KR20100127264A - 분리형 광 추출 부재를 포함하는 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 광원(101), 광원(들)(101)에 의해 방출된 광을 수신하도록 배치되는 광 가이드(102), 및 적어도 하나의 광 추출 부재(103)를 포함하는 조명 시스템(100)에 관한 것이다. 광 추출 부재(들)(103)는 광 가이드로부터 광을 추출하도록 구성되고, 광 가이드(102)의 표면 상에 분리가능하게 배치된다. 광 추출 부재는 광 가이드 상에 분리가능하게 배치되며, 이는 광 가이드로부터 분리되어 광 가이드 상의 상이한 위치로 이동될 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 광은 임의의 원하는 위치에서 추출될 수 있고, 이는 광의 제어되고 가변되는 광 추출을 가능하게 한다.

Description

분리형 광 추출 부재를 포함하는 조명 시스템{LIGHTING SYSTEM WITH REMOVABLE LIGHT EXTRACTING MEMBER}
본 발명은 적어도 하나의 광원, 상기 적어도 하나의 광원에 의해 방출된 광을 수신하도록 배치된 광 가이드, 및 상기 광 가이드로부터 광을 추출하도록 구성된 적어도 하나의 광 추출 부재를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)들을 포함하는 반도체 발광 장치들은 현재 이용가능한 가장 효과적이고 견고한 광원들에 속한다. 이들의 작은 크기, 잠재적인 에너지 절감 및 긴 수명으로 인해, LED들은 빠르게 발달되어 범용 조명 응용들을 위한 실용적인(viable) 광원이 되었다.
몇몇의 새로운 LED 기반 조명 시스템들에 있어서, 일반적인 주변 조명을 생성하기 위하여 광 가이드들과 같은 추가적인 광학 기구들(optics)이 사용된다. 광 가이드, 전형적으로는 투명 플라스틱 또는 유리의 플랫형 또는 커브형 단편은 대개 두 가지 목적들을 갖는다. 그 주된 의도는 광을 손실 없이 하나의 위치로부터 다른 위치로 가이드하는 것이다. 즉, 광이 법선에 대해 충분히 큰 각도로 측면들에서 반사되는 한, 어떠한 광도 손실되지 않는다. 따라서, 광 가이드의 목적들 중 하나는 광원으로부터 원하는 지점으로 광을 가이드하는 것이다. 다른 목적으로서, 광 가이드는 또한 개개의 색의 발광 소자들로부터 색들을 혼합하는 데에 사용된다. 따라서, 충분한 길이의 광 가이드를 통해 상이한 색들의 광을 가이드함으로써, 색들의 혼합된 출력이 획득될 수 있다.
일반적으로, 광 가이드들은 내부 전반사(TIR: total internal reflection)의 원리로 동작하는데, 이에 의해 광 가이드를 통해 진행하는 광은 광 가이드의 재료와 광 가이드 바로 주위의 재료, 예를 들어, 공기, 클래딩(cladding) 등의 굴절율들의 차이들에 기초하여 광 가이드의 표면에서 반사된다. 광이 법선에 충분히 가까운 각도로 표면에 부딪히는 경우에만, 광이 광 가이드를 벗어날 수 있다.
일부 응용들에서는, 상이한 응용들을 위해 광 가이드로부터 추출되는 광을 보다 제어된 방식으로 스티어링(steer)하고, 광이 추출되는 위치를 변화시키는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 광 추출이 응용에 따라 제어되고 변화될 수 있는 조명 시스템을 제공하는 것이 당해 기술 분야에서 필요하다.
본 발명의 하나의 목적은, 위에서 언급된 필요를 수행하고, 상이한 응용들을 위해 광 추출이 보다 정확하게 제어되고 변화될 수 있는 발광 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이 목적 및 다른 목적은 첨부되는 특허청구범위에 따른 조명 시스템에 의해 달성된다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 적어도 하나의 광원 및 광 가이드를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다. 광 가이드는 적어도 하나의 광원에 의해 방출되는 광을 수신하도록 배치된다. 조명 시스템은 광 가이드로부터 광을 추출하도록 구성되는 적어도 하나의 광 추출 부재를 더 포함한다. 광 추출 부재(들)는 광 가이드의 표면 상에 분리가능하게 배치된다.
본 발명의 장치에서, 광원에 의해 방출되는 광의 적어도 일부는 광 가이드에 의해 수신된다. 허용가능한 각도 범위 내에서 광 가이드에 입사하는 광은 광 가이드 내에서의 내부 전반사에 의해 포함된다. 광 추출 부재(들)와 주변 사이의 굴절율들의 차이로 인해, 광이 광 가이드로부터 추출된다.
광 추출 부재는 광 가이드 상에 분리가능하게 배치되며, 이는 광 가이드로부터 분리되어 광 가이드 상의 상이한 위치로 이동될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 광은 임의의 원하는 위치에서 추출될 수 있고, 이는 광의 제어되고 가변적인 추출을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 광 추출 부재는 빔 경로를 방해하는 기능을 하는 적어도 하나의 산란 재료를 포함하며, 따라서, 광이 광 추출 부재(들)를 통해 광 가이드로부터 효과적으로 추출되도록 내부 전반사의 현상이 생긴다.
바람직하게는, 산란 재료는 파장 변환 재료를 포함한다. 따라서, 광 추출 부재에 입사하는 광은 파장 변환 재료가 그 안에 흩어져 있는 접촉부(contact) 상에서 상이한 파장의 광으로 변환될 것이다. 따라서, 광은 소정의 파장 및 색으로 광 가이드에 입사할 수 있고, 그 후 상이한 파장 및 색으로 광 가이드를 벗어날 수 있다.
파장 변환 재료(들)를 포함하는 광 추출 부재가 광원에 직접 부착되지 않고 대신에 광원으로부터 멀리 배치된다는 사실은 여러 이유들 때문에 유리하다. 이러한 소위 말하는 "리모트 포스퍼(remote phosphor)" 응용은 포스퍼(phosphor), 즉 파장 변환 재료가 견뎌낼 수 있는(withstand) 온도 및 광속에 대한 요구 사항을 완화시킨다. 따라서, 낮은 색 온도 및 양호한 연색 지수(color rendering index)가 획득될 수 있다. 또한, 광의 품질(거슬리는 피크 휘도, 색 제어)이 향상될 수 있고, 파장 변환 재료의 속성들을 변화시킴으로써 색이 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 광 추출 부재는 변형가능하다. 이 실시예에서, 변형가능한 광 추출 부재의 두께는 변화될 수 있다.
변형가능한 부재가 파장 변환 재료(들)를 포함하는 경우, 부재의 두께를 변화시킴으로써 이 파장 변환 재료(들)가 튜닝(tuning)될 수 있으며, 따라서 출력광의 색 또한 "튜닝"될 수 있다. 따라서, 설계 및 미감의 큰 자유도가 획득되고, 출력광의 색을 용이하게 바꿀 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 광 추출 부재는 겔을 포함한다. 겔은 소자의 변형가능성을 증가시키고, 이는 이어서 광 추출 부재의 두께가 변화될 수 있으며, 이에 의해 색 출력이 변화될 수 있게 된다.
바람직한 실시예에 따르면, 광 출력 부재는 광 가이드의 표면에의 부착을 가능하게 하는 접촉면을 포함한다. 따라서, 광 추출 부재(들)는 광 가이드로부터 분리되어 상이한 위치에 배치될 수 있고, 이에 의해 응용마다 변화될 수 있는 제어된 광 추출을 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이하 설명되는 실시예(들)로부터 분명해질 것이며, 이하 설명되는 실시예(들)를 참조하면 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템을 도시한다.
본 발명은 적어도 하나의 광원, 상기 적어도 하나의 광원에 의해 방출되는 광을 수신하도록 배치된 광 가이드, 및 상기 광 가이드로부터 광을 추출하도록 구성된 적어도 하나의 광 추출 부재를 포함하는 조명 시스템에 관한 것으로서, 상기 광 추출 부재는 상기 광 가이드의 표면 상에 분리가능하게 배치된다.
본 발명에 따른 조명 시스템(100)의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 조명 시스템(100)은 적어도 하나의 광원(101), 및 광원(들)(101)에 의해 방출된 광을 수신하도록 배치되는 광 가이드(102)를 포함한다. 조명 시스템(100)은 광 가이드(102)로부터 광을 추출하도록 구성된 적어도 하나의 광 추출 부재(103)를 더 포함한다. 광 추출 부재(들)(103)는 광 가이드(102)의 표면 상에 분리가능하게 배치된다.
본 명세서에서 사용된 "광원"이라는 용어는 광의 임의의 소스일 수 있지만, 이러한 관계에 있어서는 통상적으로 하나 이상의 발광 다이오드(LED)(들)를 말한다. LED들은 그들의 작은 크기, 잠재적인 에너지 절감 및 긴 수명으로 인해 유리하게 사용된다.
광원(101)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부는 광 가이드(102)에 의해 수신된다. 광 가이드(102)로 입사 시에, 광은 광 가이드(102)의 길이를 따라 진행하기 때문에 내부 전반사에 의해 포함된다.
그 후, 광은 광 추출 부재(들)(103)와 주변 사이의 굴절율의 차이로 인해 광 추출 부재(들)(103)로부터 추출된다.
본 명세서에서 사용된 "광 가이드"라는 용어는 입력단에서 광을 수신하여 현저한 손실이 없이 출력단으로 광을 전파시키는 제조물(article) 또는 추출 메커니즘을 말한다. 일반적으로, 광 가이드들은 내부 전반사의 원리로 동작하며, 이는 광 빔이 두 개의 매질들 사이의 계면에서 전부 반사되는 현상으로서, 즉 어떠한 광도 계면을 통과하지 못한다. 표면을 통한 광빔의 통과는 이하와 같은 스넬의 법칙(Snell's law)을 따른다.
Figure pct00001
이 식에서, n1은 제1 매질의 굴절율이고 θ1은 제1 매질의 계면 상의 입사각이며, n2는 제2 매질의 굴절율이고 θ2는 제2 매질의 계면 상의 입사각이다. n1>n2이면, θ1이 큰 경우에 스넬의 법칙에 대한 어떠한 해도 존재하지 않는다. 임계각 θc(여기서, θc = arcsin(n2/n1))보다 크면, 이는 제1 매질로부터 계면에 입사하는 광빔이 어떠한 광도 표면을 통과하지 않고 전부 반사된다는 것을 의미한다. 이에 의해 계면에서 TIR에 대한 임계각을 산출한다, 즉 임계각보다 큰 각도로 계면에 입사하는 광은 내부 전반사된다.
광 추출 부재(103)는 빔 배쓰(beam bath)를 "방해"하도록 구성되고, 이에 의해 광이 광 추출 부재(들)(103)로부터 추출되도록 내부 전반사의 현상이 일어난다. 빔 배쓰를 방해하고 광 추출이 발생하도록 하기 위해, 주위와 마주보는 광 추출 부재(103)의 표면은 예를 들어, 커브형이거나 그루브형이거나 구조화될 수 있다.
통상적으로, 광 가이드(102)는 유리 또는 폴리머들과 같은 광학적으로 투명한 재료를 포함한다.
"광학적으로 투명하다"라는 용어는 광 가이드가 아무것도 흡수하지 않거나 또는 광 가이드를 통과하는 원하는 파장들의 광 중 아주 소량만을 흡수하는 것을 의미한다. 이러한 광학적으로 투명한 재료들은 속이 다 비칠 수 있다(seen through), 즉 투명한 이미지들을 통과시킬 수 있다.
적어도 하나의 광 추출 부재(103)는 광 가이드(102) 상에 분리가능하게 배치된다. 따라서, 광 가이드(102)로부터 분리되어 광 가이드(102) 상의 상이한 위치로 이동될 수 있다. 따라서, 광은 임의의 원하는 위치에서 추출될 수 있다. 이는 상이한 응용들에 대해 변화될 수 있는 제어되고 가변되는 광 추출을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 광 추출 부재(103)는 적어도 하나의 산란 재료를 포함한다. 이러한 산란 재료는 빔 경로를 방해하는 기능을 하고, 이에 의해 내부 전반사가 일어나, 광 추출 부재(들)(103)로부터 광이 추출될 수 있게 한다.
이러한 산란 재료는 내부 전반사로 인해 광 가이드에 포함된 빔 경로를 방해하는 기능을 하는 임의의 유형의 재료일 수 있다. 예를 들어, TiO2 입자들이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 산란 재료는 적어도 하나의 파장 변환 재료(104)를 포함한다. 따라서, 바람직한 양태에서, 파장 변환 재료(104)의 입자들은 광 추출 부재(들)(103) 내에 흩어져 있다. 따라서, 광 가이드(102)로부터 광 추출 부재(103)에 입사되는 광은 파장 변환 재료(들)(104)와의 접촉 시에 상이한 파장의 광으로 변환될 것이다. 따라서, 어떤 파장 및 색으로 광 가이드(102)에 입사되는 광은 그 후에 상이한 파장 및 색을 갖고 광 추출 부재(들)(103)로부터 추출될 수 있다.
몇몇 광 추출 부재들(103)은 광 가이드(102) 상에 배치될 수 있고, 이들은 출력광의 색이 광 추출 부재들(103) 각각의 사이에서 변화될 수 있도록 파장 변환 재료들(104)의 상이한 유형들을 포함할 수 있다. 또한, 2 이상의 파장 변환 재료들(104)은 추출 부재(103)에 포함되어 혼합 색 인상을 줄 수 있다.
본 명세서에 사용된 "파장 변환 재료"라는 용어는 제1 파장의 광을 흡수하는 재료를 말하는 것으로서, 이는 보다 긴 제2 파장의 광이 방출되게 한다. 광의 흡수 시에, 재료의 전자들은 보다 높은 에너지 레벨로 여기된다. 보다 높은 에너지 레벨들로부터 다시 에너지 레벨이 낮아지면, 과잉 에너지는 흡수된 광보다 긴 파장을 갖는 광의 형태로 재료로부터 방출된다. 따라서, 이 용어는 형광 및 인광 파장 변환 모두에 관한 것이다.
광 추출 부재들(103)이 파장 변환 재료(104)를 포함하는 경우, 이러한 부재(103)는 통상적으로 광원(101)에 직접 부착되지 않고 광원(101)으로부터 멀리 배치된다. 이 소위 말하는 "리모트 포스퍼" 응용은 포스퍼, 즉 파장 변환 재료가 견뎌낼 수 있는 온도 및 광속에 대한 요구 사항을 감소시킨다. 통상적인 LED들에서, 파장 변환 재료는 칩에 직접 부착되는 접착제에 임베드된다. 이 구성에서, 파장 변환 재료는 동일한 시간에서 LED의 온도 및 광속을 견뎌내어야 한다. 따라서, 이 배치는 낮은 색 온도 및 양호한 연색 지수를 가능하게 한다. 또한, 광의 품질(거슬리는 피크 휘도, 색 제어)이 향상될 수 있고, 파장 변환 재료(104)의 속성들을 변화시킴으로써 추출된 광의 색이 용이하게 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 광 추출 부재(103)는 변형가능하다. 이는 변형가능한 소자의 두께가 변화될 수 있으며, 따라서 출력광의 색도 변화될 수 있기 때문에 유리하다.
본 명세서에 사용된 "변형가능한 소자"라는 용어는 매우 플렉서블한 재료로부터 형성된 소자를 말하는 것으로서, 이 소자는 소자의 두께가 국소적으로 또는 전체적으로 변화될 수 있게 하는 구부려질 수 있는 부드러운 재질이다.
실시예들에서, 변형가능한 부재(103)가 파장 변환 재료(들)(104)를 포함하는 경우, 이 파장 변환 재료(104)는 "튜닝"될 수 있고, 따라서 출력광의 색이 바뀔 수 있다. 이는 항상 동일한 전력 출력에 의한 색 변화, 및 큰 설계 및 미감의 자유도를 가능하게 한다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 광 추출 부재(103)는 겔을 포함하며, 이는 그 변형가능성 및 유연성을 더욱 증가시킨다. 이는 이어서 부재의 두께가 변화될 수 있으며, 이에 의해 색 출력이 보다 용이하게 변화될 수 있게 된다. 통상적으로, 겔은 유연성이 있고, 비활성이며 열적으로 안정한 재료인 실리콘을 포함한다.
그러나, 본 발명은 실리콘의 사용에 한정되지 않고, 다수의 다른 변형가능한 재료들, 예를 들면 강력 비스코스 유기 재료(highly viscose organic material)가 또한 사용될 수 있으며, 이들은 당해 분야의 당업자에게 알려져 있다.
바람직하게는, 겔은 광학적으로 투명하며, 따라서 변형가능한 광 추출 부재도 광학적으로 투명하다.
바람직한 실시예에 의하면, 광 추출 부재(103)는 광 가이드(102)의 표면에의 부착을 가능하게 하는 접착면을 포함한다. 따라서, 광 추출 부재(들)(103)는 광 가이드(102)로부터 용이하게 분리되어 상이한 위치에 배치될 수 있다. 이는 응용마다 변화될 수 있는 제어된 광 추출을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예들에서, 예를 들어, 열 싱크(heat sink)와 같은 추가적인 광학 기구들이 발광 장치로부터 열을 멀리 수송하도록 배치될 수 있다. 또한, 산광기(diffusor)는 균일한 광 출력을 생성하고 광 출력을 확산시키기 위하여 광원(들)에 의해 방출되는 광을 수신하도록 선택적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 시스템은 예를 들어, 메모판 또는 로컬 광원을 갖는 다운 라이터(down lighter)로서 여러 응용들에서 사용될 수 있다. 광 가이드는 예를 들어, 테이블 위에 실장될 수 있고, 광 추출 부재(들)는 광 추출을 원하는 곳에 배치될 수 있다. 또한, 조명 시스템은 체스 게임에서 사용될 수 있는데, 여기서는 체스판이 광 가이드로서 기능하고, 말은 광 추출 부재들로서 기능한다. 광 추출 부재들은 또한 창문/버스 정류장 스티커들로서 사용될 수 있고, 광 가이드로서 기능하는 창문 상에 배치될 수 있다.
본 발명이 도면 및 상술한 설명에서 상세히 나타나고 기술되었지만, 이러한 기재 및 설명은 제한적인 것이 아니라 설명적이거나 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 도면들, 명세서 및 첨부되는 청구 범위를 학습하여 청구 대상 발명을 실시하면, 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이 당해 기술 분야의 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 특정 광원의 사용에 한정되지 않고, 임의의 광원이 사용될 수 있다. 통상적으로는, 발광 다이오드(LED)들이 사용되지만, 특정 유형의 LED에 한정되지 않는다. 특정 파장 변환 재료에 한정되지 않고, 임의의 이러한 재료 또는 재료들의 조합이 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 조명 시스템(100)으로서,
    적어도 하나의 광원(101),
    상기 적어도 하나의 광원(101)에 의해 방출된 광을 수신하도록 배치된 광 가이드(102), 및
    상기 광 가이드로부터 광을 추출하도록 구성된 적어도 하나의 광 추출 부재(103)
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광 추출 부재(103)는 상기 광 가이드(102)의 표면 상에 분리가능하게 배치되는 조명 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출 부재(103)는 적어도 하나의 산란 재료를 포함하는 조명 시스템(100).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 재료는 파장 변환 재료(104)인 조명 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 부재(103)는 변형가능한 조명 시스템(100).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 추출 부재(103)는 겔을 포함하는 조명 시스템(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 부재(103)는 상기 광 가이드(102)의 표면에의 부착을 가능하게 하는 접착면을 포함하는 조명 시스템(100).
KR1020107022446A 2008-03-07 2009-03-02 분리형 광 추출 부재를 포함하는 조명 시스템 KR20100127264A (ko)

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