화수소계 또는 에스테르계 용제의 경우에는 그 함량이 열경화 수지 전체 중량 대비 30~70%로 이루어질 수 있다. 열경화제의 경우, 열경화 수지의 함량은 전체 중량대비 1~10%로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같은 물질로 레진층을 형성하는 경우, 내열성이 강화되어 고온의 열이 방출되는 조명장치에 사용되더라도 열로 인한 휘도 저하를 최소화할 수 있게 되어, 신뢰도 높은 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 면광원 구현을 위하여 상술한 바와 같은 물질을 사용함에 따라 레진층의 두께를 혁신적으로 감소시킬 수 있게 되어, 전체 제품의 박형화를 구현할 수 있다. 그리고 본 발명에 따르면 연성인쇄회로기판 및 연성의 재질로 이뤄진 레진층을 이용하여 조명장치를 형성하게 되는 바, 굴곡면에도 용이하게 적용할 수 있어 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있고, 기타 플렉서블 디스플레이에도 응용 및 적용이 가능 한 이점이 있다.
레진층은 내부에 중공(또는 공극)이 형성된 확산 물질를 포함할 수 있으며, 확산 물질은 레진층을 이루는 수지와 혼합 또는 확산된 형태일 수 있으며, 광의 반사 및 확산 특성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 발광유닛(130)로부터 레진층으로 내부로 출사된 광은 확산 물질의 중공에 의해 반사 및 투과됨으로써 레진층 내에서 광이 확산 및 집광되고, 확산 및 집광된 광은 레진층의 일면(예컨대, 상부면)으로 출사될 수 있다. 이때, 확산 물질(41)에 의해 광의 반사율 및 확산율이 증가하게 되어 레진층의 상면으로 공급되는 출사광의 광량 및 균일도가 향상되고, 결과적으로 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이 경우 확산 물질의 함량은 원하는 광 확산 효과를 얻기 위하여 적절히 조절될 수 있다. 구체적으로는 전체 레진층(40) 중량 대비 0.01~0.3% 범위에서 조절될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 확산 물질(41)는 실리콘(sillicon), 실리카(silica), 글라스버블(glass bubble), PMMA, 우레탄(urethane), Zn, Zr, Al2O3, 아크릴(acryl) 중 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 확산 물질의 입경은 1㎛ ~ 20㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판(110)과 광가이드부재(140) 사이에는 반사부재(120)가 더 포함될 수 있다. 구체적으로는, 상기 반사부재(120)는 인쇄회로기판(110)의 상면에 형성되며, 발광유닛(130)이 삽입 형성되는 구조로 이루어진다. 이러한 실시형태의 반사부재(120)는 반사효율이 높은 재질로 형성됨으로써 발광유닛(130)에서 출사되는 광을 상부로 반사시켜 광손실을 줄이는 역할을 한다. 이러한 반사부재(120)는 필름형태로 이루어질 수 있으며, 빛의 반사특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색안료를 분산 함유하는 합성 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 예컨대 백색안료로서는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산연, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있으며, 합성 수지로서는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로오스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반사부재(120)의 표면에는 반사패턴이 형성될 수 있으며, 반사패턴은 입사되는 광을 산란 및 분산시킴으로써 상부에 광이 균일하게 전달되도록 하는 역할을 한다. 반사패턴의 형성은 TiO2, CaCo3, BaSo4, Al2O3 , Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 반사잉크를 이용하여 반사부재(120) 표면에 인쇄함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
반사잉크를 이용하여 인쇄방식으로 구현되는 경우, 광원의 배치에 따른 반사율을 높여야할 부분과 낮추어야 할 부분을 고려하여 광학패턴의 설계가 용이하게 되며, 인쇄를 통한 패턴의 1도 인쇄뿐만 아니라 중첩인쇄(2도, 3도인쇄) 등의 공법을 적용하여 원하는 반사패턴의 구현이 용이하게 된다. 아울러, 상술한 금속재의 성분을 포함하는 반사잉크를 적용하는 경우, 그 반사특성이 일반적인 돌출구조로 구현되는 구조적인 측면의 반사패턴보다 반사효율이 뛰어난 장점이 구현된다.
또한, 반사패턴의 구조는 복수의 돌출된 패턴을 구비하는 구조로 이루어지며, 빛의 산란효과를 증대시키기 위하여 도트(dot) 패턴 형상, 프리즘 형상, 렌티큘러 형상, 렌즈형상 또는 이들의 조합형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사패턴의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 반원형, 사인파형 등 다양한 형상을 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 3b에서 상술한 본 발명에 따른 차량용 조명장치에 의하면, 일반 확산판을 적용하는 조명장치의 광효율(40~50%)에 비해 이너렌즈타입의 광학부재를 적용하는 광효율(60~80%)이 더 우수하게 형성되어, 광균일도의 확보는 물론, 최종적으로 배광 상승의 효과를 거둘 수 있게 된다. 또한, 일반적인 확산판의 저투과율 및 고헤이즈(Haze)로 면발광시 밋밋한 육안 이미지에 비해, 이너렌즈의 광학패턴으로 인해 차량의 조명에서 미점등시에도 육안에 보이는 디자인적 효과도 밋밋한 평면이미지에서 고급스러운 효과를 구현할 수도 있게 된다.
2. 제2실시예
도 4를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 제2실시예의 차량조명장치는 상술한 제1실시예의 구성을 포함하며, 특히 상기 광학부재와 상기 광가이드부재 사이에 제2광학패턴을 포함하는 제2광학패턴층을 더 포함하도록 설계할 수 있다.
즉, 본 제2실시예에서는 상술한 광가이드부재(140), 즉 레진층의 상부에 제2광학패턴을 포함하는 광학패턴층(P)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 광학패턴층은 한장의 시트의 표면에 광학패턴이 구현되는 구조로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 것과 같이 한 쌍의 시트(160, 180) 사이에 광학패턴(183)이 형성되는 것을 일예로 들어 설명하기로 한다.
레진층을 포함하는 광가이드부재(140)과 광학부재(150) 사이에 형성되고, 레진층 상면에 형성된 제1광학시트(160), 제1광학시트(160) 상에 형성된 제2광학시트(180) 및 제1광학시트(160)와 제2광학시트(180) 사이에 형성된 접착층(170)을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 접착층(170)에는 제2이격부(171)가 더 형성될 수 있다. 즉 접착층(170)은, 광학패턴(183) 주위에 이격된 공간(제2이격부, 171)을 형성하고, 그 외 부분에는 접착물질을 도포하여 제1광학시트(160) 및 제2광학시트(180)를 상호 접착하는 구조로 구현될 수 있다. 또한 제1광학시트(160)의 상면 또는 제2광학시트(180)의 하면에는 광학패턴(183)이 더 형성될 수 있으며, 제2광학시트(180) 상에 추가적으로 하나 이상의 광학시트를 더 형성하는 것도 가능하다. 제1광학시트(160), 제2광학시트(180), 접착층(170) 및 광학패턴(183)을 포함하는 구조는 광학패턴층(A)으로 정의 가능하다.
상기 제2광학시트(180)을 구비하여 제1광학시트(160)와의 관계에서 복층구조로 형성하는 경우, 광학패턴 주변부에 공기층이 형성되어 레진을 통과한 광이 다시 굴절율이 다른 공기층에 의해 산란되게 되는바, 광의 확산특성이 좋아지며, 상기 접착층의 경우 이러한 공기층을 형성하는 스페이서로서의 역할을 구현함과 동시에 광학패턴의 주변부를 포위하는 구조로 형성하는 경우, 광학패턴으로 구현되는 차광효과를 구현함과 동시에 주변부에서는 광의 확산이 일어나게 되는 효과가 구현될 수 있게 된다. 또한, 공기층이 없는 경우 차광효과가 현저하게 떨어지게 된다.
제1광학시트(170)의 상면 또는 제2광학시트(180)의 하면에 형성된 광학패턴(183)은 발광유닛(130)에서 출사하는 광의 집중을 막기 위해 형성되는 차광패턴으로 이루어질 수 있으며, 이를 위해서는 광학패턴(183)과 발광유닛(130)의 위치 사이에 어라인(align)이 필요하고, 어라인 이후 고정력을 확보하기 위해 접착층(180)를 이용하여 제1광학시트(160) 및 제2광학시트(180)를 접착하게 된다.
상기 제1광학시트(160) 및 제2광학시트(180)는 광투과율이 우수한 재질을 이용하여 형성할 수 있으며, 일례로 PET를 이용할 수 있다.
상기 제1광학시트(160)와 제2광학시트(180) 사이에 배치되는 광학패턴(183)은 기본적으로 발광유닛(130)에서 출사되는 광이 집중되지 않도록 하는 기능을 한다. 이러한 광학패턴(183)은 빛이 강도가 과하게 강하여 광학특성이 나빠지거나 황색광이 도출(yellowish)되는 현상을 방지하기 위하여 일정 부분 차광효과가 구현될 수 있도록 차광패턴으로 형성될 수 있으며, 이러한 차광패턴은 차광잉크를 이용하여 제1광학시트(160) 상면 또는 제2광학시트(180) 하면에 인쇄공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.
상기 광학패턴(183)은 광을 완전차단하는 기능이 아니라, 광의 일부 차광 및 확산의 기능을 수행할 수 있도록 하나의 광학패턴으로 광의 차광도나 확산도를 조절할 수 있도록 구현할 수 있다. 나아가 더욱 구체적으로는 본 발명에 따른 광학패턴(183)은 복합적인 패턴의 중첩인쇄구조로 구현할 수도 있다. 중첩인쇄의 구조란 하나의 패턴을 형성하고, 그 상부에 또 하나의 패턴형상을 인쇄하여 구현하는 구조를 말한다.
실시예에 따르면 광학패턴(183)을 구현함에 있어서, 광의 출사방향으로 고분자필름(예컨대 제2광학시트)의 하면에 TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성되는 확산패턴과, Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴의 중첩구조로 구현할 수 있다. 광학패턴의 중첩인쇄구조는 LED 등의 광원에서 출사하는 광에 의해 발생하는 핫스팟 현상을 효율적으로 제어할 수 있도록 하기 위함이며, 1도 인쇄로 형성되는 차광패턴에 비해 보다 안정적인 차광효과를 수행할 수 있게 된다. 또한, 인쇄공정으로 구현할 수 있는 두께의 한계가 있는바, 복수의 인쇄공정으로 서로 다른 패턴 형상을 구현하여, LED에서 멀어지는 거리에 따라 형상을 조절하여 패턴 자체의 부분적인 두께 차이를 형성하여 차광효율을 높일 수도 있게 된다. 즉 고분자필름의 표면에 확산패턴을 화이트인쇄 하여 형성한 후, 그 위에 차광패턴을 형성하거나, 이와 반대의 순서로 2중 구조로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 중첩인쇄의 구조에서 확산패턴을 화이트 인쇄하여 형성한 후, 그 상부에 차광패턴을 인쇄하는 구조나 이와 반대의 구조를 가지는 경우, 상기 확산패턴의 존재는 투과되는 광을 완전하게 차단하는 것이 아닌, 적철하게 차광패턴에 의해 필터링된 광을 상부로 확산할 수 있게 하여 광이용효율을 높일 수 있게 한다.
물론 이러한 패턴의 형성 디자인은 광의 효율과 강도, 차광율을 고려하여 설계할 수 있다. 또는, 순차 적층구조에서 가운데층에 금속패턴인 차광패턴을 형성하고, 그 상부와 하부에 각각 확산패턴을 구현하는 3 중구조로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 3 중구조에서는 상술한 물질을 선택하여 구현하는 것이 가능하며, 바람직한 일례로서는 굴절율이 뛰어난 TiO2를 이용하여 확산패턴 중 하나를 구현하고, 광안정성과 색감이 뛰어난 CaCO3를 TiO2와 함께 사용하여 다른 확산패턴을 구현하며, 은폐가 뛰어난 Al을 이용하여 차광패턴을 구현하는 구조의 3 중 구조를 통해 빛의 효율성과 균일성을 확보할 수 있다. 특히 CaCO3는 황색광의 노출을 차감하는 기능을 통해 최종적으로 백색광을 구현하도록 하는 기능을 하여 더욱 안정적인 효율의 광을 구현할 수 있게 되며, CaCO3이외에도 BaSO4, Al2O3, Silicon 비드 등의 입자 사이즈가 크고, 유사한 구조를 가진 무기 재료들을 활용할 수도 있다. 아울러, 광학패턴(183)은 상기 LED 광원의 출사방향에서 멀어질수록 패턴밀도가 낮아지도록 패턴밀도를 조절하여 형성함이 광효율의 측면에서 바람직하다.
상기 접착층(180)은 광학패턴(183)의 주변부를 포위하고 이외 부분에 제2이격부(171)을 형성하는 구조 또는 광학패턴(183)의 주변부에 제2이격부(171)을 형성하는 구조로 형성될 수 있으며, 이에 따라 두 광학시트를 접착하여 어라인을 구현할 수 있게 된다. 즉, 제1광학시트(160) 및 제2광학시트(180)의 접착구조는 인쇄된 광학패턴(183)을 고정하는 기능을 아울러 구현할 수 있게 된다. 이때 접착층(170)은, 열경화 PSA, 열경화접착제, UV 경화 PSA 타입의 물질을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에는 미도시하였으나, 필요에 따라 광학패턴층(P) 상에 추가적으로 하나 이상의 광학시트가 더 형성될 수도 있음은 상술한 바와 같다.
3. 제3실시예
도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 제3실시예는, 상술한 제1실시예 및 제2실시예 모두에 적용될 수 있는 것으로, 상술한 실시예들의 구조에 상기 발광유닛 및 광가이드부재(이하, '광원모듈'이라 한다.)를 내부에 수용하는 차폐모듈(210)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 광원모듈을 내부에 수용하는 구조로 형성되는 차폐모듈은, 차폐용 브라켓 구조를 상부 방향은 개구된 개구영역과 측면과 하부면은 밀폐되는 차폐영역을 구비한 상기 차폐모듈(210)을 이용함으로써 미 점등시 발광유닛이 보이지 않고 외부로의 광 유출을 차단하여 휘도를 향상시킬 수 있는 구조를 제공할 수 있으며, 광학부재(150)를 상기 차폐모듈(210)에 개제될 수 있도록 하여, 광학부재(150) 하부에 이격부(A)를 구현함으로써, 광효율을 증가할 수 있게 된다.
또한, 이러한 차폐모듈(210)은 빛을 반사 시킬 수 있는 특성을 보유한 Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것이 아니라 빛을 차단, 반사시키는 모든 재료가 이용 가능하다. 이때, 상기 차폐모듈(210)을 Al으로 증착 가공하게 되면 광원의 미 점등시 거울과 같이 보이는 효과를 가지게 되어 OLED 광원과 유사한 효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 광원모듈과 차폐모듈(210)이 한 세트로 고정되어 있음으로 인하여 내구성 및 조립성이 향상되고 조명의 기구 설계시 유리한 효과를 가질 수 있게 된다.
4. 제4실시예
도 6에 도시된 것은 제3실시예의 차폐모듈의 구조를 변형시킨 구조로써, 상기 차폐모듈(200)은 도시된 것과 같이, 상기 광원모듈의 하부 및 측면을 둘러싸며, 상부는 개구된 구조를 구비하되, 상기 차폐본체의 상단의 일부영역이 상기 광원모듈의 중심방향으로 절곡되어 상기 차폐영역을 형성하는 절곡부(211)를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 상기 절곡부(211)는 발광유닛(130)이 배치된 영역의 상부에 형성될 수 있으며, 상기 발광유닛(130)의 광출사면의 경계 이상의 길이를 가질 수 있다. 즉, 상기 발광유닛(130)이 실장된 위치보다 광원모듈의 중심부 방향으로 더 길게 형성될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 차폐모듈(210)은 상기 발광유닛(130)에서 출사되는 광이 광가이드부재(140)를 경유하며, 전방으로 출사하게 되는 과정에서, 발광유닛(130)의 상부에 절곡부(211)에 반사되어 광가이드부재(140) 하부의 반사부재(120) 등에 재반사되도록 함으로써, 광의 효율 및 집중도를 높일 수 있게 된다.
이를 테면, 광원을 측면발광형 LED를 적용하는 경우, 광출사면에서 출사된 광은 직접 광가이드부재(140) 내부를 경유하여 상부의 차폐모듈의 개구부로 진행하는 경로를 가질 수도 있지만, 내부의 반사나 광출사면에서 나온 광이 절곡부(211)의 내표면에서 다시 반사하여 재반사를 구현하여 개구영역을 통해 진행하도록 할 수도 있게 되는바, 광의 집중도와 효율을 증대할 수 있게 된다.
또한, 차폐모듈(210) 중 발광유닛(130) 상부에 형성된 절곡부(211)는 도 6과 같이 광원모듈의 측면과 수직 방향으로 고정되어 있을 수도 있지만, 소정 각도로 조절이 가능하도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 절곡부(211)의 각도에 따라 휘도 조절이 가능하게 된다. 도 6의 도시된 구조에서 광가이드부재(140)의 내부에 확산물질(141)은 제1실시예에서 상술한 바와 같다.
5. 제5실시예
도 7에 도시된 것은 도 6의 제4실시예의 구조에서, 도 4에서 상술한 광학패턴층(P)의 구성을 결합한 구조이다. 물론, 본 제5실시예는 도 4의 구조외에 도 1실시예의 구조의 조명장치도 결합될 수 있음은 물론이다. 상술한 상기 광학패턴층(P)의 작용은 제2실시예(도 4)에서 상세히 설명한바, 이하에서는 생략하기로 한다.
6. 제6실시예
도 8에 도시된 것은 제1실시예 내지 제5실시예에 적용되는 반사부재의 다른 구조를 예시한 것이다.
즉, 본 제6실시예는 상술한 제1실시예 내지 제5실시예에서의 반사부재(120)의 구조를 한쌍의 시트 사이에 공동부를 포함하는 반사패턴으로 구현하는 것에 특징이 있다. 이하에서는 도 8과 도 2의 제1실시예를 기준으로 설명하나, 본 제6실시예는 상술한 다른 실시예도 적용이 가능하다.
도 8의 (a)를 참조하면, 연성인쇄회로기판 상에 형성되는 반사유닛(30)은 내부에 공동부(air)(126)을 구비하며, 상기 공동부(126)는 발광유닛에서 출사하는 광의 반사효율을 증진시켜 휘도를 극대화하는 역할을 하게 된다.
특히, 반사유닛(120)은 인쇄회로기판(도 2의 110)의 표면에 밀착하는 제1반사 필름(123)과, 제1반사필름(123)과 이격되어 공동부(126)를 형성하는 투명재질의 제2반사필름(125)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 및 제2반사필름(123, 125)은 인쇄회로기판(도 2의 110)상에 적층되며, 반사유닛(120)상에 형성된 홀을 관통하여 광원(도 2의 3)이 외부로 돌출되게 된다.
상기 공동부(126)의 형성은 별도의 접착제 등의 부재를 이용하지 않고, 제1 및 제2반사필름(123, 125)을 일체로 압착하여 형성하는 것도 가능하며, 나아가 도 8에 도시된 것과 같이, 제1반사필름(123)과 제2반사필름(125) 사이에 별도의 접착부재 등의 이격부재(127)를 통해 공기가 수용되어 있는 공동부(126)를 구현하는 것도 가능하다.
상기 제1반사필름(123)은 광을 반사시키는 반사물질, 이를 테면 베이스기재 상에 Ag 등의 금속층이 형성된 필름을 이용하여 형성될 수 있다. 또는 빛의 반사 및 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색 안료를 분산 함유하는 합성 수지, 예컨대 백색 PET(white polyethylen terephthalate)로 제1반사필름(123)을 구현하는 것도 가능하다. 이때 백색 안료로서는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산연, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있으며, 합성 수지로서는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로소스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2반사필름(125)은 광원(도 2의 130)에서 출사된 광이 제1반사필름(123)의 표면에 전달되어 재반사되도록 투명한 소재의 필름, 예컨대 PET로 구현될 수 있다.
한편, 제2반사필름(123) 상에는 광의 분산을 더욱 촉진시켜 휘도를 향상할 수 있도록 반사패턴(121)이 더 형성될 수 있다. 반사 패턴(121)은 입사되는 광을 산란 및 분산시키는 역할을 하는 구성으로서, TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon, PS(Polystyrene) 중 어느 하나를 포함하는 반사 잉크를 제2반사필름(125) 표면에 인쇄함으로써 상술한 반사 패턴(121)을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서 상술한 반사유닛(120)을 구성하는 이격부재의 실시예를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 이격부재(127)는 제1반사필름(123)과 제2반사필름(125)을 단순히 이격시키는 스페이서부재 또는 접착성을 가지는 스페이서 부재 등 일반적인 이격기능만을 수행하여 공동부(126)을 구현하는 것도 가능하나, 더욱 바람직하게는 공동부의 배치를 효율화함과 동시에 접착효율을 증진하기 위해서, 이격부재를 구현함에 있어서 도 8의 (b)에 도시된 패터닝 구조를 균일하고 랜덤하게 형성할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 이격부재(127)는, 내부에 공동(空洞)부가 구현되는 단위 이격부재(127a)가 다수 배치되며, 단위이격부재(127a)의 내측에는 비어 있는 구조로 제1이격부(127b)가 구현된 2차원 또는 3차원 적인 구조로 구현할 수 있다. 이때, 단위이격부재(127a)의 단면은 다각형, 원, 타원 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 특히 도시된 것과 같이, 각각의 하나의 단위이격부재(127a)가 다수개가 상호 밀착하여 배치되는 구조 이외에도, 상호 간에 불규칙한 구조로 배치되어 단위이격부재(127a)의 내부의 제1이격부(127b) 이외에 각각의 단위 이격부재(127a) 사이의 비어있는 공간으로 이루어진 제2이격부(127c)를 더 형성하는 것도 가능하다. 이에 따르면, 상술한 반사유닛(120)을 포함하는 본 발명의 조명장치는 공기층을 가지는 반사유닛(120)을 구비하여 광의 반사율 향상과 함께 휘도향상을 극대화하고, 조명장치의 두께나 광원의 수 증가 없이도 휘도를 높일 수 있는 효과 및 에어영역을 형성하는 이격부재(스페이서)의 패턴 디자인으로 인해 광의 조절 및 반사효을을 극대화할 수 있는 효과를 갖게 된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110: 인쇄회로기판
120: 반사부재
121: 반사패턴
130: 발광유닛
140: 레진층
150: 광학부재
160: 제1광학시트
170: 접착층
180: 제2광학시트
181: 제2이격부
183: 광학패턴
H: 하우징
P: 광학패턴층

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 복수개의 발광유닛;
    상기 기판 상의 상기 복수개의 발광유닛 사이에 배치되는 반사부재;
    상기 반사부재 상에 배치되어, 상기 복수개의 발광유닛을 매립하는 광가이드부재;
    상기 광가이드부재 및 상기 복수개의 발광유닛을 내부에 수용하는 차폐모듈; 및
    상기 광가이드부재 상에 배치되는 광학부재를 포함하고,
    상기 광가이드부재와 상기 광학부재는 일정 간격 이격되어 배치되고,
    상기 광학부재는 판 형상의 렌즈부재와 상기 렌즈부재 상면에 양각 또는 음각으로 형성되는 복수개의 광학패턴을 포함하고,
    상기 차폐모듈은 상기 기판 하면에 배치되는 하면부 및 상기 하면부의 양단에서 절곡되어 상기 광가이드부재보다 높게 형성되는 측면부를 포함하고,
    상기 광학부재는 상기 차폐모듈의 측면부 사이에 배치되고 상기 광가이드부재의 상면과 에어 영역인 이격부를 형성하도록 이격되어 배치되는 조명장치.
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  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐모듈은 상기 측면부의 상단에서 내측으로 절곡되는 절곡부를 포함하고,
    상기 절곡부 사이에 상기 광학부재가 배치되고,
    상기 절곡부는 상기 기판과 수직한 방향으로 상기 발광유닛과 오버랩되는 조명장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광가이드부재 상에 배치되는 광학패턴층을 더 포함하고,
    상기 광학패턴층은 한쌍의 시트, 상기 한쌍의 시트 사이에 배치되는 복수개의 제2광학패턴, 상기 한쌍의 시트를 부착하는 접착층 및 상기 각각의 제2광학패턴 주변에 배치되어 상기 접착층과 상기 제2광학패턴을 이격시키는 제2이격영역을 포함하는 조명장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2광학패턴은 상기 기판과 수직한 방향으로 상기 발광유닛과 오버랩되는 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사부재는 상기 기판 상에 배치되는 제1반사필름, 상기 제1반사필름과 이격되어 배치되는 제2반사필름 및 상기 제1반사필름과 상기 제2반사필름 사이에 배치되는 이격부재를 포함하고,
    상기 이격부재는 복수개의 단위 이격부재 및 상기 복수개의 단위 이격부재 각각의 내부에 배치되는 제1이격영역을 포함하는 조명장치.
  8. 청구항 7항에 있어서,
    상기 단위 이격부재의 단면 또는 상기 제1이격영역의 단면은 6각형인 조명장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2광학패턴은 한 쌍의 시트 사이 또는 단일 시트의 표면에 개제되며,
    TiO2, CaCO3, BaSO4, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 확산패턴과,
    Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴을 포함하고,
    상기 확산패턴과 상기 차광패턴은 중첩된 구조로 배치된 조명장치.
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