KR20120052289A - 자유 형태 조명 모듈 - Google Patents

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KR20120052289A
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에릭 마르티누스 휴베르투스 페트루스 반 디크
에릭 부네캠프
렌느 헨리 우터 반 더 왈
안토니우스 페트루스 마리누스 딘게맨스
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 (a) 제1 면(21), 제2 면(22) 및 도파관 에지(23)를 포함하는 도파관 소자(20) 및 (b) 선택적인 시준 광학기(11)를 갖는 광원광(17)을 생성하도록 배열된 LED 광원(10)을 포함하는 조명 장치(1)를 제공한다. 선택적인 시준 광학기(11)를 갖는 LED 광원(10)은 광원광(17) 중 적어도 일부를 도파관 소자(20)의 도파관 에지(23)를 통해 도파관 소자(20) 내로 결합시키도록 배열된다. 제1 면(21)은 도파관 소자(20)로부터의 빛 중 적어도 일부를 제2 면(22)을 통해 결합시켜 제2 면광(37)을 제공하도록 배열되는 구조물(51)을 포함한다. 조명 장치(1)는 공동(80) 및 반사기(81)를 더 포함하는데, 공동(80)은 빛이 도파관 소자(20)로부터 공동(80)으로 빠져나가게 하도록 배열되며, 반사기(81)는 공동(80) 내의 빛 중 적어도 일부를 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 반사하여 제1 면광(47)을 제공하도록 배열된다. 이러한 조명 장치는 천장을 통해 상향광으로 방을 조명할 수 있고 하향광으로 방의 특정한 영역을 조명하게 할 수 있다. 또한, 비교적 얇은 조명 장치가 제공될 수 있는데, 이는 예컨대 천장에 매달릴 수 있다.

Description

자유 형태 조명 모듈{FREE FORM LIGHTING MODULE}
본 발명은 도파관을 포함하는 조명 장치와 관련된다.
조명, 특히 LCD 배면 조명에서의 도파관 시스템이 본 기술 분야에 공지되어 있다.
예컨대, GB 2430071은 양호한 디스플레이 품질을 갖는 배면 조명 유닛과 이것이 구비된 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위해, 광원, 반사판, 도광판, 기체 공간 및 확산판이 설치된다. 반사판, 도광판, 기체 공간 및 확산판은 언급된 순서로 겹쳐진다. 광원은 상이한 스펙트럼 또는 상이한 양의 냉광(luminescence)을 갖는 개별 광원의 형태이며, 도광판의 입사면 근처에 배치된다. 반사판과 마주보는 도광판의 표면에는 산란점들이 제공되는데, 이에 의해 도광판을 통해 투과되는 빛이 반사판 측으로 꺼내진다.
US 2004183962는 더 균일한 조명 분포와 더 큰 밝기를 갖는 빛을 제공하기 위한 배면 조명 모듈을 기술한다. 배면 조명 모듈은 빛을 제공하기 위한 적어도 하나의 발광체, 상기 빛의 제1 부분을 인도하기 위한 상기 발광체에 인접하여 배치된 도광 조립체, 복수의 개구를 갖는 반투명막 및 상기 도광 조립체 아래에 배치된 반사기를 포함한다. 상기 빛의 제2 부분은 상기 개구를 위쪽으로 통과하고, 상기 빛의 제3 부분은 상기 반투명막 및 상기 반사기에 의해 반사된 후 상기 도광 조립체에 의해 위쪽으로 지향된다. 상기 도광 조립체는 복수의 도광판을 포함하는데, 적어도 하나의 도광판의 하부는 삼각형 오목 또는 호형 오목일 수 있고, 상기 도광판은 소정의 도핑 입자를 포함할 수 있다.
또한, US 2006055843은 LCD의 LCD 패널 아래에 배치되어 빛을 상기 LCD 패널로 인도하기 위한 도광판을 포함하는 LCD 배면 조명 장치를 포함한다. 상기 도광판은 평탄한 상면 및 하면에 형성된 산란 패턴을 갖는다. 상기 도광판의 상면과 하면 사이의 상기 도광판의 평면 방향을 따라 빛을 방사하도록 복수의 단색 광원이 상기 도광판의 측면에 줄지어 배치된다. 상기 광선들이 함께 혼합될 때 백색광을 형성하는 데 필요한 미리 결정된 기준 거리를 전파한 후에만 상기 산란 패턴에 도달하도록, 상기 광원들은 미리 결정된 광선 각도로 광선들을 방사하도록 구성된다. 상기 LCD 배면 조명 장치는 LCD의 두께를 증가시키지 않고 베젤(bezel) 폭을 감소시킬 수 있다.
종래 기술의 시스템은 평평한 도파관의 양면에 빛을 제공할 능력을 가질 수 없다. 그러나, 빛을 두 방향으로 제공할 수 있는{예컨대 분위기 조명으로 사용될 수 있는 간접 조명을 제공하도록 천장으로 지향되는 상향광과 표적(작업) 조명을 위한 하향광} 조명 장치를 제공하고자 하는 요구가 존재한다. 상향광은 방이나 사무실과 같은 공간의 보다 편리한 조명에 기여할 수 있고, 사무실에 대한 UGR(Unified Glare Rating) 규준의 충족에 기여할 수 있다. 이러한 장치는 가정, 사무실, 접객 영역 등에서 사용될 수 있다. 또한, 상향광과 하향광의 상대적인 양을 조절할 수 있는 위와 같은 장치를 제공하고자 하는 요구가 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 대안적인 조명 장치를 제공하는 것인데, 이는 바람직하게는 위에서 언급된 단점들 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 더 경감시키고, 바람직하게는 위에서 지적된 요구들 중 하나 이상을 더 충족시킬 수 있다.
이를 달성하기 위해, 본 발명은 제1 태양에서 아래를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
a. 제1 면(이해를 돕기 위해 아래에서 종종 "상면"이라고도 표시됨), 제2 면(이해를 돕기 위해 아래에서 종종 "하면"이라고도 표시됨) 및 도파관 에지를 포함하는 도파관 소자;
b. 선택적인 시준 광학기를 갖는 광원광을 생성하도록 배열된 LED 광원
여기서 선택적인 시준 광학기를 갖는 LED 광원은 상기 광원광 중 적어도 일부를 상기 도파관 소자의 도파관 에지를 통해 상기 도파관 소자 내로 결합시키도록 배열되고, 상기 제1 면은 상기 도파관 소자로부터의 빛 중 적어도 일부를 상기 제2 면을 통해 결합시켜 제2 면광(이해를 돕기 위해 아래에서 종종 "하향광"이라고도 표시됨)을 제공하도록 배열되는 구조물을 포함하며, 상기 조명 장치는 공동(cavity) 및 반사기를 더 포함하는데, 상기 공동은 빛이 상기 도파관 소자로부터 상기 공동으로 빠져나가게 하도록 배열되며, 상기 반사기는 상기 공동 내의 빛 중 적어도 일부를 상기 제2 면으로부터 멀어지는 방향으로 반사하여 제1 면광(이해를 돕기 위해 아래에서 종종 "상향광"이라고도 표시됨)을 제공하도록 배열된다.
이러한 조명 장치는 예컨대 천장을 통해 상향광으로 방을 조명할 수 있고 하향광으로 방의 특정한 영역을 조명하게 할 수 있다. 구조물의 배열 및 종류뿐만 아니라 제1 면에 있어서의 반사기의 선택적인 존재는 상향광과 하향광의 비율을 조절할 수 있게 한다(예컨대 제조업체에서). 또한, 비교적 얇은 조명 장치가 제공될 수 있는데, 이는 예컨대 천장에 매달릴 수 있다. 하향광과 상향광의 비율은 예컨대 0.01 내지 100(예컨대 1 내지 10이나 2 내지 5)의 범위에 있을 수 있으며, 일 수 있다. 전형적인 상향/하향 비율은 0.2 내지 0.8의 범위에 있을 수 있다.
일반적으로, 도파관 소자는 판 형태, 특히 예컨대 약 0.1 내지 20 mm(예컨대 1 내지 10 mm) 범위의 두께를 갖는 얇은 판의 형태일 수 있다. 도파관 소자는 평평하거나 곡면형일 수 있다. 도파관은 또한 파형을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 면은 실질적으로 평행하게 배열된다(여기에는 평행한 곡면들이 포함된다). 또한, 도파관 소자는 예컨대 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 오각형, 육각형 등을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 임의의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명은 "자유" 형상을 갖는 조명 장치를 제공한다. 본 명세서에서, 도파관 소자는 "도파관" 또는 "도광체"로도 표시될 수 있다. 조명 장치의 전체 두께는 약 1 내지 50 mm, 예컨대 5 내지 15 mm의 범위에 있을 수 있다.
도파관 소자는 예컨대 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PEN(polyethylene napthalate), PC(polycarbonate), PMA(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate)(Plexiglas 또는 Perspex), CAB(cellulose acetate butyrate), 폴리카보네이트, PVC(polyvinylchloride), PET(polyethyleneterephthalate), PETG(glycol modified polyethyleneterephthalate), PDMS(polydimethylsiloxane) 및 COC(cyclo olefin copolymer)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 투과성 유기 재료 후보로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서 도파관 소자는 무기 재료를 포함할 수 있다. 바람직한 무기 재료는 유리, (용융) 석영, 투과성 세라믹 재료 및 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 특히, PMMA, PC, 투명 PVC, 또는 유리가 도파관 소자를 위한 재료로서 선호된다.
특정한 실시예에서, LED 광원으로부터의 빛은 도파관 소자의 테두리에 진입하기 전에 시준된다. 도파관 내로 결합되는 빛은 본 명세서에서 "도파관 광"으로도 표시된다. 조명 장치는 선택적인 시준 광학기를 갖는 복수의 LED 광원을 포함할 수 있다. 복수의 LED 광원은 각각 상이한 방출 파장으로 방출하도록 배열된 둘 이상의 유형의 LED 광원을 포함할 수 있다. 예컨대, 청색 LED 및 황색 LED 또는 청색 LED 및 녹색 LED 및 적색 LED가 제공될 수 있다. 이러한 조합은 백색광을 제공할 수 있도록 배열될 수 있다. 선택적으로, 복수의 LED 중 하나 이상 또는 복수의 LED의 하나 이상의 부분집합이 각각 다른 LED들 또는 LED 부분집합(들)과 독립적으로 제어될 수 있다. 복수의 LED 광원은 도파관의 테두리에 걸쳐 고르게 또는 고르지 않게 분포될 수 있다. 이는 조명 장치의 자유로운 형태에 더 기여한다.
"제1 면으로부터 멀어지는 방향"이라는 문구는 제1 면 방향의 도파관의 내부로부터의 전파 연장선인 방향으로 빛이 이동함을 나타낸다. 마찬가지로, "제2 면으로부터 멀어지는 방향"이라는 문구는 제2 면 방향의 도파관의 내부로부터의 전파 연장선인 방향으로 빛이 이동함을 나타낸다. 제1 및 제2 면으로부터 방사되는 빛은 광도 분포{예컨대 람베르트(Lambertian) 법칙, I=I(0)*cos(α)를 또한 참조}를 가질 수 있지만, 이러한 분포 내의 모든 방향은 각각 제1 및 제2 면으로부터 멀어진다.
"도파관 소자로부터의 빛 중 적어도 일부를 제2 면을 통해 결합시켜 제2 면광을 제공하도록 배열된 구조물"이라는 문구는 제1 면이 제1 면으로부터 멀어지는 방향으로 도파관 광의 외부 결합(outcoupling)을 촉진하도록 배열되는 줄무늬 또는 홈 등과 같은 구조물을 포함하고, 제2 면으로부터의 빛으로서 도파관으로부터 빛이 빠져나와 하향광을 제공한다는 점을 나타낸다. 따라서, 이러한 구조물, 특히 페인트 점 또는 줄무늬는 "소형 하향 조명기"의 기능을 가질 수 있다. 이들은 제1 면으로부터 멀어지는 방향에서 도파관 내로 결합되는 빛의 반사를 유도할 수 있는데, 반사된 빛은 (이어서) 하향광으로서 제2 면을 통해 도파관으로부터 빠져나올 수 있다. 이러한 구조물은 제1 면 상에 배열되거나 제1 면 내에 포함될 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 면은 구조물로서 (백색, 확산) 반사점 또는 줄무늬의 패턴을 포함한다. 이러한 패턴은 예컨대 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄에 의해 제1 면 상에 인쇄될 수 있다. 전형적인 재료는 백색 안료, 예컨대 안료를 포함하는 TiO2 및/또는 Al2O3일 수 있다. 이러한 안료는 고착제를 더 포함할 수 있다. 외부 결합 구조물의 국지적인 밀도는 도파관 소자의 (제2 면의) 전체 영역에 걸친 빛의 균일한 외부 결합을 보장하도록 최적화될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 구조물은 제2 면에 대한 3차원 섭동을 포함한다. 원하는 방향으로 빛을 추출하기 위한 패턴의 예는 T. L. R. Davenport 등의 "Optimizing density patterns to achieve desired light extraction for displays"(Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, ISSN 0277-786X CODEN PSISDG)에 의해 기술된다.
제1 면에 부딪히는 내부 결합된 빛, 즉 도파관 내의 빛은 구조물에 따라 도파관으로부터 빠져나올 수 있다. 도파관의 공동 및 제2 면 이외의 부분으로부터 빠져나오는 빛의 손실을 최소화하기 위해, 구조물을 포함하는 제1 면의 다운스트림(downstream)에 반사기가 배열될 수 있다. 따라서, 특정한 실시예에서, 조명 장치는 제1 면으로부터 빠져나오는 빛을 다시 도파관 내로 반사하도록 배열되는 반사기를 더 포함한다. 또한, 이러한 반사기는 또한 도파관으로부터의 열의 제거를 촉진하도록 배열되는 방열체(heat sink)로서 사용되거나 그와 접촉할 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 면은 열 싱크와 접촉하는데, 즉, 구조물을 포함하는 제1 면의 적어도 일부, 바람직하게는 실질적인 부분이 방열체와 접촉한다.
조명 장치는 공동을 더 포함한다. 이러한 공동은 특히 도파관 소자 내의 속이 빈 형체 또는 도파관 소자의 테두리 중 적어도 일부에 있는 속이 빈 형체이다. 두 경우에 있어서 도파관 광의 일부는 도파관 소자로부터 공동으로 빠져나갈 수 있다. 특정한 실시예에서, 공동은 제1 면 내의 함입부이다. 또 다른 실시예에서, 공동은 제1 면으로부터 제2 면으로 연장되는 공동(즉 구멍)이다. 특정한 실시예에서, 조명 장치는 복수의 공동을 포함한다. 이러한 방식으로, 빛이 복수의 위치에서 빠져나갈 수 있다. 이는 상향광의 보다 균질한 분포를 초래할 수 있다.
도파관으로부터 빠져나오는 빛의 일부는 상향광으로서 공동에서 나갈 수 있다. 제2 면으로부터 멀어지는 방향으로 빛이 공동으로부터 빠져나오는 것을 촉진하기 위해, 공동은 상향광을 제공하도록 제2 면으로부터 멀어지는 방향으로 공동에서 빛의 적어도 일부를 반사하도록 배열되는 반사기를 더 포함할 수 있다.
공동은 입방체, 사방정체, 원통, 또는 타원통, 삼각기둥, 오각기둥, 육각기둥 등과 같은 임의의 형상을 가질 수 있지만, 일 실시예에서 공동의 벽은 또한 특히 제1 면에서 제2 면 방향으로 적어도 부분적으로 점차 가늘어질 수 있다.
특정한 실시예에서, 조명 장치는 복수의 도파관을 포함한다.
각각의 도파관은 자기 자신의 하나 이상의 공동을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바처럼, 이러한 공동은 특히 도파관 소자 내의 속이 빈 형체 또는 도파관 소자의 테두리 중 적어도 일부에 있는 속이 빈 형체이다. 그러나, 조명 장치가 복수의 도파관을 포함하고 조명 장치가 하나 이상의 공동을 포함하는 실시예에서, 하나 이상의 공동은 또한 각각 인접하는 도파관들 사이의 공동일 수 있다.
특정한 실시예에서, 조명 장치는 제2 면의 다운스트림에 배열된 확산기를 더 포함한다. 이러한 확산기는 제2 면으로부터 빠져나오는 상이한 광선들의 혼합을 촉진할 수 있다. 특히, 복수의 상이한 방출색이 사용되는 경우, 이러한 확산기가 유리할 수 있다. 전형적인 확산기는 예컨대 반투명 재료이다. 확산기는 예컨대 홀로그래픽 확산기일 수 있다. 또한, Luminit의 광 조형 확산기("홀로그래픽 확산기"), Fusion Optix 또는 Bright View Technologies의 확산기와 같은 다양한 확산기 박편(foil)이 사용될 수 있다.
확산기는 특히 제2 면으로부터 빠져나오는 실질적으로 모든 빛을 확산하도록 배열된다. 확산기는 또한 빛을 재활용하도록 배열될 수 있다(아래를 또한 참조한다).
확산기라는 용어는 또한 복수의 확산기와 관련된다. 확산기는 예컨대 (또한) 제2 면과 실질적으로 동일한 형상 및 표면적을 갖는 판(또는 복수의 판)일 수 있다. 일 실시예에서, 확산기는 제2 면의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 제2 면과 접촉한다. 따라서, 일 실시예에서, 조명 장치는 도파관 소자 및 확산기의 스택(stack)을 포함한다. 아래에서 논의되는 바처럼, 스택이라는 용어는 예컨대 적어도 5 ㎛의 거리로 인해 스택의 광학 소자들 사이에 접촉이 없는 실시예를 포함할 수 있다.
"업스트림" 및 "다운스트림"이라는 용어는 광 생성 수단(여기서는 LED와 같은 광원)으로부터의 빛의 전파와 관련된 물품 또는 형체의 배열과 관련되며, 광 생성 수단으로부터의 광선 내의 제1 위치에 대해 광 생성 수단에 더 가까운 광선 내의 제2 위치는 "업스트림"이고, 광 생성 수단에서 더 먼 광선 내의 제3 위치는 "다운스트림"이다.
또 다른 실시예에서, 조명 장치는 제2 면의 다운스트림에 배열되고 선택적인 확산기가 존재하는 경우(상술한 바를 참조) 확산기의 다운스트림에 배열되는 (섬광 억제) 광학기를 더 포함할 수 있다. 섬광 억제 광학기는 바람직하게는 비교적 얇아서 얇은 조명 장치가 제공될 수 있게 한다. 바람직한 섬광 억제 광학기의 예시가 본 명세서에 참조로서 포함되는 WO 2006097859(반투명 조명 패널)에 기술된다.
섬광 억제 광학기는 특히 섬광을 감소시킬 수 있는 방식으로 제2 면 및 선택적인 확산기로부터 빠져나오는 실질적으로 모든 빛을 통과시키도록 배열된다.
섬광 억제 광학기라는 용어는 또한 복수의 섬광 억제 광학기와 관련될 수 있다. 섬광 억제 광학기는 예컨대 (또한) 제2 면과 실질적으로 동일한 형상 및 표면적을 갖는 판(또는 복수의 판)일 수 있다. 일 실시예에서, 섬광 억제 광학기는 제2 면의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 제2 면과 접촉한다. 확산기가 존재하는 또 다른 실시예에서, 섬광 억제 광학기는 확산기의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 확산기와 접촉한다. 따라서, 일 실시예에서, 조명 장치는 도파관 소자 및 섬광 억제 광학기의 스택, 또는 도파관 소자, 확산기 및 섬광 억제 광학기의 스택을 포함한다.
예컨대, 반투명 조명 패널과 같은 (섬광 억제) 광학기는 방출된 광 복사를 주로 미리 결정된 구역으로 지향시키기 위해 자신의 외측에 프로파일링(profile)된 표면을 가질 수 있는데, 광 복사는 조명 패널의 평면에 수직인 방향에 대해 비교적 작은 각도로 이동하고, 조명 패널의 평면에 대해 작은 각도에 있는 광 복사는 특히 조명 장치가 비교적 높은 광도를 가져야 하는 경우에 감소된다. 이를 달성하기 위해, 조명 패널의 재료는 광 흡수제를 함유할 수 있는데, 이는 조명 패널의 평면에 대해 실질적으로 수직으로 조명 패널을 통과하는 광선의 광도가 광 흡수제의 존재로 인해 1% 내지 20%만큼 감소되도록 하는 양만큼 함유된다. 이러한 비산란 광 흡수제, 예컨대 안료 또는 염료는 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 조명 패널의 전면에서 조명 패널의 평면에 대해 비교적 작은 각도로 조명 패널의 프로파일링된 표면을 떠나는 광 복사는 조명 패널의 재료를 통과하는 긴 경로를 따르는 것으로 파악되었는데, 이러한 경로는 미리 결정된 구역 내의 방향으로 조명 패널을 떠나는 광 복사의 경로의 길이에 비해 불균형적으로 길다. 결과적으로, 조명 패널의 평면에 대해 작은 각도로 조명 패널을 떠날 수 있었던 광 복사를 흡수하기 위해서는 비교적 작은 양의 광 흡수제가 효과적인 반면, 이러한 비교적 작은 양의 광 흡수제는 조명 패널의 평면에 수직인 방향에 대해 비교적 작은 각도로 조명 패널을 떠나는 광 복사에 매우 제한된 영향을 미친다. 바람직한 실시예에서, 조명 패널의 재료는 광 흡수제를 함유하는데, 이는 조명 패널의 평면에 대해 실질적으로 수직으로 조명 패널을 통과하는 광선의 광도가 광 흡수제의 존재로 인해 2% 내지 15%, 바람직하게는 5% 내지 10% 만큼 감소되도록 하는 양만큼 함유된다.
다른 바람직한 실시예에서, 조명 패널의 외측은 프로파일링된 표면을 갖는데, 그 중 적어도 절반, 바람직하게는 75% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상이 조명 패널의 평면에 대해 30도와 45도 사이, 바람직하게는 35도와 38도 사이의 각도로 배치된다. 아크릴 수지 또는 폴리카보네이트로 만들어진 조명 패널로 최적의 결과가 획득되는데, 외측의 표면에는 돌출부가 제공되어 외측의 표면의 모든 부분이 조명 패널의 평면에 대해 36도의 각도로 배치되도록 한다.
바람직한 추가 실시예에서, 광 흡수제는 스펙트럼적으로 중성인데, 즉, 가시광의 모든 파장이 실질적으로 동일한 정도로 흡수되어 나머지 광 복사가 조명 장치 내의 광원에 의해 방출되는 광 복사와 실질적으로 동일한 색을 갖도록 한다. 일부 응용예의 경우, 조명 장치가 광원으로부터의 빛의 색 이외의 임의의 색을 갖는 빛을 방사하는 것이 바람직할 것이다.
다른 바람직한 실시예에서, 광 흡수제는 가시광의 다른 파장에 비해 가시광의 소정 파장을 더 큰 정도로 흡수한다. 소정의 스펙트럼 흡수를 하는 이러한 광 흡수제는 조명 장치 전면의 상기 미리 결정된 구역에 비해 훨씬 더 큰 정도로 조명 패널의 평면에 대해 작은 각도에 있는 광 복사의 관련된 색을 강화할 것이다. 상기 미리 결정된 구역에서는 있더라도 단지 작은 양의 색이 광 복사에 존재할 것이며, 한편으로 다른 방향에 있는 광 복사는 실제로 색을 가질 것이다.
바람직한 실시예에서, 조명 패널의 상기 외측에는 실질적으로 원뿔형인 표면을 갖는 돌출부가 제공되는데, 그 표면은 조명 패널로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 돌출부의 기저 부분으로부터 점차 가늘어진다. 다른 바람직한 실시예에서, 조명 패널의 상기 외측에는 실질적으로 각뿔형인 표면을 갖는 돌출부가 제공되는데, 그 표면은 조명 패널로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 돌출부의 기저 부분으로부터 점차 가늘어진다. 돌출부의 정면도에서, 돌출부의 기저 부분의 실질적으로 전체적인 둘레는 바람직하게는 유사한 주변 돌출부에 접한다. 조명 패널을 사용함으로써 최적의 결과가 획득되는데, 조명 패널의 외측에 있는 표면의 모든 부분은 약 35도의 각도로 배치된다.
일 실시예에서, 조명 패널의 외측은 프로파일링된 표면을 갖는데, 그 중 적어도 절반은 조명 패널의 평면에 대해 20도와 50도 사이의 각도로 배치되며, 조명 패널의 재료는 조명 패널의 평면에 대해 실질적으로 수직으로 조명 패널을 통과하는 광선의 광도가 광 흡수제의 존재로 인해 1% 내지 20%만큼 감소되도록 하는 양만큼 광 흡수제를 함유한다.
또 다른 실시예에서, 조명 장치는 제2 면의 다운스트림과 확산기 및 섬광 억제 광학기 중 하나 이상의 업스트림에 간격을 더 포함할 수 있다. 선택적인 확산기 및 선택적인 섬광 억제 광학기 또는 다른 사출창이 제2 면으로부터 소정 거리에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 확산기 및 섬광 억제 광학기 중 하나 이상이 존재하고, 이들 중 하나 이상은 각각 제2 면으로부터 0이 아닌 거리에 배열된다. 이러한 방식으로, 소정 종류의 간격이 제공된다. 특히, 복수의 상이한 방출 색이 사용되는 경우, 이러한 간격이 유리할 수 있다. 간격은 진공 또는 기체(예컨대 공기)를 함유할 수 있다. 특히, 도파관 면(들)의 다운스트림에 있는 광학기는 서로 또는 도파관 면(들)과 광학적으로 접촉하지 않는다. 예컨대 5 내지 500 ㎛(예컨대 10 내지 250 ㎛)의 범위 내에서 적어도 약 5 ㎛(예컨대 적어도 약 10 ㎛)와 같은 거리에 광학기를 배열함으로써 비광학적 접촉이 획득될 수 있다.
선택적으로, 도파관과 제1 다운스트림 광학 소자 사이의 간격은 예컨대 5 내지 50 mm(예컨대 10 내지 25 mm 또는 10 내지 15 mm)의 범위와 같이 더 클 수 있다.
특정한 실시예에서, 상향광과 하향광의 비율이 제어될 수 있다. 이는 다른 것들 중에서도 도파관으로부터 공동으로의 외부 광결합의 양의 제어 및/또는 공동으로부터 빠져나오는 빛의 양의 제어에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 비율은 상술한 비율들 중 하나 이상으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 조명 장치는 조절 가능한 공동 개구를 더 포함하는데, 이는 공동으로부터 빠져나오는 제1 면광의 양을 제어하도록 배열된다. 특정한 실시예에서, 공동은 조절 가능한 공동 개구로서 조절 가능한 조리개 개구를 갖는 조리개를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 공동은 조절 가능한 반사기를 포함하고, 조절 가능한 반사기는 도파관 소자 내로 다시 들어가는 조절 가능한 반사기에서의 반사를 제어하도록 배열된다. 또 다른 실시예에서, 구조물은 탄성적으로 변형될 수 있고, 조명 장치는 구조물을 가소적으로 변형시키도록 배열되는 구동기를 더 포함한다.
따라서, 조명 장치는 상향광과 하향광의 비율을 제어하도록 배열되는 원격 제어기일 수 있는 제어기를 더 포함할 수 있다. 그 대신 또는 그에 부가하여 제어기는 또한 상향광과 하향광의 색, 색온도 및 광도 중 하나(적용 가능한 경우 그 이상)를 제어하도록 배열될 수 있다.
본 발명은 상향 및 하향 조명을 위해 사용될 수 있는 빛을 도광체로부터 추출하기 위한 방식을 기술한다. 상향광 부분이 조명 장치 영역의 작은 부분만을 필요로 할 수 있기 때문에, 본 발명은 또한 넓은 면적의 얇은 방열체를 사용할 수 있게 한다.
본 발명의 실시예가 이제 첨부된 개략도를 참조하여 예시로서만 기술될 것이며, 여기서 대응되는 참조 부호는 대응되는 부분을 가리킨다.
도 1a 및 1b는 조명 장치의 일부 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2a 내지 2d는 도파관의 소정의 형상 및 LED 광원의 배열을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3a 내지 3c는 조명 장치의 소정의 특정한 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a 및 4b는 공동에 관한 소정의 원리를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 조명 장치의 예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6a 내지 6k는 도파관의 소정의 구성 및 공동 및 LED 광원의 배열을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7a 내지 7d는 상향광과 하향광의 비율이 가변적인 일부 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도면들은 반드시 비율에 맞지는 않는다. 도면들에서, 전기 케이블 또는 접속부, 안정기 등과 같은 관련성이 적은 물품들은 명료함을 위해 도시되지 않았다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치(1)를 개략적으로 도시한다. 조명 장치(1)는 도파관 소자(20)를 포함한다. 이러한 도파관 소자(20)는 상면으로도 표시되는 제1 면(21) 및 하면으로도 표시되는 참조 번호 22로 표시되는 제2 면을 포함한다. 테두리는 참조 번호 23으로 표시된다. 도파관(20)은 투명 플라스틱, 유리 등과 같은 본 기술 분야에서 공지된 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 도파관의 테두리에는 광원(10), 특히 LED가 배열되는데, 이는 테두리(23)를 통한 도파관(20)으로의 내부 결합을 위한, LED 광(17)으로도 표시되는 빛(17)을 제공하도록 배열된다. 선택적으로, LED 광(17) 중 적어도 일부를 도파관(20)의 테두리(23)로 시준하도록 배열되는 시준 광학기(11)가 존재할 수 있다. 테두리(23)를 통해 도파관(20)으로 들어가는 빛은 도파관(20)을 통해 이동할 것이고, 상면(21)에 도달할 수 있다.
상면(21)은 도파관 내의 빛 중 적어도 일부를 제2 면(22)을 통해 도파관 소자(20) 밖으로 결합시키도록 배열되는 구조물(51)을 포함한다. 이러한 방식으로, 제2 면광(37)(아래를 참조한다)이 제공되는데, 이는 하향광이라고도 표시된다. 따라서, 구조물(51)은 제1 면(21)으로부터 멀어지는 방향으로 도파관(20) 밖으로 빛을 결합시키도록 배열된다. 구조물(51)은 참조 번호 50으로 표시되는 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 조명 장치(1)는 반사기(70)를 포함할 수 있는데, 이는 제1 면(21)을 통해 빠져나오는 빛이 다시 도파관(20)으로 반사되는 것을 촉진하도록 배열된다. 이러한 빛은 다시 도파관(20)의 다른 장소에서 외부 결합될 수 있다. 본질적으로, 도파관(20)은 빛이 외부 결합할 수 있는 두 개의 장소를 갖는다. 하나의 장소는 제2 면 또는 하면(22)이고, 다른 장소는 공동(80)이다. 따라서, 조명 장치(1)는 공동(80)을 더 포함하는데, 이는 빛이 도파관 소자(20)로부터 이러한 공동(80)으로 빠져나가게 하도록 배열된다. 이러한 공동(80)은 개구(82)(공동 개구)를 갖는데, 이를 통해 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 빛이 공동으로부터 빠져나갈 수 있다. 이러한 방식으로, 조명 장치(1)는 적어도 두 방향으로 빛을 제공할 수 있다. 하나의 방향은 위쪽, 즉 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 공동(80)을 통해 도파관으로부터 빛이 빠져나가는 방향이다. 그리고 다른 방향에서 빛이 제2 면(22)을 통해 제1 면(21)으로부터 멀어지도록 이동한다. 공동은 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 공동(80)에서 빛의 적어도 일부를 반사하도록 배열되는 반사기(81)를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 면광(47)(아래를 참조한다)이 제공될 수 있는데, 이는 상향광으로도 표시된다. 조명 장치(1)는 선택적인 확산기(40)를 더 포함할 수 있는데, 이는 제2 면(22)으로부터 빠져나오는 빛의 혼합을 촉진하도록 배열된다.
또한, 조명 장치(1)는 섬광이 최소화될 수 있도록 미리 결정된 방향으로 제2 면(22)으로부터 빠져나오는 빛을 집속하도록 배열되는 섬광 억제 광학기(30)를 포함할 수 있다. 선택적인 확산기(40)는 제2 면(22)으로부터 거리 d1에 배열될 수 있는데, 이러한 거리는 0 이상일 수 있다(아래를 또한 참조한다). 또한, 섬광 억제 광학기(30)는 제2 면(22)으로부터 거리 d5에 배열될 수 있다. 선택적인 확산기(40) 및 선택적인 섬광 억제 광학기(30)를 포함하는 조명 장치(1)의 전체 두께는 d4에 의해 표시된다. 도파관(20)의 두께는 d3에 의해 표시된다. 도 1a는 공동(80)이 도파관(20) 내의 공동인 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 공동(80)은 제1 면(21)으로부터 도파관(20)의 일부로 연장되는 공동이다. 이 실시예에서, 공동(80)은 도파관(20) 내의 구멍이 아니다.
바람직하게는, 광학기들 사이에는 광학적 접촉이 존재하지 않는다. 따라서, 적용 가능한 경우, 면과 선택적인 다운스트림 광학기 사이뿐만 아니라 추가적인 다운스트림 광학기들 사이의 거리는 각각 바람직하게는 예컨대 5 내지 500 ㎛(예컨대 10 내지 250 ㎛) 범위 내의에서 적어도 약 5 ㎛(예컨대 적어도 약 10 ㎛)이다. 따라서, 예컨대 도 1a 및 다른 도면들에 개략적으로 도시된 실시예에서, 거리 d1 및 d6은 5 내지 500 ㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
도 1b는 공동(80)이 도파관(20) 내의 구멍일 수 있는 실시예를 개략적으로 도시한다. 또는, 그 대신 두 개의 도파관(20)이 이들 사이에 공동(80)이 존재하도록 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 예시로서 섬광 억제 광학기(30)만이 도시되고, 확산기(40)는 존재하지 않는다.
도 1a 및 1b는 둘 다 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 실시예의 측면도로 간주될 수 있다. 따라서, 예컨대 도 1b에 개략적으로 도시된 실시예에서, 거리 d5는 5 내지 500 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
도 2a는 정면도로 도시된 조명 장치(1)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 예시로서 단지 몇 개의 광원들(10)만이 도시된다. 테두리(23)의 한 부분에는 하나의 시준기(11) 내의 두 개의 LED(10)가 도시되고, 테두리(23)의 다른 부분에는 시준기(11) 내의 하나의 LED(10)가 도시된다. 구조물(51)(이 도면에는 도시되지 않음)이 제공되는 방식에 따라, LED 광원(10)이 임의의 원하는 위치에 제공될 수 있다. LED 광원들(10)을 고르게 또는 대칭적으로 배열할 필요가 없을 수 있다.
도 2b, 2c 및 2d는 다수의 가능한 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 2b에서, 원형 도파관(20)이 테두리(23) 주위에 배열된 복수의 LED 광원(10)으로 도시된다. 도 2c에는 조명 장치(1)의 실시예가 개략적으로 도시되는데, 여기서 도파관(20)은 또한 원형이지만 LED 광원들(10)은 중앙 공동에 배열된다. 도 2d는 조명 장치(1)가 가질 수 있는 형상의 자유도를 개략적으로 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 추가 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 3a는 방열체(55)를 더 포함하는 조명 장치(1)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 방열체는 LED 광원(10) 및/또는 선택적인 시준기(11)와 물리적으로 접촉할 수 있다. 또한, 반사기(70)는 방열체(55)로서 사용될 수 있고, 이러한 방식으로, 또한 도파관(20) 내에서 생성된 열이 방열체(55)를 통해 빠져나갈 수 있는데, 따라서 방열체(55)는 제1 면(21){구조물(51)을 포함함}의 적어도 일부와 물리적으로 접촉할 수 있다.
도 3b는 선택적인 확산기(40)와 선택적인 섬광 억제 광학기(30)가 또한 존재한다는 점을 제외하고 도 3a와 동일한 실시예를 개략적으로 도시한다. 방열체(55)는 또한 선택적인 확산기(40) 및/또는 섬광 억제 광학기(30)와 물리적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 확산기(40) 및/또는 섬광 억제 광학기(30)에서 생성된 열이 또한 방열체(55)를 통해 방산될 수 있다.
도 3c는 간격(61)이 존재하는 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 간격(61)은 확산기(40) 및 섬광 억제 광학기(30)를 제2 면(22)으로부터 소정 거리에 배열함으로써 제공될 수 있다. 위에서 언급된 바처럼, 제2 면(22)과 확산기(40) 사이의 거리는 d1으로 표시된다. 또한, 반사기(60)가 닫힌 간격(61)을 제공하도록 제공될 수 있다. 따라서, 간격(61)은 확산기(40) 및 섬광 억제 광학기(30) 중 하나 이상과 제2 면(22) 및 반사기(60)에 의해 둘러싸인 구획일 수 있다. 이러한 간격(61)이 적용되는 경우에도, 조명 장치(1)의 두께는 작을 수 있다. 예컨대, 두께 d4는 5 내지 50 mm 범위에 있을 수 있다.
도 4a 및 4b는 조명 장치(1)가 어떻게 기능할 수 있는지를 개략적으로 도시한다. LED 광원(10)은 테두리(23)를 통해 도파관(20) 내로 결합되는 빛(70)을 제공한다. 도파관(20) 내의 빛은 참조 번호 27에 의해 표시된다. 이러한 빛은 도파관(20)의 테두리와 면에서 반사될 수 있다. 일부 장소에서, 빛(27)은 제1 면(21)으로부터 멀어지는 방향으로 구조물(51)에서 제2 면(22)으로 반사될 수 있다. 이러한 빛은 도파관으로부터 빠져나갈 수 있다. 제2 면(22)을 통해 도파관(20)으로부터 빠져나간 빛은 참조 번호 37에 의해 표시되는데, 이는 또한 본 명세서에서 제2 면광 또는 하향광(37)이라고 불린다. 도파관 내의 빛(27)의 일부는 또한 참조 번호 223에 의해 표시되는 다른 테두리를 통해 빠져나갈 수 있는데, 이는 조명 장치(1)가 포함하는 공동(80)의 테두리이다. 이러한 빛은 공동(80)이 포함하는 반사기(81)에 의해 반사될 수 있고, 이러한 방식으로 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 조명 장치(1)로부터 빠져나갈 수 있다. 이러한 빛은 참조 번호 47에 의해 표시되고, 본 명세서에서 또한 제1 면광 또는 상향광(47)으로 표시된다. 이러한 빛은 개구(82)를 통해 공동으로부터 빠져나간다.
도 4b는 공동(80)이 도파관(20)의 테두리에 있을 수 있는 실시예를 개략적으로 도시한다. 다시, 도파관 내의 빛(27)은 공동 테두리(223)를 통해 도파관(20)으로부터 공동(80)으로 빠져나갈 수 있다. 도파관(20)으로부터 빠져나간 이러한 빛은 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 반사기(81)에 의해 공동(80) 내에서 반사될 수 있고, 상향광(47)으로서 {공동 개구(82)를 통해} 조명 장치를 떠날 수 있다.
도 5는 조명 장치(1)가 어떻게 기능할 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 이는 LED 광원(10)과 선택적인 광학기(11) 및 방열체(55)가 포함될 수 있는 광학기 구획(91)을 도시하며, 이러한 도면은 빛이 조명 장치(1)로부터 어떻게 빠져나갈 수 있는지를 도시한다. 하향광(37)으로서 빛이 제2 면(22)으로부터 빠져나갈 수 있고, 상향광(47)으로서 빛이 제1 면(21)으로부터, 실제로는 공동 개구(82)로부터 빠져나갈 수 있다.
도 6a 내지 6k는 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 복수의 가능한 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 두 개의 도파관(20)이 도파관들(20) 사이에 공동(80)이 존재하는 방식으로 제공되는 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 공동은 조명 장치(1) 밖으로 빛을 결합하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 실시예는 복수의 LED 광원(10)이 적용되는 것을 개략적으로 도시한다. 예컨대, 복수의 LED 광원(10)을 포함하는 참조 번호 15에 의해 표시된 막대가 도파관(20)의 테두리에 각각 배열될 수 있다. 도 6a는 정면도로 도시된다.
도 6b는 도 6a에 개략적으로 도시된 것과 동일한 실시예의 측면도이다.
도 6c는 도 6a 및 6b에 개략적으로 도시된 실시예에 대한 변형을 개략적으로 도시한다. 도 6c는 이러한 실시예의 정면도이다. 이러한 실시예는 복수(여기서는 3개)의 도파관(20)을 포함하는데, 도파관들(20) 사이에는 공동(80)이 존재한다. 다시, 복수의 LED 광원(10)은 이러한 도파관들의 테두리들(223)을 통해 이러한 LED 광원들로부터의 빛을 도파관들(20) 내로 결합시키는 데 사용된다.
도 6d는 도파관(20)이 원형이고 LED 광원(10)이 원형 도파관(20)의 바깥 테두리에 배열되는 실시예를 개략적으로 도시한다. 도파관은 내부 결합된 빛의 적어도 일부가 빠져나갈 수 있는 중앙 공동(80)을 더 포함한다.
도 6e, 6f 및 6g는 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 실시예에서 사용될 수 있는 도파관(20)의 형상을 개략적으로 도시한다. 도 6e는 원형 공동(80)을 갖는 삼각형 도파관을 개략적으로 도시하고, 도 6f는 삼각형 공동(80)을 갖는 삼각형 도파관(20)을 개략적으로 도시하고, 도 6g는 다중 채널 광 공동(80)을 갖는 삼각형 도파관(20)을 개략적으로 도시한다.
도 6h는 도파관(20)에 걸쳐 분포된 공동(80)을 포함하는 자유 형태 조명 장치(20)를 개략적으로 도시한다.
도 6i 및 6j는 다시 본 발명에 따른 조명 장치(1)에서 사용될 수 있는 도파관(20)의 일부 형상들을 도시한다. 도 6i는 육각형 공동(80)을 갖는 육각형 도파관(20)을 개략적으로 도시하고, 도 6j는 다중 채널 광 공동(80)을 갖는 원형 도파관(20)을 개략적으로 도시한다.
도 6k는 도파관(20)이 복수의 공동(80)을 포함하는 실시예를 개략적으로 도시하는데, 예시로서 공동(80)은 원형 구멍으로 도시된다. 예컨대, 이러한 공동(80)은 부분적인 공동일 수 있거나 제1 면(21)으로부터 제2 면(22)으로 연장될 수 있다. 도파관(20)은 도파관(20)의 테두리(23)를 조명하는 LED 막대(15)에 배열된 복수의 LED 광원(10)에 의해 조명된다.
도 7a 내지 7d는 하향광(37)에 대한 상향광(47)의 비율이 변할 수 있는 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 7a는 공동 개구(82)가 가변적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 가변 공동 개구(82)를 갖는 경우, 즉 개구의 폭이 가변적인 경우, 조명 장치로부터 빠져나가는 빛(47)의 양이 조절될 수 있다. 도 7a에서, 예시로서 조절 가능한 조리개 개구(92)를 갖는 조리개(90)가 도시된다. 바람직하게는, 공동을 향해 지향된 조리개(90)의 일부는 반사성이다. 조리개 개구(92)를 열거나 닫음으로써, 빠져나가는 빛(47)의 양이 제어될 수 있다. 개구(82)(92)가 더 작은 경우, 빛은 공동으로 다시 반사될 것이고, 다시 도파관(20)에 부분적으로 들어갈 수 있다. 개구(82)(92)가 큰 경우, 실질적으로 어떠한 빛도 조리개(90)에서 반사되지 않을 수 있고, 따라서 빛(47)이 방해를 받지 않고 공동(82)으로부터 빠져나갈 수 있다.
도 7b 및 7c는 공동(80)이 조절 가능한 반사기(181)를 포함하는 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 조절 가능한 반사기(181)는 예컨대 높이가 조절될 수 있다. 도 7b는 제1 위치에 있는 조절 가능한 반사기(181)를 개략적으로 도시하는데, 테두리(223)로부터 빠져나오는 빛은 이러한 반사기(181)에 의해 실질적으로 도파관(20) 내로 다시 반사되지 않는다. 도 7c는 조절 가능한 반사기(181)가 테두리(223)에서 도파관(20)으로부터 빠져나오는 빛의 적어도 일부를 다시 도파관(20)으로 반사하도록 배열되는 상태를 개략적으로 도시한다. 제1 상태에서, 도 7b에 도시된 바처럼 조절 가능한 반사기는 반사기(181) 및 반사기들(281)로 이루어질 수 있는 일종의 반사기 공동 내에 있을 수 있다.
도 7d는 구조물(51)이 탄성적으로 변형 가능한 실시예를 개략적으로 도시한다. 압력이 구조물(51)에 가해지는 경우, 이는 제2 면(22)을 통해 빠져나오는 빛의 양에 영향을 비칠 수 있다. 따라서, 이 실시예에서 조명 장치(1)는 구조물(51)의 전체 개수 중 적어도 일부에 압력을 가하도록 배열될 수 있는 구동기(75)를 더 포함한다. 예시로서, 도 7d는 예컨대 반사기(70)일 수 있는 가압 수단(76)을 포함하는 구동기(75)의 실시예를 도시한다. 또한, 구동기(75)는 구조물(51)이 눌리도록 가압 수단(76)에 힘을 가하도록 배열되는, 참조 번호 77에 의해 표시되는 모터 또는 다른 장치를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 면(22)을 통해 빠져나가는 빛의 양, 그리고 따라서 상향광(47)과 하향광(37)의 양의 비율이 제어될 수 있다.
추가적인 특정 실시예
기본적인 실시예는 위쪽에 외부 결합 점 또는 줄무늬("백색 페인트")의 스크린 인쇄(또는 잉크젯 인쇄)된 패턴이 제공되는 투명 중합체(예컨대 PMMA) 직사각형 도광판으로 이루어질 수 있다. LED 어레이로부터의 빛은 (바람직하게는) 도광체 내로 시준 및 주입된다. 점 패턴 밀도는 빛이 도파관의 전체 영역에 걸쳐 균일하게 외부 결합되도록 하는 방식으로 최적화된다. 방출된 빛은 각기둥 판 또는 박편{예컨대 MLO(micro lighting optics) 판/각기둥 판(WO2006097859)}에 의해 시준될 수 있다. 이러한 판은 효과적인 섬광 제어를 보장한다. 점 패턴은 LightTools 6.1(공급자: Optical Research Associates)의 BPO(Backlight Pattern Optimiser)를 사용하여 최적화될 수 있다.
LED 어레이는 "차가운 백색" 및 "따뜻한 백색" LED로 이루어지는 실시예일 수 있다. 두 가지 LED 유형이 CW(cool white)-WW(warm white)-CW-WW-CW 등의 교대 순서로 배치된다. 균일한 유색광 출력이 하나의 LED 유형의 피치(p) 및 LED들의 발광 표면과 도광체 입구 사이의 거리(L)에 의해 결정된다. p/L>1인 경우 양호한 균일성에 도달한다. LED들은 (열적인 이유로 인해) 도광체의 (긴) 테두리 상에 배치될 수 있지만, 많은 다른 구성이 가능하다. 다른 LED 조합이 또한 가능하다(R-G-B, R-G-B-A, CW-A, …)(A=호박색). 그 대신, CW-WW-적색이 적용될 수 있다. 특징적인 CW:WW LED 개수 비율은 CW:WW=1:1(즉 n개의 CW LED : n개의 WW LED)과 같은 0.5<CW/WW<2의 범위에 있을 수 있다.
빛이 도광체에 주입되는 방식은 시스템의 전체 광 효율(의 일부)을 결정한다. 일반적으로, 도광체 내로 주입되는 시준된 LED 광선은 (어떠한 시준도 없이) 도광체 근처에 배치되는 람베르트 LED에 비해 광 효율을 향상시킨다. 한편, 이러한 광선이 지나치게 시준되는 경우, 효율이 다시 떨어질 수 있다. 전형적인 예에서, 레벨(Rebel) LED들의 어레이는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형 선형 반사기 내에 LED들을 배치함으로써 시준된다. CPC는 균일한 내부 결합의 요건을 충족시키도록 직선 부분에 의해 길어진다(위의 p/L 비율을 참조한다). 전형적인 출사각(공기에서)은 37도이고, 최적의 전체 광 효율을 제공한다. 기계적 제약 또는 심미적 요건에 따라 다른 구성 및 다른 시준 방식이 가능하다.
본 발명의 관련성 있는 요소는 광속의 명확한 부분(예컨대 80%)이 아래쪽 방향으로 지향되고 나머지(예컨대 20%)가 위쪽(천장) 방향으로 지향된다는 점이다. 위쪽 방향의 빛은 시준되지 않을 필요가 없고, 본질적으로 람베르트 특성을 가질 수 있다. 그 대신, 박쥐 날개형 광도가 또한 제공될 수 있다. 구조물을 포함하는 제1 면의 다운스트림에, 그리고 특히 공동의 다운스트림에 상향 광선 형상을 조절하기 위한 추가 광학기가 제공될 수 있다. 상향/하향 비율은 다른 것들 중에서도 시준기 판의 반사율 및 도광판 상의 외부 결합 점 또는 줄무늬의 밀도에 의해 결정될 수 있다.
모듈의 형상은 단순한 정사각형 모듈로 제한되지 않는다. 이론적으로 모든 임의의 (2차원) 형상이 가능하다. 도광체가 구부러지기에 충분히 얇은 경우(예컨대 < 2 mm) 완전한 자유도(3D)가 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, 도광체와 MLO 판(도 3c) 사이에 실질적인 공기 간극이 도입된다. 이는 테두리 또는 베젤이 없는 조명 장치를 설계할 수 있게 한다. LED 시준기 유닛의 일부가 이제 도광체와 시준기 사이의 공동에 숨겨진다. 베젤의 폭은 필요한 시준의 양 및 혼합 길이에 의해 결정된다. 도광체의 입구의 광학적 구조는 혼합 길이를 더 감소시키고 보다 심미적인 조명 장치를 만드는 것을 돕는다. 조명 장치의 두께는 예컨대 15 내지 25 mm 범위에 있을 수 있다. 이러한 설계는 또한 내부 결합측에 가까운 색 변화에 훨씬 더 내성이 있다.
조명 장치의 내부를 들여다보면, 도광체 상에 인쇄된 패턴과 MLO 구조물의 결합된 효과를 살펴볼 수 있다. 그 효과는 미묘하고 매우 장식적일 수 있지만, 또한 원치 않는 모아레(Moire) 효과가 일어날 수 있는데, 이는 종종 바람직하지 않은 것으로 간주된다. 이러한 효과를 완전히 제거하기 위해, 홀로그래픽 확산기가 도광체와 시준기 사이에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 매우 매끄러운 발광 표면이 생성될 수 있다. 예컨대 타원형 확산기가 사용되는 경우, 빛은 바람직하게는 LED 어레이의 방향으로 산란된다. 이러한 전략은 또한 색 변화를 평활화하는 것을 돕는다.
홀로그래픽 박편의 사용은 또한 낮은 LED 밀도가 요구되는 경우에 유용하다. 이러한 경우, 큰 외부 결합 점 구배가 필요할 수 있는데, 이는 적절한 홀로그래픽 확산기를 사용함으로써 "보이지 않게 만들어질" 수 있다.
계산은 상향/하향 광속 비율과 조명 장치의 광 효율 사이에 절충이 존재함을 보여준다. 이러한 전략은 위와 아래 방향에서 시준된 빛을 필요로 하는 경우에 벽에 장착되는 조명 장치를 구축할 때 유용하다.
구조는 단일 도광체로 한정되지 않는다. 두 개의 도광체를 사용하는 경우, 동적인 상향/하향 비율을 갖는 시스템을 만드는 것이 가능해진다. 또한, 상향 및 하향 광선의 색이 상이할 수 있다. 다양한 다른 조합이 가능하다. 예컨대, 일 실시예에서 도광체의 스택이 적용되는데, 바람직하게는 스택에 하나 이상의 수반되는 LED 광원이 제공되고, 스택은 바람직하게는 제1 및 제2 면을 포함한다.
위에서, 조명 장치의 시각적 인상이 기술된다. 지금까지는 명확한 광 추출 패턴의 생성에 의해 일정한 휘도 출사면이 설계되었다. 추가될 수 있는 추가 특징은 보다 복잡한 발광 패턴을 포함하는 것이다. 출사 표면의 휘도는 주기적 또는 무작위적으로 변화할 수 있다. 고객의 기호와 관련된 고유한 패턴을 생성하거나 모든 종류의 기하학적 패턴을 만들 수 있다. 또한, 착시(깊이, 움직임)가 설계에 포함될 수 있다.
두 도광체 사이의 공동 또는 채널의 폭을 조절함으로써 상향/하향 비율을 조절할 수 있다. 채널은 일반적으로 반사기(확산/반사)를 갖는 한쪽에서 닫혀 있다. 외부 결합 구조물의 밀도는 도광체의 전체 영역에 걸친 빛의 균일한 외부 결합을 보장하도록 최적화된다. 상향 및 하향 광속 사이의 균형은 예컨대 외부 결합 구조물의 최대 밀도 및 도광체의 두께에 의해 더 조절될 수 있다.
조명 장치는 예컨대 두 개의 분리된 발광 영역으로 이루어질 수 있다. 도광체와 전방 광학기 사이에 소정의 간극이 허용되는 경우, 연속적인 전방(MLO) 표면으로 모듈이 구축될 수 있다. 두 도광체 사이의 반사기의 시정은 홀로그래픽 확산기에 의해 완전히 가려질 수 있다. 두 도광체 부분 사이의 반사기는 조명 장치의 전체 두께를 감소시키도록 부분적으로 투과성으로 만들어질 수 있다.
위쪽 방향으로 이동하는 빛은 대략 람베르트 광도 분포를 가질 수 있지만, 원하는 경우 시준 또는 조형될 수 있다. 모든 예에서, 상향 조명 구조물은 단순히 반사기로 덮인 채널 또는 구멍이다. 다른 구조가 또한 구상될 수 있다(예컨대 채널 깊이가 전체 도광체 두께의 단지 일부인 경우). 상향 조명 기능은 많은 방식으로 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 상부측의 공동 개구는 하부측 상의 반사성 박편과 같은 반사기를 갖는 조리개를 열고 닫음으로써 변화될 수 있다. 이러한 조리개에 의해 반사되는 빛은 부분적으로 다시 도광체 내로 결합될 수 있고, 따라서 다시 아래쪽으로 보내질 수 있어 상향:하향 비율을 동적으로 변화시킬 수 있다.
빛의 더 많은 부분을 다시 도광체로 보냄으로써, 아래 방향에서의 빛의 외부 결합이 공간적으로 불균질해질 수 있다. 따라서, 조리개가 완전히 닫히는 경우, 더 많은 빛이 중앙으로부터 다시 반사되어 조명 장치의 중앙에서 아래쪽으로 결합되는 빛이 증가되는 결과를 낳는다. 이러한 효과는 대부분의 빛이 외부 결합되기 전에 도광체를 통해 여러 번 앞뒤로 이동할 것을 요구하는 방식으로 외부 결합 구조물을 설계함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 이는 조명 장치의 더 낮은 전체 효율을 초래할 수 있다.
이 실시예의 변형은 사용자가 상이한 크기의 구멍을 갖는 다양한 반사판을 교환하여 불연속적인 방식으로 비율을 변경할 수 있는 시스템일 것이다.
일 실시예에서, 상하 비율을 조절하기 위해, 도광체들 사이의 반사기는 공동 표면에서 외부 결합되는 빛의 양, 그리고 따라서 상향 조명 기능을 위해 외부 결합되는 빛의 양을 변화시키도록 위아래로 움직일 수 있다. 이 실시예는 필시 더 높은 효율을 갖는데, 그 까닭은 반사기가 위쪽 방향에 있는 경우 빛의 더 많은 부분이 도광체 내로 직접 다시 반사되기 때문이다.
외부 결합 구조물의 효율이 변화될 수 있는 실시예에서, 외부 결합 구조물은 바람직하게는 백색인 고무와 같은 가요성 재료로 만들어진다. 외부 결합 효율은 도광체와 접촉하는 구조물의 비율에 좌우될 것이다. 압력을 증가시킴으로써, 따라서 도광체 상으로 고무를 보다 견고하게 밀어냄으로써, 도광체와 접촉하여 외부 결합에 기여하는 면적이 증가할 것이다. 이는 빛의 더 많은 부분이 전면으로부터 도광체를 떠나 위쪽 대신 아래쪽으로 지향되는 결과를 낳을 것이다. 이 실시예의 장점은 (거의) 모든 빛이 위쪽 방향으로 지향될 수 있고 아래쪽으로는 빛이 지향되지 않는다는 점일 수 있다. 이 실시예는 조명 장치의 최적의 동작을 보장하도록 잘 제어되고 반복 가능한 방식으로 광 접촉될 수 있는 가요성 재료를 필요로 한다.
본 발명은 사무실 조명과 관련성이 매우 높을 수 있지만, 또한 소매점 응용예를 위한 조명 모듈, 소비자 조명 시스템과 같은 다른 응용 영역이 구상될 수 있다.
"대응되는" 및 "각각의"이라는 용어는 주로 제1 항목과 제2 항목 사이의 일대일 관계를 나타내는 데 사용된다. 예컨대, "복수의 이미징 렌즈의 각 이미징 렌즈는 복수의 분절 패턴 중 대응되는 분절 패턴을 복수의 투영 이미지의 각각의 투영 이미지로 이미징하도록 배열된다"는 것은 이미징 렌즈들 중 하나가 주로 하나의 특정 분절 패턴을 하나의 특정 투영 이미지로 이미징하도록 배열되고 한편으로 이미징 렌즈들 중 다른 하나는 주로 하나의 다른 특정 분절 패턴을 하나의 다른 특정 투영 이미지로 이미징하도록 배열된다는 의미로 이해되어야 한다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "청색광" 또는 "청색 방사"라는 용어들은 특히 약 410 내지 490 nm 범위의 파장을 갖는 빛과 관련된다. "녹색광"이라는 용어는 특히 약 500 내지 570 nm 범위의 파장을 갖는 빛과 관련된다. "적색광"이라는 용어는 특히 약 590 내지 680 nm 범위의 파장을 갖는 빛과 관련된다. "황색광"이라는 용어는 특히 약 560 내지 590 nm 범위의 파장을 갖는 빛과 관련된다. 본 명세서에서 "빛"이라는 용어는 특히 가시광, 즉 약 380 내지 780 nm 범위로부터 선택된 파장을 갖는 빛과 관련된다.
본 명세서에서 사용되는 백색광이라는 용어는 본 기술 분야의 당업자에게 알려져 있다. 이는 약 2,000과 20,000 K 사이의, 특히 2700 내지 20,000 K 사이의, 일반 조명을 위해서는 특히 약 2700 K와 6500 K 범위의, 배면 조명 목적을 위해서는 특히 약 7,000 K와 20,000 K 범위의, 그리고 특히 BBL(black body locus)로부터 약 15 SDCM(standard deviation of color matching) 내의, 특히 BBL로부터 약 10 SDCM 내의, 한층 더 특히 BBL로부터 약 5 SDCM 내의 상관된 색 온도를 갖는 광과 특히 관련된다. "미리 결정된 색"이라는 용어는 색 삼각형 내의 임의의 색과 관련될 수 있지만, 특히 백색광을 지칭할 수 있다.
달리 지시되지 않는 경우, 그리고 적용 가능하고 기술적으로 실행 가능한 경우, "다수의 요소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는"이라는 문구는 또한 열거된 요소들 중 둘 이상의 조합을 지칭할 수 있다.
"아래", "위", "상부" 및 "하부"와 같은 용어들은 다중 광선 조명 시스템이 실질적으로 수평인 표면 상에 실질적으로 평평하게 배열되는 경우(조명 시스템 하면은 실질적으로 수평인 표면에 실질적으로 평행하고 천장으로부터 방으로 멀어지는 방향을 향함)에 획득되는 항목들의 위치 또는 배열과 관련된다. 그러나, 이는 다중 광선 조명 시스템을 다른 배열에서(예컨대 벽에 대해 또는 다른, 예컨대 수직 배열에서) 사용하는 것을 배제하지 않는다.
"실질적으로 평평한" 또는 "실질적으로 이루어진다"에서와 같이, 본 명세서의 "실질적으로"라는 용어는 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 실시예들에 있어서, 형용사적인 실질적으로는 제거될 수 있다. 적용 가능한 경우, "실질적으로"라는 용어는 또한 "전적으로", "완전히", "전부" 등을 갖는 실시예들을 포함할 수 있다. 적용 가능한 경우에, "실질적으로"라는 용어는 또한 90% 이상, 예컨대 95% 이상, 특히 100%를 포함하여 99% 이상과 관련될 수 있다. "포함한다"는 용어는 또한 "포함한다"라는 용어가 "이루어진다"를 의미하는 실시예들을 포함한다.
또한, 설명 및 청구범위의 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 유사한 요소들을 구분하는 데 사용되고, 반드시 순차적인 또는 연대기적인 순서를 기술하는 데 사용되는 것은 아니다. 이와 같이 사용되는 용어들은 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하다는 점 및 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 기술 또는 예시된 것과 다른 순서로 동작할 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 명세서에서 지칭되는 장치들은 다른 것들 중에서도 동작중에 기술된다. 본 기술 분야의 당업자에게 명백한 바처럼, 본 발명은 동작 방법들 또는 동작중의 장치들로 한정되지 않는다.
전술한 실시예들은 발명을 한정하는 대신 예시하고, 본 기술 분야의 당업자들은 첨부된 청구항들의 범위에서 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 점에 주목해야 한다. 청구범위에서, 괄호 사이에 놓인 임의의 참조 부호는 청구범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다. 동사 "포함한다" 및 그 활용의 사용은 청구항에서 진술된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다. 요소에 선행하는 부정관사("a" 또는 "an")는 복수의 이러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 요소에 선행하는 정관사("the")는 복수의 이러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇 구분되는 요소를 포함하는 하드웨어에 의해, 그리고 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 수단 중 몇몇은 하드웨어의 하나의 동일한 물품에 의해 구현될 수 있다. 특정한 수단들이 서로 상이한 종속 청구항들에 열거되어 있다는 단순한 사실은 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (15)

  1. 조명 장치(1)로서,
    a. 제1 면(21), 제2 면(22) 및 도파관 에지(23)를 포함하는 도파관 소자(20);
    b. 선택적인 시준 광학기(11)를 갖는 광원광(17)을 생성하도록 배열된 LED 광원(10) - 상기 선택적인 시준 광학기(11)를 갖는 LED 광원(10)은 상기 광원광(17) 중 적어도 일부를 상기 도파관 소자(20)의 도파관 에지(23)를 통해 상기 도파관 소자(20) 내로 결합시키도록 배열됨 - ;
    을 포함하고,
    상기 제1 면(21)은 상기 도파관 소자(20)로부터의 빛 중 적어도 일부를 상기 제2 면(22)을 통해 결합시켜 제2 면광(37)을 제공하도록 배열되는 구조물(51)을 포함하며, 상기 조명 장치(1)는 공동(80) 및 반사기(81)를 더 포함하고, 상기 공동(80)은 빛이 상기 도파관 소자(20)로부터 상기 공동(80)으로 빠져나가게 하도록 배열되며, 상기 반사기(81)는 상기 공동(80) 내의 빛 중 적어도 일부를 상기 제2 면(22)으로부터 멀어지는 방향으로 반사하여 제1 면광(47)을 제공하도록 배열되는 조명 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    조절 가능한 공동 개구(82)를 더 포함하고,
    상기 조절 가능한 공동 개구(82)는 상기 공동(80)으로부터 빠져나오는 제1 면광(47)의 양을 제어하도록 배열되는 조명 장치(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공동(80)은 상기 조절 가능한 공동 개구(82)로서 조절 가능한 조리개 개구(92)를 갖는 조리개(90)를 포함하는 조명 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(80)은 조절 가능한 반사기(181)를 포함하고,
    상기 조절 가능한 반사기(181)는 상기 도파관 소자(20) 내로 다시 들어가는 상기 조절 가능한 반사기(181)에서의 반사를 제어하도록 배열되는 조명 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물(51)은 탄성적으로 변형될 수 있고,
    상기 조명 장치(1)는 상기 구조물(51)을 가소적으로 변형시키도록 배열되는 구동기(75)를 더 포함하는 조명 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(80)은 상기 제1 면(21) 내의 함입부인 조명 장치(1).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(80)은 상기 제1 면(21)으로부터 상기 제2 면(22)으로 연장되는 공동인 조명 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 공동(80)을 포함하는 조명 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 도파관(20)을 포함하고 하나 이상의 공동(80)을 포함하며,
    상기 하나 이상의 공동(80)은 각각 인접하는 도파관들(20) 사이의 공동인 조명 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 면(21)은 구조물(51)로서 반사점 또는 줄무늬의 패턴(50)을 포함하는 조명 장치(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 면(22)의 다운스트림에 배열된 확산기(40)를 더 포함하는 조명 장치(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 면(22)의 다운스트림에 배열되고, 확산기가 제공되는 경우 제11항의 선택적인 확산기(40)의 다운스트림에 배열되는 섬광 억제 광학기(30)를 더 포함하는 조명 장치(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제11항 또는 제12항의 상기 제2 면(22)의 다운스트림과 상기 확산기(40) 및 상기 섬광 억제 광학기(30) 중 하나 이상의 업스트림에서 간격(61)을 더 포함하는 조명 장치(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 면(21)으로부터 빠져나오는 빛을 다시 상기 도파관(20) 내로 반사하도록 배열되는 반사기를 더 포함하는 조명 장치(1).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 면(21)은 열 싱크(55)와 접촉하는 조명 장치(1).
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