KR102147939B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치에 관한 것으로, 광학 부재는 베이스기재의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부, 및 입체효과 형성부와 적층 형상으로 배치되는 다중효과 형성부를 포함하며, 여기서 입체효과 형성부는, 베이스기재의 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 구비하고, 복수의 메인패턴들은 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 입사광을 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향들과 직교하는 제1경로의 선형광을 구현하고, 다중효과 형성부는 제1경로의 선형광을 제1경로와 교차하는 두 방향의 복수 선형광으로 변환하는 복수의 광학패턴들을 구비한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명은 패턴 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명 장치는 각종 광원을 이용하여 어두운 곳을 밝게 하는 장치이다. 조명 장치는 특정 대상이나 장소에 빛을 비추고 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하는데 이용되기도 한다.
최근, LED(Light Emitting Diode) 기술의 발전에 힘입어 LED를 이용한 다양한 형태의 조명 장치가 보급되고 있다. 예컨대, 종래기술의 조명 장치는 LED 광원과 LED 광원에서 발산되는 빛을 확산시켜 외부로 방출하는 확산판을 포함한다.
종래기술의 조명 장치 대부분은 발광면 전체에 균일한 광을 출력하도록 구성된다. 또한, 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하기 위하여, 종래기술의 일부 조명 장치에서는 컬러 필터를 사용하거나 원하는 모양의 투광구를 갖는 필터를 사용한다.
그러나, 종래기술의 조명 장치를 이용하여 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하는 경우, 장치의 구성이 기구적으로 복잡하게 되며, 그로 인하여 원하는 모양에 있어서 설계 자유도가 제한되고, 설치나 조작이 어려운 문제가 있다. 이와 같이, 원하는 모양이나 색상의 분위기나 광이미지를 표현하기 위하여 간단한 구조를 갖고 설치나 조작이 간편한 조명 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예에서는 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭, 광도를 제어함으로써 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 패턴 설계를 통해 입체 효과를 갖는 단일 광이미지를 입체 효과를 갖는 복수의 광이미지로 변환하여 표현할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 광학 부재는, 베이스기재, 베이스기재의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부, 및 입체효과 형성부와 적층 형상으로 배치되는 다중효과 형성부를 포함한다. 여기서, 입체효과 형성부는, 베이스기재의 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 포함한다. 복수의 메인패턴들은 입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 베이스기재의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현한다. 다중효과 형성부는 제1방향과 교차하는 제2방향으로 순차 배열되고 제1경로의 선형광을 제1경로와 교차하는 두 방향의 복수 선형광으로 변환하는 복수의 광학패턴들을 구비한다.
일실시예에서, 복수의 메인패턴들은 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 광경로가 차례로 길어지는 간접 광원들로서 동작하여 베이스기재의 두께 방향 측에서 입체효과광(Three-dimensional effect beam)을 생성한다.
일실시예에서, 복수의 메인패턴들은 광원으로부터 제1광경로, 제1광경로보다 긴 제2광경로 및 제2광경로보다 긴 제3광경로를 갖고 순차 배열되는 제1패턴, 제1패턴 및 제3패턴을 포함한다. 여기서, 제2패턴의 경사면에 의한 광원의 제2더미광원에서 제2패턴의 경사면까지의 제2거리는, 제1패턴의 경사면에 의한 광원의 제1더미광원에서 제1패턴의 경사면까지의 제1거리보다 길고, 제3패턴의 경사면에 의한 광원의 제3더미광원에서 제3패턴의 경사면까지의 제3거리보다 짧다.
일실시예에서, 복수의 메인패턴들은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 관측지점의 이동 방향과 반대되는 방향으로 패턴 연장 방향들을 따라 이동하여 표시되는 선형광을 구현한다.
일실시예에서, 입체효과 형성부는 제1면의 일부가 제거된 형상으로 마련되거나 제1면에 접합되는 메인패턴기재로 마련될 수 있다.
일실시예에서, 다중효과 형성부는 제2면의 일부가 제거된 형상으로 마련되거나 제2면에 접합되는 광학패턴기재로 마련될 수 있다.
일실시예에서, 광학 부재는 베이스기재와 메인패턴기재 사이 또는 베이스기재와 광학패턴기재 사이의 접착층을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 다중효과 형성부는 입체효과 형성부 상에 마련된다. 다중효과 형성부는 입체효과 형성부와 이격되어 배치되는 광학패턴기재로 마련될 수 있다.
일실시예에서, 복수의 광학패턴들은 복수의 메인패턴들로부터 오는 단일 선형광을 양분하여 단일 선형광의 오른쪽으로 진행하는 제1선형광 및 단일 선형광의 왼쪽으로 진행하는 제2선형광을 생성한다.
일실시예에서, 입체효과 형성부는 베이스기재의 제1면의 서로 다른 영역에 마련되는 제1서브메인패턴들 및 제2서브메인패턴들을 포함하고, 제1서브메인패턴들 및 제2서브메인패턴들에 의해 서로 다른 방향으로 연장하는 선형광들을 생성할 수 있다.
일실시예에서, 다중효과 형성부는 제1서브메인패턴들과 적층 형상으로 배치되는 제1서브광학패턴 및 제2서브메인패턴들과 적층 형상으로 배치되는 제2서브광학패턴을 포함하고, 제1서브광학패턴 및 제2서브광학패턴에 의해 선형광들을 복수의 선형광들로 각각 변환할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 조명 장치는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 광학 부재 및 광학 부재에 빛을 조사하는 광원부를 포함하여 구성된다.
일실시예에서, 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 제1광원 및 제2광원은 동일한 방향으로 빛을 조사하거나 동일한 방향에서 교차하는 방향으로 빛을 조사할 수 있다.
일실시예에서, 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 제1광원 및 제2광원은 서로 반대 방향으로 빛을 조사하거나 제1광원 및 제2광원 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖는 서로 다른 방향으로 빛을 조사할 수 있다.
일실시예에서, 광원부는 광원으로서 LED(Light Emitting Diode) 소자를 포함하고, 광원을 중심으로 반구 영역에 광을 조사한다. 광학 부재는 반구 영역 내에 선형광을 구현한다.
일실시예에서, 조명 장치는 광학 부재 또는 광원부를 지지하는 지지부재 또는 하우징을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 조명 장치는 광학 부재가 일면에 배치되며 일면에 곡률을 갖는 아우터 렌즈를 더 포함할 수 있다. 광원부는 차량 배터리의 전원에 의해 작동할 수 있다.
본 발명에 의하면, 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭, 광도를 제어함으로써 원하는 형상의 광이미지를 구현하는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 패턴 설계를 통해 입체 효과를 갖는 단일 광이미지를 입체 효과를 갖는 복수의 광이미지로 변환하여 표현하는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 부재의 사시도
도 2는 도 1의 광학 부재의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 단면도
도 3은 도 1의 광학 부재의 부분 단면도 및 그 부분 확대도
도 4는 도 1의 광학 부재의 굴절 및 반사 원리를 설명하기 위한 도면
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광 생성 원리를 설명하기 위한 도면
도 6은 도 1의 광학 부재의 입체효과광에 대한 영역별 휘도를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재에 채용할 수 있는 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도
도 9는 도 8의 메인패턴의 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도
도 10은 도 8의 메인패턴의 또 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 일부분에 대한 평면도
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 일부분에 대한 평면도
도 13은 도 12의 조명 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타낸 도면
도 14는 도 12의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면
도 15는 도 12의 조명 장치의 휘도를 측정한 그래프
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도
도 17은 도 16의 조명 장치의 평면도
도 18은 도 16의 조명 장치의 각 영역에서의 단일 선형광 또는 입체효과광의 생성 원리를 설명하기 위한 단면도
도 19는 도 16의 조명 장치의 각 영역에서의 복수 선형광 또는 입체효과광의 생성 원리를 설명하기 위한 단면도
도 20은 도 16의 조명 장치의 작동 상태에 대한 개략적인 평면도
도 21은 도 16의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 부분 단면도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 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 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 부재의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100)는 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11) 및 다중효과 형성부(12)를 포함하여 구성된다.
베이스기재(10)는 투명한 판 또는 필름 형태로 마련되고, 그 양면 즉 제1면과 제2면을 구비한다. 제1면은 제1패턴배열면으로 지칭될 수 있고, 제2면은 제2패턴배열면으로 지칭될 수 있다. 베이스기재(10)의 하부측 제1면에는 입체효과 형성부(11)가 마련되고, 베이스기재(10)의 상부측 제2면에는 다중효과 형성부(12)가 마련된다.
베이스기재(10)의 재료로는 투명한 재료가 사용가능하며, 예컨대 제조 및 취급이 용이한 폴리머가 이용될 수 있다. 폴리머는 열가소성 고분자, 열경화성 고분자 또는 광경화성 고분자를 포함한다. 폴리머는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 등에서 선택될 수 있다. 또한, 베이스기재(10)의 재료로는 글래스(glass) 등의 투명한 재료가 이용될 수 있다. 투명한 재료로서, 베이스기재(10)는 소정 기준값 이상의 광투과율을 갖거나 2% 이하의 헤이즈(haze)를 가질 수 있다.
입체효과 형성부(11)는 베이스기재(10)의 제1면에 마련된 복수의 메인패턴들(111)을 포함하여 구성된다. 복수의 메인패턴들(111)은 제1면과 대략 평행하며 대략 제1방향(y방향)으로 각각 연장하는 복수의 볼록 구조 또는 복수의 오목 구조를 갖는다. 즉, 입체효과 형성부(11)는 제1면과 대략 평행하며 제1방향과 직교하는 제2방향(x방향)으로 순차 배열되는 복수의 메인패턴들(111)을 포함하여 구성된다. 복수의 메인패턴들(111)은 제1면 또는 제1면과 수직인 면이나 직선에 대하여 경사각을 갖는 경사면(도 4의 113 참조)을 구비한다.
다중효과 형성부(12)는 입체효과 형성부(11)와 적층 형상으로 마련된다. 본 실시예에서 다중효과 형성부(12)는 베이스기재(10)의 제2면에 마련된 복수의 광학패턴들(121)을 포함하여 구성된다. 복수의 광학패턴들(121)은 제2면과 대략 평행하며 대략 제2방향(x방향)으로 각각 연장하는 복수의 볼록 구조 또는 복수의 오목 구조를 구비한다. 즉, 다중효과 형성부(12)는 제2면과 대략 평행하며 제2방향과 직교하는 제1방향(y방향)으로 순차 배열되는 복수의 광학패턴들(121)을 포함하여 구성된다.
전술한 복수의 메인패턴들(111)의 패턴 설계에 의하면, 광학 부재(100)에 빛(light)이 비칠 때 입체효과 형성부(11)의 복수의 메인패턴들(111)은 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 제1입사광을 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 베이스기재(10)의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향들과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현한다.
또한, 전술한 복수의 광학패턴들(121)의 패턴 설계에 의하면, 광학 부재(100)에 빛이 비칠 때 입체효과 형성부(11)의 복수의 메인패턴들(111)로부터 오는 단일 선형광 또는 단일 입체효과광을 복수의 선형광 또는 복수의 입체효과광으로 변환할 수 있다.
전술한 단일 선형광, 단일 입체효과광, 복수의 선형광 및 복수의 입체효과광의 생성 원리를 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1의 광학 부재의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 단면도이다. 도 3은 도 1의 광학 부재의 부분 단면도 및 그 부분 확대도이다. 도 3의 광학 부재는 설명의 편의상 다중효과 형성부를 생략한 상태로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 광학 부재에 지면 좌측의 소정 광원으로부터 빛이 비추어질 때, 공기의 굴절률(n1)보다 큰 굴절률(n2)을 갖는 베이스기재(10)의 제1면에 마련된 입체효과 형성부(11)의 복수의 메인패턴들(111)은 경사면(도 8의 113 참조)에서 빛을 굴절시키고 반사시킨다.
전술한 경우, 입체효과 형성부(11)의 복수의 메인패턴들(111)을 지나는 빛은 메인패턴들의 패턴 설계에 따라 메인패턴들의 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 특정 광경로로 유도되고 특정 광폭으로 한정된다. 특정 광경로는 각 메인패턴의 연장 방향과 직교하는 방향으로 유도되는 빛의 이동 경로를 지칭한다. 광경로는 메인패턴들의 순차 배열 방향을 따라 이동하는 제1경로를 포함한다. 이러한 광경로의 생성 원리는 입체효과 형성부(11)를 지나는 빛 즉 매질을 지나는 빛이 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 이동하는 것에 근거한다. 그리고, 특정 광폭은 패턴 구조, 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 거리 등의 패턴 조건을 제어하는 메인패턴들의 패턴 설계를 통해 원하는 형상으로 한정될 수 있다. 예를 들어, 특정 광경로 및 특정 광폭은 패턴 설계에 따라 일정한 폭을 갖고 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.
또한, 입체효과 형성부(11)의 복수의 메인패턴들(111)은 각 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 베이스기재(10)의 외부에서 볼 때 광원(LS)으로부터의 거리(L1, L2, L3)가 증가함에 따라 광도가 감소하는 간접 광원들로서 기능할 수 있다. 즉, 복수의 메인패턴들의 특정 부분에 생성되는 간접 광원들은 광원의 광경로를 따라 순차 배열되고 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 빛의 세기나 작아지는 더미광원들(LS1, LS2, LS3)을 지칭한다. 여기서, 특정 부분은 메인패턴들의 각 경사면이 광원의 빛과 직교하는 부분에 해당한다.
좀더 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 패턴들(111)은 광원(Light source, LS)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 광경로가 차례로 길어지는 간접 광원들로서 동작하여 베이스기재(10)의 두께 방향(z방향) 측에서 입체효과광(Three-dimensional effect beam)을 생성한다. 베이스기재(10)의 두께 방향은 패턴 연장 방향(x방향) 및 제1방향(y방향)과 직교하는 방향일 수 있다.
다시 말해서, 복수의 패턴들(111)이 광원(LS)으로부터 순차적으로 배열되는 제1영역(A1), 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)에서 제1패턴, 제2패턴 및 제3패턴을 포함할 때, 제2패턴의 제2광경로는, 제1패턴의 제1광경로보다 길고, 제3패턴의 제3광경로보다 작다. 즉, 제2패턴의 경사면에 의한 광원(LS)의 제2더미광원(LS2)에서 제1면 또는 제2패턴 경사면까지의 제2거리(L2)는, 제1패턴의 경사면에 의한 광원(LS)의 제1더미광원(LS1)에서 제1면 또는 제1패턴 경사면까지의 제1거리(L1)보다 길고, 제3패턴의 경사면에 의한 광원(LS)의 제3더미광원(LS3)에서 제1면 또는 제3패턴 경사면까지의 제3거리(L3)보다 짧다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 패턴들(111)은 선형광의 길이 방향에서 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 긴 광경로를 갖게 되고, 그에 의해 제1면 또는 패턴배열면(도 9의 112 참조)과 대략 수직인 방향의 임의의 점(기준점 또는 관측지점)에서 볼 때 광경로가 길어짐에 따라 광원이 더 멀리 위치하는 형상을 나타내는 입체효과광을 구현한다.
다시 도 2를 참조하면, 다중효과 형성부(12)의 복수의 광학패턴들은 복수의 메인패턴들과 적층 형상으로 배치되는 복수의 광학패턴들을 포함하여 구성된다. 복수의 광학패턴들은 그 연장 방향이 복수의 메인패턴들의 연장 방향과 교차 또는 직교하는 것을 제외하고 복수의 메인패턴들과 동일한 구조 또는 동일한 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 광학패턴들은 복수의 메인패턴들로부터 굴절 및 반사되어 오는 제1경로의 선형광 또는 입체효과광을 서로 다른 방향에서 제1경로와 교차하는 제1선형광(또는 제1입체효과광) 및 제2선형광(또는 제2입체효과광)으로 변환할 수 있다.
본 실시예의 광학 부재에 의하면, 입체효과 형성부(11)에 의해 단일 선형광 또는 단일 입체효과광을 구현하고, 다중효과 형성부(12)를 통해 단일 선형광 또는 단일 입체효과광을 복수의 선형광 또는 복수의 입체효과광으로 변환하여 표시할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 제2메인패턴은 광원(LS) 측에서 볼 때 패턴배열면(112) 상에서 제1메인패턴의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제1메인패턴과 소정 개수의 다른 메인패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다. 이와 유사하게, 제3메인패턴은 광원(LS) 측에서 볼 때 패턴배열면 상에서 제2메인패턴의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제2메인패턴과 소정 개수의 다른 메인패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다.
또한, 전술한 입체효과광은 제1면 방향이나 제2면 방향 측에서 볼 때 패턴 설계에 의해 미리 정해진 광경로(제1경로)의 선형광이 베이스기재(10)의 제1면에서 베이스기재(10)의 제2면을 향해 베이스기재(10) 속으로 점진적으로 들어가는 거리감 또는 깊이감을 갖는 광이미지를 지칭할 수 있다. 그리고, 입체효과광은 선형광의 일실시예로서 선형광의 특정 광이미지에 대한 다른 이름일 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 전술한 복수의 메인패턴들(111)과 복수의 광학패턴들은 베이스기재(10)의 제1면과 제2면의 일부를 각각 제거하여 마련되지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 구현에 따라서 복수의 메인패턴들(111)은 베이스기재(10)의 제1면에 접합되는 별도의 패턴층에 의해 마련될 수 있다.
도 4는 도 1의 광학 부재의 굴절 및 반사 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 3의 입체효과 형성부(11)의 각 메인패턴(111)의 경사면(도 9의 113 참조)과 만나는 빛은 그 입사각에 따라 굴절되거나 반사된다. 즉, 입사각이 임계각(θc)보다 작으면, 빛은 메인패턴을 투과하면서 굴절률의 차이에 따라 굴절되어 진행한다. 입사각이 임계각(θc) 이상이면, 빛은 메인패턴에서 반사된다.
굴절률과 임계각의 관계를 나타내면 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure 112013119425921-pat00001
Figure 112013119425921-pat00002
여기서, n1이 공기의 굴절률이고 n2가 매질(베이스기재)의 굴절률이라고 하면, 임계각은 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112013119425921-pat00003
전술한 경사면에서의 반사 및 굴절 원리를 이용하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 복수의 메인패턴들의 각 경사면(113)은 입사각(θc)에 따라 입사광을 굴절시키거나 반사시켜 베이스기재(10)의 제1면이 향하는 제1면 방향 및/또는 제1면의 반대측인 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도한다. 이를 위해 각 메인패턴의 경사면은 패턴 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지의 구현을 위해 소정의 표면 거칠기(surface roughness)를 갖도록 마련된다.
즉, 소정의 표면 거칠기의 경사면을 갖고 입사광을 굴절 및 반사시켜 제1면 방향이나 제2면 방향으로 유도하는 복수의 메인패턴들을 이용하면, 입사광의 광경로, 광폭, 광도를 제어할 수 있고, 그에 의해 원하는 형상의 선형광, 입체효과광 또는 선형입체효과광을 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 경사면(도 8의 113 참조)은 경면 가공면일 수 있다. 또한, 경사면은 정밀 가공면일 수 있다. 다시 말해서, 경사면의 표면 거칠기는 가공 방법에 따라 차이가 있지만 대략 중심선 평균거칠기 또는 산술평균 거칠기(Ra) 0.02 이하이고, 최대높이 거칠기(maximum height roughmess, Rmax) 0.3 이하일 수 있다. 구현에 따라서, 경사면(113)의 표면 거칠기는 10점 평균거칠기(ten point median height, Rz) 0.8 이하일 수 있다. 여기서 거칠기의 단위는 마이크로미터(㎛)이고 기준길이는 0.25㎜일 수 있다.
전술한 경사면의 표면 거칠기는 경사면에서의 반사율을 일정값 이상으로 확보하기 위한 것으로, 상술한 값보다 표면 거칠기가 더 거칠면, 빛의 산란이나 경사면에서 광원 측으로 되돌아가는 일정량 이상의 빛에 의해 선형광을 제대로 구현하기가 어렵다.
본 실시예에 의하면, 베이스기재의 재료에 따라 굴절률 및 임계각은 변할 수 있고, 그에 따라 입체효과 형성부(11)의 메인패턴들(111)의 구조(경사면 등)나 배열을 적절하게 설계하여 복수의 메인패턴들(111)에서의 굴절 및 반사 효율을 제어함으로써 단일 광원에 의한 단일 선형광 또는 입체효과광을 구현할 수 있고, 이러한 단일 선형광 또는 입체효과광을 다중효과 형성부(12)의 광학패턴들(도 1의 121 참조)을 통해 복수의 선형광 또는 복수의 입체효과광을 생성할 수 있다.
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 2의 베이스기재(10)의 입체효과 형성부(11)를 평면상에 놓고 볼 때 복수의 메인패턴들의 부분 확대도에 대응할 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수의 메인패턴들이 광원(LS)으로부터 y방향으로 순차 배열되면, 광원(LS)의 빛(제1입사광)은 복수의 메인패턴들의 각각의 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)에 대하여 직교하는 방향으로 진행하는 선형광(B1)으로 구현된다. 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 간격(Lp)(피치에 대응할 수 있음)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 이 간격(Lp)은 선형광 또는 입체효과광 형성을 위한 최소한의 간격과 최대한의 간격을 고려한 것으로 이 범위를 벗어나면 선형광 또는 입체효과광의 구현이 어렵다.
또한, 패턴 설계에 의한 선형광의 구현에 있어서, 복수의 메인패턴들은 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 제2입사광을 제1경로 이외의 방향으로 유도한다. 여기서, 제2입사광은 광원(LS)으로부터 경사면으로 향하는 빛 중 패턴 연장 방향과 제1경로에 의해 정의되는 평면상에서 대략 +y방향과 +x방향 사이 및 +y방향과 -x방향 사이의 방향(예컨대, 광원을 중심으로 한 xy평면에서 +y축으로 진행하는 제1경로 양측의 1사분면과 4사분면 내 방향)에 상응하는 입사각을 갖고 경사면과 만나며 경사면에 의해 굴절되거나 정반사되어 나가는 광(이하, 주변광)일 수 있다. 그 경우, 제2입사광은 경사면에 의해 상대적으로 넓은 범위로 분산되므로 xy평면(베이스기재의 제1면 또는 제2면에 대응함)과 교차하는 직선상의 임의의 점(기준점, 관측지점 등)에서 볼 때 제1입사광에 의한 선형광 부분(이하, 명부)과 대비하여 상대적으로 명부 주변의 휘도가 낮은 주변부 또는 암부를 형성하는 주변광(B2, B3)이 된다.
본 실시예에 있어서, 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)은 복수의 메인패턴들의 각 경사면 상의 특정 직선이 연장하는 방향이거나 또는 경사면상의 곡선에 접하는 특정 접선이 연장하는 방향일 수 있다. 각 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)은 베이스기재의 제1면과 평행할 수 있다.
즉, 패턴 연장 방향의 설계시, 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)이 모두 서로 평행하도록 설계하면, 복수의 메인패턴들을 지나는 빛의 광경로(제1경로)는 광원의 입사광과 처음 만나는 메인패턴에서부터 시작하여 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 진행하는 직선 형태를 갖게 된다.
또한, 구현에 따라서 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)이 서로 평행하지 않고 적어도 한 점에서 교차하거나 방사 방향으로 연장하도록 설계되면(도 7 참조), 복수의 메인패턴들을 지나는 빛의 광경로(제1경로)는 광원의 빛과 처음 만나는 지점의 메인패턴에서부터 시작하여 서로 인접한 메인패턴들 사이의 간격이 좁은 측으로 휘어지는 곡선 형태로 구현될 수 있다.
도 6은 도 1의 광학 부재의 입체효과광에 의한 영역별 휘도를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 복수의 메인패턴들에 있어서, 광원 측으로부터 순차 배열되는 복수의 메인패턴들을 세 영역(도 3의 A1, A2 및 A3 참조)의 메인패턴들로 구분하고 각 영역에서의 메인패턴들의 반사 및 굴절에 의한 휘도를 살펴보면, 복수의 메인패턴들은 광원으로부터의 거리에 따라 서로 다른 범위의 휘도를 나타낸다.
다시 말해서, 복수의 메인패턴들을 제1영역(A1)의 제1메인패턴들, 제2영역(A2)의 제2메인패턴들 및 제3영역(A3)의 제3메인패턴들로 구분할 때(도 3 참조), 제2메인패턴들의 제2휘도는 제1메인패턴들의 제1휘도보다 낮고 제3메인패턴들의 제3휘도보다 높다. 여기서 제2메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제2거리(L2)는, 제1메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제1거리(L1)보다 길고 제3메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제3거리(L3)보다 짧다.
좀더 구체적으로 설명하면, 광원에 가장 가까운 메인패턴 상에서의 최대 휘도를 레벨10(Lu10)이라 할 때, 광원으로부터 제1거리(L1)에 위치한 특정한 제1메인패턴의 휘도는 제1 내지 제5 실시예의 서로 다른 패턴 설계에 따라 대략 레벨8(Lu8), 레벨7(Lu7), 레벨6(Lu6), 레벨5(Lu5) 또는 레벨4(Lu4)의 휘도값을 가질 수 있다. 광원으로부터 제2거리(L2)에 위치한 특정한 제2메인패턴의 휘도는 패턴 설계에 따라 대략 레벨6(Lu6), 레벨4(Lu4), 레벨2(Lu2) 또는 레벨1(Lu1)의 휘도값을 가질 수 있다. 그리고, 광원으로부터 제3거리(L3)에 위치한 특정한 제3메인패턴의 휘도는 패턴 설계에 따라 대략 레벨2(Lu2), 레벨1(Lu1) 또는 레벨0(휘도 없음)의 휘도값을 가질 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 3을 참조하여 앞서 설명한 광학 부재(100)의 복수의 메인패턴들에 있어서, 각 메인패턴은 광원의 빛을 굴절 및 반사하여 소정 휘도의 빛을 내게 되는데, 이것은 복수의 메인패턴들이 그 패턴 설계나 배열 구조에 따라 순차적으로 감소하는 서로 다른 광도를 갖는 간접 광원들로서 작용하기 때문이다.
다시 도 6을 참조하면, 예를 들어 제1실시예의 휘도 곡선(G1)으로 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 소정의 패턴 설계에 의하여 제1패턴은 레벨7, 제2패턴은 레벨4, 그리고 제3패턴은 레벨1 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 작용한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 복수의 메인패턴들에서 휘도가 실질적으로 일정하게 감소하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 메인패턴들은 일정한 피치로 설계될 수 있다.
또한, 제2실시예의 메인패턴 설계에 의하면, 제2실시예의 휘도 곡선(G2)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨6, 제2패턴은 레벨3, 그리고 제3패턴은 레벨0 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 기능한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 복수의 메인패턴들에서 휘도가 실질적으로 일정하게 급감하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 메인패턴들은 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 감소하거나 혹은 단위 길이당 패턴 밀도가 일정한 비율로 증가하도록 설계될 수 있다.
또한, 제3실시예의 패턴 설계에 의하면, 제3실시예의 휘도 곡선(G3)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨5, 제2패턴은 레벨2, 그리고 제3패턴은 레벨1 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 동작한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 제1영역(A1)과 제2영역(A2) 사이의 휘도 감소율이 제2영역(A2)과 제3영역(A3)의 휘도 감소율보다 큰 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 메인패턴들은 제1실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 증가하도록 마련될 수 있다.
또한, 제4실시예의 패턴 설계에 의하면, 제4실시예의 휘도 곡선(G4)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨4, 제2패턴은 레벨1, 그리고 제3패턴은 레벨0 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 작용한다. 이러한 구성에 의하면, 제3실시예의 경우에 비해 상대적으로 휘도가 더욱 급감하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 메인패턴들은 제3실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 마련될 수 있다.
또한, 제5실시예의 패턴 설계 또는 배열 구조에 의하면, 제5실시예의 휘도 곡선(G5)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨8, 제2패턴은 레벨6, 그리고 제3패턴은 레벨2 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 동작한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 제1영역(A1)과 제2영역(A2) 사이의 휘도 감소율이 제2영역(A2)과 제3영역(A3)의 휘도 감소율보다 작은 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 메인패턴들은 제1실시예의 피치보다 넓은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 마련될 수 있다.
전술한 제1 내지 제5실시예들은 각 실시예의 메인패턴 구조와 각 메인패턴의 경사면의 반사 성능이 동일하다고 가정한 것으로, 메인패턴 구조나 메인패턴들 간의 반사 성능에 차이가 있다면 이를 감안하여 패턴 설계를 조정함으로써 순차 배열되는 복수의 메인패턴들의 간접 광원 효과를 통해 자연스럽게 휘도가 감소하는 입체효과광을 얻을 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전술한 휘도 감소 효과와 광원으로부터의 거리 차이 즉 광경로의 차이에 따른 메인패턴들의 간접광원 효과에 의하여 입체효과광 또는 선형입체효과광을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 입체효과 형성부(11)는 베이스기재(10)의 패턴배열면에서 패턴 배열 방향들이 서로 교차하는 구조로 마련된 복수의 메인패턴들을 포함하여 구성된다. 복수의 메인패턴들은 광원 측에 가까이 위치한 순서대로 제1메인패턴(C1), 제2메인패턴(C2), 제3메인패턴(C3), 제n-2메인패턴(Cn-2), 제n-1메인패턴(Cn-1) 및 제n메인패턴(Cn)을 포함한다. 여기서, n은 6 이상의 자연수이다.
본 실시예에서, 복수의 메인패턴들은 서로 평행하지 않은 방향으로 연장되도록 배열된다. 즉, 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향들에 있어서, 이들의 가상 연장선들은 하나의 교차점(C)에서 서로 만날 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광원의 빛이 입체효과 형성부(11)를 지날 때, 복수의 메인패턴들은 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면 즉 교차점(C)가 있는 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 제1경로(광경로)의 선형광(BL1)을 구현할 수 있다. 그것은 '매질 내에서 이동하는 빛은 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다'는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 따라 빛이 이동하기 때문이다.
또한, 본 실시예에 의하면, 복수의 메인패턴들은 제1경로의 선형광(BL1)을 관측하는 기준점 또는 관찰자(사람, 카메라 등)의 관측지점이 제1지점(Pa)에서 제2지점(Pb)으로 이동함에 따라 제1경로를 따라 이동하던 선형광(BL1) 대신에 다른 광경로를 따라 이동하는 선형광(BL2)을 표현한다. 그것은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 위치가 기준점의 이동 방향의 반대 방향으로 이동하기 때문이다. 이와 같이, 복수의 메인패턴들은 기준점 또는 관측지점의 위치에 따라서 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향을 따라 이동하여 표현되는 다양한 광이미지(직선, 곡선 또는 이들의 조합 형상 등)의 선형광을 구현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 설명의 편의상 도면에 도시하지는 않았지만, 단일 광경로의 선형광(BL1 또는 BL2)은 입체효과 형성부(11)에 적층 구조로 배치되는 다중효과 형성부에 의해 서로 다른 두 광경로의 제1선형광 및 제2선형광으로 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재에 채용할 수 있는 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 입체효과 형성부의 메인패턴(111)은 삼각형 단면 형상의 패턴 구조를 갖도록 마련될 수 있다. 메인패턴(111)이 삼각형 단면 구조를 구비하면, 경사면(113)은 패턴배열면(도 9의 112 참조)의 y방향에서 소정의 경사각을 갖는다. 다시 말해서, 경사면(113)은 패턴배열면과 직교하는 방향(z방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)만큼 기울어지도록 마련될 수 있다.
경사각(θ)은 약 5°보다 크고 약 85°보다 작다. 경사각(θ)은 베이스부재의 굴절률을 고려하여 좀더 한정될 수 있으나, 기본적으로 경사면에서의 반사 및 굴절 가능한 경사각의 측면에서 약 5° 내지 약 85°범위에서 적절하게 설계될 수 있다.
일실시예에서, 베이스기재의 굴절률이 약 1.30 내지 약 1.80일 때, 각 메인패턴(111)의 경사면(113)의 경사각은 기준 방향에 따라 33.7°보다 크고 50.3°보다 작은 범위를 갖거나 49.7°보다 크고 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 베이스기재 또는 복수의 메인패턴들은 고굴절률 소재를 이용하여 마련될 수 있다. 예컨대, 고광도 LED 제조의 경우, 특정 입사각의 빛이 다이를 지나 캡슐 소재를 투과할 때 반도체 다이(n=2.50~3.50)와 통상의 고분자 캡슐소자(n=1.40~1.60)와의 사이의 n값(굴절률) 차이에 의해 내부 전반사되고 그에 의해 기기의 광추출 효율이 저하하게 되는데, 이를 적절히 해소하기 위하여 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50)를 이용한다. 본 실시예에서는 고광도 LED 제조에 이용되는 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50) 등을 활용하여 복수의 메인패턴들을 마련할 수 있다. 전술한 경우, 본 실시예에 따른 각 메인패턴(111)의 경사면(113)의 경사각은 복수의 메인패턴들의 굴절률에 따라 23.6°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 굴절률 조절을 위해 복수의 메인패턴들 상에는 적어도 하나의 고굴절률 층이 코팅될 수 있다.
전술한 굴절률에 따른 경사각은 스넬의 법칙에 따른 것으로, 도 3을 참조하여 스넬의 법칙을 수식으로 나타내면 다음의 수학식 4와 같다.
Figure 112013119425921-pat00004
수학식 4에서 sinθ1은 제1굴절률(n1)에서의 빛의 진행각 또는 입사각이고, sinθ2는 제2굴절률(n2)에서의 빛의 입사각 또는 진행각이다,
전술한 바와 같이, 본 실시예의 복수의 메인패턴들의 각 경사면은 입사광을 적절하게 반사시키거나 굴절시킬 수 있는 경사각으로서 작게는 약 5°정도, 크게는 약 85°의 경사각(θ)을 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 각 메인패턴(111)은 전술한 경사면의 경사각에 더하여 제조 공정의 편의 등을 위해 피치 또는 밑면의 폭(w) 대 높이(h)를 소정 비율로 한정할 수 있다.
예를 들어, 입체효과광의 입체감을 강조하도록 광학 부재를 구현하는 경우, 폭(w)은 높이(h)와 같거나 작도록 마련될 수 있다. 또한, 입체효과광의 상대적으로 긴 이미지를 얻도록 광학 부재를 구현하는 경우, 폭(w)은 높이(h)보다 크도록 마련될 수 있다.
또한, 예를 들어 각 메인패턴(111)이 렌티귤러(lenticular) 모양을 가지는 경우, 본 실시예의 메인패턴(111)의 폭 대 높이의 비율(h/w)은 약 1/2 이하이거나 그 경사면의 경사각(θ)이 약 60°이하일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 각 패턴(111)의 폭(w)과 높이(h)를 특성조절용 인자로 이용하여 광학 부재를 통해 구현하고자 하는 선형광이나 입체효과광의 광이미지를 제어할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 전술한 복수의 패턴들 중 서로 인접한 두 패턴들 사이의 폭(w)(피치에 대응할 수 있음)은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 이러한 폭(또는 간격)은 제1경로 상에서 복수의 메인패턴들 사이의 평균 간격이며, 패턴 설계나 배열 구조 혹은 원하는 광이미지 형상에 따라서 선택되거나 조정될 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 복수의 메인패턴들은 베이스부재의 제1면 또는 패턴배열면에서 베이스부재의 내부로 오목하게 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 그 경우, 전술한 경우와 유사하게 각 메인패턴의 경사면이 패턴배열면 또는 z방향에 대하여 경사각을 갖고 각 메인패턴의 폭 대 높이의 비율(h/w)이 1보다 작도록 설계하면, 각 메인패턴의 폭 대 높이의 비율(h/w)이 1 이상인 것에 비해 패턴 제조가 용이할 수 있다.
도 9는 도 8의 메인패턴의 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 광학 부재의 입체효과 형성부(11)의 설계시, 복수의 메인패턴들(111)은 반원형 또는 반타원형 단면 형상의 패턴 구조를 갖도록 마련될 수 있다. 각 메인패턴(111)은 베이스기재의 두께 방향(z방향)이나 제1면 또는 패턴배열면(112)이 연장하는 방향(y)에서 소정 각도로 기울어진 경사면을 구비한다. 각 메인패턴(111)은 z방향의 중심선(미도시)을 기준으로 대칭 형태를 구비할 수 있다.
메인패턴(111)의 경사면은 메인패턴의 반원형 구조에 의해 경사면 상에서의 위치에 따라 경사각이 변하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 각 메인패턴(111)의 경사면은 원호 상의 임의의 점에 접하는 면이 되므로, 메인패턴(111) 상의 임의의 점에 접하는 접선은 패턴배열면(112)과 직교하는 방향(z방향)에서 소정 경사각(θ)으로 놓일 수 있다. 경사각(θ)은 빛(BL)이 부딪히는 원형 단면상의 위치에 따라 0°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(11)는 서로 인접한 두 메인패턴들 사이에 마련되는 이격부(102)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 복수의 메인패턴들이 제1메인패턴(Cm-1), 제2메인패턴(Cm) 및 제3메인패턴(Cm+1)(여기서, m은 2 이상의 자연수임)을 포함할 때, 입체효과 형성부(11)는 제1메인패턴(Cm-1)과 제2메인패턴(Cm) 사이 및 제2메인패턴(Cm)과 제3메인패턴(Cm+1) 사이에 마련되는 이격부(102)를 포함할 수 있다.
이격부(102)는 베이스기재의 패턴배열면(112)에서 오목한 메인패턴들이 형성되지 않은 부분으로서 인접한 두 메인패턴들 사이에 위치하는 패턴배열면의 일부분일 수 있다. 또한, 이격부(102)는 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 유격으로서 제조공정의 편의를 위해 마련된 것일 수 있다. 이격부(102)는 제조공정이나 특정 구현의 패턴 설계에 따라 생략가능하다.
이격부(102)의 폭(w1)은 메인패턴(111)의 폭(w)보다 작다. 이격부(102)의 폭(w1)은 메인패턴(111)의 폭(w)의 약 1/5 이하이거나 수㎛ 이하일 수 있다.
도 10은 도 8의 메인패턴의 또 다른 실시예에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 광학 부재의 입체효과 형성부(11)의 설계시, 복수의 메인패턴들(111)은 다각형 단면 형상의 패턴 구조를 갖도록 마련될 수 있다. 각 메인패턴(111)의 경사면(113)은 꺽은선 그래프 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서 각 메인패턴(111)의 경사면(113)은 패턴배열면(112)과 직교하는 방향(z방향)에서 꺽은선 그래프의 선분 개수에 따라 복수의 경사각(θ1, θ2)을 갖도록 마련될 수 있다. 제2경사각(θ2)은 제1경사각(θ1)보다 클 수 있다. 제1 및 제2 경사각(θ1, θ2)은 빛(BL)이 부딪히는 위치에 따라 약 5°보다 크고 약 85°보다 작은 범위 내에서 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(11)는 서로 인접한 두 메인패턴들 사이에 마련되는 이격부(102)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 복수의 패턴들이 제1패턴(Cm-1), 제2패턴(Cm) 및 제3패턴(Cm+1)을 포함할 때, 입체효과 형성부(11)는 제1패턴(Cm-1)과 제2패턴(Cm) 사이 및 제2패턴(Cm)과 제3패턴(Cm+1) 사이에 이격부(102)를 구비할 수 있다.
이격부(102)의 폭(w1)은 입체효과 형성부(11)상에서의 자연스러운 선형광 또는 입체효과광의 구현을 위해 메인패턴의 폭(w)보다 작다. 이격부(102)의 폭(w1)은 메인패턴의 폭(w)의 약 1/5 이하일 수 있다. 복수의 메인패턴들의 설계를 통해 원하는 형상(단절 없는 형상 등)의 선형광 또는 입체효과광을 구현할 때, 이격부(102)의 폭(w1)은 가능한 한 좁게 형성되거나 이격부(102) 자체가 생략될 수 있다. 이격부(102)가 마련되는 경우, 이격부(102)의 폭(w1)은 수㎛ 이하로 설계된다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(11)는 각 메인패턴 상에 제1면 또는 패턴배열면(112)과 평행한 단절면(115)을 구비할 수 있다. 단절면(115)은 실질적으로 입사광의 반사나 굴절을 통해 빛이 외부로 방출되도록 작용하지 못하는 부분으로서, 복수의 메인패턴들에 의해 구현되는 선형광이 단절면(115)에 대응하여 단절되는 부분을 가질 수 있으므로, 단절면(115)의 폭(w2)은 원하는 형상의 선형광의 구현을 위해 수㎛ 이하에서 적절하게 설계될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 일부분에 대한 평면도이다. 도 11의 조명 장치는 설명의 편의상 다중효과 형성부를 생략한 구조를 갖는다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는, 광학 부재(100) 및 광원부(230)를 포함하여 구성된다. 조명 장치(200)는 평면상에서 소정의 길이(LH)와 폭(WH)을 구비한다. 길이(LH)와 폭(WH)은 20W 형광등 또는 40W 형광등의 길이 및 직경과 유사하거나 동일하게 마련될 수 있다.
광학 부재(100)는 도 1 내지 도 10을 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나의 광학 부재일 수 있다. 즉, 광학 부재(100)는 베이스기재 및 베이스기재의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부를 포함한다. 입체효과 형성부는 제1면 상에서 x방향으로 연장하여 y방향으로 순차 배열되는 복수의 메인패턴들을 구비한다. 이러한 구성에 의해 광학 부재(100)는 두 광원부(30)로부터의 입사광을 선형광(GL1, GL2)으로 각각 표시할 수 있다.
본 실시예에서 두 선형광들(GL1, GL2)은 단일 입체효과 형성부의 서로 다른 영역에 표시되며, 단일 입체효과 형성부의 길이 방향의 양단부 측에서 중심부를 향해 서로 마주하는 방향으로 연장하며 중심부에서 사라지는 입체효과광으로 표시된다.
물론, 광학 부재(100)가 베이스기재의 제2면에 마련되는 다중효과 형성부를 포함하여 구성되는 경우, 광학 부재(100)는 광학 부재의 폭 방향에서 각 선형광(GL1, GL2)이 두 개의 선형광으로 분리되어 표시되도록 동작할 수 있다.
광원부(230)는 광학 부재(100)를 지지하는 판 형태의 지지 부재(210)의 일면에 부착되거나 지지 부재(210)의 일면과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 광원부(230)는 지지 부재(210)의 중앙부를 향하여 반구 영역의 광 유효 영역을 갖는 빛을 조사하도록 지지 부재(210)의 길이 방향의 양단부에 각각 배치되는 제1광원 및 제2광원을 포함하여 구성될 수 있다.
제1광원 및 제2광원은 서로 마주하는 방향으로 빛을 조사하도록 배치된다. 제1광원 및 제2광원은 이들 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖고 서로 다른 방향으로 빛을 조사하도록 배치될 수 있다(도 17의 230 참조).
본 실시예에서 광원부(230)는 백열등, 할로겐등, 방전등 등의 기존의 다양한 광원들 중 하나로 마련되거나 태양에 의한 자연광을 유도하거나 반사하는 가이드 부재 등의 간접 광원으로 마련될 수 있다. 또한, 광원부(230)는 구현에 따라서 LED(Light Emitting Diode) 소자를 포함하여 마련될 수 있다. 이 경우, 광원부(230)는 LED 광원과 이 광원에 전원을 공급하는 구동회로가 탑재된 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
지지 부재(210)는 조명 장치(200)의 하우징의 적어도 일부분이거나 건물 내외의 벽이거나 물건 또는 장비의 일면일 수 있다. 지지 부재(210)는 광원부(230)의 빛이 조사되는 곳에 광학 부재(100)를 배치할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 모든 장치나 물건을 이용하여 구현될 수 있다. 게다가, 지지 부재(210)는 모자, 의류, 신발, 가방, 장식품(accessory), 실내외 인테리어 부품 등을 이용하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 두 개의 광원으로부터 지지 부재(210)의 중앙부로 조사되는 빛은 복수의 메인패턴들의 굴절 및 반사 작용에 의해 지지 부재(210)의 양단부에서 시작하여 지지 부재(210)의 중앙부에서 사라지는 선형입체효과광의 조명을 구현할 수 있다. 또한, 구현에 따라서 입체효과 형성부와 중첩 배치되는 다중효과 형성부를 이용하여 단일의 선형입체효과광을 복수의 선형입체효과광으로 변환하여 표시할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 일부분에 대한 평면도이다. 도 13은 도 12의 조명 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12의 조명 장치는 설명의 편의상 도 17의 조명 장치에서 다중효과 형성부를 제거한 구조에 대응할 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11) 및 광원부(230)를 포함하여 구성된다. 광학 부재는 베이스기재(10)와 입체효과 형성부(11)를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 광학 부재는, 입체효과 형성부(11)가 베이스기재(10)의 서로 다른 복수의 영역들(R1 내지 R12)에 서로 다른 방향으로 순차 배열되는 복수 그룹의 복수의 메인패턴들이 각각 마련되는 것을 제외하고 도 1 내지 도 3을 참조하여 앞서 설명한 광학 부재와 실질적으로 동일할 수 있다.
즉, 입체효과 형성부(11)는 베이스기재(10)의 서로 다른 영역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12)에 각각 배치되는 12개의 서브 입체효과 형성부들을 포함하여 구성된다. 복수의 서브 입체효과 형성부들 각각은 제1서브메인패턴 내지 제n서브메인패턴을 구비한다. 여기서, n은 2 이상의 자연수이다.
복수의 서브 입체효과 형성부들은 제1 서브 입체효과 형성부 및 제2 서브 입체효과 형성부를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 서브 입체효과 형성부의 복수의 서브메인패턴들 및 제2 서브 입체효과 형성부의 복수의 서브메인패턴들은 서로 다른 방향으로 배열된다. 전술한 경우, 복수의 서브 입체효과 형성부들의 서브메인패턴들 각각은 일측의 제1 서브 입체효과 형성부에서 타측의 제12 서브 입체효과 형성부에 이르기까지 서브메인패턴들의 각 패턴 라인이 인접한 두 서브 입체효과 형성부들의 경계 부분에서 서로 연결되는 형태로 서로 다른 영역들 사이를 연속하여 연장하도록 마련될 수 있다. 이때, 각 서브메인패턴은 전술한 경계 부분에서 절곡부를 가질 수 있다.
광원부(230)는 베이스기재(10)의 서로 다른 영역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12)에 빛을 비추는 12개의 광원(230a 내지 230l)을 포함하여 구성된다. 각 광원은 LED 광원일 수 있다. 본 실시예에서 LED 광원은 두 개의 LED 소자를 포함한 LED 패키지로서, 각 LED 소자에 의한 두 개의 빛을 방출하도록 마련될 수 있다. 각 광원에서 나오는 빛은 각 영역의 메인패턴들(111)(서브메인패턴들에 해당함)에 의해 선형광(Beam)으로 각각 제어된다. 여기서, 선형광의 광폭은 메인패턴들(111)에 빛을 비추는 해당 광원의 광출사면의 폭 이하일 수 있고, 선형광의 길이는 상기한 광폭보다 클 수 있다.
전술한 복수 그룹의 서브메인패턴들을 이용하면, 각 영역에서 광원을 중심으로 대략 반구 형상의 광을 조사하는 광원으로부터의 입사광을 제어하여 서로 동일한 방향으로 연장하는 선형광들(D1 등)이나 상기의 동일한 방향에서 서로 교차하는 방향으로 연장하는 선형광들을 구현할 수 있다. 또한, 구현에 따라서 서로 반대 방향으로 연장하는 선형광들(D1, D2)이나 상기의 반대 방향에서 90° 초과 180° 미만의 각도를 갖는 방향 즉 서로 교차하는 방향으로 연장하는 선형광들을 구현할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 폭 방향의 길이(L)가 약 250㎜인 베이스기재(10)에 마련되는 입체효과 형성부(11)를 이용하여 약 10W의 백색 LED 램프의 빛을 베이스기재(10)의 폭 방향에서의 대략 중간 부분(A0)에서 광원의 빛의 세기가 크게 약해지거나 사라지는 입체효과광 또는 선형입체효과광을 구현할 수 있다.
도 14는 도 12의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 작동 시, 각 광원의 빛은 베이스기재(10)의 폭 방향의 양측면 가장자리에서 중간 부분(도 13의 A0 참조)을 향하여 조사되고, 베이스기재(10)의 각 영역의 메인패턴들에 의해 소정 광폭으로 제1경로(D2 등)로 이동하는 입체효과광(Beam)으로 표시된다.
서브 입체효과 형성부가 각각 마련된 베이스기재(10)의 각 영역에서, 각 입체효과광은 메인패턴들의 패턴 설계에 따라 특정 제1경로(D2 등) 및 광폭을 갖도록 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 베이스기재(10)를 지나는 빛이 베이스기재(10) 상에 순차 배열된 메인패턴들에 의해 상대적으로 매우 짧은 거리(예컨대, 약 100㎜ 내지 약 200㎜ 정도)에서 빛의 세기가 급감하여 사라지는 입체효과광으로 표시될 수 있다. 매우 짧은 거리는 메인패턴들이 마련되지 않은 비교예의 투명기재(베이스기재에 대응함)에 빛을 조사할 때 투명기재를 지나는 빛이 자연적으로 감쇄되어 사라지는 거리(예컨대, 수 내지 수십 미터)에 비해 '1/(수백 내지 수천)'배 이상의 짧은 거리에 해당한다.
한편, 본 실시예에서는 두 개의 LED 소자를 갖는 LED 패키지를 광원으로 이용함으로써 조명 장치의 각 광원마다 두 개의 빛이 조사되는 형태로 도시되어 있으나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되는 것이 아니며, 하나의 LED 소자를 갖는 LED 패키지를 광원으로 이용하여 각 광원마다 하나의 빛이 조사되는 형태로 마련될 수 있다.
도 15는 도 12의 조명 장치의 휘도를 측정한 그래프이다. 본 실시예의 그래프는 도 12의 조명 장치의 전면 중앙부에 휘도 측정기를 배치하여 측정한 것이다.
도 15를 참조하면, 광원의 빛의 세기가 최대 Lu12일 때, 조명 장치의 광출사면 전방의 중간 영역(A0)에서의 제1 휘도(약 Lu5 정도)는 광출사면 전방의 다른 영역에서의 제2 휘도(약 Lu7 내지 약 Lu12)에 비해 상대적으로 크게 작음을 알 수 있다. 특히, 중간 영역(A0)에서의 제1 휘도가 주변의 다른 영역의 제2 휘도에 의한 영향인 것을 감안하면, 실제로 조명 장치에 있어서 중간 영역(A0)에 대응하는 광출사면에서의 빛의 세기는 0에 가깝다는 것을 예상할 수 있다.
전술한 그래프의 측정 결과는 베이스기재를 지나는 빛이 입체효과 형성부의 메인패턴들에 의해 제1방향에서 차례로 굴절 및 반사되기 때문이며, 이러한 원리를 이용하면 패턴 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지(선형광, 입체효과광 등)를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다. 도 17은 도 16의 조명 장치의 평면도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는, 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11), 다중효과 형성부(12) 및 광원부(230)를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 조명 장치(300)는 베이스기재(10)의 일면(제2면)에 다중효과 형성부(12)를 배치한 것을 제외하고 도 12의 조명 장치와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 조명 장치(300)의 구성요소를 설명함에 있어서 도 12의 조명 장치와 유사하거나 동일한 구성요소에 대한 상세 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.
다중효과 형성부(12)는 광학패턴들(도 1의 121 참조)을 포함하여 구성된다. 본 실시예에서, 다중효과 형성부(12)는 서로 다른 영역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12)에 배치된 입체효과 형성부(11)의 각 서브메인패턴들과 적층 구조로 배열되는 복수 그룹의 서브광학패턴들을 포함한다. 다중효과 형성부(12)는 베이스기재(10)의 서로 다른 영역들(R1 내지 R12)에 각각 배치되는 12개의 서브 다중효과 형성부들을 포함할 수 있다. 각 서브 다중효과 형성부는 제1광학패턴 내지 제n광학패턴을 구비할 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 자연수이다.
복수의 서브 다중효과 형성부들은 제1 서브 다중효과 형성부 및 제2 서브 다중효과 형성부를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 서브 다중효과 형성부의 복수의 광학패턴들 및 제2 서브 다중효과 형성부의 복수의 광학패턴들은 서로 다른 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 각 서브 다중효과 형성부들의 광학패턴들의 배열 방향은 이들에 대응하는 각 서브 입체효과 형성부의 메인패턴들의 배열 방향과 소정의 평면상에 투영하여 볼 때 서로 교차하거나 직교하는 방향으로 연장하도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 소정의 폭 방향 길이(L)를 갖는 베이스기재(10)의 양면에 각각 마련되는 입체효과 형성부(11)와 다중효과 형성부(12)의 적층 구조를 이용하여 베이스기재(10)의 두께 방향에서 깊이감을 갖고 입체효과 형성부(11)의 요철패턴들에서 반사되어 오는 단일 입체효과광(또는 단일 선형광)를 변환하여 단일 입체효과광의 오른쪽으로 진행하는 제1입체효과광 및 단일 입체효과광의 왼쪽으로 진행하는 제2입체효과광을 표현할 수 있다.
도 18은 도 16의 조명 장치의 각 영역에서의 단일 선형광 또는 입체효과광의 생성 원리를 설명하기 위한 단면도이다. 도 18은 도 16의 조명 장치의 ⅩⅧ-ⅩⅧ선에 의한 단면의 부분 확대 단면도에 대응할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는 베이스기재(10), 베이스기재(10)의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부(11) 및 베이스기재(10)의 제2면에 마련되는 다중효과 형성부(12)를 포함하여 구성된다. 입체효과 형성부(11)는 복수의 메인패턴들(도 1의 111 참조)을 포함하고, 다중효과 형성부(12)는 복수의 광학패턴들(도 1의 121 참조)을 포함한다.
본 실시예의 입체효과 형성부(11)는 별도의 요철패턴기재(110)를 베이스기재(10)의 제1면에 접합하여 마련되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1의 광학 부재(100)와 같이 베이스기재(10)의 제1면의 일부가 제거된 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 다중효과 형성부(12)는 별도의 광학패턴기재(120)를 베이스기재(10)의 제2면에 접합하여 마련되나, 이에 한정되는 것을 아니며, 도 1의 광학 부재(100)와 같이 베이스기재(10)의 제2면의 일부가 제거된 형상으로 마련될 수 있다.
본 실시예의 조명 장치(300)에 있어서, 빛(BL)이 조사되는 방향을 거슬러 올라간 소정 위치에 있는 광원(도 3의 LS 참조)으로부터의 거리에 따라 베이스기재(10)상의 각 영역(도 17의 R1 내지 R12 참조)의 입체효과 형성부(11)(서브 입체효과 형성부에 대응함)를 제1영역(A1), 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)으로 구분할 때, 입체효과 형성부(11)를 지나며 메인패턴들(111)의 배열 방향으로 유도되는 빛은 메인패턴들에 의해 베이스기재(10)의 두께 방향으로 굴절 및 반사된다.
전술한 경우, 제1영역(A1)의 메인패턴들은 광원으로부터 가장 가까운 거리에 위치하므로 가장 큰 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제1광도의 간접 광원으로 작용하며, 제2영역(A2)의 메인패턴들은 빛(BL)의 진행 방향에서 제1영역(A1)의 메인패턴들의 다음에 위치하므로 제1영역(A1)의 메인패턴들의 레벨보다 작은 중간 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제1광도보다 작은 제2광도의 간접 광원으로 작용하며, 제3영역(A3)의 메인패턴들은 제1영역(A1) 및 제2영역(A2)의 메인패턴들을 지나온 빛을 반사 및 굴절시키므로 제2영역(A2)의 메인패턴들의 레벨보다 작은 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제2광도보다 작은 제3광도의 간접 광원으로 작용한다.
전술한 입체효과 형성부(11)에 의하면, 특정 기준점이나 관측 지점에서 볼 때 메인패턴들은 빛의 주요 이동 방향 또는 제1경로상에서 광원으로부터 멀리 위치하는 메인패턴일수록 더 멀리 위치한 광원의 빛을 내는 간접 광원들로서 동작할 수 있다. 즉, 메인패턴들은 제1경로상에서 베이스기재(10)의 두께 방향에서 베이스기재(10) 속으로 들어가는 형상의 깊이감 또는 거리감이 있는 간접 광원들으로 작용하여 순차적으로 빛의 세기가 감소하는 광도(B11, B12, B13)를 가지는 입체효과광을 표현하게 된다.
또한, 본 실시예의 조명 장치(300)에 있어서, 입체효과 형성부(11)의 메인패턴들로부터 다중효과 형성부(12)로 오는 빛은, 다중효과 형성부(12)의 광학패턴들에 의해 베이스기재(10)의 두께 방향으로 두 개의 빛으로 분리된다. 광학패턴들은 서브 광학패턴들에 대응할 수 있다. 즉, 다중효과 형성부(12)는 입체효과 형성부(11)의 단일 입체효과광(B11, B12, B13)을 제1입체효과광(B21, B22, B23) 및 제2입체효과광(B31, B32, B33)으로 변환할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 조명 장치(300)는 광원의 단일 입체효과광을 광원으로부터의 거리가 멀어질수록 깊이감이 차례로 더 깊어지는 제1입체효과광 및 제2입체효과광으로 표현할 수 있다.
도 19는 도 16의 조명 장치의 복수의 선형광 또는 입체효과광의 생성 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 도 16의 조명 장치의 ⅩⅨ-ⅩⅨ선에 의한 단면의 개략적인 확대 단면도에 대응할 수 있다. 또한, 도 19의 조명 장치는 횡단면의 위치가 다른 것을 제외하고 도 18의 조명 장치와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)에 있어서, 입체효과 형성부(11)의 메인패턴들(111)에서 굴절 및 반사되어 다중효과 형성부(12)로 오는 입체효과광(B11)은, 다중효과 형성부(12)의 광학패턴들(112)에 의해 복수의 입체효과광(B2, B3)으로 변환된다.
즉, 제1방향으로 진행하는 제1 입사광(B11)은, 다중효과 형성부(12)의 각 광학패턴(112)에서 제1 입사광(B11)의 오른쪽에서 제2방향으로 진행하는 제1 출사광(B21, B2)과 제1 입사광(B11)의 왼쪽에서 제3방향으로 진행하는 제2 출사광(B31, B3)으로 변환될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11)을 포함하는 요철패턴기재(110) 및 다중효과 형성부(12)를 포함하는 광학패턴기재(120)의 적층 구조로 마련되는 광학 부재(또는 조명 장치)의 두께(t2)는, 롤(roll)에 감을 수 있는 시트(sheet) 또는 필름(film) 구조인 경우 약 25㎛ 내지 약 250㎛이고, 롤에 감을 수 없는 플레이트 구조인 경우 250㎛보다 크고 약 500㎛ 이하일 수 있다.
광학 부재의 두께(t2)가 25㎛보다 얇으면, 입체효과광의 깊이감을 표현하기가 어려울 수 있다. 또한, 광학 부재의 두께(t2)가 500㎛보다 두꺼우면, 플레이트 형태의 조명 장치에 이용되는 광학 부재로서 무게가 증가하고 광학 부재를 투명하게 제조하는데 비용이 증가할 수 있다.
입체효과 형성부(11)의 메인패턴들(111)의 두께는 대략 수㎛ 이상, 대략 수십㎛ 이하일 수 있다. 메인패턴들(111)의 두께가 수㎛보다 작으면, 메인패턴의 가공이 어려워질 수 있고, 수십㎛를 초과하면 메인패턴 자체가 커져 설계 자유도가 제한되고 입체효과광의 구현에 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 다중효과 형성부(12)의 광학패턴들(121)의 두께는 메인패턴들(111)의 두께와 유사하거나 동일할 수 있다. 메인패턴들(111) 및 광학패턴들(121)의 두께는 광학 부재의 두께(t2)에서 베이스기재(10)의 두께(t1)를 뺀 두께로 계산될 수 있다.
본 실시예에서 베이스기재(10)의 두께(t1)가 이 두께에 대응하는 광원부의 광원의 광출사면의 높이보다 작으면, 베이스기재(10)는 내부 전반사에 의해 광을 가이드하는 도광 부재로서 동작하지 않는다.
도 20은 도 16의 조명 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 21은 도 16의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는 서로 적층 배치되는 입체효과 형성부와 다중효과 형성부에 의해 광원(230)으로부터의 입사광을 1차로 단일 입체효과광(도 18의 B11, B12, B13 참조)으로 변환하고 변환된 단일 입체효과광을 2차로 복수의 입체효과광(B2, B3)로 변환한다.
본 실시예에서 복수의 입체효과광(B2, B3)은 특정 두 방향(X2, X3)로 진행하는 형상으로 표현된다. 이때, 다중효과 형성부가 제거된다면, 조명 장치(300)는 두 방향(X2, X3)의 대략 중간 방향(도 13 및 도 14의 D2 참조)으로 진행하는 형상의 단일 입체효과광을 표시하게 된다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부와 다중효과 형성부를 이용하여 단일 입체효과광을 복수의 입체효과광으로 표시할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 설계 자유도가 높고 사용자에게 심미감을 줄 수 있는 조명 장치를 효과적으로 설계 및 제조할 수 있다. 또한, LED 광원의 다양한 색상을 이용함으로써, 조명 설치 장소나 학습 또는 작업 환경에 적합한 분위기를 효과적으로 연출할 수 있는 조명 장치를 구현할 수 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는, 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11), 다중효과 형성부(12), 광원부(230) 및 지지 부재(410)를 포함하여 구성된다. 광학 부재(100)는 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11) 및 다중효과 형성부(12)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 광학 부재(100)는 도 1 내지 도 10을 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나의 광학 부재를 이용하여 마련될 수 있다. 본 실시예에서 광학 부재(100)는 필름 형상으로 마련된다. 광학 부재(100)의 두께는 약 25㎛ 내지 약 250㎛ 이하이다. 광학 부재(100)의 두께가 25㎛보다 작으면, 제조가 어렵고 내구성이 크게 떨어질 수 있다. 또한, 광학 부재(100)의 두께가 250㎛보다 크면 유연성이 떨어져 소정 곡률을 갖는 지지 부재(410)에 설치하기가 어려울 수 있다.
광원부(230)는 광학 부재(100)의 일측면으로 빛을 조사하도록 배치된다. 광원부(230)는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 포함하는 LED 패키지나 LED 스트링으로 마련될 수 있다. 복수의 LED 소자를 포함하는 경우, 광원부(230)에서 조사되는 복수의 빛을 포함한 단일 선형광(또는 단일 입체효과광)은 광학 부재(100)에 의해 복수의 선형광(또는 복수의 입체효과광)으로 표시될 수 있다.
지지 부재(410)는 곡률을 가진 하우징이거나 굴곡부를 가진 건물 내외의 벽이거나 물건의 일면일 수 있다. 본 실시예에서 지지 부재(410)는 소정 직경(2R)의 중공형 원통 형상을 구비한다.
지지 부재(410)는 광원부(230)의 빛이 일측면에 조사되는 곳에 시트상의 광학 부재(100)를 배치할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 모든 장치나 물건을 이용하여 구현될 수 있다. 게다가, 지지 부재(410)는 시트상 광학 부재(100)가 부착될 수 있는 원형 또는 중공형의 모자, 의류, 신발, 가방, 장식품(accessory), 실내외 인테리어 부품 등을 이용하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 곡률을 갖는 응용 제품이나 물건이나 건물에 광학 부재를 부착하여 선형광이나 선형입체효과광에 의한 다양한 광디자인의 조명을 구현할 수 있다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 23을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(500)는, 베이스기재(10), 베이스기재(10)의 양면에 마련되는 입체효과 형성부(11) 및 다중효과 형성부(12), 광원부(230) 및 아우터 렌즈(outer lens, 510)를 포함하여 구성된다. 조명 장치(500)가 차량 조명으로 이용되는 경우, 광원(230)은 차량 배터리(520)로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
광학 부재(100)는 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11) 및 다중효과 형성부(12)를 포함하여 구성된다. 광학 부재(100)는 베이스기재(10)의 서로 다른 영역들에 독립적인 방향으로 각각 배열되는 복수의 서브 입체효과 형성부 및 복수의 다중 다중효과 형성부를 포함하여 구성된다. 또한, 광학 부재(100)는 곡률을 갖는 아우터 렌즈(30)의 일면(내측면)에 접합되거나 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
본 실시예에서 광학 부재(100)는 도 1 내지 도 10을 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나의 광학 부재를 이용하여 마련될 수 있다. 또한, 광학 부재(100)는 도 12 내지 도 22를 참조하여 앞서 설명한 조명 장치의 광학 부재들 중 어느 하나를 이용하여 마련될 수 있다.
광원부(230)은 광학 부재의 서로 다른 영역에 빛을 조사하도록 마련된다. 광원부(230)는 복수의 광원을 포함하고, 각 광원은 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 포함하는 LED 패키지일 수 있다.
아우터 렌즈(510)는 차량용 조명 장치(헤드라이트, 후방라이트 등), 야외 조명 장치 등에서 장치의 외표면에 배치되는 렌즈 형상의 커버를 포함한다. 차량용으로 사용되는 경우, 아우터 렌즈(510)는 광학 부재(100)가 배치되는 일면에 차량 보디의 곡면에 이어지는 곡률을 갖도록 배치될 수 있다. 전술한 아우터 렌즈(510)는 투명한 플라스틱 재료 예컨대, 엔지니어링 플라스틱 등으로 마련될 수 있다. 차량용 조명 장치는 헤드라이트, 후방 라이트, 차량 실내 조명, 안개등, 도어스카프 등을 포함할 수 있다. 전술한 경우, 본 실시예의 조명 장치(500)는 기존 차량 램프에 비해 부피, 두께, 무게, 가격, 수명, 안정성, 설계 자유도, 설치 용이성 면에서 유리하게 적용할 수 있다.
한편, 본 실시예의 조명 장치(500)는 차량용 조명 장치로 한정되지 않으며, 필름 형태의 유연한 조명 장치로서 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부에 적용될 수 있다. 그 경우, 아우터 렌즈(510)는 광학 부재(100) 또는 광원부(230)을 지지하는 투명한 지지부재 또는 하우징이 될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광학 부재(100)의 서로 다른 영역에 각각 마련된 입체효과 형성부와 다중효과 형성부의 조합에 의해 각 광원의 빛을 제1경로(D1 등)로 유도하면서 소정 광폭으로 한정하고 광학 부재의 두께 방향 측에서 깊이감을 갖는 단일 입체효과광을 광원 개수의 2배의 입체효과광으로 표시할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 사용자나 관측 장비의 관측 지점이 이동함에 따라 메인패턴들의 연장 방향을 따라 이동하는 다중의 입체효과광을 표현하는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 부분 단면도이다.
도 24를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100B)는, 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11)가 마련된 요철패턴기재(110), 다중효과 형성부(12)가 마련된 광학패턴기재(120), 요철패턴기재(110)를 베이스기재(10)의 제1면에 접합하는 제1접착층(140) 및 광학패턴기재(120)를 베이스기재(10)의 제2면에 접합하는 제2접착층(150)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에 있어서, 광학 부재(100B)는 제1접착층(140) 및 제2접착층(150)을 제외하고 도 11 내지 도 23을 참조하여 앞서 설명한 조명 장치의 광학 부재와 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 광학 부재(100B)의 베이스기재(10), 입체효과 형성부(11) 및 다중효과 형성부(12)는 전술한 실시예들의 각 조명 장치의 광학 부재와 유사하거나 실질적으로 동일하므로 이것들에 대한 상세 설명은 생략한다.
요철패턴기재(110)와 광학패턴기재(120)는 열가소성 수지 또는 광경화성 수지로 마련될 수 있다. 요철패턴기재(110)와 광학패턴기재(120)의 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(Polystyrene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)일 수 있다.
제1접착층(140)은 에폭시 접착 필름 등으로 마련될 수 있다. 또한, 제1접착층(140)은 굴절률 조절을 위해 고굴절 물질인 PEA(Phenoxyethyl acrylate)를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 제1접착층(140)은 불소계 고분자, 불소계 모노머 등으로 구현가능하다. 제2접착층(150)은 제1접착층(140)과 동일하거나 다른 접착 재료로 마련될 수 있다.
제1접착층(140) 또는 제2접착층(150)의 두께에 따라 베이스기재(10)와 광학패턴기재(120) 사이는 이격될 수 있다. 이 경우, 이들 간의 이격 거리는 선형광 또는 입체효과광의 효과적인 구현을 위해 수㎜ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 전술한 제1접착층(140)을 준비함에 있어서, 베이스기재(10)와 요철패턴기재(110)의 굴절률을 고려하여 마련될 수 있다. 즉, 제1접착층(140)의 굴절률은 베이스기재(10)의 굴절률과 요철패턴기재(110)의 굴절률보다 클 수 있다. 전술한 경우, 베이스기재(10)의 굴절률과 요철패턴기재(110)의 굴절률의 차이가 작으면, 베이스기재(10)로부터 제1접착층(140)을 지나는 빛은 소정 각도로 굴절되고 다시 요철패턴기재(110)로 진행하면서 소정 각도의 반대 방향으로 굴절되어 원래의 진행 방향과 유사한 방향으로 진행할 수 있다. 물론, 제1접착층(140)의 두께가 매우 얇으면 전술한 굴절 각도를 무시할 수 있다.
아울러, 제1접착층(140)은 베이스기재(10)와 요철패턴기재(110) 사이에서 반사 효율이 매우 낮은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우, 입체효과 형성부(11)에 의한 입체효과광의 생성에 악영향이 미칠 수 있기 때문이다.
본 실시예에 의하면, 실내외의 일반 조명 장치, 전시회 등에 사용되는 디자인 조명 장치, 유연한 응용 제품에 이용할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 차량용 조명 장치 등에 효율적으로 적용할 수 있고 미관이 수련한 광이미지를 표현할 수 있는 조명 장치를 제공할 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: 베이스기재
11: 입체효과 형성부
12: 다중효과 형성부
111: 메인패턴
113: 경사면
121: 광학패턴
100, 100A, 100B: 광학 부재
230: 광원
200, 300, 400, 500: 조명 장치

Claims (40)

  1. 베이스 기재;
    상기 베이스 기재의 제1 면에 배치된 입체효과 형성부;
    상기 베이스 기재의 제1 면과 대향하는 제2 면에 배치된 다중효과 형성부; 및
    상기 베이스 기재의 일측에 배치되고, 상기 베이스 기재의 일면에 빛을 조사하는 광원부를 포함하고,
    상기 입체효과 형성부는 상기 베이스기재의 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 상기 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 포함하고,
    상기 다중효과 형성부는 상기 베이스기재의 제2면에 상기 제1방향과 수직하는 제2방향으로 순차 배열되고 상기 제2 면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 광학패턴들을 포함하고,
    상기 복수의 메인패턴들 각각은 상기 제2 방향으로 길이 방향을 갖도록 형성되고,
    상기 복수의 광학패턴들 각각은 상기 제1 방향으로 길이 방향을 갖도록 형성되고
    상기 복수의 메인패턴들은 상기 광원부에서 상기 베이스기재의 측면으로 입사되는 제1입사광을 상기 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 상기 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 상기 제2 방향과 직교하는 제1 경로의 선형광을 구현하고,
    상기 복수의 광학패턴들은 상기 제1 경로의 선형광을 복수의 선형광으로 변환하고,
    상기 제1 경로의 선형광의 광폭은 상기 광원부의 광원의 광출사면의 폭 이하이고,
    상기 제1 경로의 선형광의 길이는 상기 광폭보다 크고,
    상기 경사면의 경사각은 상기 제1면 또는 상기 제1면과 직교하는 선이나 면을 기준으로 5°보다 크고 85°보다 작고,
    상기 베이스기재의 굴절률은 1.30 내지 1.80이고, 상기 경사면의 경사각은 기준 방향에 따라 33.7°보다 크고 50.3° 보다 작은 조명장치.
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  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들은 상기 광원부로부터 순차적으로 배열되는 제1패턴, 제2패턴 및 제3패턴을 포함하고,
    상기 제2패턴의 제2광경로는, 상기 제1패턴의 제1광경로보다 길고, 상기 제3패턴의 제3광경로보다 작으며,
    상기 제2패턴의 경사면에 의한 상기 광원부의 제2더미광원에서 상기 제1면까지의 제2거리는, 상기 제1패턴의 경사면에 의한 상기 광원부의 제1더미광원에서 상기 제1면까지의 제1거리보다 길고, 상기 제3패턴의 경사면에 의한 상기 광원부의 제3더미광원에서 상기 제1면까지의 제3거리보다 짧은 조명 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 상기 관측지점의 이동 방향과 반대되는 방향으로 상기 패턴 연장 방향들을 따라 이동하여 표시되는 선형광을 구현하는 조명 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들 각각의 패턴 연장 방향은 서로 교차하고,
    상기 제1경로는 상기 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 광학패턴들은 상기 복수의 메인패턴들로부터 오는 단일 선형광을 양분하여 상기 단일 선형광의 오른쪽으로 진행하는 제1선형광 및 상기 단일 선형광의 왼쪽으로 진행하는 제2선형광을 생성하는 조명 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 광학패턴들은 상기 복수의 메인패턴들과 동일한 구조 또는 동일한 형상을 구비하는 조명 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 상기 베이스기재의 제1면의 서로 다른 영역에 마련되는 제1서브메인패턴들 및 제2서브메인패턴들을 포함하고,
    상기 제1서브메인패턴들 및 상기 제2서브메인패턴들에 의해 서로 다른 방향으로 연장하는 선형광들을 생성하는 조명 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 다중효과 형성부는 상기 제1서브메인패턴들과 적층 형상으로 배치되는 제1서브광학패턴 및 상기 제2서브메인패턴들과 적층 형상으로 배치되는 제2서브광학패턴을 포함하고,
    상기 제1서브광학패턴 및 상기 제2서브광학패턴에 의해 상기 선형광들을 복수의 선형광들로 각각 변환하는 조명 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고,
    상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 방향으로 빛을 조사하거나 상기 동일한 방향에서 교차하는 방향으로 빛을 조사하는 조명 장치.
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