KR20080007467A

KR20080007467A - 얇은 내부 조명 사인

Info

Publication number: KR20080007467A
Application number: KR1020077026661A
Authority: KR
Inventors: 조셉 에이. 호프만; 엘렌 오. 엘링
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2008-01-21
Also published as: US20090211130A1; CN101176136A; WO2006125174A3; WO2006125174A2; EP1882248B1; EP1882248A2; JP2008541198A; CN101176136B; US8789299B2; KR20130094860A; TW200706803A

Abstract

내부 조명 사인은 고반사층으로 적어도 부분적으로 라이닝된 케이스와 표시면을 포함한다. 이러한 내부 조명 사인은 또한 표시면에 대략 평행한 방향으로 광을 발광시키는 광원을 포함한다.

내부 조명 사인, 케이스, 표시면, 점광원, 고반사성 재료, 출력 개구

Description

얇은 내부 조명 사인{THIN INTERNALLY ILLUMINATED SIGN}

내부 조명 사인(internally illuminated sign)은 여러 가지 용도로 사용된다. 어떤 내부 조명 사인은 단지 간단한 텍스트(text)만을 나타낸다. 이러한 사인의 예로서, "출구"(EXIT)나 "개점"(OPEN)과 같은 단어를 표시하는 사인이 있다. 기타 다른 사인, 특히 광고에 사용되는 사인은 전형적으로 텍스트뿐만 아니라 그래픽 이미지도 포함한다. 전형적으로, 이러한 사인은 사인 내부의 형광관에 의해 조명된다. 이러한 사인은 균일한 조도를 가져야 한다는 점이 중요하다. 밝혀진 바에 따르면, 한 형광관의 중심과 인접 형광관의 중심 사이의 거리 대 임의의 형광관의 중심으로부터 사인의 전면까지의 거리의 비율은 2:1 이하이어야 한다. 이러한 비율을 초과하는 경우에, 형광관의 직전방 영역은 사인의 다른 영역보다 더 밝게 인식될 것이다.

텍스트를 표시하고자 할 때 대안적인 유형의 사인으로서 네온 사인이 있다. 네온 사인은 아주 높은 콘트라스트(contrast)를 가지고서 밝게 제조되어 보는 사람의 주목을 끌 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 네온 조명의 단점은 약하여 파손되기 쉽다는 점이다. 네온의 추가적인 단점은 각각의 네온관이 맞춤형 취입 유리(custom blown glass)로 제조되어야 한다는 점이다. 네온 조명의 또 다른 단점은 높은 작동 전압을 필요로 한다는 점이다.

형광 광원 및 네온 광원은 선형 광원으로서 분류될 수 있다. 또 다른 유형의 사인은 점광원을 사용하여 조명된다. 사인 분야에 급속하게 채택되고 있는 한가지 유형의 점광원은 LED이다. LED는 후자의 2가지 유형에 비해서 많은 이점들을 갖는다. 이들은 전압이 낮고, 전력 소비가 작고, 보다 견고하며, 그리고 전구 교체 횟수를 적게 하는 매우 긴 수명을 나타낸다. 그러나, 이러한 점광원의 사용시, 적절한 조명 균일도를 유지시키기가 특히 어렵다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 측면도.

도 2는 도 1의 일부의 상세도.

도 3은 광 경로를 도시한 도 1의 실시예의 측면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 분해도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 측면도.

도 6은 측면 발광 LED의 광 출력 단면의 극좌표도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 측면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 사시도.

도 8a는 예시적인 광 경로를 도시한 도 8의 실시예의 측면도.

도 1은 일반적으로 도면 부호 10으로 표기된 본 발명에 따른 내부 조명 사인을 도시하고 있다. 이러한 내부 조명 사인은 케이스(12)를 포함한다. 케이스(12)는 고반사성 재료(14)로 적어도 부분적으로 라이닝(lining)된다. 고반사성 재료(14)는 확산 반사성이거나 경면 반사성일 수 있다. 고반사성 재료(14)에 사용될 수 있는 재료의 예로는 임의의 반사 페인트 - 전형적으로는 백색 페인트이지만 이로 한정되지는 않음 -, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 컴퍼니로부터 구매가능한 밝기 향상 필름(Light Enhancement Film: LEF), 및 그 교시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,497,946호에 개시된 반사체(reflector)가 있다. 고반사성 필름(14)으로서 사용될 수 있는 경면 반사체의 예로는 그 교시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,080,467호에 개시된 필름이 있다. 미국 특허 제6,080,467호에 교시된 일 예의 필름은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 컴퍼니로부터 향상된 경면 반사체(Enhanced Specular Reflector: ESR)라는 품명으로 입수가능하다. ESR과 같은 고반사성 경면 반사체는 이산화티타늄과 같은 확산 반사 재료를 그 상에 증착함으로써 확산 반사체로 제조될 수 있다. 대안적으로, ESR과 같은 고반사성 경면 반사체는 확산 재료를 그 상에 코팅함으로써 확산 반사성으로 제조될 수 있다. 그 교시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,579,606호는 경면 반사체가 확산 반사체로서 작용할 수 있도록 (메트)아크릴 결합제 내의 중공 유리 비드(bead)를 코팅하는 것을 개시하고 있다. 동일한 또는 다른 결합제와 함께 고상 유리 비드 또는 중합체 비드도 사용될 수 있다. 일반적으로 동일한 고반사성 재료가 모든 표면에 사용되지만, 서로 다른 재료가 서로 다른 표면에 사용되거나 심지어는 특정 표면의 서로 다른 부분에 사용될 수도 있다. 경면 반사성 재료와 확산 반사성 재료의 조합도 또한 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 고반사성은 반사체와 충돌하는 광의 50% 초과의 광이 반사된다는 것을 의미한다. 다른 실시예들에서, 고반사성은 반사체와 충돌하는 광의 적어도 88%, 95% 또는 99%가 반사된다는 것을 의미한다.

케이스(12)의 일측에는 표시면(display surface)을 형성하는 커버 조립체가 구비된다. 이러한 커버 조립체는 투명 기판(16)을 포함한다. 조명 사인(10)의 내부에, 커버 조립체는 고반사성 재료(18)를 포함한다. 전형적으로, 고반사성 재료(18)는 고반사층(14)과 동일한 재료이다. 대안적으로, 고반사층(18)은 예컨대 스크린 인쇄 혹은 도트 매트릭스 인쇄에 의해 투명 기판(16) 상에 인쇄될 수 있다. 인쇄 기법은 그래픽 이미지를 표시하고자 하는 경우의 용도로 특히 바람직하다. 이에 의하면, 사용자가 이미지의 명암 부분들에 상응하게 도트의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.

도시된 바와 같이, 착색된 확산층(20)이 투명층(16)의 외부에 위치되며, 이러한 착색된 확산층(20)은 투명 기판(16)의 내부에 위치될 수도 있다. 확산층(20)이 자체 지지될 만큼 충분히 강성이라면, 투명 기판(16)은 완전히 제거될 수 있다. 이러한 경우에, 확산층(20)은 기판의 역할을 한다. 대안적으로, 확산 출력을 원하지 않는 경우에는, 확산층(20)이 제거될 수 있다.

확산층(20)과 투명 기판(16)의 외부에 불투명층(22)이 구비된다. 이러한 불투명층(22)이 선택적이기는 하지만, 확산층(20)과의 색상 구분을 제공할 수 있도록 흔히 불투명층의 사용을 필요로 한다.

고반사층(18)과 불투명층(22)은 내부 조명 사인(10)의 전면을 전부 덮지는 않는다. 대신에, 원하는 표지(indicia)를 사인 상에 제공할 수 있도록 개구(24)와 같은 개구가 구비된다. 고반사층(18)과 불투명층(22)의 개구를 정렬시켜 개구(24)를 형성하는 것이 바람직하다. 최대 효율을 위해서, 고반사층(18)은 출력 개구(24)와 같은 출력 개구를 제외한 표시면 전부를 덮을 수 있다.

도 2는 도 1의 상세부(2)에 도시된 내부 조명 사인(10)의 일부의 확대도이다. 도 2는 고반사성 재료(18), 확산층(20) 및 불투명층(22)을 보다 명확하게 도시하고 있다.

다시 도 1을 참조하면, 표시면에 대향하는 케이스(12) 측에 장착되는 광원(26, 28)에 의해 내부 조명 사인(10) 내에 광이 제공된다. 광원(26, 28)은 점광원으로서 내부 조명 사인(10)의 표시면에 대략 평행인 방향으로 주로 발광하여, 실질적으로 발광된 광의 전부가 내부 조명 사인(10)으로부터 벗어나기 전에 적어도 한번은 반드시 반사되도록 한다. 이러한 반사를 필요로 함으로써, 내부 조명 사인(10)이 종래 설계를 이용하여 가능하였던 것보다 더 얇아질 수 있게 하면서 조명의 균일도가 크게 향상된다. 이러한 목적에 특히 양호하게 적용되는 한가지 광원으로서 단면 발광(edge emitting) 혹은 측면 발광(side emitting) LED가 있다. 단면 발광 LED는 전체 360도의 외주 주위에서 측면으로 주로 발광한다. 광은 법선에 대해 대략 50 내지 100도의 각도 범위에 걸쳐 발광된다. 본 발명에 양호하게 적용되는 한가지 LED는 미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 루밀레즈 라이팅, 엘엘씨(Lumileds Lighting, LLC)로부터 입수가능한 룩세온 V 스타(Luxeon V Star) 측면 발광 LED이다. 이러한 LED의 광출력 단면의 극좌표도가 도 6에 도시되어 있다.

LED(26, 28)는 열을 소산시키기 위해서 열 전도성 기판 상에 장착된다. 도시된 바와 같이, 광원은 각각 별개의 히트 싱크(heat sink)(30, 32) 상에 설치된다. 대안적으로, 열 전도성 기판은 케이스(12)의 일부일 수 있다.

선택적으로, 반사층(34, 36)은 광원(26, 28)의 상부에 위치되어 내부 조명 사인(10)의 전방 쪽으로 발광될 수 있는 임의의 미광(stray light)이 전방과 출력 개구로 바로 진행되어 바람직하지 않은 명점(bright spot)을 생성시키는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 내부 조명 사인(10)을 도시하고 있다. 광(38)은 비교적 좁은 각도 범위에 걸쳐 발광체(26, 28)에 의해 발광된다. 광(38)이 고반사성 표면(14, 18)과 충돌할 때, 광은 반사되고 산란된다. 표면(14, 18)이 확산 반사 표면이라면, 광은 도 3에 미광(40)으로 도시된 바와 같이 여러 방향들로 확산되어 반사된다. 상술한 바와 같이, 고반사성 재료(14, 18)는 확산 반사성 또는 경면 반사성일 수 있거나 이들의 조합일 수도 있다. 확산 반사성 재료는 보다 높은 광혼합을 제공하여 균일도를 증진시키는 이점을 제공한다. 그러나, 경면 반사성 재료는 확산 반사성 재료보다 높은 반사율을 가지고서 활용된다. 따라서, 경면 반사 혹은 확산 반사의 선택은 적용 분야에 따라 부분적으로 달라진다. 어느 경우든, 상술한 바와 같이, 광은 내부 조명 사인(10)으로부터 벗어나기 전에 적어도 한번은 일반적으로 반사된다.

광이 개구(24)와 충돌할 때, 광은 내부 조명 사인로부터 벗어난다. 확산 재료(20)는 광을 더욱 산란시켜 널리 보일 수 있게 한다. 사인의 표지에 대한 원하는 색상은 확산층(20)을 착색된 확산체로 형성시키고 광원(26, 28)을 백색 광원으로 형성시킴으로써, 또는 확산층(20)을 백색으로 형성시키고 광원(26, 28)을 착색 광원으로 형성시킴으로써, 또는 확산층(20)을 착색층으로 형성시키고 광원(26, 28)을 착색 광원으로 형성시킴으로써 제공될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 기판(16)은 완전 투명이라기보다는 착색될 수 있으며, 확산층(20)은 착색되거나 중간색(color neutral)일 수 있다. 후자의 실시예에서, 광원도 또한 착색되거나 중간색일 수 있다. 물론, 원하는 실시예에서 표지가 백색이어야 한다면, 기판(16), 확산층(20) 및 광원은 모두 중간색일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 내부 조명 사인(10)의 분해도이다. 도 4는 고반사성 재료(14)로써 라이닝된 케이스(12)를 포함한다. 도 4는 또한 투명 기판(16), 고반사층(18) 및 불투명층(22)을 도시하고 있다.

도 4의 내부 조명 사인(10)은 2가지 서로 다른 색상의 표지를 갖도록 의도된다. 따라서, 도 1의 확산층(20)은 서로 다른 색상을 갖는 2개의 영역(20', 20")으로 분할된다. 이러한 예에서, 영역(20')은 단어 "개점"(OPEN)을 표시하는 사인을 조명하며, 영역(20")은 일련의 별표(asterisk)를 표시하는 영역을 조명한다. 도 4의 내부 조명 사인(10)의 내부는 히트 싱크(30', 30", 32', 32")를 포함한다. 도 1의 광원(26, 28)은 통상 히트 싱크 상에 장착될 것이지만, 도면을 간단히 하기 위해서 도 4에서는 생략한다. 도 4의 내부 조명 사인(10)은 내부 조명 사인(10)의 내부를 2개의 별개의 격실로 분할하는 벽(44)을 추가로 포함한다. 하나의 격실은 히트 싱크(30', 32')를 포함하며, 반면에 다른 하나는 히트 싱크(30", 32")를 포함한다. 히트 싱크(30', 32')와 관련되는 광원은 표지에 표시하고자 하는 색상 혹은 단어 "개점(OPEN)"이며, 히트 싱크(30", 32")와 관련되는 광원은 일련의 별표와 관련되는 색상이다. 대안적으로, 모든 광원은 동일한 색상, 전형적으로는 백색일 수 있으며, 벽(44)은 생략될 수 있다.

도 5는 일반적으로 도면 부호 48로 표시된 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 내부 조명 사인(48)은 제2 투명 기판(50)과 추가의 고반사층(52), 확산층(54) 및 불투명층(56)을 포함한다. 이러한 방식의 내부 조명 사인(48)은 개구(58)로 나타낸 바와 같이 양 측에 표지를 제공할 수 있다. 대안적으로, 개구(24)는 생략될 수 있으며, 내부 조명 사인(48)의 모든 개구는 광원과 동일한 케이스(12) 측에 구비될 수 있다. 전술한 실시예들에서와 같이, 광은 LED(26, 28)로부터 대략 평행한 방향들로 발광되어, 광의 사실상 전부 또는 광의 전부가 내부 조명 사인(10)로부터 벗어나기 전에 적어도 한번은 반사된다.

도 7은 상부 발광 LED(top emitting LED)가 사용되는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. LED(50, 52)가 각각 히트 싱크(54, 56) 상에 장착된다. LED(50, 52)는 내부 조명 사인(10)의 출력면에 대략 평행한 방향으로 발광하는 점광원이어서, 이로부터 발광된 광의 사실상 전부가 내부 조명 사인(10)으로부터 벗어나기 전에 적어도 한번은 반사되도록 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 8의 실시예에 따르면, 내부 조명 사인(60)은, 장식용으로 사용될 수 있거나 영화관과 같은 어두운 구역의 통로의 윤곽을 표시하는 데 사용될 수 있는 낮은 모양의 스트립(low profile strip)이다. 내부 조명 사인(60)은 고반사성 재료로 적어도 부분적으로 덮여진 내면(62)을 갖는다. 전술한 실시예들에서와 같이, 고반사성 재료는 확산 반사성이거나 경면 반사성일 수 있다. 내부 조명 사인(60)은 표시면(66) 상에서 개구 혹은 출력창(64)을 포함한다. LED(68, 70)와 같은 LED는 히트 싱크(72) 상에 장착된다. 전술한 실시예들과는 달리, LED(68, 70)는 출력면(66)에 평행하게 발광하는 것이 아니라 출력면 쪽으로 발광한다. 그러나, 광은 출력창(64)으로부터 분리된 표시면(66)의 일부로 지향되어, 광이 내부 조명 사인(60)으로부터 벗어나기 전에 내면(62)에 의해 적어도 한번은 반드시 반사되도록 한다. 일반적으로, LED(68, 70)로부터의 광이 지향되는 출력면(66)의 일부가 고반사성 재료로 덮이는 것이 바람직하다. 이는 도 8a에 보다 명확하게 도시되어 있으며, 본 도면에서는 예시적인 광선(72)이 개구(64)에 도달하여 내부 조명 사인(60)로부터 벗어나기 전에 내면(62)에 의해 2회 반사되고 있다.

낮은 모양(low profile)이라는 용어는 사인의 두께를 가리키는 것으로, 다른 방식으로 말하면 사인의 장착면으로부터 그 장착면에 수직하게 측정된 최대 측정치까지의 거리이다. 일 실시예에서는, 낮은 모양의 사인은 6 ㎝ 이하의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서는, 두께가 3 ㎝ 이하이다. 또 다른 실시예에서는, 두께가 1 ㎝를 초과하지 않는다. 실질적으로는, 최소 프로파일에 대한 실제 한계치는 LED(또는 LED들)의 상부 발광면과 제1 반사면 사이에 어떤 합당한 투광 간격을 유지시켜야 할 필요에 따라 조절된다.

Claims

고반사층으로 적어도 부분적으로 라이닝된 내면을 갖는 케이스;

출력 개구를 구비하며 일부가 고반사성 재료로 라이닝되는 표시면; 및

표시면에 대략 평행한 방향으로 광을 발광시키도록 위치되는 점광원

을 포함하는 내부 조명 사인.
제1항에 있어서, 상기 점광원은 LED인 내부 조명 사인.
제2항에 있어서, 상기 LED는 측면 발광 LED인 내부 조명 사인.
제2항에 있어서, 상기 LED는 전면 발광 LED(front emitting LED)인 내부 조명 사인.
제1항에 있어서, 상기 점광원은 상기 표시면에 대향하는 상기 케이스의 일 면에 장착되는 내부 조명 사인.
제1항에 있어서, 상기 출력 개구를 제외한 상기 표시면의 전부는 고반사성 재료로 라이닝되는 내부 조명 사인.
제1항에 있어서, 상기 출력 개구에 미광이 직접 도달하지 않도록 상기 광원에 인접하게 위치되는 반사 재료를 추가로 포함하는 내부 조명 사인.
고반사층으로 적어도 부분적으로 라이닝된 내면을 갖는 케이스;

출력 개구를 구비하며 일부가 고반사성 재료로 라이닝되는 표시면; 및

광이 내부 조명 사인로부터 벗어나기 전에 상기 광의 사실상 전부가 상기 내면에 의해 적어도 한번 반사되도록 하는 방향으로 광을 발광시키도록 위치되는 점광원

을 포함하는 내부 조명 사인.
제8항에 있어서, 상기 점광원은 LED인 내부 조명 사인.
제9항에 있어서, 상기 LED는 측면 발광 LED인 내부 조명 사인.
제9항에 있어서, 상기 LED는 전면 발광 LED인 내부 조명 사인.
제8항에 있어서, 상기 점광원은 상기 표시면에 대향하는 상기 케이스의 일 면에 장착되는 내부 조명 사인.
제8항에 있어서, 상기 출력 개구를 제외한 상기 표시면의 전부는 고반사성 재료로 라이닝되는 내부 조명 사인.
제8항에 있어서, 상기 출력 개구에 미광이 직접 도달하지 않도록 상기 광원에 인접하게 위치되는 반사 재료를 추가로 포함하는 내부 조명 사인.
고반사층으로 적어도 부분적으로 라이닝된 내면을 갖는 케이스;

출력 개구를 구비하며 일부가 고반사성 재료로 라이닝되는 표시면; 및

고반사성 재료로 라이닝된 상기 표시면의 일부를 향하는 방향으로 광을 발광시키게 위치되는 점광원

을 포함하는 내부 조명 사인.
제15항에 있어서, 상기 점광원은 LED인 내부 조명 사인.
제16항에 있어서, 상기 LED는 전면 발광 LED인 내부 조명 사인.
제15항에 있어서, 상기 출력 개구를 제외한 상기 표시면의 전부는 고반사

재료로 라이닝되는 내부 조명 사인.