KR102142533B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작동 상태에 따라 거울 효과를 나타내거나 깊이감 있는 광분포를 나타내는 조명 장치에 관한 것으로, 조명 장치는, 제1면과 상기 제1면의 반대측인 제2면을 구비하는 광가이드부, 광가이드부의 제1면 또는 제2면 상의 패턴을 구비한 입체효과 형성부, 광가이드부 내부에 제1입사광을 공급하는 광원부 및 제1입사광을 반사하여 제2입사광을 생성하는 반사체를 포함하고, 여기서 패턴은 순차 배열되고 제1면 또는 제2면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 각각 구비하는 복수의 유닛패턴들을 구비하며, 복수의 유닛패턴들은 제1입사광을 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 유닛패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 제1경로의 제1선형광으로 변환하고, 제2입사광을 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 유닛패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 제2경로의 제2선형광으로 변환한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명의 실시예들은 작동 상태에 따라 거울 효과를 나타내거나 깊이감 있는 광분포를 나타내는 조명 장치에 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 다른 광원에 비해 장수명인 장점이 있다. 또한, 종래의 다른 광원과 비교하여 높은 색온도로 인해 시인성이 우수하며 소비전력이 낮은 장점이 있다.
LED 기술의 발전과 보급에 힘입어 조명 장치는 종래의 형광등과 같은 전통적인 광원을 이용하는 형태에서 LED 광원을 이용하는 형태로 발전하고 있다.
하지만, LED 광원을 이용하는 기존의 광원 모듈이나 이를 구비하는 조명 장치 대부분은 단순한 점광원 조명이거나 확산판 등을 이용하여 평면 조명을 제공하는 장치로서 광이미지가 단순하고 획일적인 한계가 있다.
특히, 기존의 광원 모듈이나 조명 장치에서 입체효과를 갖는 광이미지나 선형광의 광이미지를 표현하는 경우, 광원 모듈이나 조명 장치는 별도의 기구적인 입체 구성의 배치를 통해 해당 광이미지를 표시할 수 있으나, 그 경우 입체 구조의 기구물에 의해 장치의 설치 공간이 상당히 증가하고 부품 증가로 인해 장치 비용이 증가하며 설치나 조립이 어려운 단점이 있다.
이와 같이, 현재의 광원 모듈, 조명 장치, 차량 조명 등의 기술 분야에서는 새로운 광이미지를 표현하면서 설치가 용이하고 저렴한 새로운 기능의 조명 제품에 대한 요구가 상당하나, 아직까지 그러한 조명 제품에 대한 요구에 부응하고 있지 못한 실정이다.
본 발명의 일실시예에서는 레진층 내부나 측면의 반사체를 이용하여 광효율을 증대시킬 수 있는 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 입체효과 형성부 하부의 반사층과 입체효과 형성부 상부의 차광패턴을 이용하여 LED 광원의 핫스팟을 제어하고 램프 작동 전에는 거울과 같은 램프 형상을 나타내고 램프 작동 후에는 입체효과를 갖는 광분포를 나타낼 수 있는 조명 장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치는, 제1면과 제1면의 반대측인 제2면을 구비하고 제1면과 제2면 사이에 소정 두께를 갖는 광가이드부, 광가이드부의 일면에 마련되는 입체효과 형성부, 광가이드부와 입체효과 형성부를 경유하는 제1입사광을 공급하는 광원부, 및 입체효과 형성부에 마련되고 제1입사광을 반사하여 제2입사광을 생성하는 반사체를 포함하며, 여기서 입체효과 형성부는, 광가이드부의 일면에 순차 배열되고 일면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 패턴을 포함하며, 패턴은 광가이드부 내의 제1입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 제1경로의 제1선형광을 생성한다.
본 발명에 의하면, 광가이드부 내부나 측면의 반사체를 이용하여 조명 장치의 광효율을 향상시킬 수 있고, 입체효과를 갖는 선형광을 이용하여 출광면 전체가 단일의 면광원을 형성하는 박형의 플렉시블 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 입체효과 형성부 하부의 반사층과 입체효과 형성부 상부의 차광패턴을 이용하여 LED 광원의 핫스팟을 제어하고 램프 작동 전에는 거울과 같은 램프 형상을 나타내고 램프 작동 후에는 입체효과를 갖는 광분포를 나타내는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 사시도
도 1b는 도 1a의 조명 장치의 변형예에 대한 사시도
도 2a는 도 1a의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 입체효과 형성부의 부분 확대 평면도
도 2b는 도 2a의 조명 장치의 변형예에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 부분 확대 평면도
도 3은 도 1a의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 입체효과 형성부의 부분 확대 단면도
도 4는 도 1a의 조명 장치의 반사체의 작동 원리를 나타낸 평면도
도 5는 도 4의 반사체의 변형예를 나타낸 종단면도
도 6은 도 1a의 조명 장치의 작동 온 상태를 설명하기 위한 도면
도 7은 도 1a의 조명 장치의 입체효과 형성부의 개략적인 부분 확대 단면도
도 8 및 도 9는 도 1a의 조명 장치의 입체효과 형성부에 채용가능한 패턴 구조를 설명하기 위한 부분 확대 단면도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도
도 11은 도 10의 조명 장치에 채용가능한 구조의 일실시예에 대한 부분 확대 단면도
도 12는 도 11의 조명 장치의 반사패턴에 대한 예시도
도 13은 도 10의 조명 장치에 채용가능한 구조의 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도
도 15는 도 14의 조명 장치의 작동 오프 상태를 설명하기 위한 도면
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도
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.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 1a를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(100)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 반사체(30), 지지부(40) 및 광원부(50)를 포함한다.
광가이드부(10)는 제1면(11) 및 제1면(11)의 반대측 면으로 제1면과 대략 평행한 제2면을 포함하는 플레이트 또는 필름 형태를 구비한다.
광가이드부(10)는 투명한 재료, 예컨대 글라스(Glass) 또는 수지(Resin)로 마련될 수 있다. 투명한 재료의 광투과율은 약 50% 이상, 바람직하게는 약 80% 이상일 수 있다. 수지를 이용하는 경우, 광가이드부(10)는 올리고머를 포함하는 자외선 경화수지로 이루어질 수 있다. 올리고머는, 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester Acrylate), 아크릴 아크릴레이트(Acrylic Acrylate) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
입체효과 형성부(20)는 경사면(도 3의 참조부호 221 참조)을 갖는 패턴(22)을 포함한다. 입체효과 형성부(20)는 일면에 패턴(22)이 구비된 별도의 패턴층(20a)을 이용하여 마련되나, 이에 한정되지는 않는다.
패턴층(20a)은 패턴(22)의 가공용이성과 내구성을 확보할 수 있는 재료로 마련된다. 패턴층(20a)의 재료로는 열가소성 고분자 또는 광경화성 고분자 등이 이용될 수 있다. 패턴(22)은 패턴층(20a)의 일면에 마련되나, 이에 한정되지는 않는다. 패턴층(20a) 내부에 패턴(22)을 마련하는 경우, 패턴층(20a)은 0.2 이상의 굴절률 차이를 갖는 서로 다른 굴절율의 두 재료를 적층하고 적층되는 경계면에 패턴(22)가 배열되도록 구현될 수 있다.
패턴층(20a) 또는 그 일면이나 내부에 마련되는 패턴(22)은 광가이드부(10)에 의해 매립된다. 광가이드부(10)는 레진층일 수 있다. 한편, 입체효과 형성부(20)는 구현에 따라서 광가이드부(10)의 일면에 패턴(22)을 직접 가공하여 마련될 수 있다. 그 경우, 광가이드부(10)의 제2면은 패턴(22)이 마련된 패턴가공면 또는 패턴배열면이 된다.
패턴(22)은 둔덕이나 삼각 기둥 형태로 그 길이 방향이 제1방향(y방향)으로 연장하는 볼록부 혹은 도랑이나 골짜기 형태로 제1방향으로 연장하는 오목부가 제2방향(x방향)으로 순차 배열되는 줄무늬(Stripe) 형상을 가질 수 있다. 이러한 패턴(22)은 복수의 단위패턴들이 대략 평행하게 연장하는 직선 줄무늬 요철 형상을 구비하나, 이에 한정되지는 않으며 곡선 줄무늬 요철 형상이나 꺾은선 줄무늬 요철 형상을 구비할 수 있다.
본 실시예에서 패턴(22)은 광가이드부(10)의 제1영역에 대응하는 제1패턴영역과 광가이드부(10)의 제1영역과 다른 제2영역에 대응하는 제2패턴영역을 구비할 수 있다. 제1패턴영역은 광원(51)에서 나오는 입사광(이하, 제1입사광이라 함)을 제어하여 제1선형광(BL1)을 생성하는 영역에 해당하고, 제2패턴영역은 반사체(30)에서 반사되는 입사광(이하, 제2입사광이라 함)을 제어하여 제2선형광(BL2)을 생성하는 영역에 해당한다.
패턴(22)은 광가이드부(10) 내부에서 전반사하여 이동하는 빛을 그 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 광가이드부(10)의 제1면(11)이 향하는 방향(-z방향)이나 제2면이 향하는 방향(z방향)으로 방출한다. 또한, 패턴(22)은 광가이드부(10)의 제1면(11)과 패턴층(20a)의 패턴배열면 사이에서 내부 반사하며 패턴 연장 방향(도 2a의 참조부호 D1 또는 D2 참조)과 직교하는 방향(도 3의 참조부호 D3 참조) 측으로 진행하는 제1입사광 및 제2입사광을 패턴 설계에 따라 미리 설정된 광경로로 한정하여 입체효과 형성부(20)의 패턴(22) 상에 특정 광폭의 선형광(BL1, BL2)을 구현한다.
반사체(30)는 광원부(50)의 적어도 하나의 특정 광원(51)에서 나오는 제1입사광이 지나는 패턴 영역에 배치된다. 반사체(30)는 제1입사광을 반사하여 미리 설정된 구역이나 방향으로 향하는 제2입사광을 생성한다.
반사체(30)에서 반사되어 나오는 제2입사광은 새로운 입사광처럼 패턴(22)의 경사면에서 반사 또는 굴절하여 제1면 방향과 제2면 방향으로 유도되고 패턴(22)의 설계 구조에 따라 특정 광경로에서 소정 광폭으로 한정된 제2선형광(BL2)으로 제어된다.
반사체(30)는 패턴층(20a) 상에 돌출되고 광가이드부(10)에 의해 매립될 수 있다. 또한, 반사체(30)는 지지부(40) 상에 의해 지지되며 패턴층(20a)을 관통하여 패턴층(20a)의 일면에 돌출될 수 있다.
지지부(40)는 광가이드부(10), 패턴층(20a), 광원(51) 또는 이들 모두를 지지한다. 지지부(40)는 하우징이나 케이스 등을 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 지지부(40)는 광원부(50)의 인쇄회로기판(미도시)를 포함할 수 있다. 광원부(50)의 인쇄회로기판은 연성 인쇄회로기판일 수 있다.
지지부(40)를 연성 인쇄회로기판으로 마련하고, 광가이드부(10)를 레진층으로 마련하는 경우, 조명 장치(100)는 일정 곡률을 갖고 휘어지는 유연성을 가질 수 있다.
광원부(50)는 적어도 하나 이상의 광원(51)을 포함한다. 광원부(50)는 광원(51)이 실장되고 광원(51)에 전원이나 제어신호를 공급하는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판은 지지부(40)에 결합되거나 지지부(40) 자체일 수 있다.
광원(51)은 적어도 하나 이상의 LED 소자를 포함할 수 있다. LED 소자는 상부형(top view type)이나 측면형(side view type)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. LED 소자를 이용하면, 광원(51)은 직진성이 강한 빛을 입사광을 출력할 수 있으며, 패턴(22)은 이러한 입사광을 이용하여 효과적으로 선형광을 구현할 수 있다.
광원(51)으로 LED 소자를 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 구현에 따라서 광원(51)은 다른 광원(할로겐 램프, 메탈 램프 등)이거나 또 다른 광원(태양광 등)의 빛을 가이드하여 패턴(22) 상에 방출하는 도파관의 말단부(또는 노즐)일 수 있다. 이 경우에도, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)은 입사광을 제어하여 선형광을 구현할 수 있다. 이 선형광은 LED 소자를 이용하는 경우에 비해 입체감이나 선명도가 약간 떨어질 수 있다.
본 실시예에서 광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 0.1㎜ 이상, 약 10.0㎜ 이하이다. 광가이드부(10)의 두께(t1)가 0.1㎜보다 작으면, 광원(51)으로 LED 소자를 이용할 때, LED 소자의 광출사면의 높이를 약 100㎛보다 작게 제조해야 하는 어려움이 있고, 얇은 두께로 인하여 LED 소자의 광출사량이 줄어들고 장치의 내구성이 저하될 수 있다. 광가이드부(10)의 두께(t1)가 10.0㎜보다 크면, 조명 장치(100)의 면적에 따라 장치의 두께 및 무게가 증가하여 보관, 운송 및 취급이 어렵고 재료비 등의 비용 상승을 유발할 수 있다.
또한, 광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 100㎛ 이상, 약 250㎛ 이하일 수 있다. 그 경우, 조명 장치(100)는 다른 구성요소의 유연성을 전제로 롤(roll) 장치 등에 잘 감기는 정도의 유연성을 가질 수 있다. 또한, 구현에 따라서 광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 250㎛ 이상, 약 10.0㎜ 이하일 수 있다. 그 경우, 광가이드부(10)는 롤(roll) 장치에 감기 어려우므로 플레이트 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에 의하면, 패턴(22) 설계에 의해 입체효과를 갖는 선형광을 구현하는 조명 장치에서 광원을 추가하지 않고 반사체를 더미 광원으로 이용하여 제2선형광을 구현할 수 있고, 그에 의해 장치의 간소화 및 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
도 1b는 도 1a의 조명 장치의 변형예에 대한 사시도이다.
도 1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부, 반사체(30a), 지지부(40) 및 광원부를 포함한다. 패턴층(20a) 또는 입체효과 형성부의 패턴과 광원부의 광원은 광가이드부(10)에 덮혀 외부에서 잘 보이는 않는 형태로 도시되어 있다.
광가이드부(10), 입체효과 형성부, 지지부(40) 및 광원부는 도 1a의 조명 장치의 대응 구성요소와 실질적으로 동일할 수 있다.
반사체(30a)는 광가이드부(10)의 일측면(101) 상의 경면부로 구현된다. 이 경면부는 광가이드부(10)의 일측면(101)의 원하는 부분만을 선택적으로 경면 가공하여 형성할 수 있다. 경면부는 도 1a의 반사체(30)과 실질적으로 동일한 기능 및 작용효과를 가진다.
본 실시예에 의하면, 반사체를 광가이드부의 측면에 배치되고 광가이드부와 일체로 마련되는 경면부로 형성함으로써, 제조 공정을 단순화하고, 광원의 개수를 줄여 조명 장치의 효율을 높일 수 있다.
도 2a는 도 1a의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다. 도 2a는 도 1a의 조명 장치의 입체효과 형성부를 대각선 위치에서 바라본 평면도의 일부분에 대응한다.
도 2a를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치에 있어서, 패턴층(20a)의 제1패턴영역(A1)에 D1방향으로 연장하며 D1방향과 교차하는 제1방향으로 순차 배열되는 패턴(P1)을 설계하고 패턴층(20a)의 제2패턴영역(A2)에 D2방향으로 연장하며 D2방향과 교차하는 제2방향으로 순차 배열되는 패턴(P2)을 설계하면, 제1패턴영역(A1)과 마주하도록 배치된 광원의 제1입사광은 제1패턴(P1)의 단위패턴들의 각 패턴 연장 방향(D1)과 직교하는 제1경로를 따라 진행하는 제1선형광(BL1)으로 변환된다. 패턴층(20a)의 제1패턴영역(A1)은 광가이드부(10)의 제2면 상의 제1영역에 대응할 수 있다.
그리고, 제1패턴영역(A1)과 제2패턴영역(A2) 모두와 마주하도록 배치되는 반사체는 제1패턴영역(A1)의 제1입사광을 반사하여 제2패턴영역(A2)에 제2입사광을 방출한다. 반사체에서 반사되는 제2입사광은 제2패턴(P2)의 단위패턴들의 각 패턴 연장 방향(D2)과 직교하는 제2경로를 따라 진행하는 제2선형광(BL2)으로 변환된다. 패턴층(20a)의 제2패턴영역(A2)은 광가이드부(10)의 제2면 상의 제2영역에 대응할 수 있다.
제1패턴영역(A1)의 패턴(P1)의 제1패턴연장방향(D1)은 x-y 평면에서 x방향과 제1각도로 경사져 x방향과 교차하도록 마련되고, 제2패턴영역(A2)의 패턴(P2)의 제2패턴연장방향(D2)은 x-y 평면에서 x방향과 제2각도로 경사져 x방향과 교차하도록 마련된다. 제1각도와 제2각도는 서로 다르며, 제1패턴연장방향(D1)과 제2패턴연장방향(D2)은 x-y 평면에서 교차할 수 있다.
본 실시예에서, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)에 있어서, 패턴 연장 방향(D1 또는 D2)은 각 패턴영역에서 단위패턴들의 각 경사면 상의 특정 직선이 연장하는 방향이거나 또는 각 경사면 상의 특정 곡선에 접하는 특정 접선이 연장하는 방향일 수 있다. 여기서, 특정 직선이나 곡선은 광가이드부(10)의 제1면 또는 제2면과 평행할 수 있다.
패턴 설계시, 단위패턴들의 패턴 연장 방향 모두가 서로 평행하도록 설계하면, 패턴을 지나는 제1입사광이나 제2입사광의 광경로는 광원의 빛과 처음 만나는 단위패턴에서부터 시작하여 각 단위패턴의 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 진행하는 직선 형태를 갖게 된다. 그것은 '매질 내에서 이동하는 빛은 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다'는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 패턴 상의 최단 시간의 광경로를 따라 빛의 이동이 집중되기 때문이다.
본 실시예에서, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22) 상의 일부 입사광(제1 또는 제2 입사광 중 일부)은 제1선형광(BL1)이나 제2선형광(BL2)으로 변환되지 못하는 주변광으로 잔류한다. 즉, 패턴(22)은 그 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 일부 입사광(BL0)(이하, 주변광)을 제1경로 또는 제2경로 이외의 방향으로 분산시킨다.
주변광(BL0)은 입사광이 패턴(22) 상에서 제1경로나 제2경로와는 다른 경로로 굴절되거나 반사되어 흩어지는 광이다. 이러한 주변광(BL0)은 광가이드부(10) 내부에서 선형광에 비해 상대적으로 넓은 범위로 분산되므로 제1선형광(BL1) 및 제2선형광(BL2) 부분(이하, 명부)과 대비하여 상대적으로 명부 주변의 휘도가 낮은 주변부 또는 암부를 형성한다.
본 실시예에서, 입체효과 형성부(20)의 패턴 설계 시 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 간격(Lp)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 이 간격(Lp)은 패턴의 피치 또는 평균 간격에 대응할 수 있다. 또한, 간격(Lp)은 입체효과를 갖는 선형광의 구현을 위한 최소한의 간격과 최대한의 간격을 고려한 것으로 이 범위를 벗어나면 선형광의 구현이 제한될 수 있다. 즉, 상기의 범위를 벗어나면, 패턴(22) 상에 연속적으로 순차 배열되는 경사면에 의해 기준점과의 거리가 순차적으로 멀어지는 간접 광원들을 구현하기가 어렵고 그에 따라서 입체효과를 갖는 선형광을 구현하지 못할 수 있다.
한편, 구현에 따라서 패턴(22)의 단위패턴의 패턴 연장 방향들이 서로 평행하지 않고 적어도 한점에서 교차하거나 대략 방사 방향으로 연장하도록 설계하면, 페르마의 원리에 따라 패턴을 지나는 선형광의 광경로는 입사광과 처음 만나는 단위패턴에서부터 시작하여 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 거리(또는 간격)가 좁은 측으로 휘어지는 곡선 형태를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 조명 장치에 있어서, 패턴의 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 생성되는 선형광은 패턴 설계를 통해 소정 광폭과 소정 길이로 제어되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 선형광의 특정 광폭 및 광경로는 소정 폭을 갖는 패턴 설계에 따라 일정한 광폭과 제1길이만큼 연장하도록 구현되거나 점진적으로 좁아지는 광폭을 갖고 제1길이보다 짧은 제2길이만큼 연장하도록 구현되거나 혹은 점진적으로 넓어지는 광폭을 갖고 제1길이와 유사하거나 제1길이보다 짧거나 길게 구현될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 조명 장치의 변형예에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 도 2a를 참조하여 설명한 조명 장치와 달리 제1선형광(BL1)이 아닌 제1패턴영역(A1)의 일부 제1입사광(BL0a)을 반사하여 제2패턴영역(A2)에 제2입사광을 생성하는 반사체를 구비한다.
본 실시예의 조명 장치는 제1패턴영역(A1)의 패턴(P1)의 패턴연장방향(D1)이 x방향과 동일한 방향인 것을 제외하고, 도 2a를 참조하여 앞서 설명한 조명 장치와 실질적으로 동일하다.
본 실시예에 의하면, 광원의 빛 유효영역 내에서 패턴(22)을 경유하는 빛(선형광 또는 선형광이 아닌 입사광)을 반사하도록 반사체를 배치하면, 반사체가 제2입사광을 방출하는 간접 광원으로 동작할 수 있고, 그에 의해 광원의 개수를 줄여, 효율을 높이고 장치를 간소화할 수 있다.
도 3은 도 1a의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 입체효과 형성부의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 패턴층(20a)의 일면에 패턴(22)이 마련되고, 패턴층(20a)의 타면이 광가이드부(10)와 접하도록 배열되며, 패턴(22)의 단위패턴이 프리즘 형상이나 삼각형 단면 형상을 구비한 경우에 해당한다.
도 3을 참조하면, 특정 광원(LS)에서 공급되는 광으로서 광가이드부(10) 내부를 경유하는 제1입사광(BL0)은 광가이드부(10)의 굴절률과 외부 매질(대기)의 굴절률에 의해 정해지는 광가이드부(10)의 표면 경계에서의 임계각 이하의 입사각 범위 내에서 광가이드부(10)의 제1면과 패턴층(20a)의 패턴배열면 사이에서 반사하며 광가이드부(11) 내부를 이동한다.
입사광(BL0)이 패턴(22)의 경사면(221)과 만나면, 제1입사광(BL0)은 경사면(221)에서 굴절 또는 반사되고 그에 의해 광가이드부(10)의 제1면(11)이 향하는 제1면 방향 또는 제2면이 향하는 제2면 방향으로 진행하여 광가이드부(10)의 외부로 방출된다.
전술한 경우, 패턴(22)의 각 단위패턴은 경사면(221)을 통해 입사광을 굴절시키거나 반사시켜 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 입사광을 방출하는 간접 광원들로서 동작한다. 여기서, 패턴(22)의 각 단위패턴들에 의해 형성되는 간접 광원들은 조명 장치(100) 외부의 소정의 기준점에서 볼 때 광원(LS)과의 거리가 멀수록 기준점에서 더 멀리 위치하는 것처럼 보인다.
예를 들면, 광원(LS)을 기준으로 단위패턴들이 일방향(패턴 배열 방향 또는 D3방향)으로 순차 배열될 때, 그리고 패턴 배열 방향에서의 광경로에 따라 광원에 가까운 순서대로 제1영역(a1)의 제1단위패턴(P1), 제2영역(a2)의 제2단위패턴(P2) 및 제3영역(a3)의 제3단위패턴(P3)이 있다고 가정할 때, 광원(LS)으로부터 제2단위패턴(P2)에 도달하는 입사광의 이동거리인 제2광경로는, 광원(LS)에서 제1단위패턴(P1)까지의 제1광경로보다 길고, 광원(LS)에서 제3단위패턴(P3)까지의 제3광경로보다 작다. 즉, 제2단위패턴(P2)에 의한 제2간접광원(LS2)에서 제2단위패턴(P2)까지의 제2거리(L2)는, 광원(LS)의 제1간접광원(LS1)에서 제1단위패턴(P1)까지의 제1거리(L1)보다 길고, 광원(LS)의 제3간접광원(LS3)에서 제3단위패턴(P3)까지의 제3거리(L3)보다 짧다. 제1거리 내지 제3거리(L1, L2, L3)는 제1 내지 제3 광경로에 각각 대응한다.
전술한 바와 같이, 패턴(22)은 소정의 기준점에서 볼 때 패턴 설계에 의해 미리 설정되는 특정 광경로 상에 연속적으로 순차 배열되는 간접 광원들에 의해 광경로 상에서 점진적으로 더 멀리 위치하거나 점진적으로 휘도가 낮아지는 입체효과 선형광(Line shaped beam having three-dimensional effect)을 생성한다.
전술한 입체효과 선형광은 제1면 방향이나 제2면 방향 측에서 볼 때 패턴 설계에 의해 미리 정해진 광경로에서 특정 광폭으로 한정되어 유도되는 선형광이 광가이드부(10)의 제1면에서 제2면(또는 패턴배열면)을 향하여(혹은 그 반대로) 광가이드부(10) 속으로 점진적으로 들어가는 깊이감을 갖는 광이미지를 지칭한다.
한편, 전술한 패턴(22)의 제1 내지 제3 단위패턴들(P1, P2 및 P3)에 있어서, 제2단위패턴(P2)은 광원(LS) 측에서 볼 때 광가이드부(10)의 제2면 상에서 제1단위패턴(P1)의 바로 다음에 위치하는 단위패턴이거나 제1단위패턴(P1)과 소정 개수의 다른 단위패턴들을 사이에 두고 위치하는 단위패턴일 수 있다. 이와 유사하게, 제3단위패턴(P3)은 광원 측에서 볼 때 제2단위패턴(P2)의 바로 다음에 위치하는 단위패턴이거나 제2단위패턴(P2)과 소정 개수의 다른 단위패턴들을 사이에 두고 위치하는 단위패턴일 수 있다.
한편, 본 실시예에서 입체효과 형성부 또는 그 패턴(22)이 광가이드부(10)의 일면에 접합되는 패턴층(20a)에 의해 구현되는 것으로 설명하였지만, 이러한 구성으로 한정되지 않고, 패턴(22)은 광가이드부(10)의 일면을 직접 요철 형태로 가공하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 입체효과를 갖는 선형광을 이용하여 출광면 전체가 단일의 면광원을 형성하는 박형의 플렉시블 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 4는 도 1a의 조명 장치의 반사체의 작동 원리를 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 반사체(30)는 그 일면에 경면가공면(31)을 구비한다. 경면가공면(31)은 반사체(30)의 일면의 적어도 일부분을 경면(mirror) 가공하여 마련될 수 있다. 경면가공면(31)은 후술하는 입체효과 형성부의 패턴의 경사면보다 매끄러운 면일 수 있다.
또한, 경면가공면(31)은 입사각에 관계없이 입사되는 선형광(BL1)이나 제1입사광을 원하는 방향이나 특정 영역으로 반사하도록 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 마련될 수 있다.
전술한 반사체(30)는 입체효과 형성부의 패턴의 제1패턴영역으로부터 입사되는 선형광(BL1)이나 제1입사광을 반사하여 제1패턴영역과 동일하거나 다른 패턴영역(제2패턴영역)에 제2입사광을 조사한다. 제2입사광은 패턴영역의 패턴 설계에 따라 특정 광경로에서 소정의 광폭을 갖는 선형광(BL2)으로 변환된다.
도 5는 도 4의 반사체의 다른 실시예를 나타낸 종단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 반사체(30)는 그 일면 상에 반사층(32)을 포함할 수 있다. 반사층(32)은 코팅층이나 접착 패드 형태를 구비할 수 있고, 그 재료로는 은(Ag), 알루미늄(Al), 스테인리스스틸 등이 이용될 수 있다.
반사층(32)을 이용하면, 경면가공면을 구비하는 반사체에 비해 반사체(30)의 반사면을 효율적으로 형성할 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 반사체(30)는 반사층(32)의 광 반사면을 경면가공면으로 형성할 수 있다.
반사층을 이용하면, 반사체(30)의 반사 효율을 극대화할 수 있고, 그에 의해 실질적으로 광원의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 6은 도 1a의 조명 장치의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치(100A)는 도면 하부 측의 9개의 LED 광원과 도면 상부측의 9개의 반사체가 지그재그 형태로 배열된 구조를 구비한다. 조명 장치(100A)는 LED 광원의 개수와 반사체의 개수가 추가된 것을 제외하고 도 1a의 조명 장치(100)와 실질적으로 동일하다.
도 6에서 볼 수 있듯이, 조명 장치는 9개의 LED 광원으로 18개의 광원을 포함하는 조명 장치를 구현할 수 있다. 이 경우, 18개의 광원 중 9개의 간접 광원에 의해 소비전력을 낮추고 휘도를 높임으로써 실질적으로 광효율을 증대시킨다. 아울러, 9개의 LED 광원을 9개의 반사체로 대체함으로써 9개의 LED 광원과 이 광원들에 연결되는 배선이나 회로를 생략할 수 있고, 그에 의해 장치의 구조를 간소화하고 장치의 무게를 줄일 수 있다.
도 7은 도 1a의 조명 장치의 입체효과 형성부의 개략적인 부분 확대 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)은 삼각형 단면 형상의 패턴 구조를 갖는다. 패턴(22)이 삼각형 단면 구조를 구비하면, 삼각형 단면 구조상에 형성되는 경사면(221)은 x방향에 대하여 소정의 경사각을 갖는다. 다시 말하면, 경사면(221)은 광가이드부의 제1면 또는 제2면(12)과 직교하는 방향(z방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)만큼 기울어지도록 설계될 수 있다.
경사면(221)의 경사각(θ)은 약 5°이상 약 85°이하일 수 있다. 경사각(θ)은 광가이드부의 굴절률을 고려하여 한정될 수 있으나, 기본적으로 경사면(221)에서 반사 및 굴절 가능한 최소 및 최대 각도를 고려할 때 약 5° 내지 약 85°범위를 가질 수 있다.
일례로써, 광가이드부의 굴절률이 약 1.30 내지 약 1.80 범위에 존재할 때, 경사면(221)의 경사각은 기준 방향(z방향 또는 x방향)에 따라 약 33.7°보다 크고 약 50.3°보다 작은 범위를 갖거나 약 49.7°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 광가이드부 또는 입체효과 형성부(20)는 고굴절률 소재를 이용하여 마련될 수 있다. 예컨대, 고광도 LED(Light Emitting Diode) 제조의 경우, 특정 입사각의 빛이 다이(Die)를 지나 캡슐소재를 투과할 때 다이(n=2.50~3.50)와 통상의 고분자 캡슐소재(n=1.40~1.60) 사이의 n값(굴절률) 차이에 의해 내부 전반사가 발생하고 그에 의해 기기의 광추출 효율이 저하되는데, 이를 적절히 해소하기 위하여 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50)를 이용한다. 즉, 본 실시예에서, 고광도 LED 제조에 이용되는 고굴절률 고분자를 활용하여 패턴(22)을 마련하는 경우, 패턴(22)의 경사면(221)의 경사각은 패턴의 굴절률에 따라 약 23.6°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
전술한 굴절률에 따른 경사각은 스넬의 법칙에 따른 것으로, 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112014052163433-pat00001
수학식 1에서 sinθ1은 제1굴절률(n1)을 갖는 제1매질에서의 빛의 입사각 또는 굴절각이고, sinθ2는 제2굴절률(n2)에서의 빛의 굴절각 또는 입사각일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 조명 장치에 있어서, 입체효과 형성부를 구성하는 패턴의 경사면은 입사광을 적절하게 반사시키거나 굴절시킬 수 있는 경사각으로서 작게는 약 5°정도, 크게는 약 85°정도로 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 패턴(22)은 제조 공정의 편의 등을 위해 인접한 단위패턴들 간의 폭(w) 대 높이(h)를 소정 비율로 한정할 수 있다. 폭(w)은 인접한 두 단위패턴들 사이의 일정 간격 즉 피치(pitch)일 수 있다. 예를 들어, 선형광의 깊이감이 강조되도록 조명 장치의 패턴을 설계하는 경우, 폭(w)은 높이(h)와 같거나 작도록 마련된다. 또한, 선형광에서 상대적으로 긴 이미지가 표현되도록 패턴을 설계하는 경우, 폭(w)은 높이(h)보다 크도록 마련될 수 있다.
전술한 패턴(22)의 폭(w)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 이러한 폭(w)은 x방향에서 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 평균 간격일 수 있으며, 패턴 설계나 배열 구조 혹은 원하는 광이미지 형상에 따라서 조정될 수 있다.
한편, 패턴(22)이 렌티귤러(lenticular) 모양을 가지는 경우, 선형광의 구현을 위해 패턴(22)의 폭(w)(또는 직경) 대 높이의 비율(h/w)은 약 1/2 이하이거나 그 경사면의 경사각(θ)이 약 60°이하가 되도록 설계될 수 있다.
또한, 패턴(22)의 폭 대 높이의 비율(h/w)을 1보다 작게 설계하면, 패턴(22)의 폭 대 높이의 비율(h/w)이 1 이상인 것에 비해 오목부의 깊이가 낮아 패턴 제조가 용이할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 패턴(22)의 폭(w)과 높이(h)를 특성조절용 인자로 이용하여 광학 부재를 설계함으로써 구현하고자 하는 입체효과 선형광에 의한 다양한 광이미지를 효율적으로 그리고 용이하게 제어할 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 1a의 조명 장치의 입체효과 형성부에 채용가능한 패턴 구조를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 조명 장치에 있어서, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)은 반원형 단면, 반타원형 단면 또는 렌티큘러(Lenticular) 형태를 구비한다. 패턴(22)은 광가이드부의 두께 방향 또는 광가이드부의 제1면의 반대면인 제2면(12)과 직교하는 방향(z방향)에서 소정 각도로 기울어진 경사면(221)을 구비한다. 패턴(22)은 z방향의 패턴 중심선(미도시)을 기준으로 대칭 형태를 가질 수 있다.
패턴(22)의 경사면(221)은 반원형 단면 구조로 인하여 입사광(BL0)이 만나는 경사면 상에서의 위치가 입사광(BL0)의 위치에 따라 변하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 패턴(22)의 경사면(221)은 원호 상의 임의의 점에 접하는 면이 되므로, 패턴(22) 상의 임의의 점에 접하는 접선은 광가이드부의 제2면(12)과 직교하는 방향(z방향)에서 소정 경사각(θ)으로 놓일 수 있다. 경사각(θ)은 입사광(BL0)이 부딪히는 반원형 단면상의 위치에 따라 0°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
본 실시예에서 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)은 서로 인접한 두 단위패턴들 사이에 마련되는 이격부(222)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 패턴(22)이 제1단위패턴(Cm-1), 제2단위패턴(Cm) 및 제3단위패턴(Cm+1)(여기서, m은 2 이상의 자연수임)을 포함할 때, 입체효과 형성부(20)는 제1단위패턴(Cm-1)과 제2단위패턴(Cm) 사이 및 제2단위패턴(Cm)과 제3단위패턴(Cm+1) 사이에 마련되는 이격부(222)를 포함할 수 있다.
이격부(222)는 광가이드부의 제2면(12)에서 오목한 단위패턴이 형성되지 않은 부분으로서 인접한 두 단위패턴들 사이에 위치하는 제2면(12)의 일부분일 수 있다. 또한, 이격부(222)는 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 유격으로서 제조공정의 편의를 위해 마련된 것일 수 있다. 이격부(222)는 패턴 설계에 따라 생략가능하다.
한편, 이격부(222)를 포함하는 경우, 이격부(222)의 폭(w1)은 패턴(22)의 단위패턴의 폭(w)보다 작게 설계된다. 이격부(222)의 폭(w1)은 패턴(22)의 폭(w)의 약 1/5 이하이거나 수㎛ 이하일 수 있다. 이격부(222)의 폭(w1)이 패턴(22)의 폭(w) 이상이면, 패턴(22)에서 자연스런 선형광 구현이 어려울 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 조명 장치에 있어서, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)은, 다각형 단면 형상의 패턴 구조를 구비한다. 패턴(22)의 경사면(221)은 꺽은선 그래프 형상을 가진다.
패턴(22)의 경사면(221)은 광가이드부의 두께 방향 또는 광가이드부의 제2면(12)과 직교하는 방향(z방향)에서 꺽은선 그래프의 선분 개수에 따라 복수의 경사각(θ1, θ2)을 가질 수 있다. 제2경사각(θ2)은 제1경사각(θ1)보다 클 수 있다. 제1 및 제2 경사각(θ1, θ2)은 입사광(BL0)과 만나는 위치에 따라 약 5°보다 크고 약 85°보다 작은 범위 내에서 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(20)는 서로 인접한 두 단위패턴들 사이에 마련되는 이격부(222)를 포함할 수 있다. 이격부(222)의 폭(w1)은 입체효과 형성부(20) 상에서의 자연스러운 선형광 구현을 위해 패턴의 폭(w)보다 작다. 이격부(222)의 폭(w1)은 수㎛ 이하이거나 패턴의 폭(w)의 약 1/5 이하로 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(20)는 광가이드부의 제1면 또는 제2면(12)과 거의 평행한 단절면(223)을 패턴(22) 상에 구비할 수 있다. 단절면(223)은 실질적으로 입사광의 반사나 굴절에 의해 빛이 외부로 방출되도록 작용하지 못하는 부분으로서, 패턴(22)에 의해 구현되는 선형광이 단절면(223)에 대응하는 단절 부분을 가질 수 있으므로, 단절면(223)의 폭(w2)은 연속적인 형상의 선형광 구현을 위해 수㎛ 이하에서 적절하게 설계될 수 있다. 한편, 연속적인 선형광 구현시, 단절면(223)은 생략될 수 있으나, 불연속적인 선형광 구현시 단절면(223)을 이용할 수 있음은 물론이다.
한편, 전술한 실시예의 각 패턴의 경사면의 단면은 직선, 곡선 및 꺽은선 그래프 형상 외에 이들의 조합 형상 등과 같이 광가이드부(10) 내부를 진행하는 빛을 굴절 또는 반사하여 제1면 방향이나 제2면 방향으로 방출하는 구조라면, 어떠한 구조라도 적용가능하다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 반사체(도 1a의 참조부호 30 참조), 지지부(40), 반사부(42) 및 광원부(50)를 포함한다.
조명 장치(200)는 반사부(42)를 제외하고 도 1a의 조명 장치(100)와 실질적으로 동일할 수 있다.
지지부(40)는 단단하거나 유연한 하우징 또는 케이스를 포함한다. 또한, 지지부(40)는 단단한 인쇄회로기판이거나 연성 인쇄회로기판일 수 있다. 본 실시예에서는 연성 인쇄회로기판인 경우를 가정한다.
반사부(42)는 지지부(40) 상에 마련되는 반사필름이나 반사층일 수 있다. 반사부(42)는 광가이드부(10)에서 패턴층(20a)을 통해 나오는 빛을 반사하여 다시 패턴층(20a)로 되돌려보낸다. 반사부(42)의 재료로는 은, 알루미늄, 스테인리스스틸 등이 이용될 수 있다.
반사부(42)를 이용하면, 반사부를 이용하지 않는 경우에 비해 휘도 및 조도를 증대시킬 수 있다. 예컨대, 반사부를 이용하지 않는 경우의 조명 장치에서 휘도 약 9,076[nit]와 조도 약 16,386[lux]일 때, 반사부를 추가하는 것만으로 조명 장치의 휘도와 조도를 약 11,980[nit]와 약 22,613[lux]로 높일 수 있다.
본 실시예에서 광원부(50)는 레진층으로 마련되는 광가이드부(10)에 의해 입체효과 형성부(20)와 함께 지지부(40) 상에 매립된다.
광원부(50)의 LED 광원은 단면상에서 볼 때 패턴층(20a)과 반사부(42)를 관통하는 형태로 지지부(40)에 연결된다. 지지부(40)가 연성인쇄회로기판인 경우, 광원부(50)는 연성인쇄회로기판을 통해 공급되는 전원과 제어신호에 의해 광원에서 빛이 조사되도록 구동될 수 있다.
조명 장치(200)의 두께(t2)는 약 100㎛ 내지 약 250㎛ 이하일 수 있다. 조명 장치(200)의 두께가 100㎛보다 작으면, LED 광원을 레진층으로 매립하는 구조의 구현이 어렵고 내구성이 저하될 수 있다. 또한, 조명 장치(200)의 두께가 250㎛보다 두꺼우면 두꺼운 두께로 인해 롤(Roll)에 감기가 어려워 취급, 운반, 보관 및 설치 작업시 비용이 증가하고 곡률을 갖는 장소나 애플리케이션에 적용하기가 쉽지 않다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부의 패턴 설계를 통해 패턴을 경유하는 입사광을 입체효과를 갖는 선형광으로 변환하여 표시할 수 있다. 특히, 패턴을 경유하는 광을 반사하는 반사체를 이용하여 광원의 수를 줄이고 광효율을 높일 수 있고, 반사부를 이용하여 패턴층 하부로 방출되는 광을 회수하여 광효율을 더욱 높일 수 있다.
도 11은 도 10의 조명 장치에 채용가능한 구조의 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도이다. 도 11의 단면은 도 10의 조명 장치의 B1 부분에 대응한다. 그리고, 도 12는 도 11의 조명 장치의 반사패턴에 대한 예시도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 조명 장치에 있어서, 반사부(42)의 반사 효율과 반사 영역의 제어를 위해 반사부(42) 상에는 반사패턴(140)이 마련될 수 있다.
반사패턴(140)은 패턴층(20a)과 마주하는 반사부(42)의 일면에 잉크패턴으로 구현될 수 있다. 반사패턴(140)은 도 12에 도시한 바와 같이 육각형 모양의 단위패턴(141)이 벌집 모양으로 배열된 형태를 구비할 수 있다.
반사패턴(140)의 재료로는 반사부(42)의 재료와 동일한 재료가 이용될 수 있다. 일례로, 반사패턴(140)의 재료로는 TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon, PS(Poly Stylen) 등이 이용될 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 본 실시예의 입체효과 형성부(20)에 있어서, 패턴(22)은 반사부(42)와 마주하도록 배치된다. 이 경우, 패턴층(20a) 상에 레진층을 도포하여 광가이드층(10)을 형성할 때, 레진층에 의해 덮여지는 패턴(22)이 그 고유의 기능을 상실하는 되는 것을 방지한다. 즉, 패턴(22)은 광가이드부(10) 내부를 이동하는 입사광을 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 일정 광폭과 광경로로 가이드하면서 광가이드부(10)의 제2면(12) 방향으로 방출하도록 기능하는데, 굴절률이 유사한 레진층으로 덮이는 경우 경사면이 사라져 제기능을 수행할 수 없게 될 수 있으나, 본 실시예에서는 패턴배열면이 광가이드부(10)의 반대측인 반사부(42)와 마주하도록 패턴층(20a)을 배치함으로써 전술한 문제의 발생을 방지한다.
패턴층(20a)은 접착층(130)에 의해 반사부(42) 상에 고정될 수 있다. 접착층(130)은 소정의 패턴(벌집 모양 등)을 갖고 반사부(42)의 반사율이나 반사 영역을 한정하도록 이용될 수 있다. 접착층(130)의 접착 기능과 관련하여, 반사부(42) 상에 레진층을 접합 또는 접착하는 것에 의해 패턴층(20a)을 지지하거나 고정할 수 있는 경우, 접착층(130)의 접착 기능은 생략가능하다. 이러한 접착층(130)은 구현에 따라서 접착물질을 함유한 반사패턴(140)에 의해 일체로 마련될 수 있다.
한편 구현에 따라서 패턴층(20a)은 접착층(130)에 의해 고정되지 않고, 레진층 중간에 매립될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 패턴층(20a)은 반사부(42)와의 사이에 레진층을 게재하고 배치될 수 있다.
또한, 패턴층(20a)이 레진층을 게재하면서 광가이드부(10)의 제1면(10)에 마련되는 경우로서, 패턴층(20a)은 반사부(42)와의 사이에 광가이드부(10)를 게재하고 광가이드부(10)의 제1면(10)을 직접 가공한 패턴층이나 제2면이 아닌 제1면(11) 상에 접합되는 별도의 패턴층으로 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예의 조명 장치는 패턴층(20a)과 반사부(42) 사이에 이격영역(120)을 포함할 수 있다. 이격영역(120)은 공기층이나 진공층일 수 있다.
본 실시예에 의하면, 유연한 조명 장치의 구현이 가능할 뿐만 아니라 유연한 조명 장치에서 패턴(22)에 의한 입체효과 선형광의 구현시 이격영역(120), 접착패턴층(130), 반사패턴(140) 또는 이들의 조합을 이용하여 빛의 반사, 산란 또는 분산에 대한 성능이나 영역을 제어함으로써 더욱 다양한 광이미지를 구현할 수 있다.
한편, 전술한 조명 장치는 LED 광원을 이용하는 것으로 한정되지 않고, 자연 광원(태양광 등)이나 다른 광원(할로겐 램프, 메탈 램프 등)의 광을 집광하는 장치를 광원으로 이용하여 입체효과 선형광을 생성하는 조명 장치로 구현될 수 있다. 자연 광원을 이용하는 경우, 광원 모두가 더미 광원과 간접 광원으로 구현되므로 장치의 광효율을 높이고 그린 에너지 환경에 기여할 수 있다.
도 13은 도 10의 조명 장치에 채용가능한 구조의 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 패턴층(20a)의 배치에 있어서, 입체효과 형성부(20)를 형성하는 패턴층(20a)은 그 일면에 마련된 패턴(22)이 광가이드부(10)와 마주하도록 배치된다. 여기서, 패턴(22)과 광가이드부(10) 사이에는 분리부(44)가 배치된다.
본 실시예의 조명 장치는 전술한 패턴층(20a)의 배치 방향과 분리부(44)를 제외하고, 도 11을 참조하여 앞서 설명한 조명 장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
반사부(42)는 지지부(40)와 패턴층(20a) 사이에 배치된다. 반사부(42)는 지지부(40)의 일면 상에 필름 형태로 마련될 수 있다. 반사부(42)는 반사 효율이 높은 재질로 마련되어 광원부(50)로부터 입체효과 형성부의 패턴(22)을 경유하여 광가이드부(10)의 제1면 방향으로 나오는 광을 패턴(22) 측으로 다시 반사하여 되돌려 보낸다. 이러한 반사부(42)에 의하면, 조명 장치의 광손실을 줄이고 입체효과를 갖는 선형광을 더욱 명확하게 표현할 수 있다.
반사부(42)의 재료로는 빛의 반사 특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 증가시키기 위해 백색 안료를 분산 함유하는 합성수지가 이용될 수 있다. 예를 들어, 백색 안료로는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산염, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있고, 합성수지 원료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀루로오스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 반사부(42)는 은(Ag), 알루미늄(Al), 스테인리스 강(304SS) 등으로 구현될 수 있다.
반사부(42) 또는 광가이드부(10)의 일면 상에 패턴층(20a)을 배치할 때, 패턴층(20a)은 패턴(22)이 형성되지 않은 면이 반사부(42) 상에 놓이고 패턴(22)이 형성된 면이 광가이드부(10)에 의해 덮이도록 배치된다.
즉, 패턴층(20a) 상에 레진으로 광가이드부(10)를 형성하는 경우, 이들 간의 굴절률 차이가 작아 패턴(22)의 기능이 상실되는 것을 방지하기 위하여 패턴층(20a)의 패턴(22) 상에 패턴층(20a)과 광가이드부(10)를 분리하기 위한 소재를 코팅하여 분리부(44)를 배치한다.
분리부(44)는 광가이드부(10)와 패턴층(20a) 간의 굴절률 차이가 일정 값 이상을 유지하도록 이들 사이에 배치되는 금속성 코팅층일 수 있다. 또한, 분리부(44)는 반사부(42)와 동일하거나 유사한 재료로 마련될 수 있다.
입체효과 형성부(20)의 패턴(22)이 레진층과 마주하도록 적층되는 경우, 광가이드부(10)를 형성하는 레진층에 의해 패턴(22)의 경사면은 반사 및 굴절 기능을 제대로 수행하지 못할 수 있다. 특히, 광가이드부(10)의 굴절률과 패턴층(20a)의 굴절률이 유사한 경우, 예컨대 굴절률 차이가 0.2 이하인 경우, 이들 사이에 위치하는 패턴(22)의 경사면은 입사광의 굴절 및 반사 작용을 제대로 수행하지 못한다.
전술한 경우, 입체효과 형성부(20)의 패턴(22)에서의 굴절 및 반사에 의해 광원부(50)의 입사광을 광가이드부(10)의 상부 측으로 유도할 수 없어 입체효과를 갖는 선형광을 구현하지 못할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 조명 장치에서는 패턴(22)과 광가이드부(10) 사이에 분리부(44)를 두어 광가이드부(10)의 레진층과 패턴(22)을 명확하게 분리함으로써 패턴(22)의 경사면에서 입사광의 반사 및 굴절 동작을 원활하게 수행할 수 있도록 한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 반사체(도 1a의 참조부호 30 참조), 지지부(40), 반사부(42), 광원부(50) 및 차광패턴(60)을 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(300)는 차광패턴(60)을 제외하고 도 10의 조명 장치(200)와 실질적으로 동일할 수 있다.
차광패턴(60)은 광원부(50)의 광원에서 출사되는 특정 입사광(BL0x)의 집중을 막고 광원 주위의 핫스팟(hot spot)을 제어한다. 즉, 차광패턴(60)은 광원의 빛이 지나치게 강하여 조명 장치(300)의 광학 특성이 나빠지거나 황색 광이 도출되는 현상(yellowish)을 방지하도록 마련된다.
차광패턴(60)은, TiO2, CaCO3, BaSO4, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 제1차광패턴과, Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 제2차광패턴이 중첩된 구조로 마련될 수 있다. 중첩된 구조란 하나의 패턴을 형성하고, 그 상부에 다른 하나의 패턴을 형성한 구조를 지칭한다.
본 실시예에서 차광패턴(60)은 광원 상부에서 광출사면 측으로 일정 길이 도출된 형태를 갖는다. 또한, 차광패턴(60)은 반사부(42)와 동일 색상으로 형성된다. 예를 들어, 차광패턴(60)과 반사부(42)를 알루미늄(Ag) 등을 이용하여 흰색(white) 이나 금속색(metal color)로 형성할 수 있다. 이 경우, 반사부(42)의 반사율은 약 80 내지 약 100%인 것이 바람직하다.
도 15는 도 14의 조명 장치의 오프 상태를 나타낸 도면이다
본 실시예에 따른 조명 장치(300A)는 도면 하부 측의 9개의 LED 광원과 도면 상부측의 9개의 반사체가 지그재그 형태로 배열된 구조를 구비한다. 조명 장치(300A)는 LED 광원의 개수와 반사체의 개수가 추가된 것을 제외하고 도 14의 조명 장치(300)와 실질적으로 동일하다.
도 15에서 볼 수 있듯이, 조명 장치(300A)는 9개의 LED 광원으로 18개의 광원을 포함하는 조명 장치를 구현할 수 있다. 특히, 차광패턴과 반사부의 색상을 동일하게 형성함으로써, 조명 장치의 발광 전 작동 오프 상태에서 조명 장치 전면에서 차광패턴(도 14의 참조부호 60 참조)이 보이지 않는 거울효과를 구현하고, 차광패턴의 돌출 부위에 의해 시야각에 따라 빛의 형상과 입체감이 바뀌는 효과를 구현할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 반사체(30), 광원부(50) 및 아우터 렌즈(outer lens, 410)를 포함한다.
광가이드부(10)는 평면상에 볼 때 그 형상이 유선형이고 두께 방향에서 소정 부분에 곡률을 갖는 것을 제외하고 전술한 실시예의 조명 장치들 중 어느 하나의 광가이드부와 실질적으로 동일할 수 있다.
입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10) 또는 입체효과 형성부(20)의 서로 다른 영역에 마련되는 복수의 패턴들(22)을 포함한다. 복수의 패턴들(22)은 유선형의 광가이드부(10)의 서로 다른 영역에 각각 마련되어 서로 다른 광경로의 선형광을 생성한다. 복수의 패턴들(22)은 광가이드부(10) 또는 별도의 패턴층에 마련되고 그 일면에 대하여 경사진 경사면을 갖는 단위패턴들을 각각 구비한다.
입체효과 형성부(20)는 유선형의 광가이드부(10)의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 패턴(22)을 구비하는 것을 제외하고 도 1a, 도 11 또는 도 13의 입체효과 형성부와 실질적으로 동일할 수 있다.
반사체(30)는 유선형의 광가이드부(10)의 가장자리에서 LED 광원과 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 이러한 반사체(30)를 이용하면, 일부 LED 광원을 반사체(30)로 대체하여 광원의 개수를 줄일 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 본 실시예의 조명 장치(400)는 도 11이나 도 13의 지지부, 반사부 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
광원부(50)는 광가이드부(10)의 유선형 모양에 따라 일면의 가장자리 상에 배열된다. 광원부(50)는 복수의 LED 광원을 포함할 수 있다. 광원부(50)는 도1, 도 11 또는 도 13의 광원부와 실질적으로 동일할 수 있다.
아우터 렌즈(410)는 차량용 조명 장치(헤드라이트, 후방라이트 등), 야외 조명 장치 등에서 조명장치의 외표면에 배치되는 렌즈 형상의 커버를 지칭한다. 아우터 렌즈(410)는 투명한 플라스틱 재료 예컨대, 엔지니어링 플라스틱 등으로 마련될 수 있다. 이때, 아우터 렌즈(410)는 외부에서 내부가 보이는 일정 수준 이상의 광투과율 또는 투명도를 가질 수 있다.
차량용으로 사용되는 경우, 아우터 렌즈(410)는 광가이드부(10)가 배치되는 일면에 차량 보디의 곡면에 이어지는 곡률을 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 조명 장치(400)가 차량 조명으로 이용되는 경우, 광원부(50)의 광원은 차량 배터리(520)에 연결되어 차량 전원에 의해 구동될 수 있다.
전술한 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 반사체(30) 및 광원부(50)는 아우터 렌즈(410)의 일면에 배치된다. 광가이드부(10)는 아우터 렌즈(410)의 일면에 접합되거나 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 광원부(50)는 아우터 렌즈(410)의 일면에서 광가이드부(10)에 매립될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부의 패턴 설계를 통해 헤드라이트, 후방 라이트, 차량 실내 조명, 안개등, 도어스카프 등의 차량용 조명 장치에 적용하기 용이하며 새로운 광이미지의 구현이 용이하고 저렴한 조명 장치를 제공할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 기존 차량 램프에 비해 부피, 두께, 무게, 가격, 수명, 안정성, 설계 자유도, 설치 용이성 면에서 유리한 새로운 조명 장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예의 조명 장치는 차량용 조명 장치로 한정되지 않으며, 필름 형태의 유연한 조명 장치로서 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부에 용이하게 적용될 수 있다. 그 경우, 아우터 렌즈(410)는 광가이드부, 입체효과 형성부 및 반사체를 구비한 조명 장치를 지지하거나 광원부를 지지하는 지지부 또는 하우징에 대응할 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.
10: 광가이드부
20: 입체효과 형성부
22: 패턴
30: 반사체
40: 지지부
42: 반사부
44: 분리부
50: 광원부
221: 경사면

Claims (20)

  1. 제1면과 상기 제1면의 반대측인 제2면을 구비하고 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 소정 두께를 갖는 광가이드부;
    상기 광가이드부의 제1면 또는 제2면 상에 배치되는 입체효과 형성부;
    상기 광가이드부에 제1입사광을 공급하는 광원부; 및
    상기 광원부와 마주보게 배치되고, 상기 광원부의 제1입사광을 반사하여 제2입사광을 생성하는 반사체를 포함하며,
    상기 입체효과 형성부는 상기 제1면 또는 제2면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 각각 구비하는 복수의 유닛패턴들을 포함하고,
    상기 복수의 유닛패턴들은 상기 제1입사광을 상기 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 상기 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 상기 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 상기 복수의 유닛패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 제1경로의 제1선형광으로 변환하고, 상기 제2입사광을 상기 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 상기 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 유도하여 상기 복수의 유닛패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 제2경로의 제2선형광으로 변환하는 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사체는 상기 제1입사광이 반사되는 면에 경면가공면 또는 반사층을 구비하는 조명 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1경로와 상기 제2경로는 평행하거나 이들의 연장선이 교차하거나 서로 반대 방향으로 연장하는 조명 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사면의 거칠기는 산술평균 거칠기(Ra) 0.02 이하 및 최대높이 거칠기(Ry) 0.30 이하인 조명 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 상기 광가이드부의 상기 제1면 또는 제2면을 직접 가공한 상기 패턴을 구비하는 패턴가공면을 포함하거나 상기 제1면 또는 제2면에 접합되며 일면에 상기 패턴을 구비하는 패턴층을 포함하는 조명 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부의 광원은 상기 광가이드부의 두께 방향으로 연장하는 측면에 상기 제1입사광을 공급하도록 상기 조명 장치의 외부에 배치되거나 상기 광가이드부 내에 매립되는 조명 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 서로 다른 영역에 마련되는 제1패턴 및 제2패턴을 포함하고,
    상기 제1패턴에 의해 상기 광원부의 제1입사광을 상기 제1선형광으로 변환하고, 상기 제2패턴에 의해 상기 반사체의 제2입사광을 상기 제2선형광으로 변환하는 조명 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1패턴의 제1단위패턴들의 적어도 일부와 상기 제2패턴의 제2단위패턴들의 적어도 일부는 패턴 연장 방향에서 일체로 연장되고 상기 제1단위패턴과 상기 제2단위패턴 사이에 패턴절곡부를 구비하는 조명 장치.
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