KR20130047334A - 조명 부재 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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KR20130047334A
KR20130047334A KR1020110112289A KR20110112289A KR20130047334A KR 20130047334 A KR20130047334 A KR 20130047334A KR 1020110112289 A KR1020110112289 A KR 1020110112289A KR 20110112289 A KR20110112289 A KR 20110112289A KR 20130047334 A KR20130047334 A KR 20130047334A
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Abstract

본 발명은 조명장치에 이용되는 조명 부재 및 그 조명 장치에 관한 것이다. 상기 조명 부재는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트 상에 형성되는 복수개의 마이크로 패턴부를 포함하는 광학 플레이트를 포함하며, 상기 각 마이크로 패턴부는 사각뿔, 원뿔 및 다각뿔 중 어느 하나의 형상을 가지며, 상기 베이스 플레이트와 상기 마이크로 패턴부의 측면이 이루는 모서리각도는 15도 내지 45도의 범위 내에서 결정된다.

Description

조명 부재 및 이를 포함하는 조명 장치{ILLUMINATING MEMBER AND ILLUMINATION DEVICE INCLUDING THE ILLUMINATING MEMBER}
본 발명은 조명 부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, UGR을 감소시킬 수 있는 조명 부재 및 조명 부재를 포함하는 조명 장치에 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 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, UGR을 줄일 수 있는 조명 부재 및 조명 부재를 포함하는 조명 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치용 조명 부재는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트 상에 형성되는 복수개의 마이크로 패턴부를 포함하는 광학 플레이트를 포함하며, 상기 각 마이크로 패턴부는 사각뿔, 원뿔 및 다각뿔 중 어느 하나의 형상을 가지며, 상기 베이스 플레이트와 상기 마이크로 패턴부의 측면이 이루는 모서리각도는 15도 내지 45도의 범위 내에서 결정된다.
상기 모서리각도는 30도 내지 40도의 범위 내에서 결정될 수 있다. 상기 베이스 플레이트는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메크릴레이트(PMMA)로 형성될 수 있다.
상기 복수개의 마이크로 패턴부는 상기 베이스 플레이트 상에 레진(resin)을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는 광을 발광하는 광원부; 광원부로부터의 빛이 입사하고 확산되어 출사되는 확산판; 및 청구항 1 및 청구항 4중 어느 한 항에 따른 광학 부재를 포함한다.
상기 조명 장치는 상기 광원부, 상기 확산판 및 상기 광학 부재를 하우징하는 프레임부를 더 포함할 수 있다.
상기 확산판은 수지층 및 상기 수지층에 매립된 비즈들(beads)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 마이크로 패턴부의 형상을 조절하여 UGR 및 효율(총광속)을 조절할 수 있는 조명용 광학 플레이트를 제공한다. 즉, 본 발명은 마이크로 패턴부의 모서리각도를 변화시킴으로써 UGR 및 효율을 최적화할 수 있다.
도 1a는 종래 기술의 일 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다.
도 1b는 종래 기술의 다른 예에 따른 평판 조명장치의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명 부재를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 평판 조명 장치의 확산판(130) 및 광학 플레이트를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 플레이트의 마이크로 패턴부의 형상을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 마이크로 패턴부가 사각뿔 형상을 갖는 경우 광 경로를 시뮬레이트한 결과를 도시한다.
도 5는 사각뿔 형상 마이크로 패턴부의 배광 분포를 나타낸다..
도 6a 내지 6c는 사각뿔(피라미드) 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도의 값에 따른 광학 특성을 나타낸 그래프들이다.
도 6d는 사각뿔의 모서리각도, 광속, UGR 사이의 관계를 표로 나타낸다.
도 7은 원뿔 형상 마이크로 패턴부의 배광 분포를 나타낸다.
도 8a 내지 8b는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도의 값에 따른 광학 특성을 나타낸 그래프들이다.
도 8c는 원뿔의 모서리각도, 광속, UGR 사이의 관계를 표로 나타낸다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 조명 부재에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명 부재를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명 장치는 LED를 이용한 평판 조명 장치이다.
조명 장치는 인쇄회로기판에 광원들 예컨대, LED들이 실장된 광원부(120), 상기 광원부(120)로부터의 광을 확산시키는 확산판(130), 확산판(130)을 통해 출사되는 광을 미리 결정된 범위 내로 집중시키는 광학 플레이트(140)를 포함한다. 또한, 조명장치는 상기 광원부(120), 확산판(130) 및 광학 플레이트(140)를 하우징하는 제1 및 제2 프레임부(110, 150)를 포함한다.
확산판(130)는 광을 확산시키는 시트 또는 기판으로 구현될 수 있으며, 다른 실시예에 따라 시트와 기판을 접합하여 구현될 수도 있다. 확산판(130)은 그 일 면을 통해 입사되는 광을 확산하여 출사시킨다. 확산판(40)은 광원부(120)로부터 출사되는 광이 집중되는 핫스팟(Hot spot)을 줄이고 광을 균일하게 분포시킨다. 이러한 확산판(130)은 일반적으로 UGR이 높게 나오는 방향으로, 예컨대, 확산판(130)에 수직인 기준선을 0도로 하고 기준선으로부터 대략 60도 이상의 각도까지 빛을 산란시키므로 눈부심이 발생하여 사용자의 눈을 피로하게 한다.
확산판(130)으로부터 넓은 각도에 걸쳐 방출되는 광은 광학 플레이트(140)에 입사된다. 광학 플레이트(140)를 통해 출사되는 광은 확산판(130)을 통해 출사되는 광의 발산 각도 범위보다 협소하거나 작은 발산 각도 범위를 갖는다. 즉, 광학 플레이트(140)는 확산판(130)을 통해 입사되는 광의 발산 범위를 감소시키는 기능을 한다.
이러한 광학 플레이트(140)는 광기능성 플레이트(plate) 또는 시트(sheet)를 사용하여 구현되며, 바람직하게는 마이크로 패턴 어레이(MLA: Micro pattern Array)가 패터닝된 플레이트를 사용하여 형성 또는 제조된다.
도 2b는 도 2a의 평판 조명 장치의 확산판(130) 및 광학 플레이트를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2b를 참조하면, 확산판(130)은 비즈들(134)을 포함하는 수지층(132)에 의해 구현될 수 있다. 즉, 확산판(130)은 수지층(132) 및 수지층(132)에 매립된 비즈들(beads)을 포함한다. 비즈들(134)는 확산판(130)으로 입사하는 광들을 산란시킨다. 광학 플레이트(140)는 기본적으로 베이스 플레이트(142) 상에 형성되는 다수의 마이크로 패턴 어레이(144)을 포함한다. 마이크로 패턴 어레이는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메크릴레이트(PMMA)로 이루어진 베이스 플레이트(142) 상에서 레진(resin)을 이용하여 형성될 수 있다.
즉, 광학 플레이트(140)는 베이스 플레이트(142) 상에 마이크로 패턴 어레이(MPA: Micro Pattern Array)를 패터닝함으로써 형성된다. 마이크로 패턴 어레이는 복수개의 마이크로 패턴부(144)를 포함한다. 마이크로 패턴부(144)는 사각뿔(피라미드), 원뿔, 다각뿔 등의 형상을 갖는다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 플레이트의 마이크로 패턴부(144)의 형상을 나타낸 도면이다. 도 3a에는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부가 도시되어 있는데, 우측에는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부를 상측에서 본 도면이 도시되어 있고, 좌측에는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부의 사시도가 도시되어 있다. 또한, 도 3b에는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부가 도시되어 있는데, 우측에는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 사시도가 도시되어 있고, 좌측에는 원뿔의 모서리각도를 설명하기 위한 도면이다.
이러한 마이크로 패턴부(144)에 의해 광학 플레이트(140)로 입사하는 광이 광학 플레이트(140)에 수직인 방향을 향해 굴절되며, 그에 따라 URG가 감소된다.
이 경우, 베이스 플레이트(142)에 대하여 각 마이크로 패턴부가 이루는 각도 a에 따라서 조명 장치의 배광 분포가 달라지게 된다. 다시 말해, 조명 장치의 배광 분포는 각 마이크로 패턴부의 모서리각도에 좌우된다. 여기에서, 마이크로 패턴부의 모서리각도는 베이스 플레이트와 상기 마이크로 패턴부의 측면이 이루는 각도를 의미하며 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같다. 이 경우, 모서리각도는 마이크로 패턴부의 내부에 형성된 각도이다.
도 4a 내지 도 4b는 마이크로 패턴부가 사각뿔 형상을 갖는 경우 광 경로를 시뮬레이트한 결과를 도시한다. 도 4a는 사각뿔의 모서리각도가 10도인 경우의 광 경로를 나타내며, 도 4b는 사각뿔의 모서리각도가 30도인 경우의 광 경로를 나타내며, 도 4c는 마이크로 패턴인 사각뿔의 모서리각도가 45도인 경우의 광 경로를 나타낸다.
도 4a의 (a) 및 (b)에는 10도의 모서리각도를 갖는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부에 대해 측면으로부터 광이 입사한 경우의 광 경로가 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 확산판(130)에 수직인 기준선을 0도로 하고 기준선으로부터 대략 60도보다 큰 각도에서도 광이 광학 플레이트(140)로부터 출사되며, 이는 도면에서 도면부호 f에 의해 지시되어 있다. 이러한 현상은 사이드로브(side-lobe)라고 불리운다. 이러한 사이드로브 현상은 사람이 눈부심을 느끼게 하며 이는 사용자의 눈을 피로하게 한다. 즉, 이러한 마이크로 패턴부를 포함한 조명 장치는 UGR이 19 이상의 값을 나타낸다.
도 4b의 (a) 및 (b)에는 30도의 모서리각도를 갖는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부에 대해 측면으로부터 광이 입사한 경우의 광 경로가 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 기준선으로부터 대략 60도 이하의 각도에서만 광이 광학 플레이트(140)로부터 출사된다. 즉, 기준선에 대해 대략 60도보다 큰 각도에서는 광이 거의 광학 플레이트(140)로부터 출사되지 않는다.
도 4c의 (a) 및 (b)에는 45도의 모서리각도를 갖는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부에 대해 측면으로부터 광이 입사한 경우의 광 경로가 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 45도의 모서리각도를 갖는 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부의 경우 기준선으로부터 대략 60도보다 큰 각도에서도 광이 광학 플레이트(140)로부터 출사되는 사이드로브(side-lobe) 현상이 발생한다.
이러한 사각뿔 형상 마이크로 패턴부의 배광 분포는 도 5에 도시되어 있다.
도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 사각뿔 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도가 각각 10도 30도 및 45도인 경우의 배광 분포들이 나타나 있는데, 확산판(130)에 수직인 기준선을 0도로 하고, 사각뿔의 모서리각도에 따른 UGR값 및 총광속(total flux)을 측정한 것이다. 모서리각도를 대략 5에서 50도까지 증가시키면서 배광분포를 측정하였지만, 도 5에는 그 중 일부만을 도시하였다.
도 6a 내지 6c는 사각뿔(피라미드) 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도의 값에 따른 광학 특성을 나타낸 그래프들이다.
도 6a의 그래프에서 x축은 사각뿔(피라미드) 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도의 값을 나타내고, y축은 사각뿔의 모서리각도에 따른 UGR을 나타낸다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 대략 사각뿔의 모서리각도가 대략 13도에서 45도의 범위에서 UGR이 19 이하를 나타낸다.
도 6b는 광속과 UGR 사이의 관계를 나타내며, 도 6c는 광속과 사각뿔의 모서리각도 사이의 관계를 나타낸다. 그리고, 도 6d는 사각뿔의 모서리각도, 광속, UGR 사이의 관계를 표로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 광속이 3550 lm 내지 3800 lm 사이에서 UGR이 19 이하의 값을 가지며, 사각뿔의 모서리각도가 높을수록 광속 lm은 감소한다.
도 5 및 도 6a 내지 6d에 도시된 바와 같이, 사각뿔(피라미드) 형상의 마이크로 패턴부의 경우 30도에서 가장 낮은 UGR 값을 나타낸다. 또한, 사각뿔의 모서리각도가 대략 30도 내지 35도의 범위에서 가장 낮은 UGR 값을 나타낸다. 마이크로 모서리각도가 30도 내지 35도로부터 낮아지거나 높아질수록 배광 분포가 넓어지며 UGR이 상승하게 된다. 특히, 45도 이상의 범위에서는 사이드로브가 발생하여 UGR 값이 높아진다. 광속(광효율)의 경우 모서리각도가 높아질수록 낮아지며 이는 각도가 높아질수록 리사이클(recycle)되어 돌아오는 빛들이 많아지기 때문이다. 사각뿔의 모서리각도의 조절함에 따라 적용분야에 맞게 UGR 및 효율을 제어할 수 있다.
이하에서는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도에 따른 조명 장치의 광학 특성을 설명한다.
도 7은 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 배광 분포를 나타낸다. 도 8a 내지 8b는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도의 값에 따른 광학 특성을 나타낸 그래프들이다. 그리고, 도 8c는 원뿔의 모서리각도, 광속, UGR 사이의 관계를 표로 나타낸다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 모서리각도가 각각 20도 30도 및 45도인 경우의 배광 분포들이 나타나 있는데, 확산판(130)에 수직인 기준선을 0도로 하고, 사각뿔의 모서리각도에 따른 UGR값 및 총광속(total flux)을 측정한 것이다. 모서리각도를 대략 10에서 70도까지 증가시키면서 배광분포를 측정하였지만, 도 7에는 그 중 일부만을 도시하였다.
도 7 및 도 8a 내지 8c에 도시된 바와 같이, 원뿔 형상의 마이크로 패턴부의 경우 모서리각도가 30도 내지 40도에서 가장 낮은 UGR 값을 나타내며, 대략 47도 이상에서 19 이상의 UGR 값을 나타낸다. 또한, 광속은 원뿔의 모서리각도가 20도에서 대략 48도까지 증가할수록 감소하였다. 그리고 모서리각도가 대략 48도를 초과하는 범위에서는 광속도 증가하였다.
이와 같이, 원뿔 형사의 마이크로 패턴부는 사각뿔 패턴부와 유사하게 30 ~ 40도의 범위에서 가장 낮은 UGR 값을 나타내며 45도 이상의 범위에서는 사이드로브가 발생하여 UGR 값이 높아진다. 총광속(광효율)의 경우 모서리각도가 높아질수록 낮아진다.
이와 같이, 본 발명은 평판 조명 장치에서 UGR(눈부심) 제어 기능을 가지는 광학 플레이트를 제공한다. 조명용 광학 플레이트에는 마이크로 패턴(삼각뿔, 사각뿔, 다각뿔, 원뿔) 어레이가 형성되어 있다. 확산판과 마이크로 패턴 플레이트를 적층하여 적용함으로써 UGR 제어 및 핫 스팟(hot spot) 제거의 기능을 가지게 된다. 본 발명에서는 마이크로 패턴부의 형상을 조절하여 UGR 및 효율(총광속)을 조절할 수 있는 조명용 광학 플레이트를 제공한다. 구체적으로 본 발명은 마이크로 패턴부의 모서리각도를 변화시킴으로써 UGR 및 효율을 최적화한다.
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 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
120: 광원부 130: 확산판
140: 광학 플레이트

Claims (7)

  1. 조명 장치용 조명 부재에 있어서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트 상에 형성되는 복수개의 마이크로 패턴부를 포함하는 광학 플레이트를 포함하며,
    상기 각 마이크로 패턴부는 사각뿔, 원뿔 및 다각뿔 중 어느 하나의 형상을 가지며,
    상기 베이스 플레이트와 상기 마이크로 패턴부의 측면이 이루는 모서리각도는 15도 내지 45도의 범위 내에서 결정되는 조명 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모서리각도는 30도 내지 40도의 범위 내에서 결정되는 조명부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메크릴레이트(PMMA)로 형성되는 조명부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 마이크로 패턴부는 상기 베이스 플레이트 상에 레진(resin)을 이용하여 형성되는 조명부재.
  5. 조명장치에 있어서,
    광을 발광하는 광원부;
    광원부로부터의 빛이 입사하고 확산되어 출사되는 확산판; 및
    청구항 1 및 청구항 4중 어느 한 항에 따른 광학 부재를 포함하는 조명 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 확산판 및 상기 광학 부재를 하우징하는 프레임부를 더 포함하는 조명 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 확산판은 수지층 및 상기 수지층에 매립된 비즈들(beads)을 포함하는 조명 장치.
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