KR102498129B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 출사광을 깊이감이나 부피감을 가지는 입체적 광으로 변환하는 조명장치에 대한 것으로, 발광소자에서 출사되는 광을 이용하여 입체효과를 가지는 광이미지를 구현할 수 있으며, 동시에 광경유부 하부에 배치되는 인쇄회로기판의 구조물을 제거하고, 광경유부 측면으로 배치하여 범용성이 높은 직하형 발광소자를 사용하게 됨으로써, 광경유부가 가지는 유연성을 구비하여 설계 및 디자인의 자유도를 높일 수 있도록 하는 조명장치를 제공한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명의 실시예는 출사광을 깊이감이나 부피감을 가지는 입체적 광으로 변환하는 조명장치에 대한 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 분위기의 광이미지를 표현하기 위하여 간단한 구조를 갖고 제조 및 설치가 용이한 조명 장치가 요구되고 있다.
나아가 차량 램프 등과 같이 정해진 공간에 설계되어야 하는 조명의 경우, 조명 자체의 유연한 특성이 요구되나, 발광패키지 자체의 구조적인 한계로 디자인을 자유롭게 설계하기 어려우며, 조명을 점등하지 않는 미점등시의 이미지에 대한 심미적인 요소의 구현을 충족하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 발광소자에서 출사되는 광을 이용하여 입체효과를 가지는 광이미지를 구현할 수 있으며, 동시에 광경유부 하부에 배치되는 인쇄회로기판의 구조물을 제거하고, 광경유부 측면으로 배치하여 범용성이 높은 직하형 발광소자를 사용하게 됨으로써, 광경유부가 가지는 유연성을 구비하여 설계 및 디자인의 자유도를 높일 수 있는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 광을 유도하여 광출사면으로 발광시키는 광경유부; 상기 광경유부의 측면에 배치되며, 상기 광경유부 내측으로 광을 출사시키는 광원부; 상기 광원부 또는 상기 광경유부를 경유한 광을 입사받아 입체효과를 구현하는 입체광형성부;를 포함하며, 상기 광원부는, 발광소자를 실장하는 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 인쇄회로기판은 상기 광경유부의 수직 하부방향 이외의 영역에 배치되는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시에에 따르면, 발광소자에서 출사되는 광을 이용하여 입체효과를 가지는 광이미지를 구현할 수 있으며, 동시에 광경유부 하부에 배치되는 인쇄회로기판의 구조물을 제거하고, 광경유부 측면으로 배치하여 범용성이 높은 직하형 발광소자를 사용하게 됨으로써, 광경유부가 가지는 유연성을 구비하여 설계 및 디자인의 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 입체광효과를 구현함과 동시에 시트상의 플렉시블 구조를 갖는 조명 장치로서 건물, 설비, 가구, 차량 등의 조명설치대상의 평평한 표면이나 내외측 곡면부 등에 효율적으로 적용할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면, 광경유부 하부에 반사부재와 투명한 지지부재를 배치하여, 반사부재의 디자인에 따라 조명의 점등시와 미점등시에 노출되는 다양한 디자인을 구비하도록 조명을 설계할 수 있다.
또한, 기존 인쇄회로기판의 배치 구조를 광경유부 하부에서 제거함으로써, 전체적으로 두께가 감소하며, CSP(chio scale package)와 같은 LED 패키지를 적용하는 경우 리드프레임이나 와이어가 차지하던 두께가 제거되어 더욱 박형화가 가능하며, 이를 통해 더욱 얇게 3D 이미지를 구현하는 조명을 구현할 수 있는 효과도 있다.
나아가, 광원과 패턴의 상대적인 위치나 패턴자체의 경사 또는 곡률에 따라 다양한 형태의 입체효과를 갖는 선형광의 광이미지를 구현할 수 있고, 플렉시블 시트상 구조를 통해 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부의 적용이 용이한 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 차량용 램프(헤드라이트, 후방라이트, 안개등, 실내등, 도어스카프 등)로서 부피, 두께, 무게, 가격, 수명, 안정성, 설계 자유도, 설치 용이성 등의 다양한 측면에서 유리한 플렉시블 시트상의 차량용 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 요부를 도시한 단면 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치에 적용되는 반사부재의 구조를 예시한 평면 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치의 요부를 도시한 단면개념도이다.
도 5는 도 1에서 상술한 입체광 형성부(120) 일 구현예시도를 도시한 것이다. 도 6은 도 5의 Ⅸ-Ⅸ 단면도를 도시한 것이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치(이하, '본 장치'라 한다.)의 요부를 도시한 단면 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 장치는 광을 유도하여 광출사면으로 발광시키는 광가이드부(130), 상기 광가이드부(130)의 측면에 배치되며, 상기 광가이드부 내측으로 광을 출사시키는 광원부(110), 상기 광원부(110) 또는 상기 광가이드부(130)를 경유한 광을 입사받아 입체효과를 구현하는 입체광형성부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 본 장치의 상기 광원부(110)는, 발광소자(114)를 실장하는 인쇄회로기판(112)을 포함하며, 상기 인쇄회로기판(112)은 상기 광가이드부(130)의 수직 하부방향 이외의 영역에 배치될 수 있도록 한다. 이 경우 '수직 하부방향 이외의 영역'이라 함은, 도 1에 도시된 광가이드부(130)의 상부와 하부의 영역을 제외한 영역을 의미한다.
구체적으로, 본 장치의 구조에서는, 상기 인쇄회로기판(112)이 상기 광가이드부(130)의 하부에 배치되는 일반적인 조명의 구조와는 달리, 광가이드부(130)의 측면영역에 배치될 수 있도록 한다. 이는 일반적으로 조명장치에서 발광소자를 실장하는 인쇄회로기판의 경우, 광가이드부 하부에 배치되게 되는데, 이 경우의 인쇄회로기판은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 예를 들면, FR4 인쇄회로기판을 이용하여 견고한 지지력을 확보할 수 있도록 하며, 이러한 인쇄회로기판은, 메탈 코어(metal core) PCB(Printed Circuit Board), FR-4 PCB, 및 일반 PCB 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 즉, 조명장치의 광가이드부의 하부에 인쇄회로기판을 배치하는 경우, 지지력을 구현하기 위해서 어느 정도의 경도를 가지는 인쇄회로기판이 적용되게 된다. 그러나, 이러한 인쇄회로기판은 비투과성, 비연성의 특성을 가지는바, 사용시 광의 투과성과 휘어짐 정도에 한계를 가지게 되며, 광가이드부의 하부의 PCB가 딱딱하고 비투과성 물질로 되어 있어서 제품의 휘어짐이나 투과성에 한계가 드러나게 되며, 차량용을 비롯한 다양한 쓰임에서 점등시 이미지는 우수하나 비점등 시 이미지가 디자인적 요소가 부족하게 되는 단점이 드러나게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는, 광가이드부 측면에 광원부(110을 배치하되, 특히 인쇄회로기판(112)가 상기 광가이드부의 측면에 배치되며, 상기 광가이드부의 폭방향과 비평형하게 배치될 수 있도록 한다. 이를 통해 광가이드부의 측면(B)을 기준으로 PCB 가 존재하지 않는 영역은 일정한 유연성을 가지게 되어 차량 조명 등에 자유로운 배치가 가능하게 되는 장점이 확보된다. 아울러, '상기 광가이드부의 폭방향과 비평형하게 배치'되는 구조는 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 발광소자(114)의 광출사면(A)이 상기 광가이드부(130)의 측면부(B)와 인접하도록 배치되는 구조에서 인쇄회로기판(112)의 표면의 연장선이 상기 광가이드부(130)의 측면부(B)와 평행하게 배치되거나 일정한 경사를 가지고 배치되는 구조를 포함하는 배치구조이다. 즉, 광가이드부(130)의 폭방향과 인쇄회로기판(112)의 표면의 연장선이 실질적으로 직교하도록 배치하거나, 일정한 경사를 가지도록 배치될 수 있다.
아울러 도 1의 도시 구조에서는 상기 발광소자(114)의 광출사면(A)이 상기 광가이드부(130)의 측면부(B)와 소정의 폭으로 이격되는 구조를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광소자(114)의 광출사면(A)이 상기 광가이드부(130)의 측면부(B)가 상호 밀착하게 구현할 수도 있다.
또한, 상기 광가이드부(130)의 하부에는 광투과성을 가지는 광투과성 지지부재(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 상기 광투과성 지지부재(150)은 광투과율이 1~99%의 특성을 가지는 투명시트나 투명기재를 적용할 수 있으며, 이는 기존의 인쇄회로기판이 하던 지지기능과 동시에 광가이드부(130)을 경유한 일부 광이 하부로 투과 전달될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 특히, 이 경우 상기 광투과성 지지부재(150)은 유연성(flexibility)을 가지는 필름부재가 적용될 수 있도록 하여 광가이드부(130)를 레진으로 구성하여 연성을 가지게 되는 경우, 본 장치가 전체적으로 유연한 특성을 가지게 되어 다양한 설치 개소에 적용이 가능하게 된다.
상기 광가이드부(130)는 자외선 경화 수지와 같은 광경화타입의 레진층 또는 열경화타입의 레진층으로 구성될 수 있다. 이를 테면, 아크릴 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등 광 가이드기능을 수행할 수 있는 유연성을 가지는 재질의 수지로 이루어질 수 있다고 할 것이다. 또는, 올리고머를 포함하는 자와선경화수지로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 레진층은 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 예시일 뿐이며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한, 광 확산기능을 수행할 수 있는 모든 수지로 본 발명의 레진층을 형성할 수 있다고 할 것이다.
한편, 본 발명의 상기 광가이드부(130)에는 내부에 중공(또는 공극)이 형성된 다수의 비드(bead)가 혼합 및 확산된 형태로 더 포함될 수 있으며, 이러한 비드는 광의 반사 및 확산특성을 향상시키는 역할을 한다. 예컨대, 광원(130)에서 출사된 광이 레진층 내부의 비드에 입사하게 되면, 광은 비드의 중공에 의해 반사 및 투과되어 확산 및 집광되고 상부로 출사된다. 이때, 비드에 의해 광의 반사율 및 확산율이 증가하게 되어 출사광의 광량 및 균일도가 향상되고, 결과적으로 조명장치의 휘도를 향상시키는 효과를 거둘 수 있게 된다. 이러한 비드(bead)의 함량은 원하는 광 확산효과를 얻기 위하여 적절히 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 전체 레진층 중량 대비 0.01~0.3% 범위에서 조절될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 비드는 실리콘(sillicon), 실리카(silica), 글라스버블(glass bubble), PMMA, 우레탄(urethane), Zn, Zr, Al2O3, 아크릴(acryl) 중 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 비드의 입경은 1㎛~20㎛의 범위에서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 장치에서 광가이드부(130)을 수지로 연성을 가지도록 구현하는 경우, 레진층의 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.
또한, 상기 발광소자(114)는 상기 인쇄회로기판(112) 상에 하나 이상이 배열되어 광을 출사하는 부분으로서, 본 발명의 발광소자는 상부 발광형(Top View type) LED를 적용하여 상기 광가이드부(130)의 내부로 광을 용이하게 전달할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 본 장치에서는, 인쇄회로기판(112)를 광가이드부(130)의 하부가 아니라 측부로 배치하고, 상기 광가이드부(130)의 하부에는 광투과성 지지부재(150)을 배치하여 장비 자체에 유연성을 확보함은 물론, 상부 발광형(Top View type) LED를 적용하여 다양하고 범용성이 있는 LED를 적용할 수 있다. 즉, CSP(Chip Scale Package) LED 사용할 수 있으며, 고휘도 및 다양한 크기의 칩을 이용하여 차량용 램프 및 인테리어등에 적용할 수 있게 된다. 나아가, 기존 광가이드부 하부 영역에 인쇄회로기판이 제거되어 두께가 감소하고, CSP 이용시 LED Lead frame 이 차지하던 두께도 없어져서 광가이드부(이를테면, UV Resin) 두께를 감소시킬 수 있게 되어, 발광부가 더욱 얇게 구현할 수 있게 된다.
특히, 본 장치는 상기 광투과성 지지부재(150)과 상기 광가이드부(130) 사이에 반사부재(140)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다. 상기 반사부재(140)는 상기 광원부(110)에서 출사되어 광가이드부로 입사하는 광의 일부를 반사시켜 광가이드부(130)의 상부 방향으로 전달하는 작용을 수행한다. 이 경우 상기 반사부재(140)는 반사부재 상에 광이 투과되는 광투과패턴이 구현되도록 하여 일부 광은 반사시키되, 나머지 일부 광은 하부로 투과시키는 구조로 구현될 수 있다. 이는 광투과성 지지부재(150)이 투명한 재질로 구현되게 되는 본 장치의 실시예의 경우, 반사부재가 미점등시 외부에서 보여지게 되는바, 반사부재의 디자인에 따라 투명한 특성을 지니게 되며, 반사부재 디자인에 따라 비점등시에도 다양한 디자인 고안 가능하게 된다.
도 2 및 도 3은 이러한 반사부재(140)의 일 구현예를 도시한 것으로, 상기 반사부재(140)은 반사기능을 수행하는 반사부(142, 146)와 광의 일부를 투과하는 광투과부(144, 148)가 구현될 수 있도록 한다. 상기 반사부재(140)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, 셀룰로소스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 반사부재(140)에서 반사부(142)의 표면에는 반사패턴이 형성될 수 있으며, 반사패턴은 입사되는 광을 산란 및 분산시킴으로써 상기 입체광형성부(120)에 광이 균일하게 전달되도록 하는 역할을 한다. 반사패턴의 형성은 TiO2, CaCo3, BaSo4, Al2O3 , Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 반사잉크를 이용하여 반사부재(220) 표면에 인쇄함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사부재(140)로서는 필름을 대신하여 투명 PET를 이용할 수도 있다. 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. 나아가, 상기 반사패턴은 균일한 크기뿐 아니라 상이한 크기로 형성할 수 있으며, 배치밀도의 조절도 가능하다. 즉, 반사패턴의 배치밀도를 광원모듈에서 멀어질수록 패턴의 크기가 커지거나 또는 패턴 사이의 간격이 좁아지도록 하여 패턴밀도를 높게 형성하여, 광원에서 멀어지는 경우 광 반사도를 높여 광의 균일도를 확보할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 장치는 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 광가이드부(130)의 상부에 상기 광가이드부(130)을 경유하여 상부로 전달되는 광을 입사받아 입체적 효과를 구현하는 입체광 형성부(120)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.
상기 입체광 형성부(120)는 광경유부(122)와 광경유부(122) 상에 마련되는 다수의 단위패턴을 포함하는 패턴부(121)를 포함하여 구성된다. 상기 패턴부(121)와 광경유부(122)는 서로 다른 재질의 구조물로 구현되거나, 하나의 재질로 일체형구조로 구현될 수 있다.
즉, 상기 입체광형성부(120)은 광경유부(130)의 광출사면을 통해 입사되는 광을 상기 광경유부(122)와 상기 패턴부(121)를 통해 깊이감이나 곡률감을 가지는 입체광으로 구현할 수 있도록 한다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 4는 본 장치의 다른 실시예를 도시한 단면 개념도이다.
도 4의 실시예에 따른 본 장치의 구조와 도 1의 구조의 차이는 입체광형성부(120)의 광경유부(130) 하부에 배치되는 것이다. 이 경우 패턴부(121a)의 돌출패턴이 하부의 반사부재(140) 방향을 향하도록 배치되도록 할 수 있다. 이 경우 돌출되는 단위 패턴 사이의 공간을 형성하는 공간부(121b) 부분은 주변 패턴부와는 굴절율이 상이하게 되어 입체광의 구현을 더욱 강하게 구현할 수 있도록 한다. 상기 입체광형성부(120)는 상기 반사부재(150)과 접착패턴(153)을 통해서 부착되며, 이 경우 상기 접착패턴(153)의 경우에도 투명한 재질이기는 하나 굴절율이 상이하게 되어 광의 분산 및 산란을 강화할 수 있도록 한다.
도 4의 구조에서 광원부(110)의 구조와 광투과성 지지부재(150) 등의 주요 구성은 도 1의 구성과 기능 및 재질의 적용 등의 요소는 동일한바 생략하기로 한다. 다만, 광가이드부(130)를 보호하기 위해 상부 보호필름(155)가 더 배치될 수도 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 13을 참조하여, 본 장치에서 구현되는 출사광이 입체적 효과를 가지는 광으로 변환되는 작용을 수행하는 도 1 및 도 4에서 상술한 입체광형성부(120)의 배치와 구조를 설명하기로 한다.
도 1에서 상술한 것과 같이, 상기 입체광형성부(120)는 상기 광가이드부(130)의 상부에 상기 광가이드부(130)을 경유하여 상부로 전달되는 광을 입사받아 입체적 효과를 구현하는 입체광 형성부(120)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다. 상기 입체광 형성부(120)는 광경유부(122)와 광경유부(122) 상에 마련되는 다수의 단위패턴을 포함하는 패턴부(121)를 포함하여 구성된다. 상기 패턴부(121)와 광경유부(122)는 서로 다른 재질의 구조물로 구현되거나, 하나의 재질로 일체형구조로 구현될 수 있다.
상기 광경유부(122)는 올리고머를 포함하는 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로는 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 주원료로 하는 레진일 수 있다. 즉, 합성 올리고머인 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 폴리아크릴인 폴리머 타입을 혼합한 수지를 이용할 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 광개시제나 산화방지제 등을 더 혼합할 수 있다. 상기 패턴부(121)를 구성하는 단위패턴의 수직 단면의 형상은 삼각형, 반원형, 반타원형 또는 오각형 이상의 다각형 단면 형상을 구비할 수 있다. 본 실시예에서 입체효과 형성부(120)의 단위패턴(121)은 반원형 단면을 가진 원통 형태를 갖고, 그에 의해 입체효과 형성부(120) 또는 그 패턴은 반원 기둥 형태를 각각 갖는 복수의 단위패턴들이 스트라이프 형태로 순차 배열되는 요철 구조를 가질 수 있다.
도 5는 도 1에서 상술한 입체광 형성부(120) 일 구현예시도를 도시한 것이다. 도 6은 도 5의 Ⅸ-Ⅸ 단면도를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 조명 장치에 적용되는 입체광형성부(120)는, 평평한 판 또는 필름 형태의 광경유부(122)와 광경유부(122) 일면에 y방향으로 순차 배열되는 복수의 단위패턴(121a~121d)들을 포함하여 구성된다. 상기 입체광형성부(120)은 하부에 배치되는 광경유부에서 발광되는 광을 입사 받아 입체광을 구현하게 된다.
광원부(도 1의 110 참조)는 도 1에서 출사광을 광가이드부(130)으로 출사하며, 상기 광가이드부(130)는 소정 폭의 단일 입사광(BL)을 x-y평면과 교차하는 방향에서 광경유부(122)에 면발광형태로 광을 출사할 수 있도록 한다. 광경유부의 광출사면에서 출사되는 광 중 하나의 단일 입사광(BL)을 가정하면, x방향에서의 폭은 어느 하나의 단위패턴의 패턴 연장 방향에서 광경유부(122) 전체의 폭과 유사할 수 있다.
상기 입체효과형성부(120)는 광경유부(122)의 서로 다른 영역에 각각 마련되는 복수의 단위패턴들(121a, 121b, 121c, 121d)을 포함하는 구조로 구현될 수 있다. 물론, 단위패턴들의 경우 광경유부 상에 하나의 스트라이프 형태로 구현할 수도 있지만, 본 실시예에서는 도 5의 구조로 구현된 것을 일예로 설명하기로 한다.상기 입체효과형성부(120)는 4개 그룹의 패턴들 사이사이에 이격부(17)를 구현하는 방식으로 구현될 수도 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 입체효과형성부(120)의 각 그룹의 패턴(121a, 121b, 121c 또는 121d)은 제1면, 제2면 및 제3면을 구비한 복수의 프리즘 막대들이 병렬로 순차 배열되는 형상을 구비할 수 있다. 각 그룹의 단위패턴은 길이 방향이 x방향으로 연장하는 프리즘 막대 형태를 구비하고, 단위패턴의 제1면은 광경유부(122)의 일면에 접하며, 단위패턴의 제2주면 및 제3주면은 인접한 다른 패턴의 제2면 및 제3면과 반복적으로 배열되어 요철 형태를 형성할 수 있다.
4개 그룹의 패턴들(121a, 121b, 121c 및 121d)은 단일 광경유부(122)의 일면을 가공하여 일체형으로 형성될 수 있다. 각 패턴의 단위패턴들의 제1면이 광경유부(122)의 일면 상에 평행하게 배열되는 면일 때, 제1면은 광경유부(122)에 일체로 접하는 가상의 면이 된다.
단위패턴의 제2면 및 제3면은 광경유부(122)의 제1면 또는 제2면에 대하여 소정의 경사각을 갖는 경사면이 된다. 단위패턴의 제2면과 제3면은 각각 광경유부(122)의 일면에 경사진 경사각을 갖는 면으로서 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 광경유부(122)를 지나는 입사광을 제1경로로 한정하고 유도하여 선형광을 구현한다.
즉, 광경유부(122)의 내부를 이동하며 단위패턴들의 경사면에서 굴절 및 반사되는 입사광은 입사광이 직접 조사되는 제1영역(A1)에서 제2영역(A2)를 경유하여 제3영역(A3)으로 연장하면서 광경유부(122)의 제1면 방향이나 제2면 방향으로 방출되고, 이때 복수의 단위패턴들의 배열 방향과 간접광원 효과에 의해 제1경로의 선형광으로 변환된다.
상기 입체효과형성부(120)의 패턴에서 일정값 이상의 반사 또는 굴절 성능을 확보하기 위하여 단위패턴의 경사면은 반질반질한 또는 매끈한 경면으로 마련된다. 경면의 표면 거칠기(Rz)는 반사면에 대한 단면 곡선에서 가장 높은 봉우리 5개의 평균 높이와 가장 깊은 골짜기 5개의 평균 깊이의 차를 이용하는 10점 평균거칠기를 기준으로 측정 및 계산될 수 있다. 표면 거칠기는 기준길이 0.25㎜에서 약 0.8㎛ 이하, 바람직하게는 0.4㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이하로 설계될 수 있다. 표면 거칠기가 일정값(예컨대, 0.8㎛)을 초과하면 각 패턴에 대하여 원하는 반사 또는 굴절 성능이 일정 수준 이하로 감소하여 원하는 광이미지를 제대로 구현하기 어려울 수 있다.
상기 이격부(17)는 제1경로의 선형광이 이동하는 방향과 평행한 방향으로 연장하며 인접한 두 그룹의 패턴들 사이에서 패턴이 형성되지 않은 영역으로 마련된다. 즉, 이격부(17)는 광경유부(122)의 제1면에서 y방향으로 연장하며 소정 폭을 구비할 수 있다. 이러한 이격부(17)는 단일 광경유부(122)의 일면을 가공하여 입체효과형성부(120)의 복수 그룹의 패턴들을 형성하는 공정에서 입체효과형성부(120)의 패턴들(121a, 121b, 121c, 121d)과 동시에 생성될 수 있다.
이격부(17)를 이용하면, 광경유부(122)의 두께 방향(z방향)과 직교하거나 교차하는 방향에서 광경유부(122)의 제2면의 중간부에 x방향으로 단일 광폭을 갖는 빛이 조사될 때, 광경유부(122)에 입사된 입사광을 복수 그룹의 패턴들에 의해 서로 분리되어 표현되는 4쌍의 선형광들으로 변환하여 표시할 수 있다. 4쌍의 선형광들은 광경유부(122)의 y방향에서의 대략 중간 부분에서 중심 부분을 기준으로 +y방향과 -y방향으로 각각 진행하는 복수의 선형광들을 지칭한다.
입체효과를 갖는 선형광을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 도 1의 구조에서 광가이드부(130)의 상부 표면인 광출사면에서 면발광되는 광을 고려할 때, 이중 광경유부(122)의 중간부인 제1영역(A1)에 입사된 입사광은 광경유부(122)의 내부에서 반사하며 일측에서 타측으로 이동한다. 이때, 광경유부(122)의 일면 상의 입체효과형성부(120)의 패턴(121)은 입사광을 굴절시키거나 반사시켜 진행 방향을 변경하고, 그에 의해 입사광이 광경유부(122)의 제1면(111)이 향하는 제1면 방향이나 제1면의 반대측인 제2면이 향하는 제2면 방향으로 방출되도록 작용한다.
여기서, 순차 배열되는 복수의 단위패턴들은 입사광의 반사 및 굴절을 통해 제1영역(A1)에서 제3영역(A3)으로 가면서 광경로가 점점 더 길어지는 간접광원들로서 작용한다. 따라서, 광경유부(122)의 중간부에서 제1측면 가장자리로 진행하는 제1입사광과 중간부에서 제1측면 가장자리의 반대측인 제2측면 가장자리로 진행하는 제2입사광은, 단위패턴들의 각 경사면에서의 반사 및 굴절에 의해 제1영역(A1)에서 제3영역(A3)으로 가면서 광경로의 길이가 길어지면서 순차 배열된 점광원 형태의 간접광원들에 의해 광경유부(122) 외부로 방출되는 선형광으로 각각 변환된다. 선형광은 광경로가 길어짐에 따라 외부의 기준점 혹은 관측점을 기준으로 더 멀리 위치하는 간접광원이 되고, 그에 의해 진행 방향으로 깊이감을 갖는 입체효과 선형광으로 표현된다.
다시 말해서, 광경유부(122)의 제1영역(A1)에 위치하는 제1단위패턴에 의한 제1간접광원(LS1)이 제1단위패턴으로부터 제1거리(L1)에 위치하는 것으로 관측될 때, 제2영역(A2)에 위치하는 제2단위패턴에 의한 제2간접광원(LS2)은 제1거리(L1)보다 먼 제2거리(L2)에 위치하는 것으로 관측되고, 제3영역(A3)에 위치하는 제3단위패턴에 의한 제3간접광원(LS3)은 제2거리(L2)보다 먼 제3거리(L3)에 위치하는 것으로 관측된다. 그리고, 동일 광원으로부터의 광경로 차이에 따라 제2간접광원(LS2)의 빛의 세기(광도)는 제1간접광원(LS1)의 광도보다 작고, 제3간접광원(LS3)의 광도보다 크다.
전술한 구성에 의하면, 외부의 기준점에서 광경유부(122)의 패턴배열면(제1면)이나 제2면(112)과 직교하는 방향에서의 거리 벡터 성분이 증가하고 휘도가 감소하는 입체효과 선형광을 이용하여 광이미지를 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 광경유부(122), 입체효과형성부(120) 및 광원부를 포함하여 구성된다. 입체효과형성부(120)는 광경유부(122)의 서로 다른 영역에 y방향으로 순차 배열되는 복수 그룹의 패턴들과, 서로 인접한 패턴 그룹들 사이에서 광경유부(122)의 y방향으로 연장하는 격벽(18)을 구비하는 구조로 구현될 수 있다.
본 실시예의 조명 장치는, 광경유부(122)의 두께 방향(z방향)이나 두께 방향에 대하여 경사진 방향에서 광경유부(122)의 y방향에서의 중간부에 빛이 조사될 때, 광경유부(122) 내부의 입사광을 4개 그룹의 패턴들에 의해 굴절 및 반사하여 입체효과형성부(120)의 각 그룹의 패턴 배열 방향을 따라 연장하는 4쌍의 선형광들로 변환할 수 있다.
상기 입체효과형성부(120)는 광경유부(122)의 일면 일부분을 제거한 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 광경유부(122)의 일면에 복수의 패턴들을 구비한 별도의 패턴층을 접합하여 마련될 수 있다. 그 경우, 패턴층의 굴절률은 광경유부(122)의 굴절률과 동일하거나 소정의 굴절률 차이(약 0.2 이하)를 갖도록 설계될 수 있다.
상기 입체효과형성부(120)의 각 패턴 그룹은 반원통 막대 형태의 단위패턴들(121a, 121b, 121c, 121d)을 포함하여 구성된다. 각 패턴 그룹의 단위패턴은 반원주면 및 이 반원주면과 마주하는 평면을 구비한 반원통 막대 형태를 구비하며, 여기서 반원통 막대의 평면 부분은 광경유부의 일면에 접하도록 배열되고 그 반원주면 부분은 y방향에서 나란하게 순차 배열될 수 있다.
상기 격벽(18)은 입체효과형성부(120)의 패턴들이 마련되지 않은 부분으로서 이 부분은 광경유부(122)의 일부분으로 마련되거나 별도의 부재를 패턴 그룹들 사이에 배치하여 마련될 수 있다. 격벽(18)은 광경유부(122) 또는 입체효과형성부(120)와 다른 굴절률, 색상 등을 가진 재료로 마련될 수 있다. 이러한 격벽(18)을 이용하면, 단일 입사광을 복수의 선형광으로 분리하여 표현할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광경유부의 두께 방향 또는 두께 방향과 경사진 방향에서 광경유부의 일방향의 중간부에 빛이 조사될 때, 광경유부 내부의 입사광을 단위패턴들의 각 경사면에서의 순차적인 반사와 굴절에 의해 광경유부의 제1면 방향이나 제2면 방향으로 유도하면서 단위패턴들의 각 패턴 배열 방향과 직교하는 제1경로의 복수의 선형광을 구현한다. 복수의 선형광은 광경유부의 중간부에서 중간부 양측으로 진행하는 적어도 한 쌍의 선형광들을 포함한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체효과형성부를 도시한 것이다.
이 경우 상기 입체효과형성부(120)는 광경유부(122)의 x방향으로 각각 연장하며 y방향으로 순차 배열되는 패턴을 구비한다. 즉, 본 실시예에 따른 조명 장치에 있어서, 입체효과형성부(120)는 이격부나 격벽에 의해 복수 그룹의 패턴들로 분리되지 않고 패턴 연장 방향 중간에 패턴 배열 방향으로 연장하는 이격부나 격벽이 없는 단일 그룹의 복수의 단위패턴들(121)을 포함한다.
전술한 입체효과형성부(120)의 패턴 구조를 제외하고 상술한 입체효과형성부의 구조 및 작용과 실질적으로 동일할 수 있으므로, 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 상세 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서, 입체효과형성부(120)의 단위패턴(121)은 제1면(1211), 제2면(1212), 제3면(1213) 및 제4면(1214)을 갖는 사각 막대 형상 또는 사다리꼴의 단면 형상을 구비한다. 광경유부(122)의 일면에서 복수의 단위패턴들(121)은 그 길이 방향이 x방향(패턴 연장 방향)으로 놓이고, y방향에서 반복적으로 순차 배열된다.
단위패턴(121)에 있어서, 제1면(1211)은 광경유부(122)의 제1면이나 제2면에 평행하게 배열될 수 있다. 제2면(1213)은 제1면(1211)과 평행하거나 평행하지 않을 수 있다. 제3면(1212) 및 제4면(1214)은 제1면(1211)과 소정의 경사각을 갖고 경사진 경사면일 수 있다.
제3면(1213)이 광경유부(122)의 제2면 또는 패턴배열면과 평행하게 배치되는 경우, 입체효과형성부(120) 내에서 제3면(1213)은 간접광원으로서 기능하지 못하고 선형광을 단절시키는 부분(이하, 단절부)이 될 수 있다. 이러한 단절부는 점선 형태의 선형광 형상으로 광이미지를 구현하는 경우에 적절하게 이용될 수 있다. 연속적인 선형광을 구현하고자 하는 경우, 단절부는 약 10㎛ 이하로 설정된다.
제3면(1213)이 광경유부(122)의 패턴배열면과 평행하지 않고 광경유부(122)의 패턴배열면과 소정의 경사각을 갖도록 배치되는 경우, 제3면(1213)은 제2면(1212) 또는 제4면(1214)과 함께 입사광을 굴절 및 반사시켜 광경유부(122)의 제1면 방향이나 제2면 방향으로 입사광을 유도하는 경사면이 될 수 있다.
본 실시예의 조명 장치(10F)는 x방향으로 나열되어 y방향의 중간부에 복수의 빛을 조사하는 복수의 LED 소자들을 가진 광원을 포함할 수 있다. 그 경우, 조명 장치(10F)는 입체효과형성부(120)의 단일 패턴을 이용하여 도 8 또는 도 11의 조명 장치의 경우와 유사하게 y방향의 중간부에서 양측면으로 진행하는 복수 쌍의 입체효과 선형광을 포함한 광이미지를 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예의 복수의 단위패턴들(121)을 포함하는 조명 장치(10F)는, 복수의 단위패턴들(121)의 각 패턴 연장 방향이 x방향으로 서로 평행하게 연장하는 구조를 갖지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 조명 장치(10F)는 변형 실시예에서 단위패턴의 x방향의 일단에서 타단으로 가면서 적어도 하나의 단위패턴의 단면 폭이 점진적으로 커져 x방향의 일단의 소정 점을 중심으로 광경로가 꺾이거나 완만하게 휘어지도록 설계되는 복수의 단위패턴들을 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광경유부의 두께 방향 또는 두께 방향과 경사진 방향에서 광경유부의 일방향 중간부에 빛이 조사될 때, 광경유부 내부의 입사광을 단위패턴들의 각 경사면에서의 순차적인 반사와 굴절에 의해 광경유부의 제1면 방향이나 제2면 방향으로 유도하면서 단위패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 서로 평행한 제1경로들의 복수의 선형광을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 제1 내지 제3 입체효과 형성부(12a, 12b, 12c), 제1 내지 제3 광원부(20a, 20b, 20c) 및 아우터 렌즈(30)를 포함하여 구성되는 차량용 램프로 구현될 수 있다.
광경유부(122)는 평면 또는 정면에서 볼 때 소정의 차량 램프 모양으로 마련된다. 여기서, 차량 램프는 헤드라이트, 후방라이트, 실내 조명, 도어 스카프, 안개등 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 광경유부(122)는 그 모양이나 형태를 제외하고 도 5, 도 8 또는 도 9의 광경유부와 동일할 수 있다.
제1 입체효과 형성부(12a)는 광경유부(122)의 제1영역에 마련된다. 제1 입체효과 형성부(12a)의 복수의 단위패턴들(121a)은 제1영역에서 제1A방향으로 각각 연장하며 제1A방향과 교차하거나 직교하는 제1B방향으로 순차 배열된다. 단위패턴(121a)은 제1B방향에서 광경유부(122)의 패턴패열면에 대하여 제1경사각을 갖는 경사면을 구비한다.
제2 입체효과 형성부(12b)는 광경유부(122)의 제2영역에 마련된다. 제2영역은 제1영역과 중첩되지 않는다. 제2 입체효과 형성부(12b)의 복수의 단위패턴들(121b)은 제2영역에서 제2A방향으로 각각 연장하며 제2A방향과 교차하거나 직교하는 제2B방향으로 순차 배열된다. 제2A방향은 제1A방향과 평행하지 않을 수 있고, 제2B방향은 제1B방향과 평행하지 않을 수 있다. 단위패턴(121b)은 제2B방향에서 광경유부(122)의 패턴패열면에 대하여 제2경사각을 갖는 경사면을 구비한다. 제2경사각은 제1경사각과 동일하거나 다를 수 있다.
제3 입체효과 형성부(12c)는 광경유부(122)의 제3영역에 마련된다. 제3영역은 제1영역 및 제2영역과 중첩되지 않는다. 제3 입체효과 형성부(12c)의 복수의 단위패턴들(121c)은 제3영역에서 제3A방향으로 각각 연장하며 제3A방향과 교차하거나 직교하는 제3B방향으로 순차 배열된다. 제3A방향은 제1A방향 또는 제2A방향과 평행하지 않을 수 있고, 제3B방향은 제1B방향 또는 제2B방향과 평행하지 않을 수 있다. 단위패턴(121c)은 제3B방향에서 광경유부(122)의 패턴패열면에 대하여 제3경사각을 갖는 경사면을 구비한다. 제3경사각은 제1경사각 및 제2경사각 중 적어도 어느 하나와 동일하거나 둘 모두와 다를 수 있다.
제1광원부(132a)는 제1영역의 중간부에 빛을 조사하도록 배치된다. 광경유부(122)의 제1영역은 제1광원부(132a)에 대하여 경사지거나 절곡될 수 있다(도 7 및 도 9 참조). 제2광원부(132b)는 제2영역의 중간부에 빛을 조사하도록 배치된다. 광경유부(122)의 제2영역은 제2광원부(132b)에 대하여 경사지거나 절곡될 수 있다. 그리고, 제3광원부(132c)는 제3영역의 중간부에 빛을 조사하도록 배치된다. 광경유부(122)의 제3영역은 제3광원부(132b)에 대하여 경사지거나 절곡될 수 있다.
전술한 제1 내지 제3 광원부(132a, 132b, 132c)는 아우터 렌즈(30)가 결합되는 조명 장치의 하우징에 의해 아우터 렌즈(30)의 일면 상에 지지되는 광원을 구비할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 광원부(132a, 132b, 132c) 중 적어도 어느 하나의 광원은 광경유부(122) 및 입체효과 형성부와 함께 적어도 하나의 입체효과 광학 모듈로 마련될 수 있다. 그리고, 제1 내지 제3 입체효과 형성부(12a, 12b, 12c) 중 적어도 어느 하나와 광경유부(122)의 적어도 일부분으로 이루어지는 적어도 하나의 광학 부재는 아우터 렌즈(30)의 일면에 접합되거나 아우터 렌즈(30)의 일면 상에 배치될 수 있다. 조명 장치가 차량 램프로 구현되는 경우, 각 광원부는 차량 배터리(19)에 연결되어 차량 배터리의 전원에 의해 동작할 수 있다.
제1 내지 제3 광원부(132a, 132b, 132c)가 연성 인쇄회로기판을 구비하고 레진층으로 광경유부(122)를 형성하면, 조명 장치(10G)는 곡면을 갖는 아우터 렌즈(20)의 일면에 접합되거나 아우터 렌즈(20)의 곡면에 따라 적어도 1 이상의 변곡점을 갖고 휘어져 배치될 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 각 광원부(132a, 132b, 132c)의 빛이 광경유부(122)의 두께 방향이나 두께 방향과 경사진 방향에서 광경유부의 각 영역의 중간부에조사될 때, 각 입체효과 형성부의 단위패턴들(121a, 121b, 121c)은 배열 방향의 양 방향으로 입사광을 가이드하고 한정하여 선형광(GL)을 표현한다. 물론, 제1 내지 제3 입체효과 형성부는 광원과의 상대적인 배치 설계에 따라 패턴 배열 방향의 양방향이 아닌 일방향으로 연장하는 선형광을 구현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 조명 장치(10G)에 있어서, 광경유부(122)와 제1 입체효과 형성부(12a)로 마련되는 제1 광학부재부, 광경유부(122)와 제2 입체효과 형성부(12b)로 마련되는 제2 광학부재부, 및 광경유부(122)와 제3 입체효과 형성부(12c)로 마련되는 제3 광학부재부 중 적어도 어느 하나는 곡률을 갖거나 곡면을 갖도록 휘어질 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 조명 장치에 채용가능한 패턴 구조에 대한 예시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 입체효과 형성부는 패턴을 구비하고, 패턴은 복수의 단위패턴들(121)을 구비한다. 단위패턴(121)은 삼각형 단면 형상을 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 단위패턴(121)이 삼각형 단면 형상을 구비하면, 단위패턴(121)의 경사면(123)은 제1면 또는 패턴배열면에 대하여 소정의 경사각을 갖는다. 다시 말해서, 경사면(123)은 패턴배열면과 직교하는 z방향에 대하여 경사진 경사각(θ)을 구비할 수 있다.
상기 경사각(θ)은 약 5°보다 크고 약 85°보다 작다. 경사각(θ)은 광경유부의 굴절률을 고려하여 좀더 한정될 수 있으나, 기본적으로 경사면(123)에서의 일정 수준 이상의 반사 및 굴절을 고려할 때 약 5° 내지 약 85°범위에서 적절하게 설계될 수 있다.
이 경우 광경유부(122)의 굴절률이 약 1.30 내지 약 1.80일 때, 단위패턴(121)의 일측 경사면(123)의 경사각은 기준 방향(z방향 또는 y방향)에 따라 33.7°보다 크고 50.3°보다 작은 범위를 갖거나 49.7°보다 크고 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 광경유부 및 복수의 단위패턴들로 형성되는 광학 부재는 고굴절률 소재를 이용하여 마련될 수 있다. 예컨대, 고광도 LED 제조의 경우, 특정 입사각의 빛이 반도체 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 소자의 광추출 효율이 저하하게 되는데, 이를 적절히 해소하기 위하여 고굴절률의 고분자(n=1.80~2.50)를 이용한다. 본 실시예에서는 고광도 LED 제조에 이용되는 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50)를 활용하여 광학 부재를 마련할 수 있다. 그 경우, 본 실시예에 따른 단위패턴(121)의 경사면(123)의 경사각은 광학 부재의 굴절률에 따라 23.6°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 갖거나 혹은 33.7°보다 크고 66.4°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 굴절률 조절을 위해 복수의 패턴들 상에는 적어도 하나의 고굴절률의 기능층이 코팅될 수 있다.
전술한 굴절률에 따른 경사각은 스넬의 법칙에 따른 것으로 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112015125277116-pat00001
수학식 1에서 sinθ1은 제1굴절률(n1)의 제1매질에서의 빛의 진행각 또는 입사각이고, sinθ2는 제2굴절률(n2)의 제2매질에서의 빛의 입사각 또는 진행각이다,
전술한 바와 같이, 본 실시예의 단위패턴의 경사면은 입사광을 적절하게 반사시키거나 굴절시킬 수 있는 경사각으로서 작게는 약 5°정도, 크게는 약 85°의 경사각(θ)을 갖도록 마련될 수 있다. 일실시예에서, 단위패턴(121)은 전술한 경사면에 더하여 제조 공정의 편의 등을 위해 밑면의 폭(w) 대 높이(h)를 소정 비율로 한정할 수 있다. 밑면의 폭은 단위패턴들의 주기 혹은 피치에 대응할 수 있다.
예를 들어, 선형광의 입체효과가 강조되도록 입체효과 형성부의 패턴들에 대하여 패턴 설계하는 경우, 단위패턴(121)의 폭(w)은 단위패턴의 높이(h)와 같거나 작도록 마련될 수 있다. 또한, 선형광이 상대적으로 긴 이미지를 표현하도록 입체효과 형성부의 패턴을 설계하는 경우, 단위패턴의 폭(w)은 단위패턴의 높이(h)보다 크도록 마련될 수 있다. 또한, 단위패턴(121)이 렌티귤러(lenticular) 모양을 가지는 경우, 단위패턴(121)의 폭 대 높이의 비율(h/w)은 약 1/2 이하이거나 그 경사면의 경사각(θ)이 약 45°이하가 되도록 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 단위패턴(22)의 폭(w)과 높이(h)를 특성조절용 인자로 이용하여 원하는 디자인의 선형광이나 입체효과광의 광이미지를 효과적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 입체효과 형성부(120) 내의 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 폭(w)(피치에 대응할 수 있음)은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 이러한 폭(w)은 제1경로 상에서 복수의 패턴들 사이의 평균 간격일 수 있으며, 패턴 설계나 원하는 광이미지 형상에 따라 조정될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 입체효과 형성부(120)의 패턴 설계 시, 복수의 단위패턴들(121)은 반원형 또는 반타원형 단면 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 단위패턴(121)은 광경유부의 두께 방향(z방향)이나 y방향에서 소정 각도로 기울어진 경사면을 구비한다. 단위패턴(121)은 z방향에서의 중심선(미도시)을 기준으로 대칭 형태를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 실시예에서 단위패턴(121)의 경사면은 단위패턴의 반원형 단면 구조에서 외접하는 직선상의 가상의 경사면을 고려할 수 있고, 이러한 경사면은 반원형 외표면을 따라서 가변하는 0°보다 크고 90°보다 작은 경사각(θ)을 가질 수 있다. 즉, 단위패턴(121)의 경사면은 대략 반원호 상의 임의의 점에 접하는 경사면을 가지므로, 모든 예각의 경사각(θ)을 가질 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(120)는 서로 인접한 두 단위패턴들 사이에 마련되는 이격부(102)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 복수의 단위패턴들(121)이 제1단위패턴(Cm-1), 제2단위패턴(Cm) 및 제3단위패턴(Cm+1)(여기서, m은 2 이상의 자연수임)을 포함할 때, 입체효과 형성부(120)는 제1단위패턴(Cm-1)과 제2단위패턴(Cm) 사이 및 제2단위패턴(Cm)과 제3단위패턴(Cm+1) 사이에 마련되는 이격부(102)를 포함할 수 있다.
이격부(102)는 광경유부의 제1면(111)에서 단위패턴이 형성되지 않은 부분으로서 인접한 두 단위패턴들 사이에 위치하는 제1면(111)의 일부분일 수 있다. 또한, 이격부(102)는 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 유격으로서 제조공정의 편의를 위해 마련된 것일 수 있다. 이격부(102)는 제조공정이나 특정 구현의 패턴 설계에 따라 생략가능하다.
이격부(102)의 제2폭(w1)은 단위패턴(121)의 제1폭(w)보다 작다. 이격부(102)의 제1폭(w1)은 단위패턴(121)의 제1폭(w)의 약 1/5 이하이거나 수㎛ 이하일 수 있다. 이때, 단위패턴들의 주기 또는 피치는 제1폭(w)과 제2폭(w1)을 더한 값에 대응할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 입체효과 형성부(12)의 패턴 설계 시, 단위패턴(121)은 다각형 단면 형상을 구비할 수 있다. 단위패턴(121)의 경사면(123)은 꺽은 선 그래프 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서 단위패턴(121)의 경사면(123)은 광경유부의 제1면(111)과 직교하는 방향(z방향)에서 꺽은 선 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 약 5°보다 크고 약 85°보다 작은 범위에서 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(120)는 서로 인접한 두 단위패턴들 사이의 이격부(102)를 더 구비할 수 있다. 이격부(102)의 폭(w1)은 입체효과 형성부(12)상에서의 자연스러운 선형광의 구현을 위해 단위패턴의 폭(w)보다 작다. 이격부(102)의 폭(w1)은 수㎛ 이하로 설계된다. 이격부(102)의 폭(w1)은 가능한 한 작게 설계되거나 그 자체가 생략되도록 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(120)는 단위패턴(121) 상에 제1면(111)과 평행한 단절면(125)을 구비할 수 있다. 단절면(125)은 실질적으로 입사광의 반사나 굴절을 통해 입사광을 외부로 방출되도록 작용하지 못하는 부분으로서, 복수의 단위패턴들에 의해 구현되는 선형광이 단절면(125)에 대응하는 부분에서 단절되어 표현될 수 있으므로, 단절면(125)의 폭(w2)은 원하는 형상의 선형광 구현을 위해 수㎛ 이하에서 적절하게 설계될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 광원부
112: 인쇄회로기판
114: 발광소자
120: 입체효과형성부
121: 패턴(단위패턴)
122: 광경유부
130: 광가이드부
140: 반사부재
150: 광투과성 지지부재
152: 접착부재
155: 보호부재

Claims (10)

  1. 광가이드부;
    상기 광가이드부 일측에 배치되어 상기 광가이드부 내측으로 광을 출사하는 광원부;
    상기 광원부의 하측에 배치되는 반사부재;
    상기 광원부 또는 상기 광가이드부를 경유한 광을 입사받아 입체효과를 구현하는 입체광형성부; 및
    상기 광가이드부의 하부에 배치되는 지지부재를 포함하며,
    상기 입체광형성부는 상기 광가이드부 상에 배치되는 광경유부, 상기 광경유부 상에 배치되는 복수개의 단위패턴을 갖는 패턴부 및 인접한 단위패턴들 사이에서 패턴이 형성되지 않은 영역으로 마련되는 이격부를 포함하고,
    상기 지지부재는 유연성을 가지며, 광투과율이 1~99 이며,
    상기 광경유부의 두께 방향과 직교하거나 교차하는 방향에서 상기 광경유부의 중간부에 빛이 조사될 때, 상기 광경유부에 입사된 입사광은 이격부의 양측에 배치된 복수의 단위패턴들을 통해 서로 분리되어 표현되는 복수의 선형광들로 변환되는, 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판 일면에 배치되는 발광소자를 포함하고,
    상기 발광소자의 광출사면이 상기 광가이드부의 측면부와 인접하도록 배치되는 조명장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 입체광형성부가 상기 광가이드부 상에 배치되는 경우,
    상기 입체광형성부는 상기 광가이드부 상에 배치되는 광경유부 및 상기 광경유부 상에 배치되는 복수개의 단위패턴을 갖는 패턴부를 포함하는 조명장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 3항에 있어서,
    상기 반사부재는 반사기능을 수행하는 복수개의 반사부 및 상기 발광소자의 광 일부를 투과하는 복수개의 광투과부를 포함하는 조명장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 일 영역에 배치된 반사부의 크기와 다른 영역에 배치된 반사부의 크기는 서로 다른 조명장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수개의 반사부와 상기 복수개의 광투과부의 길이는 서로 동일한 조명장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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