KR102138181B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 복수 개의 광원; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 반사부재; 및 상기 반사부재 상에 배치되는 광학부재를 포함하고, 상기 광학부재는 상기 반사부재와 대향하는 면에 형성되는 복수 개의 광학패턴을 포함하는 조명장치를 개시한다.

Description

조명 장치{Light device}
본 발명의 실시예들은 조명장치 기술분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도광판 구조를 제거하여 전체 두께를 박형화하고 광효율을 확보하며, 돌출 광학패턴을 형성하여 시야각에 따라 빛의 형상과 입체감이 바뀌는 효과를 구현할 수 있는 조명장치 구조에 관한 것이다.
LED(Light Emitted Diode) 소자는 화합물 반도체 특성을 이용하여 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시키는 소자로서, 형광등과 달리 수은 등의 유해물질을 사용하지 않아 환경오염 유발원인이 적고, 종래의 광원에 비해 수명이 오래가는 장점을 가지고 있다. 또한, 종래 광원과 비교하여 저전력을 소비하고, 높은 색온도로 인해 시인성이 우수하며 눈부심이 적은 장점을 갖고 있다.
따라서 현재의 조명장치는 종래의 백열전구나 형광등과 같은 전통적인 광원을 이용하는 형태에서 상술한 LED소자를 광원으로 이용하는 형태로 발전하고 있으며, 특히 한국공개특허 제10-2012-0009209호에 개시된 바와 같은, 도광판을 이용함으로써 면발광 기능을 수행하는 조명장치가 제공되고 있다.
도광판은 기본적으로 종래 조명장치의 필수적인 부품으로 사용되지만, 도광판 자체의 두께로 인해 전체적인 제품의 두께를 박형화할 수 있는데 한계를 나타내고 있으며, 도광판 자체 재질이 유연하지 못함에 따라 굴곡이 형성된 외부 하우징 등에는 적용하기 어려운 단점, 이에 따라 제품설계 및 디자인 변형이 용이하지 못한 문제점을 내포하고 있었다.
본 발명의 실시예는 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전체 두께를 박형화할 수 있는 조명장치 구조를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 인쇄회로기판의 상부 또는 광학부재 하부에 조명장치 자체가 유연성을 갖도록 하여 제품 디자인의 자유도를 향상시키면서도 신뢰성을 확보할 수 있는 조명장치 구조를 제공할 수 있도록 한다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 기하학적 광패턴을 구현할 수 있는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 실시형태의 조명장치는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 복수 개의 광원; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 반사부재; 및 상기 반사부재 상에 배치되는 광학부재를 포함하고, 상기 광학부재는 상기 반사부재와 대향하는 면에 형성되는 복수 개의 광학패턴을 포함한다.
상기 광학부재 상에 배치되는 레진층을 더 포함하고, 상기 광원은 상기 반사부재와 상기 광학부재를 관통하여 배치되어 일부가 상기 레진층에 매립될 수 있다.
상기 광학부재의 상기 광학패턴은 상기 레진층과 접하는 면의 반대측의 면에 마련될 수 있다.
상기 반사부재와 상기 광학부재 사이에 배치되는 접착패턴을 더 포함하고, 상기 접착패턴은 상기 광학부재의 상기 광학패턴과 상기 반사부재 사이에 형성되는 공간에 배치되어 상기 반사부재와 상기 광학부재를 부착할 수 있다.
상기 반사부재 상면에 배치되어, 상기 반사부재와 상기 광학부재 사이에 배치되는 복수 개의 반사패턴을 더 포함하고, 상기 반사패턴과 상기 광학부재의 상기 광학패턴 사이에 형성되는 이격 공간을 포함할 수 있다.
상기 레진층 상에 배치되는 광학패턴층을 더 포함하고, 상기 광학패턴층은 상기 레진층 상면에 배치되는 제1광학시트, 상기 제1광학시트와 이격되어 배치되는 제2광학시트, 상기 제1광학시트와 상기 제2광학시트 사이에 배치되는 복수 개의 광학패턴 및 접착층을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 상기 광학패턴 주변에 배치되어 상기 광학패턴과 상기 접착패턴층을 이격시키는 제2 이격영역을 포함할 수 있다.
상기 광학패턴은 상기 제2광학시트의 하면에 배치될 수 있다.
상기 광학패턴은 상기 인쇄회로기판과 수직한 방향으로 오버랩되는 확산패턴과 차광패턴의 중첩 구조를 포함할 수 있다.
상기 광학패턴은 상기 인쇄회로기판과 수직한 방향으로 상기 광원과 오버랩될 수 있다.
상기 조명장치는 상기 광학패턴층 상에 배치되는 더 제2광학부재를 포함하고, 상기 광학패턴층과 상기 제2광학부재 사이에 제1이격영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 도광판을 제거하고, 레진층을 이용하여 광을 유도하도록 함으로써, 발광유닛의 수를 절감할 수 있는 효과, 조명장치의 전체적인 두께를 박형화할 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 연성인쇄회로기판 및 레진층을 이용하여 조명장치를 형성함으로써 유연성을 확보할 수 있게 되어 제품 디자인의 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면 레진층과 반사부재 사이에 돌출 광학 패턴이 형성된 광학부재를 구비함으로써 시야각에 따라 빛의 형상과 입체감이 바뀌는 효과, 광학부재와 반사부재 사이에 접착패턴을 형성하여 돌출 광학패턴의 형상 변형이 가능한 효과, 심미감이 향상된 조명장치를 제공할 수 있는 효과 및 다양한 종류의 조명장치에 응용적용 가능한 이점을 갖는다.
아울러 본 발명의 실시예에 따르면, 발광유닛에서 출사되는 광을 효율적으로 반사시킬 수 있는 구조물인 반사부재 및 반사패턴을 구비함으로써, 광의 반사율 향상과 함께 휘도향상을 극대화할 수 있는 효과 및 균일한 면광원을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 광학패턴을 구비하는 제1광학기판 또는 제2광학기판을 형성하되, 접착층에 공기층이 형성되는 이격부를 구비하도록 함으로써, 차광패턴부분에 발생하는 핫스팟의 발생 및 암부의 발생을 제거할 수 있으며, 접착층과 접착되는 부품간의 신뢰성이 확보됨과 동시에 광학적 특성의 유의차가 없는 조명장치를 구현할 수 있는 효과, 부품간의 정밀한 어라인(align)이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조명장치의 요부를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시형태의 조명장치에 비드와 광학부재를 부가한 구조를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시형태의 조명장치에 광학부재와 광학시트를 부가한 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 조명장치를 차량용 헤드라이트에 적용한 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 실제 작동상태 이미지를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 발명은 발광유닛으로서 LED를 광원으로 이용하는 조명장치에 관한 것으로서, 도광판을 제거하고 이를 레진층으로 대체 형성하되, 반사부재와 레진층 사이에 돌출 광학패턴이 구비된 광학부재를 더 형성함으로써 단순 면 발광이 아닌 기하학적 형상 구현으로 다양한 어플리케이션 적용이 가능한 조명장치 구조를 제공하는 것을 요지로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 조명장치는 조명이 필요로 하는 다양한 램프장치, 이를테면 차량용 램프, 가정용 조명장치, 산업용 조명장치에 적용이 가능하다. 예컨대 차량용 램프에 적용되는 경우, 헤드라이트, 차량실내조명, 도어스카프, 후방라이트 등에도 적용이 가능하다. 추가적으로 실시형태의 조명장치는 액정표시장치에 적용되는 백라이트 유닛 분야에도 적용 가능하며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 조명관련 분야에 적용 가능하다고 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치의 요부를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 실시형태에 따른 조명장치(100a)는 광학패턴을 포함하는 광학부재(optical member;210)와 상기 광학부재(210)에 삽입되는 하나 이상의 발광유닛(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 상기 광학부재(210)을 관통하는 구조로 상기 발광유닛(130)과 배치구조를 이룰 수 있다. 아울러, 상기 광학부재(210)와 상기 하나 이상의 발광유닛(130) 상에 형성되는 레진층(150)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 기본적인 구성을 중심으로 구현되는 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 구성을 도 3을 통해 살펴보면, 본 발명의 실시예에서는 상술한 발광유닛(130)을 실장하는 인쇄회로기판(110)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
구체적으로는, 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치는 상기 인쇄회로기판(110) 상에 형성된 하나 이상의 발광유닛(130)과, 상기 발광유닛(130)이 삽입되는 구조로 형성되며, 특히 표면에 돌출 광학패턴이 구비된 광학부재(210)가 순차적으로 형성되어 있으며, 발광유닛(130)을 매립하고, 출사되는 광을 전방으로 유도하는 레진층(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에 상기 인쇄회로기판(110) 상에 형성된 반사부재(120)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 광학부재(210)는 광학적 작용을 하는 수단을 포함하는 것으로서, 예를 들면, 광가이드, 렌즈, 도파관 등을 포함할 수 있다. 도 1에는 일실시예에 따른 광학부재(210)가 2층 이상의 적층구조를 갖는 구조로서 도시되어 있으나, 특별히 이에 한정되지는 않는다.
상기 인쇄회로기판(110)은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미하며, 특히 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판(FPCB)로 형성 가능하다
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.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 상기 발광유닛은 레진층에 매립되는 구조로 구현될 수 있으며, 또한, 발광유닛이 레진층에 매립되는 구조로 형성되는 경우, 레진층과 발광유닛이 일체형으로 형성되는 것인바, 구조가 단순화되게 된다. 또한, 발광유닛으로 사용되는 LED와 같은 발광체소자를 적용하는 경우에는, LED 광소자 전방에 배치되는 형광체 실리콘과 레진층의 굴절율이 달라져, 즉, 공기로 직접 출사하는 때보다 굴절율의 차이로 인해 LED에서 나오는 빛의 양이 많아지게 되는 효과가 발생한다.
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 발광유닛이 레진층이 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.
아울러, 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치(100a)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.
상기 레진층(150)은 상기 광학부재(210) 및 상기 발광유닛(130) 상부에 형성되며 이러한 레진층(150)은 발광유닛(130)에서 출사되는 광을 전방으로 확산 유도하게 된다. 즉, 상기 레진층(150)은 상기 발광유닛(130)을 매립하는 구조로 형성됨으로써, 발광유닛(130)에서 측방향으로 출사하는 광을 분산시키는 기능을 수행하게 된다.
이러한 실시형태의 상기 레진층(150)은, 기본적으로 광을 확산할 수 있는 재질의 수지로 이루어질 수 있다. 예컨대 실시형태의 레진층(150)은 올리고머를 포함하는 자와선경화수지로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 레진층(150)은 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 주원료로 하는 레진을 이용하여 형성될 수 있다. 이를테면, 합성올리고머인 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 폴리아크릴인 폴리머 타입을 혼합한 수지를 사용할 수 있다. 물론, 여기에 저비점 희석형 반응성 모노머인 IBOA(isobornyl acrylate), HPA(Hydroxylpropyl acrylate), 2-HEA(2-hydroxyethyl acrylate) 등이 혼합된 모노머를 더 포함할 수 있으며, 첨가제로서 광개시제(이를 테면, 1-hydroxycyclohexyl phenyl-ketone 등) 또는 산화방지제 등을 혼합할 수 있다. 다만, 상술한 내용은 하나의 실시예일 뿐이며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한, 광 확산기능을 수행할 수 있는 적당한 수지로 실시형태의 레진층(150)을 형성할 수 있다고 할 것이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 레진층(150)의 존재로 인해 종래의 도광판이 차지하던 두께를 혁신적으로 감소시킬 수 있게 되어, 전체 제품의 박형화를 구현할 수 있게 되고, 연성의 재질을 가지게 되는바 굴곡면에도 용이하게 적용할 수 있는 이점, 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있는 이점 및 기타 플렉서블 디스플레이에도 응용적용이 가능한 이점을 갖게 된다.
상기 반사부재(120)는 상기 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 반사패턴(121)이 형성될 수 있으며, 반사패턴(121)은 입사되는 광을 산란 및 분산시킴으로써 상부에 광이 균일하게 전달되도록 하는 역할을 한다. 반사패턴(121)의 형성은 TiO2, CaCo3, BaSo4, Al2O3 , Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 반사잉크를 이용하여 반사부재(120) 표면에 인쇄함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 반사패턴(121)이 반사잉크를 이용하여 인쇄방식으로 구현되는 경우, 광원의 배치에 따른 반사율을 높여야할 부분과 낮추어야 할 부분을 고려하여 광학패턴의 설계가 용이하게 되며, 인쇄를 통한 패턴의 1도인쇄뿐만 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, 상기 반사패턴(121)의 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, 반사패턴(121)의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 반원형, 사인파형 등 다양한 형상을 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 광학부재(210)는 상기 반사부재(120)의 상면에 배치될 수 있으며, 상기 반사부재(120)를 향하는 면에 광학패턴이 형성되는 구조로 이루어진다. 이는 상기 반사부재(120) 상에 레진층을 형성하게 되는데, 상기 광학패턴의 돌출패턴이 위로 올라가게 되는 경우, 레진이 프리즘패턴의 패턴 사이사이에 레진이 들어가 패턴의 기능을 상실하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 광학패턴이 반사부재와 접하는 면에 형성되는 경우, 반사부재에서 반사되는 빛이 바로 광학패턴에 의해 산란될 수 있도록 하게 되는바, 광이용효율 면에서 유리한 효과를 구현할 수 있게 된다.
상기 광학부재(210)의 광학패턴은 레진층(150)과 접하는 면의 반대측의 면에 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광학부재(210)는 다수의 단위 프리즘 렌즈 패턴을 구비한 프리즘 시트, 마이크로렌즈 어레이 시트 내지 렌티큘러 렌즈 시트 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상술한 광학부재의 렌즈 패턴의 차이는 본 발명의 실시예에 따른 입체 구조의 광출사 경로를 형성하는 특성을 다양하게 설계할 수 있게 하는 장점이 구현되는 점에 그 의의가 있다고 할 것이다.
도면에서 알 수 있듯이, 상기 광학패턴에 의해 상기 광학부재(210)과 반사부재(120) 사이에는 갭(230)이 형성되거나, 상기 광학패턴에 대응되는 형상으로 접착패턴(220)이 형성되어 광학부재(210)과 반사부재(120)를 접착한다. 실시형태에 따르면, 상기 접착패턴(220)은 상기 반사부재(120)상에 형성된다. 상기 접착패턴(220)이 형성되는 부위에는 공기층으로 구현되는 갭(230)이 형성되지 않게 된다. 특히, 이 경우, 공기층 없이 양면접착제를 이용하여 전면접착을 하는 경우, 외관이 오염이 발생하며, 공기층에 의해 입체감을 증진할 수 있게 된다. 또한, 접착패턴이 존재하는 부분은 접착효과 이외에도 접착패턴이 존재하지 않는 부분의 에어층이 형성되는 부분과 비교하여 굴절율의 차이를 형성하게 되는바, 입체적인 광의 형성에 다양한 디자인적효과를 구현할 수 있는 장점이 구현될 수 있게 된다.
이와 같이 단순한 면발광이 아닌 광학패턴이 형성된 프리즘 시트 등의 광학부재(210)을 구비함으로써 기하학적 광패턴을 형성시켜 시야각에 따라 빛의 형상과 입체감이 바뀌는 효과를 구현할 수 있게 된다.
이때, 반사부재(120)에 반사잉크를 이용한 패턴을 형성하면 빛의 강도를 조절할 수 있으며, 반사부재(120)와 광학부재(210) 사이의 접착패턴(220)을 이용하여 돌출 광학패턴의 형상을 변형시킬 수 있게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 실시형태의 조명장치에 비드와 광학부재를 부가한 구조(100b)를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시형태의 상기 레진층(150)에는 내부에 중공(또는 공극)이 형성된 다수의 광확산체(151)가 혼합 및 확산된 형태로 더 포함될 수 있으며, 이러한 광확산체(151)는 광의 반사 및 확산특성을 향상시키는 역할을 한다. 예컨대, 발광유닛(130)에서 출사된 광이 레진층(150) 내부의 광확산체(151)에 입사하게 되면, 광은 상기 광확산체(151)의 중공에 의해 반사 및 투과되어 확산 및 집광되어 레진층의 상부로 출사하게 된다. 상기 광확산체(151)는 일예로 비드(bead) 구조물로 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치(100b)는 레진층(150)의 상방에 제2 광학부재(290)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시형태와 같은 조명장치에 도 2에 도시된 구조와 같은, 상기 제2 광학부재(290)가 있는 경우에는, 상기 레진층에서 확산 및 집광된 광이 상기 제2 광학부재(290)로 출사하게 되며, 이때, 상기 광확산체(151)에 의해 광의 반사율 및 확산율이 증가하게 되어 추후 제2 광학부재(290)로 공급되는 출사광의 광량 및 균일도가 향상되고, 결과적으로 조명장치의 휘도를 향상시키는 효과를 거둘 수 있게 된다.
상기 제2 광학부재(290)는 광학적 작용을 하는 수단을 포함하는 것으로서, 예를 들면, 광가이드, 렌즈, 광확산층 등을 포함할 수 있다. 도 2에는 일실시예에 따른 제2 광학부재(290)가 광확산층으로서 도시되어 있으나, 특별히 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 광확산체(151)의 함량은 원하는 광 확산효과를 얻기 위하여 적절히 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 전체 레진층(150) 중량 대비 0.01~0.3% 범위에서 조절될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 발광유닛(130)에서 측방향으로 출사되는 광은 레진층(150)과 광확산체(151)를 통해 확산 및 반사되어 상부방향으로 진행할 수 있게 된다. 이러한 광확산체(151)는 실리콘(sillicon), 실리카(silica), 글라스버블(glass bubble), PMMA, 우레탄(urethane), Zn, Zr, Al2O3, 아크릴(acryl) 중 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 상기 광확산체(151)가 비드 구조를 이루는 경우, 비드의 입경은 1㎛~20㎛의 범위에서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시형태에 따른 조명장치(100b)는, 상술한 것과 같이, 제2 광학부재(290)를 더 포함하여 구현되는 구조로 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 제2 광학부재(290)는 레진층(150)의 상부에 형성되며, 상기 레진층(150)을 통과하여 출사되는 광을 집광시키는 역할을 한다. 이러한 제2 광학부재(290)는 일반적으로 아크릴 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등 집광기능을 수행할 수 있는 모든 재질로 이루어질 수 있다고 할 것이다.
한편, 도면에는 미도시하였으나, 제2 광학부재(290)의 하부에는 반사패턴이 형성될 수 있다. 반사패턴이란 패턴이 균일 또는 불균일하게 배치된 구조를 의미하는 것으로서, 입사되는 광을 반사 및 분산시킴으로써 외부로 방출되는 광이 기하학적인 패턴을 이루도록 하는 역할을 한다. 이러한 반사패턴은 복수의 패턴을 구비하는 구조로 이루어지며, 광의 반사 및 분산효과를 증대시키기 위하여 프리즘 형상, 렌티큘러 형상, 오목렌즈형상, 볼록렌즈형상 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. 그리고 발광유닛(130)과의 거리에 따라 각 패턴의 크기 또는 밀집도를 변화시키는 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 실시형태의 반사패턴은 제2 광학부재(290)를 직접 가공하여 형성할 수 있으나, 그 제한은 없으며 일정패턴이 형성된 필름을 제2 광학부재(290)에 부착하는 방식 등 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 방식으로 형성 가능하다.
상기 제2 광학부재(290)와 레진층(150) 사이에는 제1이격부(280)를 두고 서로 이격될 수 있다. 이때 상기 제1이격부(280)의 존재로 인해 제2 광학부재(290)에 공급되는 광의 균일도를 증가시킬 수 있게 되고, 결과적으로 제2 광학부재(290)를 통과하여 출사되는 광의 균일도(uniformity)를 향상시키는 효과, 균일한 면발광을 구현할 수 있는 효과를 갖게 된다. 한편, 레진층(150)을 투과한 광의 편차를 최소화 하기 위해, 상기 제1이격부(280)의 두께(H1)는 0 초과 20mm의 범위에서 형성될 수 있다. 상기 제1이격부의 두께가 0인 경우에는 이격부가 존재하지 않게 되며, 20mm를 초과하는 경우에서는 광량이 떨어져 조명장치로서의 신뢰성을 확보하기 어려워지는 문제가 있다.
도 3은 도 1에 도시된 실시형태의 조명장치에 제2 광학부재 및 광학시트를 부가한 구조(100c)를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치(100c)는 레진층(150)과 제2 광학부재(290) 사이에 형성되고, 상기 레진층(150) 상면에 형성된 제1광학시트(170)와, 상기 제1광학시트(170) 상에 형성된 제2광학시트(190) 및 제1광학시트(170)와 제2광학시트(190) 사이에 형성된 접착층(180)을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 접착층(180)에는 제2이격부(181)가 더 형성될 수 있다. 즉 상기 접착층(180)은, 광학패턴(183) 주위에 이격된 공간(제2이격부, 181)을 형성하고, 그 외 부분에는 접착물질을 도포하여 제1광학시트(170) 및 제2광학시트(190)를 상호 접착하는 구조로 구현될 수 있다.
또한 제1광학시트(170)의 상면 또는 제2광학시트(190)의 하면에는 광학패턴(183)이 더 형성될 수 있으며, 제2광학시트(190) 상에 추가적으로 하나 이상의 광학시트를 더 형성하는 것도 가능하다. 제1광학시트(170), 제2광학시트(190), 접착층(180) 및 광학패턴(183)을 포함하는 구조는 광학패턴층(A)으로 정의 가능하다. 상기 제2광학시트(190)를 구비하여 제1광학시트(170)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.
또한, 상기 제1광학시트(170)의 상면 또는 제2광학시트(190)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(170) 및 제2광학시트(190)를 접착하게 된다.
상기 제1광학시트(170) 및 상기 제2광학시트(190)는 광투과율이 우수한 재질을 이용하여 형성할 수 있으며, 일례로 PET를 이용할 수 있다.
상기 제1광학시트(170)와 제2광학시트(190) 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(170) 상면 또는 제2광학시트(190) 하면에 인쇄공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.
상기 광학패턴(183)은 광을 완전 차단하는 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.
본 발명의 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. 이러한 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, 차광패턴에 의해 필터링된 광을 상부로 확산할 수 있게 하여 광 이용효율을 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(181)을 형성하는 구조 또는 광학패턴(183)의 주변부에 제2이격부(181)을 형성하는 구조로 형성될 수 있으며, 이에 따라 두 광학시트를 접착하여 어라인을 구현할 수 있게 된다. 즉, 제1광학시트(170) 및 제2광학시트(190)의 접착구조는 인쇄된 광학패턴(183)을 고정하는 기능을 아울러 구현할 수 있게 된다.
이때 접착층(180)은, 열경화 PSA, 열경화접착제, UV 경화 PSA 타입의 물질을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 도 4의 설명에서 상술한 제1이격부(280)는 제2광학시트(190)과 제2 광학부재(290) 사이에 형성될 수 있으며, 있으며, 제1이격부(280)의 존재로 인해 제2 광학부재(290)에 공급되는 광의 균일도를 증가시킬 수 있게 되고, 결과적으로 제2 광학부재(290)를 통과하여 출사되는 광의 균일도(uniformity)를 향상시키는 효과를 구현할 수 있게 된다. 이때, 레진층(150)을 투과한 광의 편차를 최소화 하기 위해, 제1이격부(280)의 두께(H1)는 0 초과 20mm의 범위에서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절히 설계변경 가능함은 도 4의 설명에서 상술한 바와 같다. 상기 제1이격부의 존재는 광학부재(150)과 광학패턴층을 통과한 광이 다시 한번 이격부의 공기층을 지나며 굴절율이 다른 매질을 투과하도록 하여 광의 확산특성이나 산란특성을 높일 수 있도록 하는 기능을 구현하며, 이후 제2광학부재를 통해 다시 굴절율이 다른 매질로 투과하게 함으로써, 확산 및 산란된 광의 균일도를 향상할 수 있도록 한다.
상기 제2광학부재(290)를 LED 위쪽에만 배치되도록 조각으로 형성하여 배치-외부에서 LED 가릴 수 있어 점등/미점등시 외관이 좋아지며, 면발광이 가능해 진다. 나아가 LED가 없는 부분에는 면발광 효과가 이루어진다.
또한, 도면에는 미도시하였으나, 필요에 따라 광학패턴층(A) 상에 추가적으로 하나 이상의 광학시트가 더 형성될 수도 있음은 상술한 바와 같다.
도 4는 본 발명에 실시 형태에 따른 조명장치를 차량용 헤드라이트에 적용한 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 조명장치(100a)는 연성회로기판 및 레진층을 사용하여 형성되는 바, 그 자체가 일정 유연성을 갖게 된다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이 굴곡이 형성된 차량용 헤드라이트 하우징(H)에도 용이하게 장착 가능하며, 이에 따라 하우징과 결합한 완제품의 디자인 자유도를 향상시킬 수 있는 효과 및 디자인 자유도 향상에도 불구하고 균일한 휘도 및 조도를 확보할 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다. 한편, 도 4에는 도 1에 도시된 조명장치가 장착된 것으로 표시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며 도 2 또는 도 3에 도시된 조명장치가 장착될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 정면, 저면, 측면에서 실제 작동상태 이미지를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 돌출 광학패턴이 구현됨으로써 광원을 바라보는 시야각에 따라 빛의 형상이 변하는 것을 확인할 수 있다.
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
150: 레진층
151: 광확산체
170: 제1광학시트
180: 접착층
181: 제2이격부
183: 광학패턴
190: 제2광학시트
210: 광학부재
220: 접착패턴
230: 갭
280: 제1이격부
290: 제2 광학부재
H: 하우징

Claims (25)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되어 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 복수 개의 광원;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 반사부재;
    상기 반사부재 상에 배치되는 레진층; 및
    상기 레진층 상에 배치되는 광학부재를 포함하고,
    상기 광학부재는 상기 레진층과 마주보는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 광학부재는 상기 제2 면에 배치되는 복수 개의 광학패턴을 포함하고,
    상기 복수 개의 광학패턴은 프리즘 형상, 마이크로렌즈 형상, 렌티큘러 형상 중 어느 하나를 포함하는 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은 상기 반사부재를 관통하여 일부가 상기 레진층에 매립되는 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사부재는 상면에 배치되는 복수 개의 반사패턴을 포함하는 조명장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사부재는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로오스 아세테이트, 내후성 염화비닐 중 어느 하나를 포함하는 조명장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 연성인쇄회로기판이고,
    상기 연성인쇄회로기판, 상기 반사부재, 상기 레진층, 및 상기 광학부재는 플렉시블한 조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 광원은 측면형 발광소자를 포함하는 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 레진층은 올리고머를 포함하는 자와선경화수지를 포함하는 조명장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학부재의 상부에 배치되어 출사되는 광을 집광시키는 제2 광학부재를 포함하는 조명장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 광학부재는 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin) 중 어느 하나를 포함하는 조명장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 광학부재는 하부에 형성된 반사패턴을 포함하는 조명장치.
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