KR20130002476A

KR20130002476A - 조명기구

Info

Publication number: KR20130002476A
Application number: KR1020110063455A
Authority: KR
Inventors: 엄준필; 성동묵; 홍범선; 이동현; 이용인
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-08
Also published as: US9273845B2; EP2726776B1; CN103649621A; TWI526652B; EP2726776A4; WO2013002594A1; EP2726776A1; KR101330763B1; CN103649621B; TW201305500A; US20140140068A1

Abstract

본 발명은 UGR(Unified Glare Rating)을 감소시킬 수 있는 조명기구에 관한 것으로, 특히 광원 실장된 인쇄회로기판과 상기 광원이 배치된 영역의 둘레에 형성되는 프레임부 및 상기 프레임부 내측에 확산판 및 광학플레이트가 동시에 삽입되는 삽입부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 광학플레이트와 상기 확산판의 밀착면에 에어갭(air gap)을 형성될 수 있다.

Description

조명기구{LIGHTING DEVICE}

본 발명은 UGR(Unified Glare Rating)을 감소시킬 수 있는 조명기구에 관한 것이다.

조명(照明)은 각종 광원을 이용하고, 어떠한 목적을 가지고 특정의 장소를 밝게 하는 행위나 기능이며, 야간이나 어두운 곳에서 환경을 밝게 하기 위해 많이 이용된다.

도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 조명장치는 광원(10)과 루버(Louver) 또는 반사갓(20)을 포함한다. 광원(10)은 백열전구, LED, CCFL 등이 사용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 점선으로 표시된 빛의 각도는 사람에게 전달되어 시각적으로 불쾌감을 일으킨다. 이와 같은 조명장치는 기구적으로 UGR을 줄일 수 있지만, 이는 미관상 또는 완전한 평판조명이 되지 못한다.

도 2는 종래 기술의 일 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 도 2를 참조하면, 조명장치(30)는 광원(10)과 광원(10)에서 발산되는 빛을 확산시키는 확산판(40)을 포함한다. 광원(10)에서 발산되는 빛은 확산판(40)을 거쳐 외부로 방출된다. 확산판(40)은 광원(10)의 핫스팟(Hot spot)을 줄이고 빛을 균일하게 내기 위해서 사용된다. 확산판(40)이 사용되더라도, 도 2에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시된 각도의 빛은 여전히 사람의 눈에 불쾌감을 준다. 즉, 확산판(40)은 UGR이 높게 나오는 방향까지 빛을 산란시키므로 눈부심이 발생하여 사용자의 눈을 피로하게 하며 이는 실내 평판 조명장치의 기준에 부합하지 못한다.

따라서, 실내 평판 조명에서는 눈부심을 줄이는 것이 중요하다. 이러한 눈부심에 따른 불괘감의 정도는 UGR(Unified Glare Rating)이라는 상수를 이용하여 표현된다. 즉, UGR은 조명을 사용하는 사람들에게 불쾌감을 주는 정도를 정량화한 값이다.

UGR은 조명장치가 설치된 천장에서 바닥면을 바라보는 방향을 0deg, 천장과 평행한 방향을 90deg로 두었을 때, 65deg~90deg로 나오는 광속의 값으로 계산된다. 즉, 65deg~90deg의 광속을 줄이게 되면 눈부심이 줄어든다. 유럽, 미국에서는 URG가 19 이하를 나타내야 실내 조명장치로 쓰여지고 있다.

이와 같이, 현재 쓰이고 있는 대부분의 실내 평판 조명장치는 반사갓 또는 루버를 사용하거나 조명장치 전체를 매립하여 UGR에 영향을 미치는 넓은 범위로 퍼지는 빛의 각도를 줄이고 있다. 이러한 종래 기술에 따르면, 확산판을 사용한다 하더라도, 핫스팟의 영향을 감소시킬 수는 있으나, 여전히 19 이하의 UGR 규격에는 적합하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마이크로렌즈 어레이를 투명 플레이트에 패터닝한 구조의 광학플레이트의 새그(Sag) 또는 패턴 채움율(Fill factor)을 조절하여 65deg~90deg 사이에 나오는 광속을 줄임으로써 효율적인 UGR 조건을 구현할 수 있는 조명기구를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 광원 실장된 인쇄회로기판과 상기 광원이 배치된 영역의 둘레에 형성되는 프레임부 및 상기 프레임부 내측에 확산판 및 광학플레이트가 동시에 삽입되는 삽입부를 포함하는 구조로 조명기구를 구현하고, 확산판과 광학플레이트 사이에 자연스러운 에어층을 형성하여 광속을 줄임으로써 효율적인 UGR 조건을 구현할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 상술한 프레이임부의 구성을 분리형 구조로 구현하고, 분리된느 프레임의 결합구조에 이격부를 삽입부로 활용하는 구조를 구현하며, 상기 삽입부에 확산판 및 광학플레이트를 동시에 삽입 고정하여 상술한 효과를 구현할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 조명기기에 광학플레이트 및 확산판을 동시에 삽입하여 효율적으로 장착 고정하는 프레임부 구조를 구비하여 안정적인 구조를 구현함과 동시에 자연스러운 에어갭 구조를 형성할 수 있도록 해 UGR 감소 효율을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명기기에 마이크로렌즈 어레이를 투명 플레이트에 패터닝한 구조의 광학플레이트의 새그(Sag) 또는 패턴 채움율(Fill factor)을 조절하여 65deg~90deg 사이에 나오는 광속을 줄임으로써 효율적인 UGR 조건을 구현할 수 있는 조명기구를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 광학플레이트와 확산판 사이에 에어갭을 포함하는 구조를 구비하여 UGR 감소 효율을 극대화할 수 있는 조명기구를 제공하는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 일 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 조명기구의 분리사시도 및 결합사시도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 조명본체와 상부프레임의 결합구조에서 결합부의 단면을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 조명기기의 가이드프레임에 삽입되는 구조물로서 (a) 확산판만을 구현한 구조와 (b) 확산판과 광학플레이트를 밀착배치하고 사이에 에어갭이 형성된 구조의 성능결과를 비교한 비교표이다.
도 7은 본 발명에 따른 조명기기에 적용되는 광학플레이트의 구조의 일실시예를 도시한 것이다.
도 8은 단위 렌즈패턴의 새그(sag)를 나타낸 도면이다.
도 9은 URG와 sag 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10은 빛 효율과 sag 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7에서 도시한 본 발명에 따른 광학플레이트의 구조에서 UGR 감소를 위해 마이크로 렌즈패턴의 필팩터(Fill Factor)를 조절한 결과를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 광학플레이트의 마이크로 렌즈 패턴의 필팩터에 따른 UGR 시뮬레이션(simulation) 결과이다.
도 13은 본 발명에 따른 가이드프레임에 밀착하여 삽입고정되는 확산판과 광학플레이트의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 14 내지 도 16는 도 5의 구조에서 확산판과 광학플레이트 사이의 에어갭 구현예를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 조명기구의 분리사시도 및 결합사시도를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 조명기구는 광원 실장된 인쇄회로기판과 상기 광원이 배치된 영역의 둘레에 형성되는 프레임부 및 상기 프레임부 내측에 확산판 및 광학플레이트가 동시에 삽입되는 삽입부를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 프레임부의 내측에 형성되는 단일홈 구조의 삽입부에 확산판 및 광학플레이트가 동시에 적층된 구조로 삽입 고정되는 구조를 특징으로 한다. 이를 테면 도 3의 구조는 프레임부(H, F)가 분리되는 구조를 일예로 도시한 것이나, 이와는 달리 상기 프레임부(H, F)가 일체로 구성되되, 프레임부의 내측에 도 3에 도시된 확산판(110) 및 광학플레이트(120)가 동시에 삽입되는 하나의 홈을 형성하여 장착할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 확산판 및 광학플레이트가 적층된 구조로 동시에 삽입되는 경우, 확산판과 광학플레이트 밀착면에는 별도의 접착물질이 사용되지 않게 되는바, 자연스러운 에어층(이하, '에어갭'이라한다.)이 형성되며, 이를 통해 광특성을 향상시킬 수 있게 할 수 있다.

이하에서는, 이러한 일체형 구조의 프레임 이외에 분리구조로 구현하는 프레임부를 구성하는 실시예를 설명하기로 한다.

즉, 도 3에 도시된 구조는 프레임부(H, F)를 분리형으로 제1프레임(H)과 제2프레임(F)으로 형성하고, 이를 결합하는 구조에서 이격부를 구현하여 상술한 삽입부를 형성하는 구조로 구현하되, 상기 삽입부에 확산판(110) 및 광학플레이트(120)가 동시에 삽입되어 자연스러운 에어갭이 형성될 수 있도록 할 수 있다.

구체적으로는, 본 발명에 따른 조명기구는 광원 실장된 인쇄회로기판이 배치되는 기저부(H1)와 상기 기저부의 외각에 형성되는 테두리 격벽(H2)을 포함하는 제1프레임(H)과 상기 테두리격벽(H2)에 대응되며 중심부(T2)가 개구된 구조의 외각프레임(T1)과 상기 외각프레임에서 상기 중심부 방향으로 절곡된 가이드프레임(T3)을 포함하는 제2프레임(T)을 포함하여 분리구조로 구현할 수도 있다. 특히, 이 경우 상기 제1프레임과 제2프레임의 결합구조에서 이격부(도 5의 220)를 형성하고, 상기 이격부에 확산판(110)과 광학플레이트(120)이 동시에 삽입 고정될 수 있도록 한다. 즉, 제2프레임(T)의 구성 중 상기 가이드프레임(T3)에 일단이 삽입고정되는 광확산용 확산판(110) 및 마이크로렌즈패턴이 형성된 집광용 광학플레이트(120)를 포함하되, 상기 확산판과의 밀착면에 에어갭(air gap)을 형성할 수 있도록 한다.

특히 상기 제1프레임(H)은 테두리격벽(H2)이 형성되는 기저부(H1)와 대응되는 전면(前面)부는 개구된 구조로 형성되며, 상기 테두리격벽(H2)이 형성되는 기저부(H1) 내부 표면에는 광원이 실장된 인쇄회로기판(P)이 배치된다. 또한, 상기 인쇄회로기판의 표면 및 상기 조명본체 내부면에는 반사층(미도시)이 더 형성되어 광반사 효율을 높일 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.

아울러 상기 제1프레임(H)의 테두리격벽(H2)을 상부에서 커버할 수 있도록 형성되는 제2프레임(T)은 도 4에 도시된 것과 같이 상기 제1프레임(H)의 테두리격벽에 대응되는 형상을 구비하여 끼워지는 구조로 결합하게 된다. 또한, 도 3의 구조와 같이 상기 확산판(110)과 상기 광학플레이트(120)은 상기 테두리격벽 상부와 제2프레임(T)이 형성하는 삽입부에 삽입고정되는 구조로 결합하게 되며, 이 경우 도 4 (a)에 도시된 것과 같이 상기 상부프레임(T)의 중심부에는 광학플레이트(120) 면이 노출되게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 제1프레임(H)와 제2프레임(T)의 결합구조에서 결합부의 단면을 도시한 개념도이다.

도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 제1프레임(H)의 테두리격벽(H2)은 기저부에서 수직한 방향으로 세워진 격벽구조물로서, 상기 테두리격벽(H2)의 상부에는 격벽에 수평방향으로 격벽지지부(H3)가 돌출형성될 수 있다.상기 테두리격벽(H2)의 상부면의 상기 격벽지지부(H3)의 일부는 상기 제2프레임(T)에 맞닿아 지지되는 구조로 결합될 수 있도록 한다.

특히, 본 발명에서는 상기 제2프레임(T)의 구성을 지면에 수직한 방향으로 형성되는 외각프레임(T1)과 상기 외각프레임에 연결되어 절곡되는 구조로 형성되는 가이드프레임(T3)로 구현할 수 있다.

특히, 상기 가이드프레임(T3)는 상기 테두리 격벽 상부와 상기 가이드프레임의 일단이 밀착되는 제1가이드부(210)와 상기 제1가이드(210)부에서 단차(D)가 형성되어 상기 테두리 격벽 상부면과 이격되는 이격부(220)를 구현하는 제2가이드부(230)를 구비하는 구조로 형성할 수 있다. 상기 이격부(220)의 구성은 상술한 삽입부로서 상기 확산판(110)과 광학플레이트(120)가 동시에 단일홈에 삽입 적층되도록 한다.

즉, 상기 테두리격벽(H2) 상부면과 상기 가이드프레임(T3)가 형성하는 이격부(220)에 상기 확산판(110)과 광학플레이트(120)의 일단이 삽입되는 형태로 끼워져 조정되게 된다. 이러한 구조는 확산판과 광학플레이트 사이에 자연스러운 에어갭을 형성하게 된다.

이러한 에어갭은 광원에서 출사한 광이 상기 확산판(110)을 통과하며, 확산판을 통과한 빛이 에어갭에 의해 굴절되어 하부의 광학플레이트(120)으로 들어가게 되며, 이에 따라 확산판을 통과하여 에어갭으로 인가된 빛 중에서 좌우로 크게 산란하는 빛이 굴절되어 광학플레이트로 입사되게 함으로써, UGR을 감소시킬 수 있도록 하게 한다.

특히 본 발명에 따른 광학플레이트(120)의 일면에는 마이크로 렌즈패턴 어레이가 형성되어 에어갭를 통과한 빛을 비추고자 하는 부분으로 집광하여 광을 확산시키게 함과 동시에 에어갭을 통과한 빛을 다시 한번 굴절시킬 수 있도록 하여 UGR의 수치를 조정할 수 있도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 조명기기의 삽입부에 삽입되는 구조물로서 (a) 확산판만을 구현한 구조와 (b) 확산판과 광학플레이트를 밀착배치하고 사이에 에어갭이 형성된 구조의 성능결과를 비교한 비교표이다.

도시된 표에 제시된 것과 같이, 광효율, 조도 등의 성능은 양자 모두 거의 유사하나 UGR의 값이 (b) 확산판과 광학플레이트를 밀착배치하고 사이에 에어갭이 형성된 구조에서 19.0 이하의 값을 가지게 되도록 조절됨을 알 수 있다. 이는 광 분포도에서도 확인할 수 있다. 광분포도(Light Distribution)에서 (a) 확산판 만을 사용한 구조와 (b) 확산판과 광학플레이트를 밀착배치하고 사이에 에어갭이 형성된 구조를 비교하면, 분포도 자체가 (b)의 구조에서 광분포도가 좀더 좁아진 타원 구조를 가지고 있으며, UGR 값이 18.4~18.6의 범위를 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히 조도 레벨의 분석개념도(Cone Lux Levels)를 통해 광분포의 상관관계를 비교해 보면, 광각(beam angle)은 (a) 2 x 56, (b) 2 x 49로 (b)의 구조에서 광분포도가 좀더 좁아진 타원 구조를 가지고 있으며, 중심조도(lux in center(at 3m))는 (a) 154 lux, (b) 189 lux 인 점을 보면 조도 향상의 효과가 (b)의 구조가 더 높은 것을 알 수 있다.

즉, 광분포도와 UGR수치를 보면 확산판과 광학플레이트를 밀착배치하고 사이에 에어갭이 형성된 구조를 적용한 (b)가 UGR 19 이하를 만족하며, 상기 cone lux level의 beam angle수치와 lux 값을 참조할 때, (b)의 구조가 빛을 더 모아주며 조도가 더 밝게 형성됨을 확인할 수 있다.

도 7은 상술한 본 발명에 따른 조명기기에 적용되는 광학플레이트의 구조의 일실시예를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 광학플레이트(120)는 기본적으로 베이스기재(122) 상에 형성되는 다수의 마이크로 렌즈패턴(124)을 구비하는 것이 바람직하다.

특히, 이러한 마이크로 렌즈패턴(124)가 형성되는 광학플레이트를 이용하여 UGR을 줄이기 위해, 본 실시예에서는 랜즈패턴의 sag 조절을 통해 UGR을 줄일 수 있다. 도 8을 참조하면, 도 8은 단위 렌즈패턴의 새그(sag)를 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 새그(sag)는 렌즈의 직경(a)에 대한 렌즈의 높이(b)을 나타내며, 이를 다음 {식 1}과 같이 표현할 수 있다.

{식 1}

마이크로 렌즈패턴 어레이(MLA)의 각 렌즈의 새그가 높을수록 빛은 천장에서 바닥면을 바라보는 방향으로 더 굴절되며, 그에 따라 URG가 감소된다.

그런데, 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈들의 sag가 일정구간에서는 사이드 로브(side-lobe)라는 측면 빛샘 현상이 발생하며 이는 UGR 조건을 만족하지 못하는 결과를 가져온다. 또한, 렌즈들의 sag가 높아질수록 빛이 들어오는 방향으로 되돌아가는 리사이클(recycle) 현상이 심해져서 반사가 많이 일어나고 이는 빛 효율이 감소하는 결과를 가져온다.

즉, 렌즈의 sag가 너무 높으면(sag가 0.35 이상이면), UGR 조건을 만족하나 빛 효율이 떨어지게 된다. 또한, 렌즈의 sag가 너무 낮으면(sag가 0.1 이하이면), 빛 효율 감소는 최소화되나 UGR 조건을 만족하지 못한다.

이와 같이, UGR을 줄이기 위해 빛의 발산 각도 범위을 과도하게 좁히게 되면 즉, 렌즈의 sag를 너무 높이면, 빛 효율이 낮아질 뿐만 아니라 빛이 조사되는 면적 또한 줄어들게 된다. 이 경우, 렌즈의 sag가 낮은 조명 장치와 비교하여 동일한 면적을 조명하기 위해 더 많은 조명장치가 요구된다. 즉, 일반적으로 렌즈의 sag가 높을 수록 UGR을 줄여주나 빛 효율 또한 크기 감소(확산판 대비 90%이하)한다.

따라서 UGR의 기준에 적합하게 하면서 빛 효율이 낮아지는 것을 최소화하고 빛 조사 면적 또한 최대한 유지하는 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈들의 sag가 결정되어야 한다.

도 9은 URG와 sag 사이의 관계를 나타내는 그래프이고 도 10은 빛 효율과 sag 사이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 9 및 도 10은 조명 장치의 면적이 600x600 mm이고 조명 장치의 밝기가 400 룩스(lux)인 경우이다.

도 9를 참조하면, UGR가 실내 조명 조건인 19 이하인 렌즈들의 sag의 구간은 0.1~0.22 또는 0.35~0.5이다. 렌즈들의 sag가 0.25~0.35 구간은 사이드 로브(65deg~90deg 사이의 빛샘 현상)으로 인해 오히려 UGR이 증가한다. 따라서 렌즈들의 sag가 0.25~0.35 구간은 UGR가 19 이하인 실내 조명 조건을 만족하지 못한다. 또한, 도 10을 참조하면, 렌즈들의 sag가 높을수록 광속이 낮아져서 빛 효율이 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서, 빛 효율까지 고려한다면 렌즈들의 sag는 0.1~0.25 또는 0.35~0.5의 범위 내에서 결정되는 것이 가장 바람직하다. 이와 같이, 렌즈들의 sag를 낮게 결정하면, 즉 0.1~0.25 또는 0.35~0.5 의 범위 내에서 결정하면, UGR을 줄여주고 빛 효율 감소를 최소화할 수 있다.

도 11은 도 7에서 도시한 본 발명에 따른 광학플레이트의 구조에서 UGR 감소를 위해 마이크로 렌즈패턴(124)의 필팩터(Fill Factor)를 조절한 결과를 도시한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 광학플레이트를 이용하여 UGR 감소를 조율하기 위한 다른 방법으로, 본 발명에 따른 상기 마이크로 렌즈패턴(124)의 필팩터(Fill Factor)를 조절하여 구현할 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 상기 마이크로 렌즈패턴(124)의 필팩터(Fill Factor)가 0.5~1.0를 충족한 것을 특징으로 한다. (이 경우, 필팩터(Fill Factor)는 단위 베이스기재 면적당 마이크로렌즈패턴 면적이 차지하는 비율로 정의한다.)

이 경우 도 9에서 상술한 것과 같이, 특정 sag의 범위에서 광속이 저하되는 문제를 단위 베이스기재 면적당 마이크로렌즈패턴 면적이 차지하는 필팩터를 0.5~1.0의 범위에서 조절함으로써, 광속저하를 막고 UGR을 줄일 수 있도록 할 수 있는 효과가 구현되게 된다.

본 발명에서는 광을 투과하는 광학플레이트(120)의 표면에 형성되는 마이크로 렌즈 패턴의 채움율(fill factor)을 50%~100%로 구현하여 광원 투과시 UGR을 줄일 수 있도록 한다. 도시된 구조에서는 마이크로 렌즈패턴의 형상이 동일한 형상과 사이즈로 균일하게 배치되는 구조를 도시한 것이지만, 이와는 달리 서로 다른 형상의 마이크로 렌즈패턴을 불균일하게 배치하는 것도 가능하다. 아울러, 렌즈 형상은 원형, 타원, 프리즘, 렌티큘러, R-프리즘 중 어느 하나의 형상을 구비하도록 할 수 있다. 특히, 필팩터 100%의 경우에는 원형 구조가 아닌 렌즈 패턴의 단면 형상이 다각형구조(육각형, 팔각형 등)로 구현될 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 이는 본 발명에 따른 광학플레이트의 마이크로 렌즈 패턴의 필팩터에 따른 UGR 시뮬레이션(simulation) 결과이다.(렌즈사이즈:80㎛, 렌즈 sag:0.45를 기준). 도시된 결과를 살펴보면, 동일한 sag에서 렌즈패턴의 필팩터가 증가할 수록 UGR이 낮아지는 결과를 확인할 수 있다. 특히, 종래기술에서 상술한 바와 같이, UGR 19 이하를 만족해야 조명 기기에 적용이 가능하나, 본 발명에 따른 광학플레이트의 렌즈패턴의 필팩터를 조율한 구조는 16.0~17.0의 범위의 UGR 값을 구현할 수 있다.

특히, 종래기술에서 상술한 바와 같이, UGR 19 이하를 만족해야 조명 기기에 적용이 가능함은 상술한 바 있다. 이러한 관점에서 도 5의 실험예에 따른 본 발명의 광학플레이트의 렌즈패턴의 필팩터를 50% ~ 82% 까지 조율한 구조는 16.3~17.3의 범위의 UGR 값을 구현할 수 있다. 물론, 도 6에 제시한 도 5의 실험데이터의 구조의 상관관계와 같이, 필팩터를 82% 이상 구현하여 100%까지 구현하는 경우, 더욱 UGR 값은 낮아지게 된다.

물론, 필팩터를 50% 미만으로 구현하는 경우에는 UGR 값은 19 미만으로 나오는 경우도 있으나, 이 경우에는 광학플레이트를 구성하는 렌즈의 헤이즈(haze)가 낮아지게 되어 광투과도가 증가하게 된다. 이로 인해 LED 등의 광원에 의한 핫스팟(hot spot)이 조명기구 외부로 보이게 되는 문제가 발생하게 되며, 렌즈의 집광효과도 크게 떨어져 조명기구로서의 기능을 구현할 수 없게 되는 문제가 발생된다.

또한, 광학플레이트(120)의 상기 베이스기재(122)는 기본적으로 투명재질의 합성수지를 이용할 수 있으며, 일예로는 PC, PMMA 및 PET 필름 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 상기 베이스기재(122)의 표면에 형성되는 마이크로렌즈패턴(124)은 상기 베이스기재 표면에 일체형으로 형성되거나 별도의 수지를 도포하여 패터닝하는 공정으로 구현할 수 있으며, 일예로는 상기 투명 플레이트를 열 및 압력을 이용하여 몰딩하여 렌즈패턴을 일체형으로 구현하거나, 상기 투명플레이트 상에 수지를 도포하여 열 또는 빛을 이용하여 경화시킴으로써 형성시킬 수 있다. 상기 마이크로렌즈패턴(124)은 단위 렌즈패턴의 사이즈는 20㎛~80㎛의 범위를 충족함이 바람직하며, 상기 마이크로 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈 지름(R))가 0.1~0.5를 충족함이 바람직하다.

특히, 마이크로렌즈패턴의 필팩터를 0.5~1.0의 범위에서 조율하는 동시에, 마이크로렌즈패턴의 sag는 0.1 ~ 0.25 나 0. 35 ~ 0.5의 범위에서 형성하여 UGR 19 이하를 만족할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 동일한 sag에서 마이크로렌즈패턴 어레이의 fill factor가 증가함으로써 UGR이 낮아지는 결과를 보여준다. 렌즈패턴의 sag가 높은 (0.35 ~ 0.5)영역에서는 UGR이 낮아짐과 동시에 광효율이 떨어지는 단점이 있으므로 렌즈패턴의 sag가 낮은 영역(0.1 ~ 0.25)에서 fill factor를 높임으로써 UGR을 낮추는 효과와 더불어 광효율의 저하를 막을 수 있는바, sag는 0.1~0.25의 범위로 형성함이 더욱 바람직하다. 이를 통해 특정 값의 sag에서 필팩터(fill factor)를 조절함으로써 UGR값을 추가적으로 더 낮게 조절할 수 있는 조명기구를 구현할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명에 따른 삽입부에 밀착하여 삽입고정되는 도 5에서 상술한 확산판(110)과 광학플레이트(120)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 13에서 광원과 제1프레임(H)을 구성하는 구성은 도 5의 구성을 개략적으로 도시하였다.

도 13의 구조와 같이, 본 발명에 따른 확산판(110)과 광학플레이트(120)는 상호간에 밀착구조로 적층되며 자연스러운 에어갭(A)을 구현하게 됨은 상술한 바와 같다. 본 실시예에서는 다른 구조를 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 따른 에어갭이란 확산판보다 굴절율이 낮은 재료층을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 공기층을 형성하는 것을 저굴절층으로 구현하나, 별도의 투명 수지층을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 점선과 같이 굴절될 빛이 저굴절층(130)의 굴절률에 의해 실선과 같이 굴절하게 된다. 그리고 저굴절층(130)을 통과한 빛은 저굴절층(130)보다 굴절률이 높은 집광층인 광학플레이트의 표면의 렌즈패턴(124)을 따라 또 한번 아래로 굴절되어 집광이 루어질 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 조명 부재는 저굴절층 (130)에 의해 글레어 (Glare)를 1차 감소시키며, 집광층 (130)을 통해 글레어를 2차 감소시킴으로써, 적합한 UGR 수치를 만족시킬 수도 있다. 상기 저굴절층의 일예로는 OCA (pitically clear adhesive), UV 접착제, UV 수지 중 하나를 이용할 수 있다. 또한, 확산판(110) 내부에는 비드 또는 기포가 형성될 수 있다.

도 14는 도 5의 구조에서 확산판(110)과 광학플레이트(120) 사이의 에어갭 구현예를 다른 실시예를 설명하기로 한다. 즉 도 5의 구조에서는 확산판(110)과 광학플레이트(120)의 적층구조에서 별도의 접착부재를 이용하지 않아 자연스러운 에어층이 형성되는 구조를 형성하는 것이 었다면, 본 실시예에서는 에어갭을 형성할 패턴을 구현하는 것을 특징으로 한다는 점에서 차이점이 있다.)

도시된 구조와 같이, 상기 광학플레이트(120)와 확산판(110) 사이에 에어갭(132)를 구비하는 구조로 구현할 수 있다. 도시된 구조에서는 접착층(130)을 패터닝하여 일정한 간격의 에어갭(132)이 광학플레이트(120)와 확산판(110) 사이에 형성되도록 한 일예를 도시한 것이나, 별도의 접착층 없이 상기 광학플레이트(120)와 확산부(110)를 맞닿는 구조로 적층하고, 별도의 고정부재를 통해 고정하는 경우에도 미세한 에어갭이 형성될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 에어갭의 작용은, 상기 확산판(110)을 통과한 빛이 에어갭(132)에 의해 굴절되어 집 광학플레이트(120)로 들어간다. 그에 따라, 확산판(110)을 통과하여 에어갭으로 인가된 빛 중에서 좌우로 크게 산란하는 빛이 굴절되어 집광층으로 입사함으로써 UGR를 감소시킬 수 있게 된다. 물론, 이 경우 광학플레이트(120)은 상술한 본 발명에 따른 필팩터와 sag 값을 갖는다.

아울러 도 14에서 에어갭 (132)과 접착층 (130)의 면적의 비, 도 15 및 도 16에서 에어갭 (114)의 면적과 확산부(110)과 광학플레이트가(120)이 접하는 면적의 비가 중요한 요소이며, 그 수치는 6:4 내지 9:1인 것이 바람직하다.

도 15는 에어갭구조의 다른 구현예로, 도 14와 다른 점은 별도의 접착물질을 스페이서로 활용하지 않고, 확산판(110)의 일면 자체에 패턴을 구현하여 상기 광학플레이트(120)과 밀착시 에어갭(114)을 구현하는 구조로 형성하는 것을 요지로 한다. 즉, 상술한 본 발명의 실시예에서는 별도의 패턴 구현 없이 자연스러운 에어층이 확산판과 광학플레이트 사이에 형성되도록 하거나, 접착층을 이용하여 에어층을 형성하였으나, 본 실시예에서는 적극적으로 확산판의 일면에 음각 또는 양각의 패턴(이하, '에어패턴'이라 한다.)을 구현하여 에어갭을 구현할 수 있는 점에 차이가 있다.

즉, 확산판(120)을 형성하는 시트 또는 플레이트의 광출사면에 오목한 구조의 에어패턴(112)을 형성하여 에어갭(114)를 형성할 수 있다. 또는 이와는 달리 도 16에서와 같이, 상기 광학플레이트의 마이크로렌즈패턴(124)이 형성된 이면을 패터닝하여 형성할 수도 있다.

구체적으로는, 확산판(110)을 지나 에어갭(114)을 통과해 광학플레이트(120)로 향하는 빛은 확산판(110)에서 직접 광학플레이트(120)로 입사하거나, 확산판(110)의 에어패턴(112)에 부딪쳐 반사되어 광학플레이트(120)로 입사한다.

이와 같이, 에어갭(114)만을 통과한 빛과 에어갭(114)을 통과함과 동시에 확산판(110)의 에어패턴(112)에 의해 반사된 빛은 집광층, 즉 광학플레이트(120)로 입사되고, 상기 광학플레이트(120)의 렌즈패턴(124)에 따라 굴절되어 집광이 이루어진다. 이 경우, 광학플레이트(120)의 굴절률은 에어갭(114)을 통과한 빛이 아래로 굴절되도록 에어갭(114)내의 공기의 굴절률 1보다 높은 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 조명 부재는 확산판(110)의 에어패턴(112)에 의해 글레어(Glare)를 1차 감소시키며, 광학플레이트(120)을 통해 글레어를 2차 감소시킴으로써, 더욱 적합한 UGR 수치를 만족시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 확산판
112: 오목부
114: 에어갭
120: 광학플레이트
122: 베이스기재
124: 마이크로 렌즈패턴
130: 접착층
132: 에어갭
210: 제1가이드부
220: 이격부
230: 제2가이드부
H: 제1프레임
H1: 기저부
H2: 테두리격벽
T: 제2프레임
T1: 외각프레임
T2: 중심부
T3: 가이드프레임
P: 인쇄회로기판

Claims

광원 실장된 인쇄회로기판;
상기 광원이 배치된 영역의 둘레에 형성되는 프레임부; 및
상기 프레임부 내측에 확산판 및 광학플레이트가 동시에 삽입되는 삽입부;
를 포함하는 조명기구.
청구항 1에 있어서,
상기 프레임부는,
상기 인쇄회로기판을 수용하는 제1프레임;과
상기 제1프레임과 분리구조로 결합하되, 결합부위에 이격부를 형성하여 상기 삽입부를 구현하는 제2프레임;
을 포함하여 구성되는 조명기구.
청구항 2에 있어서,
상기 삽입부에 삽입되는 광학플레이트는 표면에 마이크로렌즈패턴이 형성된 집광용 광학플레이트인 조명기구.
청구항 1 내지 청구항 3에 있어서,
상기 확산판 및 광학플레이트는 삽입부에 동시에 적층구조로 삽입고정되되,
상기 광학플레이트와 상기 확산판의 밀착면에 에어갭(air gap)을 형성하는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 제1프레임은,
상기 인쇄회로기판이 배치되는 기저부와,
상기 기저부의 외각에 형성되는 테두리 격벽을 포함하는 조명기구.
청구항 5에 있어서,
상기 제2프레임은,
상기 테두리격벽에 대응되며 중심부가 개구된 구조의 외각프레임과,
상기 외각프레임에서 상기 중심부 방향으로 절곡되어 상기 제1프레임과 상기 이격부를 형성하는 가이드프레임;을 포함하는 조명기구.
청구항 6에 있어서,
상기 가이드프레임은,
상기 테두리 격벽 상부와 상기 가이드프레임의 일단이 밀착되는 제1가이드부;와
상기 제1가이드부에서 단차가 형성되어 상기 테두리 격벽 상부면과 이격되는 이격부를 구현하는 제2가이드부;를 구비하며,
상기 이격부에 상기 확산판 및 광학플레이트의 일단이 삽입고정되는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 표면 및 상기 조명본체 내부면에는 반사층이 형성되는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 광학플레이트는,
베이스기재 상에 형성되는 다수의 마이크로 렌즈패턴을 구비하며,
상기 마이크로 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈 지름(R)) 가 0.1~0.25 또는 0.35 ~ 0.5의 범위인 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 광학플레이트는,
베이스기재 상에 형성되는 다수의 마이크로 렌즈패턴을 구비하며,
상기 마이크로 렌즈패턴의 필팩터(Fill Factor)가 0.5~1.0의 범위인 조명기구.
청구항 10에 있어서,
상기 마이크로 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈 지름(R)) 가 0.1~ 0.5의 범위인 조명기구.
청구항 6에 있어서,
상기 마이크로 렌즈패턴의 단위 렌즈패턴의 사이즈는 20㎛~80㎛인 조명기구.
청구항 2에 있어서,
상기 마이크로 렌즈패턴은,
원형, 타원, 프리즘, 렌티큘러, R-프리즘 중 어느 하나의 형상을 구비하는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 마이크로 렌즈패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈패턴이 균일 또는 불균일하게 분포되는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 에어갭은,
상기 광학플레이트의 마이크로 렌즈패턴이 형성되지 않는 면과 밀착하는 확산판의 일면에 에어패턴이 패터닝되어 형성되는 조명기구.
청구항 4에 있어서,
상기 에어갭은,
상기 광학플레이트의 마이크로 렌즈패턴이 형성된 면의 이면을 패터닝하여 형성되는 조명기구.