KR20090108912A

KR20090108912A - 조명 장치

Info

Publication number: KR20090108912A
Application number: KR1020080034265A
Authority: KR
Inventors: 조한규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2009-10-19

Abstract

본 발명은 조명 장치 관한 것이다. 본 발명에 따른 조명 장치는, 빛을 출력하는 램프를 구비한 광원부와, 광원부와 연결되어 상기 광원부가 출력하는 빛을 전송 및 분배하는 광 가이드부와, 광원부와 상기 광 가이드부 사이에 배치되는 회절소자를 포함한다. 이에 의해, 빛의 회절을 이용하여 빛을 원거리까지 균일하게 출사시켜 휘도를 균일하게 할 수 있다.

회절소자, 프레넬 렌즈, 홀로그램, 광 가이드, 조명

Description

조명 장치{Illuminating apparatus}

본 발명은 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 회절소자를 구비하여 빛을 원거리까지 균일하게 출사시켜 빛의 휘도를 균일하게 할 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.

빛을 원거리까지 비교적 적은 전송 손실로 전송시킬 수 있는 광 가이드를 이용한 조명 장치가 종래에 공지되어 있다. 광 가이드는 광 도관(light conduit), 광 가이드(light pipe) 또는 광 튜브(light tube)라고도 불리며, 장식용이나 기능성 광을 비교적 넓은 영역에 걸쳐 효과적으로 분배하는 데에 이용된다.

한편, 광 가이드는 특정 지점을 조명하기 위한 포인트 조명의 용도뿐만 아니라, 어떤 한 영역을 조명할 목적으로도 이용된다. 종래에 광 가이드의 내부에서 진행하는 빛을 외부로 분배시키기 위해 다양한 기술이 이용되어 왔다.

이하, 종래의 광 가이드의 광 전송 및 반사 원리를 본 발명의 이해에 필요한 범위 내에서 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1a는 종래의 조명 시스템에 사용되는 광 가이드에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 1b는 종래 의 조명 시스템에 사용되는 광 가이드에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 사시도이다. 다만, 이해의 편의상, 구조화되지 않은 내면을 상측으로 하고, 구조화된 외면을 하측으로 하여 도시하였다.

먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 광원(미도시)으로부터의 빛은 화살표와 같이 광학 라이팅 필름의 구조화되지 않는 내면에 입사하여 굴절되고(1 지점), 구조화된 외면의 프리즘의 양 측면에서 전반사 되고(2 및 3 지점), 이에 의해 외부로 향하던 빛은 상기 내면에서 굴절되어(4 지점) 다시 내부로 입력된다. 이러한 전반사 과정이 반복되는 과정에서 빛은 실질적으로 광 가이드의 길이 방향을 따라 진행하게 되는데, 광 가이드 내측의 공기에서는 빛 손실이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 빛은 광 가이드를 통해 근거리뿐만 아니라 원거리까지도 거의 손실 없이 전송될 수 있다.

종래의 광 가이드에 이용되는 광학 라이팅 필름은 일면이 구조화되고, 이와 대향 하는 면인 내면은 구조화되지 않은 평판 형태의 필름이며, 이러한 평판형 필름이 원통형의 투명 아크릴 하우징의 내부에 수용되면서 원통형으로 형상화된다.

그러나, 광 가이드 내부에서의 빛의 전달 및 외부로의 빛의 방출을 적절히 제어하기가 어려워 광 가이드의 길이 방향을 따라 균일한 휘도를 얻기가 어려웠다.

따라서, 광 가이드를 손쉽게 제조할 수 있고, 빛을 원거리까지 전송 및 출사할 수 있는 구조의 광 가이드가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 광 가이드의 길이 방향을 따라 균일한 휘도로 빛을 방출하는 이용한 조명 장치의 제공에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명 장치는, 빛을 출력하는 램프를 구비한 광원부와, 광원부와 연결되어 광원부가 출력하는 빛을 전송 및 분배하는 광 가이드부와, 광원부와 광 가이드부가 사이에 배치되는 회절소자를 포함한다.

본 발명에 따르면, 광원부와 광 가이드 사이에 빛의 출력 방향에 회절소자를 배치하여, 광 가이드의 길이 방향을 따라 균일한 휘도로 빛을 방출할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치를 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는 광원부(210), 광 가이드부(220), 및 회절소자(미도시)를 포함할 수 있으며, 반사캡(250)을 더 포함할 수 있다.

광원부(210)는 빛을 발생하여 광 가이드부(220)에 입력하는 모듈로서, 빛을 발생하는 적어도 하나 이상의 램프를 포함할 수 있다. 광원부(210)에서 발생하는 빛은 광 가이드부(220)로 입력되어 외부로 출력된다.

광 가이드부(220)는 광원부(210)가 발생하는 빛을 입력받아 전송 및 분배함으로써 외부로 빛을 출력한다. 광 가이드부(220)는 빛을 반사 또는 굴절시켜 광원부(210)가 발생하는 빛을 고르게 분배하는 광학 라이팅 필름을 포함할 수 있다. 광학 라이팅 필름은 프리즘 형상 등으로 구조화되는 면을 포함하여, 광원부(210)가 발생하는 빛을 반사 또는 굴절시킴으로써, 광원부(210)와 이격되는 영역까지 빛을 전송할 수 있다.

반사 캡(250)은 광 가이드부(220)의 일단에 부착되어 광 가이드부(220)가 전송 및 분배하는 빛을 반사한다. 반사 캡(250)은 광원부(210)와 연결되지 않는 광 가이드부(220)의 일단에 부착되는 것이 바람직하며, 광 가이드부(220)와 연결되는 내부에 빛을 반사할 수 있는 반사 경을 구비하여 광 가이드부(220)가 전송한 빛을 광 가이드부(220) 내부로 반사한다. 반사 캡(250)을 이용하여 광 가이드부(220) 내에 빛을 가둠으로써, 조명 장치(200)가 출력하는 빛의 밝기를 높일 수 있다.

회절소자(미도시)는 광원부(210)가 발생하는 빛을 굴절시켜 광 가이드부(220)에 빛을 고르게 분배하며, 회절소자(미도시)에 관한 상세한 설명은 도 4에서 후술하기로 한다.

도 3은 도 2에 도시한 조명 장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는 구조화되는 면(230a)을 포함하는 광학 라이팅 필름(230) 및 광학 라이팅 필름(230)을 지지하는 지지부 재(240)를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 광학 라이팅 필름(230)은 구조화되는 제 1 면(230a), 및 제 1 면(230a)에 대향하는 제 2 면(230b)을 포함할 수 있다. 제 1 면(230a)은 소정의 패턴으로 구조화되며, 예를 들어 프리즘 패턴으로 구조화될 수 있다. 특히, 프리즘 패턴은 조명 장치(200)의 길이 방향으로 연장될 수 있으며, 이등변 삼각형, 정삼각형 또는 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다. 한편, 광학 라이팅 필름(230)의 제 1 면(230a)은 지지부재(240)와 대향하도록 배치될 수 있다.

지지부재(240)는 광학 라이팅 필름(230)의 외부에 배치되어 광학 라이팅 필름(230)을 지지하며, 외부에서 유입될 수 있는 먼지 또는 외부에서 가해질 수 있는 충격 등으로부터 광학 라이팅 필름(230)을 보보한다. 또한, 광학 라이팅 필름(230)이 도광하는 빛을 지지부재(240)가 한 번 더 도광함에 따라, 광 가이드부(220)의 빛 전달 효율을 높일 수 있다.

지지부재(240)의 외면에는 광 산란 패턴들(미도시)이 형성될 수 있다. 이때, 적어도 하나의 광 산란 패턴들은 지지부재(240)의 외면에 입사하는 빛을 산란시킬 수 있도록 일정한 형상 및 크기를 가지는 도트 패턴으로 형성될 수 있다. 이러한 광 산란 패턴들은 지지부재(240)의 외면에 입사되는 빛을 산란시켜 빛이 조명 장치(200)의 외부로 방출되도록 한다.

광학 라이팅 필름(230)은, 광 투과율이 우수하고, 내충격성과 내열성 등이 우수한 열가소성 수지 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광학 라이팅 필름(230)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카 보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함할 수 있다. 특히, 폴리카보네이트는 강도가 높아 잘 깨지지 않고 쉽게 변형되지 않으며, 가시광선 투과율이 높아서 광학 라이팅 필름(230)의 재료로 적합하다. 한편, 지지부재(240)는 아크릴 수지를 포함할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시한 조명 장치의 B-B' 단면을 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는 하우징(212), 광원(214), 및 반사체(216)를 포함하는 광원부(210), 광학 라이팅 필름(230)과 지지부재(240)를 포함하는 광 가이드부(220), 캡부(252)와 반사경(254)을 포함하는 반사캡(250) 및 광 가이드부(220)와 광원부(210) 사이에 회절소자(300)를 배치할 수 있다.

광원부(210)는 빛을 출력하는 광원(214)과 광원(214)이 출력하는 빛을 반사하여 광 가이드부(220)로 안내하는 반사체(216), 및 광원(214)과 반사체(216)를 수납하는 하우징(212)을 포함할 수 있다. 광원(214)은 빛을 발생하는 램프로서, 광 파이프(200)가 배치되는 환경에 따라 다양한 종류의 램프를 이용할 수 있다. 예를 들어, 할로겐 램프, 발광 다이오드, 메탈할라이드 램프, 또는 플라즈마 라이팅 소스 등을 광원(214)으로 이용할 수 있다.

반사체(216)는 광원(214)의 후방에 배치되며, 반사율이 우수한 알루미늄 또는 은과 같은 금속 물질을 표면에 구비할 수 있다. 반사체(216)의 구조는 특별한 제한이 없으나, 조명 장치(200)의 길이에 대응하여 결정되는 것이 바람직하며, 비 구면 반사경으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반사체(216)를 비구경 반사경으로 형성하고, 광원(214)에 대응하는 반사체(216)의 표면에 알루미늄 또는 은과 같은 금속 물질을 포함하는 피막을 형성함으로써 반사율을 높일 수 있다.

하우징(212)은 광원(214) 및 반사체(216)를 수납하는 공간을 내부에 포함하며, 외부에서 가해지는 충격 또는 이물질 등으로부터 광원(214)과 반사체(216)를 보호할 수 있다. 광원(214)과 반사체(216)를 보호하기 위해, 하우징(212)은 강도, 방열 특성, 및 가공성이 우수한 물질로 형성하는 것이 바람직하다.

광 가이드부(220)는 광원부(210)와 광학적으로 연결되며, 광원부(210)가 발생하는 빛을 입력받아 전송 및 분배한다. 광 가이드부(220)는 지지부재(240) 및 지지부재(240)에 의해 지지되며 빛을 반사 또는 굴절시키는 구조화된 면을 포함하는 광학 라이팅 필름(220)을 포함할 수 있다. 광학 라이팅 필름(220)은 지지부재(240)와 대응하는 면이 구조화될 수 있으며, 광원부(210)에서 출력하는 빛을 전송 및 분배하여 광 가이드부(220)에서 빛이 고르게 출력되도록 한다.

반사캡(250)은 광 가이드부(220)의 일단에 부착되는 캡부(252)와 캡부(252)내에 배치되어 광 가이드부(220)가 전송하는 빛을 반사시키는 반사경(254)을 포함할 수 있다. 반사경(254)은 광 가이드부(220)가 전송하는 빛을 효율적으로 반사할 수 있도록 알루미늄 또는 은과 같이 반사율이 높은 금속 물질을 포함하는 코팅막을 포함할 수 있다. 반사경(254)은 평면 또는 구면 형태를 가질 수 있으며, 구면 형태로 형성되는 경우, 곡률이 0.001 이하인 오목 거울인 것이 바람직하다.

회절소자(300)는 광원부(210)과 광 가이드부(220)의 사이에 배치되며, 빛을 투과시켜 굴절시키는 투명한 렌즈의 형태로서, 광원부(210)가 발생하는 빛을 회절시켜 광 가이드부(220)에 빛을 균일하게 출사시켜 휘도를 균일하게 할 수 있다.

회절소자(300)는 일면이 굴곡을 갖는 동심원 패턴으로 형성되어 있으며, 그 단면은 도시된 바와 같이 격자무늬로 구조화되어 있다.

광 파이프를 이용한 조명장치에서는 광원부(210)에 가까운 부분이 광원부(210)에서 먼 부분보다 상대적으로 빛이 더 많이 방출되므로, 광원부(210)와 가까운 부분에 회절소자(300)를 구비하면, 회절소자(300)는 볼록렌즈와 같이 빛을 굴절시켜 광원부(210)에서 거리가 먼 부분까지 빛을 균일하게 출사시킬 수 있다.

또한, 광 가이드부(220)의 길이에 따라 회절소자(300)의 동심원 패턴의 밀도를 조절하여 빛을 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 광 가이드부(220)의 길이가 길수록 광원의 초점이 길어져야 되므로 회절소자(300)의 동심원 패턴의 밀도를 낮게하면 광원부(210)가 발생하는 빛을 먼 거리까지 출사시킬 수 있다.

회절소자(300)는 프레넬 렌즈 및 홀로그램 패턴을 포함하는 회절소자를 사용할 수 있으며, 프레넬 렌즈 및 홀로그램 패턴에 관한 보다 상세한 설명은 도 7a 및 7b에서 후술하기로 한다.

도 5는 빛이 출사되는 양상을 설명하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 횡단면도이다.

도 5를 참조하면, 광원부(210)에서 출력된 빛이 회절소자(300)로 입사되면, 회절소자(300)의 동심원 패턴의 밀도 및 모양에 따라 굴절이 되어 광 가이드부(220)의 내부로 입사된다.

광 가이드부(220)의 지지 부재(240)의 내부로 입사된 빛이 지지부재(240)와 지지부재(240)를 둘러싼 매질 및 광학 라이팅 필름(230)과의 굴절율의 비에 의해 사전에 결정된 임계각(θ) 이하의 입사각을 가지면, 본 기술분야에 주지된 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의한 전반사 조건에 의해 빛은 반사되고, 이에 의해 광 가이드부(220)의 외부를 향해 진행하던 빛은 다시 광 가이드부(220)의 내부에 구속되어 실질적으로 광 가이드(220)의 길이 방향으로 진행한다.

이때, 광 가이드부(220)의 내부를 채우고 있는 매질은 공기이기 때문에 빛은 거의 손실 없이 광 가이드부(220)의 내부에서 도파될 수 있다.

회절소자(300)를 통해 빛의 굴절 각도를 조절하여 빛을 보다 멀리 보낼 수 있게되어, 광원부(210)에서 먼 거리에 있더라도 굴절에 의해 출사되는 빛의 양이 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 가이드부(220)는 길이 방향을 따라, 빛을 균일하게 출사할 수 있다.

한편, 상기 임계각(θ)을 초과한 입사각으로 입사한 빛은 지지부재(240)의 외측면을 통해 바로 출사된다.

상기한 바와 같이, 광 가이드부(220)의 내부로 입력된 빛은 광 가이드부(220)의 길이 방향으로 전송되면서 한편으로는 그 외부로 출사된다.

도 6은 도 4의 회절소자를 도시한 평면도이다.

도 6을 참조하면, 회절소자(300)는 동심원 패턴을 가지며, 빛의 회절현상을 일으키기 위해 동심원 부분이 돌출되어 있다.

회절소자(300)에는 프레넬 렌즈 또는 홀로그램 패턴이 있으며, 프레넬 렌즈 및 홀로그램 패턴에 대한 상세한 설명은 도 7a 및 도 7b에서 후술한다.

도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시한 회절소자의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.

도 7a를 참조하면, 본 발명에 따른 회절소자는 프레넬 렌즈(400)일 수 있다. 프레넬 렌즈(400)는 빛을 원하는 방향 및 장소로 집중시키는 데 사용되는 렌즈이며, 볼록렌즈와 같은 작용을 가지게 한 대신, 그 두께를 줄인 렌즈이다.

프레넬 렌즈(400)는 두께를 줄여도 굴곡을 갖는 동심원 패턴에 프리즘작용을 가지게 하여 수차를 작게 하여 볼록렌즈와 같은 역할을 할 수 있다. 또한 동심원 패턴의 형상은 프리즘 형상 외에 집광할 수 있는 모든 형상이 포함될 수 있다.

프레넬 렌즈(400)의 표면에 형성된 굴곡을 갖는 동심원 패턴에 의해 굴절율이 조절되므로, 동심원 패턴의 밀도를 조절하여 빛의 집광 거리를 조절할 수 있다.

도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 회절소자는 굴곡을 갖는 동심원 패턴이 홀로그램 패턴(500)으로 형성될 수 있다.

홀로그램 패턴은 도 7a에서 전술한 프레넬 렌즈(400)의 역할과 동일하며, 도면에서는 렌티큘러 패턴으로 홀로그램 패턴(500)을 형성하였는데, 홀로그램 패턴은 렌티큘러 패턴에 한정되지 않는다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1a는 광 가이드에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 단면도,

도 1b는 광 가이드에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치를 도시한 사시도,

도 3은 도 2에 도시한 조명 장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도,

도 4는 도 2에 도시한 조명 장치의 B-B' 단면을 도시한 단면도,

도 5는 빛이 출사되는 양상을 설명하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 횡단면도,

도 6은 도 4의 회절소자를 도시한 평면도, 그리고

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

310: 광원부 312: 하우징

314: 광원 316: 반사체

320: 광 가이드부 330: 광학 라이팅 필름

340: 지지부재 350: 반사캡

354: 반사경 400: 회절소자

Claims

빛을 출력하는 램프를 구비한 광원부;

상기 광원부와 연결되어 상기 광원부가 출력하는 빛을 전송 및 분배하는 광 가이드부; 및

상기 광원부와 상기 광 가이드부가 연결되는 영역에 구비되는 회절소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 광 가이드부는, 광학 라이팅 필름 및 상기 광학 라이팅 필름의 외측에 배치되는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제2항에 있어서,

상기 지지부재의 외면에는 빛을 산란시킬 수 있는 적어도 하나의 광 산란 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제2항에 있어서,

상기 지지부재는, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리염화비닐로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제2항에 있어서,

상기 광학 라이팅 필름은, 구조화 되는 제1 면, 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제5항에 있어서,

상기 제1 면은, 프리즘 형상인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 회절소자는, 일면이 굴곡을 갖는 동심원 패턴으로 구조화 되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제7항에 있어서,

상기 회절소자는, 상기 광 가이드부의 길이가 길수록 상기 동심원 패턴의 밀도가 감소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 회절소자는, 프레넬(Fresnel) 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 회절소자는, 적어도 하나의 홀로그램 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 램프는, 할로겐 램프, 발광 다이오드, 메탈할라이드 램프 및 플라즈마 라이팅 소스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광원부는, 상기 램프의 후방에 배치되며 상기 램프에서 출력되는 빛을 상기 광 가이드로 반사시키는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 가이드의 일단에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 광 가이드를 통해 전송된 빛을 반사시키는 반사캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 반사캡의 표면에는 알루미늄 또는 은으로 이루어진 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 조명 장치.