KR20110039199A - 구조화된 산란 시트를 갖는 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

구조화된 산란 시트를 갖는 ｌｅｄ 조명 장치 Download PDF

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KR20110039199A
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하인츠 푸들라이너
귄터 발체
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은 적어도 전면 위에 광-유도 요소를 갖는, 적어도 1종의 투명 플라스틱으로 이루어진 산란 시트를 함유하는 LED 조명 장치에 관한 것이다.

Description

구조화된 산란 시트를 갖는 ＬＥＤ 조명 장치 {LED LIGHTING UNIT HAVING A STRUCTURED SCATTERING SHEET}
본 발명의 분야는 LED 조명 장치, 특히 적어도 1종의 투명 플라스틱으로 이루어진 산란 시트를 함유하고 적어도 전면 위에 광-유도 요소를 갖는 LED 조명장치에 관한 것이다.
원리적으로, 직접 역광 조명을 갖는 발광 다이오드 (LED) 조명은 후술하는 것과 같은 구조를 갖는다. 이는 일반적으로, 조명 장치의 크기 및 적용 분야에 따라 상이한 수의 LED를 그 안에 수납하는 하우징을 포함한다. 하우징은 편평한 전면 및 후면, 그리고 임의의 모양을 갖는 측면을 갖는 상자일 수 있고; 더 복잡한 구조는 내면과 외면에 상이한 모양을 갖는 측면을 가질 수도 있다. LED는 통상적으로 상자의 후면 내부에 위치하고 규칙적인 격자로 배열된다. 상기 격자는 세로 (n) 및 가로 (m) 방향으로 열의 수로 표현될 수 있다. 변수 "n"과 "m"으로 표시되는 열의 수는 각각 1보다 크거나 같은 수이다. LED들 사이의 하우징 내부 후면은 바람직하게는 백색의 확산 광-반사 표면이 장착되어 있다. 상기 조명 시스템 위에, 통상적으로 1 내지 3 mm의 두께, 바람직하게는 1.5 내지 2.5 mm의 두께를 가질 수 있는 확산자 시트 또는 판이 존재한다. 확산자 시트는 빛을 균일하게 산란시켜 LED 매트릭스의 점 패턴이 사라지고 최대의 균질한 외관이 수득될 수 있도록 의도된다. 시트로부터 LED 매트릭스까지의 거리, 및 따라서 하우징의 깊이는 최대로 균질한 조명을 보장하도록 선택되는 것이 일반적이다. LED를 포함하는 매트릭스를 둘러싸는 조명 장치의 틀은 단순한 상자로서 또는 광-유도 자유-형태의 모양을 가지고 배열된다. 이는 확산적 백색-반사성 또는 금속 반사성이도록 내면 위에 배열될 수 있다.
다양한 광-산란 첨가제를 갖는 폴리카르보네이트로 구성된 광-산란 반투명 제품, 및 그로부터 제조된 형태화된 부품들은 선행 기술에 이미 공지되어 있다.
예를 들면, EP-A 634 445는 TiO2와 조합된 코어/외피 형태학을 갖는 비닐 아크릴레이트 기재 중합체 입자를 함유하는 광-산란 조성물을 개시하고 있다.
평면 스크린에 광-산란 폴리카르보네이트를 사용하는 것이 US-A 2004/0066645에 기재되어 있다. 여기에서는, 폴리아크릴레이트, PMMA, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리알킬트리알콕시실록산 및 이들 성분의 혼합물이 광-산란 안료로 언급되어 있다.
DE-A 10 2005 039 413은 0.01％ 내지 20％의 산란 안료를 함유하는 PC 확산제 판을 기재하고 있다.
그러나, 그러한 확산제 시트 또는 판을 이용하는 경우에는, LED 조명 장치에서 광 분포의 충분한 균질성을 수득하는 것이 불가능하며, 개개의 LED가 불연속의 광원으로 계속 보일 수 있다.
표면 구조에 의한 광 분배의 균질성은 예를 들면 JP-A 2006/284697 또는 US 2006/10262666에 기재되어 있다. 이들은 표면 구조로서 단순한 배럴-형 또는 프리즘같은 그물 또는 이들의 조합을 기본으로 하며, 이는 특정 상황에서는 노치와 같은 약간의 변화를 포함한다. 수학적으로, 이들 구조는 종종 타원형 부분이라 표현될 수 있으며, 이 경우에는 일반적으로 렌즈형 구조라 한다. 수득가능한 균질성은 제한되며, 여전히 종래의 확산자 판으로 수득가능한 균질성보다 훨씬 낮다.
CN-A 1924620은 끝이 잘린 프리즘 구조로 이루어진 산란 첨가제를 갖는 플라스틱 내 광-유도 구조를 기재하고 있다. 이러한 구조는 추가로 사용되는 산란 첨가제에 의해 넓어진 램프의 3 개의 투명 상을 생성하고, 또한 구조 내부에서 균질의 역광조명을 수득하도록 의도된다. 그러나, 상기 배열에서는, 사용되는 산란 첨가제가 구조의 광-유도 효과를 방해하여, 결국 균질의 역광조명이 수득될 수 없게 된다.
US-A 2007047260, US-A 2006250819 및 DE-A 10 2007 033300은 역광조명 장치, 즉 간접 역광조명을 위한 산란 판 위에 복합 포물선형 집중장치를 기재하고 있다. 그러나 BLU의 경우, 특히 휘도의 증가가 1차적으로 중요하고, 상류 확산자 판 또는 확산자 층에서 산란되는 빛은 전방에 놓인 산란 판 또는 산란 층 위의 상기 CPC 구조에 의해 나중에 다시 수집(시준)되어 휘도를 향상시킨다.
본 발명은 가능한 한 간단한 구조를 가지며 광 분배의 개선된 균질화를 갖는 LED 조명 장치에 관한 것이다. 그 목적은 개개의 광원이 육안에 의해 구별되는 광원으로 더 이상 감지될 수 없는, 최대의 균질한 조명을 수득하는 것이다.
조명 장치는
- 적어도 하나의 광-반사 표면
- 하나 이상의 발광 다이오드(들) (LED(들))
- 적어도 1종의 투명 플라스틱으로 만들어진 적어도 하나의 산란 시트,
- 적어도 하나의 반사면의 전방 및 적어도 하나의 산란 시트의 후방에 배열된 LED(들)를 포함하며, 상기 산란 시트의 적어도 전면은 렌즈 영역 및 볼록 CPC 영역(복합 포물선형 집중장치 영역)으로 이루어진 광-유도 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조명 장치는, 그렇지 않으면 상기 조명 장치에 사용되었을 통상의 확산자 판 또는 시트보다 훨씬 더 좋은 균질화를 초래한다.
따라서, 개량된 조명 장치가 개시된다. 개량의 장점은 도면 및 바람직한 실시양태의 설명으로부터 나타날 것이다.
도면에서, 같은 참고 숫자는 유사한 요소를 나타낸다:
도 1: 광-유도 구조를 가로지른 단면;
도 2: 광-유도 구조의 3-차원 도면;
도 3: 복합 포물선형 집중장치의 디자인 원리;
도 4a: 비교예에 따르는 조명 장치의 개략적 구조;
도 4b: CCD 카메라를 이용하여 측정한, 비교예에 따르는 조명 장치의 휘도 변화;
도 4c: 비교예에 따르는 조명 장치의 휘도 변화;
도 5a: 실시예 2에 따르는 조명 장치의 개략적 구조;
도 5b: CCD 카메라를 이용하여 측정한, 실시예 2에 따르는 조명 장치의 휘도 변화;
도 5c: 실시예 2에 따르는 조명 장치의 휘도 변화;
도 6a: 실시예 3에 따르는 조명 장치의 개략적 구조;
도 6b: CCD 카메라를 이용하여 측정한, 실시예 3에 따르는 조명 장치의 휘도 변화;
도 6c: 실시예 3에 따르는 조명 장치의 휘도 변화.
도면에서, 참고부호는 다음 요소를 나타낸다:
1 광-반사 표면
2 LED
3 확산자 판
4 광-유도 구조를 갖는 산란 시트
5 확산자 시트
6 광 밀도
7 거리
21 광-유도 구조의 다항식 영역
22 광-유도 구조의 좌측 CPC 영역 (포물선 P1)
23 광-유도 구조의 우측 CPC 영역 (포물선 P2)
24 광-유도 구조의 렌즈 영역
25 CPC의 상부 종말점 F1
26 CPC의 상부 종말점 F2
27 CPC의 하부 종말점 E3
28 CPC의 하부 종말점 E4
29 렌즈 영역의 좌측 종말점 L1
31 포물선 P1의 구멍 각 θ1
32 포물선 P2의 구멍 각 θ2
33 CPC 본체
34 X 좌표
35 Y 좌표
36 CPC 본체의 단축, 절단 인자에 의해 결정된
45 축소되지 않은 CPC의 하부 종말점 E1
46 축소되지 않은 CPC의 하부 종말점 E2
본원에서 사용되는, "전면" 및 "후면"이라는 표현은 산란 시트의 2 개의 커다란 마주보는 표면을 나타낸다. 전면은 광원으로부터 멀어지게 놓이고, 후면은 광원을 향하여 놓여 있다.
본원에서 사용되는 "볼록 CPC 영역"이라는 표현은 CPC의 더 넓은 부분이 후면의 방향을 마주보는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는, "변환-불변(translation-invariant)"이라는 표현은 한 방향에서 표면 위에 변화가 없거나, 적어도 실질적인 또는 연속적인 변화를 나타내지 않는 한편, 거기에 수직인 방향에서 긴 상승 및 함몰의 모양을 갖는, 즉 홈 구조를 나타내는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 "과조절된(overmodulated)"이라는 표현은 변환-불변 방향을 따라서, 즉 홈 구조를 따라서, 구조가 홈 구조에 대하여 횡방향의 변동과는 독립적으로 추가의 변동을 갖는 것을 의미한다. 수학적으로 고려할 때, 효과적인 표면 구조는 그와 독립적으로 이하에 과조절된 것으로 언급되는, 구조를 갖는 홈 구조의 부가를 구성한다. 상기 과조절된 구조는 사인 함수, 무작위 산란 구조 또는 임의의 다른 원하는 함수일 수 있다.
본원에서 사용되는 "렌즈 영역"이라는 표현은 광-유도 구조의 일부가 수학적으로 렌즈-형 함수로 표현될 수 있음을 의미한다.
본원에서 사용되는 "CPC 영역"이라는 표현은 광-유도 구조의 일부가 수학적으로 CPC 구조 함수로 표현될 수 있음을 의미한다.
본원에서 사용되는 "동일한"이라는 표현은 모든 렌즈 영역이 동일한 모양을 가지며 모든 CPC 영역이 동일한 모양을 갖는, 즉 동일한 변수로 표현될 수 있음을 의미한다.
본원에서 사용되는 "의존적"이라는 표현은 이웃하는 렌즈 영역 또는 CPC 영역이, 상이할 수 있지만 그럼에도 이웃하는 영역에 의해 강요되는, 즉 그에 의존하는 모양을 각각 갖는 것을 의미한다. 상기 표현은 전체가 상이한 모양을 갖지만 그럼에도 주기적으로 변동가능한 구조를 표현하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 "독립적"이라는 표현은 이웃하는 렌즈 영역 또는 CPC 영역이, 그의 표현하는 변수가 완전히 서로 독립적인 모양을 가짐을 의미한다. 각각의 개별 구조는 이 경우 상이한 모양을 가질 수 있다.
광-유도 구조는 이하에 ACPC(진보된 복합 포물선 집중장치)라고도 한다.
광-유도 구조는 바람직하게는 변환-불변이다.
렌즈 영역 및 CPC 영역은 각각 동일하거나 의존적 또는 독립적일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 모든 렌즈 영역은 동일하고 모든 CPC 영역은 동일하다.
개별의 렌즈 영역 및 CPC 영역은 또한 독립적인 변수 집합에 의해 표현될 수도 있다.
CPC 영역은
a) 정의된 수용 각에 의해 프레스넬 등식으로부터 중간에 θ1 및 θ2를 계산하고;
b) 다음 수학식에 따라 중간에 구멍각 θ1을 갖는 포물선 가지 P1 및 중간에 구멍각 θ2를 갖는 포물선 가지 P2를 구성하고;
Figure pat00001
(식 중, θ1,2는 좌측(θ1) 및 우측(θ2) 포물선의 중간에서 구멍각이고, x는 X 좌표이며, y1 ,2는 좌측(y1) 및 우측(y2) 포물선의 Y 좌표임);
c) 포물선 가지의 종말점 F1, F2 및 E1, E2를 계산하고;
d) 중간에 구멍각 θ1을 통해 포물선 가지 P1을, 중간에 구멍각 θ2를 통해 포물선 가지 P2를 회전하고, 포물선 가지 P2를 x 축을 따라 변환하고;
e) 임의로, θ1 ≠θ2 인 비대칭 변수의 경우, 점 E1 및 E2에 의해 결정되는 경사 표면의 기울기를 결정하고;
f) 단계 a) 내지 e)에서 구성된 기하학적 형태로부터 공기 중 효과적인 수용 각을 결정하고;
g) 상기 효과적인 수용 각을 정의된 수용 각과 비교하여, 0.001％를 초과하는 차이가 있을 경우, 단계 a)에서 정의된 수용 각 대신 보정된 수용 각으로 단계 a) 내지 f)를 반복하고 (상기 보정된 수용 각은 정의된 수용 각과 같지 않고, 상기 보정된 수용 각은 단계 f)로부터의 효과적인 수용 각이 상기 정의된 수용 각과 일치하도록 선택됨);
h) 상기 효과적인 수용 각과 정의된 수용 각 사이에 차이가 0.001％ 이하에 도달할 경우, 단축 인자에 의해 결정된 양만큼 y 방향에서 포물선을 단축함으로써 결정될 수 있고, 바람직하게 결정된다.
하나의 실시양태에서, 정의된 수용 각 θ1은 5°내지 60°사이에 있고, 정의된 수용 각 θ2는 5°내지 60°사이에 있다.
또 하나의 실시양태에서, 단계 h)의 단축은 단순한 절단이다.
또 다른 실시양태에서, 단계 h)의 단축은 단축 인자에 의해 결정된 인자만큼 y 축을 따라 기하학적 형태를 압축하는 것이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, θ1=θ2이다.
또 다른 실시양태에서, 렌즈의 단면은 타원이다.
또 다른 실시양태에서, 전체 주기는 10 μm 내지 1 mm 사이, 바람직하게는 30 μm 내지 500 μm, 특히 바람직하게는 50 μm 내지 300 μm의 범위 내에 있다.
또 하나의 실시양태에서, CPC 영역은 연속적인 다항식의 경계를 갖는다. 이는 CPC 영역의 두 점 F1 및 F2 사이의 구조가 연속적인 다항식의 함수에 의해 표현될 수 있음을 의미한다. 하나의 실시양태에서, 다항식의 함수는 n차의 다항식이며, n은 32 이하이다. 또 하나의 실시양태에서, 다항의 함수는 4차의 다항식이며, 이는 점 F1과 F2 사이에서 연속적으로 미분가능하다.
또 하나의 실시양태에서, CPC 영역의 두 점 F1과 F2 사이의 구조는 포물선, 쌍곡선, 원 함수, 사인 함수 또는 직선에 의해 표현될 수 있다.
또 하나의 실시양태에서, 상기 영역은 전술한 기하학적 형태 중 하나로부터 5％ 미만 또는 적어도 10％ 미만만큼 벗어난다.
또 하나의 실시양태에서, 상기 구조는 전방의 표면의 적어도 80％, 적어도 90％, 적어도 95％ 또는 100％를 덮는다.
CPC 영역은 연속적인 다항식의 경계(다항식)의 차이를 갖는 통상적인 유전체 CPC(복합 포물선 집중장치)의 디자인에 따른다. 유전체 CPC는 집중장치 시스템으로 통상적으로 사용되며, 훨씬 더 긴 것으로 알려진 금속성 CPC와 대조적으로, 총내부 반사의 광학적 원리를 기초로 한다. 본원에서 사용되는 형태의 CPC를 수학적으로 측정하기 위해, 측정 변수는 2 개이며 - 본원에서는 통상적으로 동일함 - 수용 각 및 단축 인자이다. CPC(도 3)는 언급된 수학식을 이용하는 다음 과정에 따라 고안된다. 기재된 과정은 내재적인 최적화의 문제를 수반한다:
1. 프레스넬 (Fresnel) 등식으로부터, 정의된 수용 각을 이용하여, 중간에서 구멍 각 θ1 및 θ2(31 및 32)의 계산.
2. 다음 수학식에 의해, 중간에서 구멍 각 θ1(31)을 갖는 포물선 가지 P1(22), 및 중간에서 구멍 각 θ2(32)를 갖는 포물선 가지 P2(23)의 구성:
Figure pat00002
3. 상기 포물선 가지의 종말점 F1, F2 및 E1, E2(25, 26, 45, 46)의 분석적 계산
4. 중간에서 구멍 각 θ1을 통하여 포물선 가지 P1 및 중간에서 구멍 각 θ2를 통하여 포물선 가지 P2의 회전, 및 x 축을 따라 포물선 가지 P2의 변환
5. θ1≠θ2(31 및 32)를 갖는 비대칭 변형의 경우, 점 E1 및 E2에 의해 결정된 경사 면의 기울기가 이제 결정된다.
6. 공기 중 효과적인 수용 각이 상기 디자인으로부터 결정된다.
7. 원하는 수용 각과 비교. 충분히 일치하지 않을 경우, 적응된 수용 각을 이용하여 점 1에서 다시 시작한다.
8. 충분한 정확도가 있을 경우, 단축 - y 방향에서 단축 인자(36)에 의해 결정된 정도까지 새로운 종말점 E3 및 E4(27 및 28)를 갖도록 포물선의 단순한 절단
9. 연속적으로 미분가능하게 폐쇄된, n차 다항식에 의해 점 F1 및 F2(25,26)에 의해 범위가 정해진 가장자리를 대체함.
이 경우, CPC는 그 원래 기능과 다른 방식으로 사용된다. CPC가 그 수용 각 θ1 및 θ2(도 3)이 두 램프 사이 영역에서 확산자 판 위에 빛의 입사각 바로 아래에 놓이도록 적응된다면, 상기 자유롭게 정의될 수 있는 위치에서 광 밀도 증가가 수득된다. 이러한 식으로 정의된 CPC는 도 1에서 점 25와 27 사이 및 점 26와 28 사이의 영역을 결정한다. CPC는 동일한 구멍 각 θ1=θ2를 가지고 대칭이거나, 상이한 구멍각 θ1≠θ2을 가지고 비대칭으로 배열될 수 있다.
도 1에서 점 25와 26 사이의 다항식 영역은 연속적으로 적응된 함수이다. 이는 n차 다항식, 둥근 부채꼴, 타원, 사인 함수, 포물선, 렌즈 또는 직선일 수 있다. 이는 바람직하게는 n차 다항식이다. 점 25 및 26에서 연속적으로 미분가능한 4차 다항식이 특히 바람직하다.
점 29와 27 사이 렌즈 영역(렌즈)과 조합된 점 25와 26 사이의 다항식은 램프 바로 위 영역에서 최대의 높이와 폭을 결정한다. 평면의 경우, 광 밀도는 작은 공간 범위에서 매우 높지만 급격히 떨어진다. 상기 영역에서 렌즈의 발산 효과는 상기 최대값을 넓어지며 동시에 낮추게 한다. 넓어지는 것은 영역의 만곡에 의해 조절될 수 있다. 여기에서, 변수의 결정이 발산 렌즈의 표준화된 초점이다. 렌즈는 다음 식에 의해 계산될 수 있다: 사인, n차 다항식, 포물선 쌍곡선, 타원, 원, 원호 부분, 직선. 타원이 바람직하다.
마지막 고안 변수는 두 부분영역 24와 21, 22 및 23 모두의 합의 비이다. 상기 비에 의해, 램프들과 램프 바로 위 사이의 최대값이 동일한 광 밀도 수준에 이를 수 있다. 어느 함수가 다항식 영역에 사용되는지에 따라, 상응하는 함수가 렌즈 영역에 사용되어야 한다. 바람직한 조합을 하기 표에 요약한다.
Figure pat00003
최대값을 3배 함으로써, 통상의 렌즈 구조의 경우 2배로 한 것과 비교하면, 동일한 시스템에서의 균질화 효과가 훨씬 더 크다. 최대값의 위치, 뿐만 아니라 그들의 폭 및 최대 강도가 또한 서로 다르게 적응될 수 있다. 그러므로, 상기 구조는 또한 LED 조명 장치(예를 들면 소수의 램프, 더 얇은 구조)의 요구에도 적합하다.
구조는 몇 개의 변수에 의해 수학적으로 정확하게 기술되고, LED 조명 장치의 각각의 디자인에 적응될 수 있다. 따라서 매우 균질한 조명이 가능하다. 또한, 벌크 산란을 기초로 하는 통상의 시스템과 대조적으로, 그 효과는 산란 시트의 두께와 독립적이며, 이는 디자인에서 추가의 자유도를 제공한다.
또 하나의 실시양태에서, 산란 시트는 후면 위에 산란 효과를 갖는 표면 구조를 갖는다.
또 하나의 실시양태에서, 산란 시트는 후면 위에 UV-흡수 층을 갖는다.
또 하나의 실시양태에서, 산란 시트는 과조절된 구조를 가지며, 이는 변환-불변 방향에서 추가의 산란 효과를 성취한다.
산란 시트 또는 사용되는 산란 시트는 바람직하게는 적어도 1종의 투명 열가소성 물질을 함유한다.
열가소성 물질은 바람직하게는 에틸렌계 불포화 단량체의 중합체 및/또는 2관능성 반응성 화합물의 중축합물 및/또는 2관능성 반응성 화합물의 중부가 생성물에서 선택된 적어도 1종의 열가소성 물질이며, 바람직하게는 에틸렌계 불포화 단량체의 중합체 및/또는 2관능성 반응성 화합물의 중축합물에서 선택된 적어도 1종의 열가소성 물질일 수 있다.
특히 적합한 열가소성 물질은 폴리카르보네이트 또는 디페놀을 기재로 하는 코폴리카르보네이트, 폴리- 또는 코폴리아크릴레이트 및 폴리- 또는 코폴리메타크릴레이트, 예컨대 및 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 폴리(메트)아크릴레이트 (PMMA), 스티렌의 중합체 또는 공중합체, 예컨대 및 바람직하게는 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 아크릴로니트릴 (SAN), 열가소성 폴리우레탄, 및 폴리올레핀, 예컨대 및 바람직하게는 폴리프로필렌 류 또는 고리형 올레핀을 기재로 하는 폴리올레핀 (예를 들면 TOPAS®, Hoechst), 테레프탈산의 중축합물 또는 공중축합물, 예컨대 및 바람직하게는 폴리- 또는 코폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET 또는 CoPET), 글리콜-개질된 PET (PETG), 글리콜-개질된 폴리- 또는 코폴리시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트 (PCTG) 또는 폴리- 또는 코폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT 또는 CoPBT) 또는 상기 언급된 것들의 혼합물이다. 그러나, 상기 언급된 여타 열가소성 물질을 첨가하지 않은, 예를 들면 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀은 상기 방법을 위해 덜 바람직하다.
바람직한 열가소성 물질은 폴리카르보네이트 또는 코폴리카르보네이트, 폴리- 또는 코폴리아크릴레이트, 폴리- 또는 코폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 테레프탈산의 중축합물 또는 공중축합물, 또는 이들 열가소성 물질 중 적어도 1종을 함유하는 배합물이다. 특히 500 내지 100,000, 바람직하게는 10,000 내지 80,000, 특히 바람직하게는 15,000 내지 40,000의 평균 분자량 Mw를 갖는 폴리카르보네이트 또는 코폴리카르보네이트, 또는 이들을 함유하는 배합물이 특히 바람작하다.
산란 시트는 바람직하게는 90％를 초과하는, 특히 95％를 초과하는 투광도를 갖는다.
사용되는 산란 시트는 압출에 의해 제조될 수 있다.
특별한 경우, 전면 및/또는 후면에 산란 효과를 갖는 추가의 표면 구조가 광 분배의 개선된 균질화 효과를 더욱 증가시킨다.
사용되는 광-유도 ACPC 구조를 갖는 산란 시트는 압출, 사출 성형, 사출 압축 성형, 고온 스탬핑, 저온 스탬핑 또는 고압 변형에 의해, 바람직하게는 압출에 의해 제조될 수 있다. 압출을 위해, 상기 구조는 롤러의 하나에 구비된다. 상기 구조는 롤러 위에 초-정밀 제분, 레이저 가공, 화학적 구조화, 사진평판술 또는 당업자에게 공지된 다른 기술들에 의해 적용될 수 있다.
산란 시트는 또한 복수의 층, 중심 층 및 임의로 추가의 층을 전면 및/또는 후면 위에 가질 수도 있다.
산란 시트는 바람직하게는 50 내지 1000 μm, 특히 바람직하게는 50 내지 700 μm, 더욱 특히 바람직하게는 100 내지 600 μm, 특히 250 내지 500 μm의 두께를 갖는다. 여기에서, 산란 시트의 두께는 후면과 산란 시트의 전면 위의 구조의 최대값 사이의 거리를 의미하도록 의도된다.
바람직한 실시양태에서, 조명 장치는 적어도 하나의 확산자 시트를 가지며, 이는 산란 입자를 함유하고 산란 시트의 앞에 배열되며, 즉 렌즈 영역 및 복합 CPC 영역으로 이루어진 광-유도 구조를 갖는 그 전면의 앞에 배열된다. 그러한 확산자 시트는 바람직하게는 기재 물질로 플라스틱을 기재로 하는 것이며, 바람직하게는, 상기 기재 물질에 파묻힌 산란 입자들을 갖는 투명 플라스틱이다.
산란 입자는 중합체 또는 무기 입자일 수 있다. 예를 들면 무기 또는 유기 물질과 같은, 광범위하게 다양한 물질이 산란입자로 고려될 수 있다. 이들은 또한 고체, 액체 또는 심지어 기체 형태로 존재할 수 있다.
무기 물질의 예는 예를 들면 이산화 티탄, 산화 아연, 황화 아연, 황산 바륨 등과 같은 염-같은 화합물, 뿐만 아니라 무기 유리와 같은 무정형 재료이다.
유기 물질의 예는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리알킬옥시실록산이다. 산란 입자는 코어-외피 형태학을 갖는 아크릴레이트를 기재로 하는 중합체 입자일 수 있다. 이러한 경우, 예로써 및 바람직하게는, 이들은 EP-A 634 445에 개시된 것들이다.
기체상 물질의 예는 질소, 불활성 기체, 뿐만 아니라 공기 또는 이산화 탄소와 같은 비활성 기체일 수 있다. 이들은 중합체 용융물 중 가압 하에 "용해되고", 예를 들면 압출 방법에 의해 가공되어 산란 시트를 형성한다. 시트를 냉각/이완시킬 때 기체 버블이 형성된다.
상기 산란 입자들은 또한, 구형에서부터 결정에 의해 나타나는 것 같은 기하학적 형태까지, 매우 광범위하게 다양한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 전이 형태도 마찬가지로 가능하다. 이들 산란 입자는, 예를 들면 산란 입자의 피복의 결과로서 또는 코어-외피 형태학의 결과로서, 그들의 단면에 걸쳐 상이한 굴절율을 갖는 것도 가능하다.
산란 입자는 그들이 그 안에 파묻히게 되는 투명 플라스틱에 광-산란 성질을 부여하는 데 유용하다. 산란 입자의 굴절율 n은 바람직하게는 굴절율의 ± 0.25 단위 내에, 더욱 바람직하게는 ± 0.18 단위 내에, 가장 바람직하게는 투명 플라스틱의 ± 0.12 단위 내에 있다. 산란 입자의 굴절율 n은 투명 플라스틱의 굴절율에 대하여 ± 0.003 단위보다 가깝지 않게, 더욱 바람직하게는 ± 0.01 단위보다 가깝지 않게, 가장 바람직하게는 ± 0.05 단위보다 가깝지 않게 있다. 굴절율은 ASTM D 542-50 및/또는 DIN 53 400 기준에 의해 측정된다.
산란 입자는 일반적으로 적어도 0.5 μm, 바람직하게는 적어도 2 μm, 더욱 바람직하게는 2 내지 50 μm, 가장 바람직하게는 2 내지 15 μm의 평균 입자 직경을 갖는다. "평균 입자 직경"은 수 평균으로 이해되어야 한다.
바람직하게는 적어도 90 중량％, 가장 바람직하게는 적어도 95 중량％의 산란 입자가 2 μm 를 초과하는 직경을 갖는다. 산란 입자는 바람직하게는 자유 유동 분말이다.
기재 물질 중 산란 입자는 기재 물질의 총 중량을 기준으로 환산할 때 바람직하게는 0.001 내지 10 중량％, 바람직하게는 0.01 내지 5 중량％의 양으로 사용된다.
또 하나의 바람직한 실시양태에서, 조명 장치는 적어도 2 개, 바람직하게는 2 개의 산란 시트를 포함하며, 그 각각은 렌즈 영역 및 볼록 CPC 영역으로 이루어진 전면 위에 광-유도 구조를 가지며, 두 번째 산란 시트는 그 후면이 첫 번째 산란 시트의 전면 앞에 배열되고, 상기 두 번째 산란 시트의 광-유도 구조는 상기 첫 번째 산란 시트의 광-유도 구조에 대하여 30 내지 150°사이, 특히 바람직하게는 60 내지 120°사이, 더욱 특히 바람직하게는 90°의 각만큼 회전하여 배열된다.
상기 언급된 것과 같은 조명 장치의 실시양태는 상당히 개선된 광 분배의 균질화를 나타낸다.
상기 조명 장치는 바람직하게는 광 상자, 즉 하우징을 가지며, 이는 광-반사 표면, LED(들), 산란 시트(들), 및 임의로 확산자 시트(들)를 수납한다. 이는 편평한 전면 및 후면, 및 임의의 모양을 갖는 측부 표면을 갖는 상자일 수 있다; 더 복잡한 구조는 내면와 외면에 상이한 모양을 갖는 측부 표면을 가질 수도 있다. 상기 광 상자의 바닥 판은 바람직하게는 광-반사 표면을 나타낸다. 이를 위해, 광 상자는 특히 바람직하게는 확산적 반사성 또는 금속 반사성, 더욱 특히 바람직하게는 확산적 백색-반사성이 되도록 구성된다. 이를 위해, 그 자체 위의 바닥 판, 또는 상기 광 상자의 바닥 판과 측부 표면의 양자가 그 내면 위에 확산적 반사성 또는 금속 반사성, 더욱 특히 바람직하게는 확산적 백색-반사성이도록 구성될 수 있다.
광-반사 표면(들)은 바람직하게는 확산적 반사성 또는 금속 반사성일 수 있고, 이(들)는 바람직하게는 확산적 백색-반사성이다.
LED는 바람직하게는 광 상자의 후면 위 내부에 위치하고, 규칙적인 격자로 또는 불규칙하게 배열될 수 있다. LED는 점 또는 선 광원으로 제작된다. 규칙적인 격자로 배열되는 경우, 상기 격자는 종 방향 (n) 및 횡 방향 (m)에서 열의 수로 표현될 수 있다. 변수 "n" 및 "m"으로 표시되는 열의 수는 각각 1보다 크거나 같은 수이다.
이하의 실시예는 본 발명의 예시적 설명을 위한 것이지 어떤 식으로든 제한적으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
본 실시예는 비교예이며 본 발명의 실시양태를 나타내는 것이 아니다. 하나의 반사기, 및 50 mm의 LED 중간점 간격 및 확산자로부터 LED의 거리 15 mm를 가지고 직선으로 배열된 6 개의 발광 다이오드(LED)를 갖는 조명 장치를 제조하였다. 이를 위해 통상의 확산자 판을 사용하였다: 스미토모 케미칼(Sumitomo Chemical)의 제품인 수미펙스 (Sumipex®) FX 151 표준 아크릴레이트 확산자 판. 본 조명 장치의 구조를 도 4a에 나타낸다. 램프에 걸쳐 휘도 변동(표준 편차)은 33％였다. 휘도 변동은 LED의 중간점을 통한 직선 단면으로 도 4c에 나타낸다. 육안으로 볼 때, 이는 분명하게 다른 점 광원의 인상을 제공하였다. 측정을 위한 기준으로 사용된 휘도 변동 도 4c는 스타라이트 엑스프레스 사(STARLIGHT XPRESS Ltd.)의 제품인 CCD 카메라, 모델 SXVF-H9에 의해 기록되었고, 도 4b에 나타낸다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명의 실시양태를 나타낸다. 하나의 반사기, 및 50 mm의 LED 중간점 간격 및 확산자로부터 LED의 거리 15 mm를 가지고 직선으로 배열된 6 개의 발광 다이오드(LED)를 갖는 조명 장치를 제조하였다. 다음 변수를 갖는 ACPC 구조를 갖는 280 μm 산란 판이 확산자로 구비되었다: 수용 각 40°, 단축 인자: 0.1, 중합체: 비스페놀 A를 기재로 하는 폴리카르보네이트 (Makrolon® 3108 (고-점도 BPA-PC, 300℃에서 1.2 kg으로 ISO 1133에 따르는 MFR 6.5 g/10분)), 렌즈 구조: 직선 (평면), 비: 0.03, 다항식 영역: 2차 다항식. ACPC 산란 시트의 직선형 구조는 LED 배열에 가로질러 (수직으로) 배향되었다. 상기 조명 장치의 구조를 도 5a에 나타낸다. 램프들에 걸쳐 휘도 변동은 12％였다. 휘도 변동은 도 5c에 LED의 중간점을 통한 직선 부분으로 나타낸다. 육안으로 볼 때, 이는 직선형 광원의 인상을 제공하였다. 도 5c에서 측정을 위한 기준으로 사용된 휘도 변동은 스타라이트 엑스프레스 사의 제품인 CCD 카메라, 모델 SXVF-H9에 의해 기록되었고, 도 5b에 나타낸다.
실시예 3
본 실시예도 본 발명의 실시양태를 나타낸다. 하나의 반사기, 및 50 mm의 LED 중간점 간격 및 확산자로부터 LED의 거리 15 mm를 가지고 직선으로 배열된 6 개의 발광 다이오드(LED)를 갖는 조명 장치를 제조하였다. 다음 변수를 갖는 ACPC 구조를 갖는 280 μm 산란 판이 확산자로 구비되었다: 수용 각 40°, 단축 인자: 0.1, 중합체: 비스페놀 A를 기재로 하는 폴리카르보네이트 (Makrolon® 3108 (고-점도 BPA-PC, 300℃에서 1.2 kg으로 ISO 1133에 따르는 MFR 6.5 g/10분)), 렌즈 구조: 직선 (평면), 비: 0.03, 다항식 영역: 2차 다항식. ACPC 산란 시트의 직선형 구조는 LED 배열에 가로질러 (수직으로) 배향되었다. 이 위에, 375 μm의 두께를 갖는 추가의 산란 시트를 배치하였다 (Makrolon® 3108 중, Rohm & Haas 제품인 4 중량％의 시판되는 코어-외피 아크릴레이트 산란 입자 Paraloid® EXL 5137). 상기 조명 장치의 구조를 도 6a에 나타낸다. 램프들에 걸쳐 휘도 변동은 10％였다. 휘도 변동은 도 6c에 LED의 중간점을 통한 직선 부분으로 나타낸다. 육안으로 볼 때, 이는 넓어진 직선형 광원의 인상을 제공하였다. 도 6c에서 측정을 위한 기준으로 사용된 휘도 변동은 스타라이트 엑스프레스 사의 제품인 CCD 카메라, 모델 SXVF-H9에 의해 기록되었고, 도 6c에 나타낸다.
즉, 조명 장치가 개시된다. 본 발명의 실시양태를 나타내고 기재했지만, 본원의 발명적 개념에서 벗어나지 않고 다수의 더 많은 수정이 가능함이 당업자에게 분명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 이하의 청구항의 정신 외에는 제한되지 않는다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 광-반사 표면;
    하나 이상의 발광 다이오드(들) (LED(들)); 및
    적어도 1종의 투명 플라스틱으로 만들어진 적어도 하나의 산란 시트를 포함하며,
    상기 LED(들)는 적어도 하나의 반사 표면의 전방 및 적어도 하나의 산란 시트의 후방에 배열되어 있고,
    상기 산란 시트의 적어도 전면은 렌즈 영역 및 볼록의 복합 포물선형 집중장치 (CPC) 영역으로 이루어진 광-유도 구조를 포함하는 것인, 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CPC 영역이
    a) 정의된 수용 각에 의해 프레스넬 등식으로부터 중간에서 구멍각 θ1 및 θ2를 계산하고;
    b) 다음 수학식에 따라 중간에 구멍각 θ1을 갖는 포물선 가지 P1 및 중간에 구멍각 θ2를 갖는 포물선 가지 P2를 구성하고;
    Figure pat00004

    (식 중, θ1,2는 좌측(θ1) 및 우측(θ2) 포물선의 중간에서 구멍각이고, x는 X 좌표이며, y1 ,2는 좌측(y1) 및 우측(y2) 포물선의 Y 좌표임);
    c) 포물선 가지의 종말점 F1, F2 및 E1, E2를 계산하고;
    d) 중간에 구멍각 θ1을 통해 포물선 가지 P1을, 중간에 구멍각 θ2를 통해 포물선 가지 P2를 회전하고, 포물선 가지 P2를 x 축을 따라 변형하고;
    e) 단계 a) 내지 e)에서 구성된 기하학적 형태로부터 공기 중 효과적인 수용 각을 결정하고;
    f) 상기 효과적인 수용 각을 정의된 수용 각과 비교하여, 0.001％를 초과하는 차이가 있을 경우, 단계 a)에서 정의된 수용 각 대신 보정된 수용 각으로 앞의 단계들을 반복하고 (상기 보정된 수용 각은 정의된 수용 각과 같지 않고, 상기 보정된 수용 각은 단계 f)로부터의 효과적인 수용 각이 상기 정의된 수용 각과 일치하도록 선택됨);
    g) 상기 효과적인 수용 각과 정의된 수용 각 사이에 차이가 0.001％ 이하에 도달할 경우, 단축 인자에 의해 결정된 양만큼 y 방향에서 포물선을 단축함으로써 결정될 수 있는 것인 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서, CPC 영역의 두 점 F1과 F2 사이의 구조가 연속적인 다항식 함수에 의해 표현될 수 있는 것인 조명 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 CPC 영역이, θ1 ≠θ2 인 비대칭 변수의 경우, 구성된 기하학적 형태로부터 공기 중 효과적인 수용 각을 결정하기 앞서, 점 E1 및 E2에 의해 결정되는 경사 표면의 기울기를 측정함으로써 또한 결정될 수 있는 것인 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산란 시트가 적어도 1종의 열가소성 중합체를 함유하는 것인 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서, 산란 입자를 함유하는 산란 시트의 전면에 적어도 하나의 확산자 시트를 더 포함하는 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사 표면이 확산적 광-반사 표면인 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 확산적 광-반사 표면이 백색의 확산적 광-반사 표면인 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서, 하나의 광-반사 표면이 광 상자의 바닥 판을 형성하고, 상기 광 상자는 적어도 LED(들) 및 산란 시트(들)를 수납하는 것인 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 상자가 확산자 시트(들)를 더 수납하는 것인 조명 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 산란 시트(들) 각각이 50 내지 1000 μm의 두께를 갖는 것인 조명 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광-유도 구조가 변환-불변인 조명 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 산란 시트가 과조절된 구조를 가지며, 이것이 변환-불변 방향에서 추가의 산란 효과를 이루는 것인 조명 장치.
  14. 제1항에 있어서, 적어도 2 개의 산란 시트를 포함하며, 그 각각이 전면 위에 렌즈 영역 및 볼록 CPC 영역을 포함하는 광-유도 구조를 갖고, 두 번째 산란 시트는 그 후면이 첫 번째 산란 시트의 전면 앞에 배열되고, 상기 두 번째 산란 시트의 광-유도 구조는 상기 첫 번째 산란 시트의 광-유도 구조에 대하여 30 내지 150°사이의 각만큼 회전하여 배열되는 것인 산란 시트 중 적어도 2 개를 함유하는 조명 장치.
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