KR20140078369A - 차량용 면조명 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집광효율을 높일 수 있는 차량용 면조명을 제공하는 것에 관한 것으로, 특히 다수의 광원을 매립하는 구조로 배치되는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈 및 상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광하는 광학패턴이 형성되는 집광부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 면조명{Lamp unit for automobile}
본 발명은 집광효율을 높일 수 있는 차량용 면조명을 제공하는 것에 관한 것이다.
전자기기에 사용되는 다양한 광원을 활용한 조명유닛은 각 전자기기의 특성에 따라 적합한 광원을 활용하여 광효율을 높이는 방식으로 구현되고 있다.
최근 이러한 전자기기에 사용되는 조명유닛은 평판디스플레이에 적용되는 백라이트 유닛이나, 실내환경에 사용하는 실내등, 또는 자동차 외부에 설치되는 전조등, 안개등, 후퇴등, 차폭등, 번호등, 후미등, 제동등, 방향지시등, 비상점멸표시등이나, 자동차 내부에 설치되는 실내조명등에 다양하게 적용될 수 있다.
그러나 이러한 조명의 대부분은 광을 제공하는 광의 전달을 효율화하는 도광판 등의 부재를 적용하여 면광원의 휘도의 측면에서 접근하는 방식이 대부분이다.
예를 들면, 도 1은 종래의 차량에 사용되는 조명장치의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 라이트 가이드는 일정 범위의 발광각도를 갖고 빛을 발광하는 광원(10)과, 이러한 광원(10)으로부터 발광되는 빛을 전반사하는 전반사부(20)로 구성되는데, 전반사부(20)는 일반적으로 내부 공간이 형성된 케이스 형태로 2개의 평행한 제1전반사면(21)과 제2전반사면(22)이 형성되도록 구성된다. 전반사부(20)의 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이 빛을 분산시키도록 분산포인트(30)가 형성되고, 전반사부(20)를 통과하는 빛이 이러한 분산포인트(30)를 통해 분산되며 외부 발광되는 형태로 구성된다. 즉, 광원(10)으로부터 전반사부(20)로 입사된 빛은 전반사부(20)의 제1 및 제2전반사면(21,22)을 통해 반사되는 과정을 통해 전반사부(20)를 따라 진행하고 분산포인트(30)를 통해 분산되며 진행방향의 직각 방향 측으로 발광하게 된다. 그러나, 종래의 차량용 라이트 가이드는 차체의 리어램프에 장착되는 형태가 일반적인 수준이었기 때문에 심미성이 저하된 상태에서 구매자가 디자인을 통해 차량을 선택할 수 있는 폭이 한정될 수밖에 없는 문제점이 있었다.
이러한 한계를 극복하기 위해서, 도 1의 (b)와 같이, 차량의 리어램프에 하우징 형상으로 이루어지는 베젤(1)과 상기 베젤(1) 내부에 삽입되어 빛을 발광하는 광원(2)과 상기 광원(2)으로부터 발광되는 빛을 안내하되, 일측면에는 인쇄패턴(3-1)이 삽입되는 라이트 가이드 패널(3)로 구성되는 차량용 조명을 내부에 인쇄패턴을 구비하도록 하여 디자인적 효과를 증대하는 구조를 제안하였으나, 이는 인쇄패턴을 사용하여 광추출효율이 떨어지며, 인쇄잉크의 신뢰성에 문제가 발생하며, 일측면에만 광원이 삽입되어 광도 및 배광을 충족하는 데에는 한계가 발생하게 된다.
또한, 상술한 구조의 종래의 차량용 조명장치에서는 면광원으로 구현하는 데 배광분포를 조절할 수 없으며 광의 집광도가 떨어져 면광원으로서의 적용이 한계가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1181012호
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량용 면광원이 갖는 배광분포의 조절하면서 동시에 집광기능이 우수한 조명장치를 구현하기 위해 집광부재를 갖는 차량용 면조명을 구현하여 광효율을 극대화할 수 있으며, 동시에 집광기능이 우수한 안정적인 차량용 면조명을 구현하여 LED 수량을 감소시킬 수 있도록 하여 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 차량용 면조명을 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 다수의 광원을 매립하는 구조로 배치되는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈; 및 상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광하는 광학패턴이 형성되는 집광부재;를 포함하는 차량용 면조명을 제공할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 차량용 면광원이 갖는 배광분포의 조절하면서 동시에 집광기능이 우수한 조명장치를 구현하기 위해 집광부재를 갖는 차량용 면조명을 구현하여 집광도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 집광기능이 우수한 안정적인 차량용 면조명을 구현하여 LED 수량을 감소시킬 수 있도록 하여 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 효과도 있다.
나아가, 내부에 수용되는 광원모듈을 지지하는 브라켓 구조의 광 차폐모듈이 광원모듈의 상부의 일영역을 차폐하는 반사재질로 구현되는 구조로 형성되며, 광원에서 출사하는 광이 차폐영역에 반사되어 확산부재로 집중할 수 있도록 하여 발광부의 광도를 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 조명 장치의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 면조명의 개략적인 구성관계를 도시한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 집광부재의 요부를 도시한 일실시예를 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 2에서 상술한 집광부재로 면광원을 출사하는 면발광유닛의 요부를 도시한 단면 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 집광부재의 유무에 따른 차량용 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
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.
본 발명은 차량용 조명에 적용되는 면광원을 구현하되, 면광원모듈에서 출사하는 광을 집광할 수 있는 집광패턴을 구비하여, 면광원의 배광특성을 조절함으로써, 면광원이 갖는 균일도를 저해하지 않는 범위에서 법적 기준을 만족시킬 수 있도록 함과 동시 광효율을 증진할 수 있는 차량용 면조명을 제공하는 것을 요지로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 면조명의 개략적인 구성관계를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 면조명은 다수의 광원을 매립하는 구조로 배치되는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈(100) 및 상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광하는 광학패턴이 형성되는 집광부재(200)를 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 집광부재(200)의 상부면에는 집광되는 광을 확산시키는 확산부재(300)가 배치될 수 있으며, 상술한 면발광모듈(100)과 집광부재(200)는 상부에 개구영역이 형성되는 브라켓 구조의 차폐모듈(400) 내에 수용되는 구조로 장착될 수 있다. 아울러, 상기 확산부재(300)은 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 차폐모듈(400)의 상면이나 내측에 배치될 수 있다. 상기 차폐모듈(400)은 Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나 포함하는 재질로 형성될 수 있으며, 이는 상기 면발광모듈(100)에서 출사하는 광을 반사시켜 집광부재(300)로 전달하여 광의 확산 및 집광을 도울 수 할 수 있게 하기 위함이다.
상기 면발광모듈(100)에서는 발광영역이 면발광을 수행할 수 있도록 하는 광가이드부재를 통해서 광이 출사하게 되며, 출사되는 광은 상부에 배치되는 집광부재(200)을 통해 집광이 이루어지게 된다. 상기 집광부재(200)는 광투과성이 있는 베이스부재에 일체형 또는 분리형으로 형성되는 집광용 광학패턴이 형성되어 집광의 효율성을 높일 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 집광부재(200)은 플레이트 형상의 베이스 부재에 광학패턴이 형성되는 구조로, 굴절율이 1.3~1.7 사이의 값을 가지는 광투과성 물질로 형성됨이 바람직하며, 이 범위에서 굴절율이 클수록 집광효율이 증가하게 된다. 굴절율이 1.3 미만의 경우에는 집광의 효율성이 크게 떨어지게 되며, 굴절율이 1.7을 증가하게 되는 경우에는 집광의 효율성은 높아지나 전체적인 광효율(광분포)가 저해되게 된다. 이러한 집광부재의 재료로는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴수지, 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester Acrylate), 폴리에테르 아크릴레이트(Polyether Acrylate), 폴리부타디엔 아크릴레이트(Polybutadiene Acrylate), 실리콘 아크릴레이트(Silicon Acrylate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate),폴리올레핀(polyolefin), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 내후성 염화비닐,활성 에너지(Energy) 선 경화 형 수지 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다.
상술한 상기 집광부재(200)은 면발광모듈(100)에 근접할 수록 집광효율이 증가하게 되며, 최적 범위는 확산판(300)과 면발광모듈(100) 사이의 이격거리(d)를 고려할 때, 면발광모듈(100)의 최상부 표면에서 이격거리(d)의 3/4이 되는 거리(d1) 내에 상기 집광부재(200)이 배치되도록 함이 집광효율적인 측면에서 더욱 바람직하다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 집광부재(200)의 요부를 도시한 일실시예를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 집광부재는 도 3에 도시된 것과 같이, 베이스기재(210) 표면에 일체형으로 형성되거나 또는 베이스기재(210) 표면에 분리형으로 접착되어 독립적으로 형성되는 광학패턴(220, 230)이 형성되며, 상기 광학패턴은 균일한 크기와 형상을 가지거나 또는 서로 다른 크기나 형상을 가지는 것을 조합하여 배치하는 것도 가능하다.
일예로 도 3에 도시된 것과 같이, 베이스기재(210)의 상부면(X)에 돌출형 구조의 반구형 렌즈패턴이 형성되는 경우에도, 크기가 서로 다른 렌즈패턴으로 구현할 수 있으며, 형상의 경우 렌즈패턴의 수직단면이 반원형, 반타원형, 프리즘, 렌티큘러, R-프리즘 중 어느 하나의 형상으로 구현되는 것도 가능하다. 특히 집광효율을 위해서는 상기 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈지름(R)) 가 0.01~0.9의 범위에서 형성될 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 랜즈패턴의 sag는 위 범위에서 일정 수준으로 증가할 수록 집광효율이 상승하게 되나, 위 범위를 벗어나는 경우에는 집광효율이나 전체 광분포를 저해하게 된다.
도 4는 도 3의 집광부재의 구조에서 변형가능한 실시예를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 구조에서는 인접하는 각각의 렌즈패턴(220, 230) 사이의 공간에 음각의 곡률을 가진 굴곡부가 형성될 수 있음을 보여주는 것이다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, (a) 본 발명에 따른 렌즈패턴 간 사이의 바닥면은 굴곡이 형성되지 않는 평평한 구조를 적용할 수 있으며, 렌즈패턴 간 서로 인접하게 하여 평평한 바닥면이 없는 구조로도 구현하는 것이 가능하다.
그러나, 렌즈패턴간 평평한 바닥면이 존재하는 경우에는 집광부재로 입사되는 광이 비교적 직진으로 상기 바닥면을 투과하게 되어 출사광이 불균일(휘선)하게 나타나게 된다. 이러한 집광의 균일도를 향상시키기 위해 본 발명에 따르면 집광부재는 렌즈패턴의 sag를 조절하여 집광효율 및 휘도를 확보하는 한편, 각 렌즈 패턴간의 사이 공간에 음각의 굴곡부를 구비하여 광효율을 높일 수 있도록 구현하는 것도 가능하다(b).
인접하는 렌즈패턴(220, 230) 사이의 공간을 가상의 수직방향의 장축 'a'와 가상의 수평방향의 단축 'b'를 가진 가상의 타원이 접하도록 형성될 경우, 각 렌즈에 접하는 렌즈 제1접점(T1)과 렌즈 제2접점(T2), 바닥부접점(T3)에 접하도록 하고, 상기 렌즈(220)과 가상의 타원, 바닥부를 제외한 공간을 채움으로써, 렌즈 제1접점과 렌즈 제2접점, 바닥부 접점을 지나는 음각의 곡률을 지닌 굴곡부(240)를 형성할 수 있다.
상술한 가상의 타원은 장축'a'와 단축'b'의 길이를 조절함으로써 구면 형상이 될 수도 있으며, 이러한 장축과 단축의 길이는 0.1㎛ ~ 1000㎛의 범위에서 조절됨이 바람직하다. 이는 상술한 수치를 벗어날 경우에는 실질적으로 집광렌즈패턴이 가져야 하는 집광효율 만족하기가 어렵기 때문이다.
도 5는 도 2에서 상술한 집광부재(200)로 면광원을 출사하는 면발광유닛(100)의 요부를 도시한 단면 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광원모듈(100)은 적어도 하나의 광원(130)과 상기 광원을 매립하도록 형성되는 광가이드부재(140)를 포함한다. 특히 기본적으로 광원(130)을 실장하는 인쇄회로기판(110)을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 인쇄회로기판(110)은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미하며, 본 발명에서는 투명 재질의 인쇄회로기판(110)인 것이 바람직하다. 종래의 조명장치의 경우 FR4 인쇄회로기판을 이용함으로써 불투명하였지만, 본원발명과 같이 투명재질, 특히 투명 PET 인쇄회로기판을 이용함으로써 투명한 조명장치의 제공이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 형성 가능하다.
상기 광원모듈(100)을 구성하는 상기 광원(130)은 인쇄회로기판(110) 상에 하나 이상의 광원이 배열되어 광을 출사하는 부분으로서, 본 발명의 발광유닛(130)은 측면형(side view type) 발광다이오드로 이루어질 수 있다. 즉 출사되는 광의 방향이 바로 상부로 직진하는 것이 아니라 측면을 향해서 출사하는 구조의 발광다이오드를 본 발명의 광원(130)으로서 이용할 수 있다. 이에 따르면 본 발명의 조명장치는 측면형 발광다이오드로 이루어진 광원(130)을 직하형으로 배치하게 되는바, 광확산 및 반사기능을 구현하는 이하에서 설명할 레진층을 활용하여 상부 방향으로 광을 확산 및 유도함으로써, 전체 광원의 개수를 감소시킬 수 있게 되고, 조명장치의 전체 무게 및 두께를 혁신적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(110) 상에 배치되는 상기 광 가이드 부재(140)는 인쇄회로기판(110) 상부에 구비되어 광원(130)으로부터의 광을 확산 유도하게 된다. 상기 광 가이드 부재(140)로서는 종래의 도광판뿐 아니라 도광판을 대체하는 레진층일 수도 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판(110)과 상기 광가이드부재(140) 사이에는 반사부재(120)가 더 포함될 수 있으며, 이 경우 상기 반사부재(120)는 인쇄회로기판(110)의 상면에 형성되며, 광원(130)이 관통 형성되는 구조로 이루어진다. 상기 반사부재(120)는 반사효율의 높은 재질로 형성됨으로써 광원(130)에서 출사되는 광을 제2확산부재(150)이 위치하는 상부로 반사시켜 광손실을 줄이는 역할을 한다. 이러한 반사부재(120)는 필름형태로 이루어질 수 있으며, 빛의 반사특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색안료를 분산 함유하는 합성 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 예컨대 백색안료로서는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산연, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있으며, 합성 수지로서는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로소스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 반사부재(120)의 표면에는 반사패턴이 형성될 수 있으며, 반사패턴은 입사되는 광을 산란 및 분산시킴으로써 확산부재(150)에 광이 균일하게 전달되도록 하는 역할을 한다. 반사패턴의 형성은 TiO2, CaCo3, BaSo4, Al2O3 , Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 반사잉크를 이용하여 반사부재(120) 표면에 인쇄함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사부재(120)로서는 필름을 대신하여 투명 PET를 이용할 수도 있다. 또한 반사패턴(121)의 구조는 복수의 돌출된 패턴을 구비하는 구조로 이루어지며, 빛의 산란효과를 증대시키기 위하여 도트(dot) 패턴 형상, 프리즘 형상, 렌티큘러 형상, 렌즈형상 또는 이들의 조합형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사패턴(121)의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 반원형, 사인파형 등 다양한 형상을 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 광가이드부재(140)는 광가이드 부재로서 레진층을 적용할 수 있으며, 이 경우 레진층은 상기 광원(130)의 전면에 밀착하는 구조로 도포되어 광원을 매립하게 된다.
상기 레진층으로 광가이드부재(140)을 형성하는 경우, 상기 레진층은 광원(130)에서 출사되는 광을 전방으로 확산 유도하게 된다. 즉, 상기 레진층은 광원(130)을 매립하는 구조로 형성됨으로써, 상기 광원(130)에서 측방향으로 출사하는 광을 분산시키는 기능을 수행하게 된다. 즉 종래의 도광판의 기능을 레진층에서 수행할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 레진층은, 기본적으로 광을 확산할 수 있는 재질의 수지로 이루어질 수 있다. 예컨대 본 발명의 레진층은 올리고머를 포함하는 자와선경화수지로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 레진층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 주원료로 하는 레진을 이용하여 형성될 수 있다. 이를테면, 합성올리고머인 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 폴리아크릴인 폴리머 타입을 혼합한 수지를 사용할 수 있다. 물론, 여기에 저비점 희석형 반응성 모노머인 IBOA(isobornyl acrylate), HPA(Hydroxylpropyl acrylate, 2-HEA(2-hydroxyethyl acrylate) 등이 혼합된 모노머를 더 포함할 수 있으며, 첨가제로서 광개시제(이를 테면, 1-hydroxycyclohexyl phenyl-ketone 등) 또는 산화방지제 등을 혼합할 수 있다. 다만, 상술한 내용은 하나의 예시일 뿐이며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한, 광 확산기능을 수행할 수 있는 모든 수지로 본 발명의 레진층을 형성할 수 있다고 할 것이다.
한편, 본 발명의 레진층에는 내부에 중공(또는 공극)이 형성된 다수의 비드(bead)가 혼합 및 확산된 형태로 더 포함될 수 있으며, 이러한 비드는 광의 반사 및 확산특성을 향상시키는 역할을 한다. 예컨대, 광원(130)에서 출사된 광이 레진층 내부의 비드에 입사하게 되면, 광은 비드의 중공에 의해 반사 및 투과되어 확산 및 집광되고 상부로 출사된다. 이때, 비드에 의해 광의 반사율 및 확산율이 증가하게 되어 출사광의 광량 및 균일도가 향상되고, 결과적으로 조명장치의 휘도를 향상시키는 효과를 거둘 수 있게 된다.
이러한 비드(bead)의 함량은 원하는 광 확산효과를 얻기 위하여 적절히 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 전체 레진층 중량 대비 0.01~0.3% 범위에서 조절될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 광원(130)에서 측방향으로 출사되는 광은 레진층과 비드를 통해 확산 및 반사되어 상부방향으로 진행할 수 있게 된다. 이러한 비드는 실리콘(sillicon), 실리카(silica), 글라스버블(glass bubble), PMMA, 우레탄(urethane), Zn, Zr, Al2O3, 아크릴(acryl) 중 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 비드의 입경은 1㎛~20㎛의 범위에서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 레진층의 존재로 인해 종래의 도광판이 차지하던 두께를 혁신적으로 감소시킬 수 있게 되어, 전체 제품의 박형화를 구현할 수 있게 되고, 연성의 재질을 가지게 되는바 굴곡면에도 용이하게 적용할 수 있는 이점, 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있는 이점 및 기타 플렉서블 디스플레이에도 응용적용이 가능한 이점을 갖게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원모듈(100)은 상기 광가이드모듈(140) 상부에 광학패턴(160)을 배치함이 더욱 바람직하다. 상기 광학패턴(160)은 상기 광가이드부재 표면에 형성되는 것도 가능하나, 투명 광학시트(161)의 표면에 형성되어 배치될 수 있다. 또는, 도 5의 구조와 같이, 한쌍의 광학시트(161, 162) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
상기 광학패턴(160)은 기본적으로 광원(130)에서 출사되는 광이 집중되지 않도록 하는 기능을 한다. 이러한 상기 광학패턴(160)은 빛이 강도가 과하게 강하여 광학특성이 나빠지거나 황색광이 도출(yellowish)되는 현상을 방지하기 위하여 일정 부분 차광효과가 구현될 수 있도록 차광패턴으로 형성될 수 있으며, 이러한 차광패턴은 차광잉크를 이용하여 상기 광가이드부재(130)의 상면에 인쇄되거나, 또는 상기 광학시트의 상면 또는 하면에 인쇄공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.
상기 광학패턴(160)은 광을 완전차단하는 기능이 아니라, 광의 일부 차광 및 확산의 기능을 수행할 수 있도록 하나의 광학패턴으로 광의 차광도나 확산도를 조절할 수 있도록 구현할 수 있다. 나아가 더욱 구체적으로는 본 발명에 따른 광학패턴(160)은 복합적인 패턴의 중첩인쇄구조로 구현할 수도 있다. 중첩인쇄의 구조란 하나의 패턴을 형성하고, 그 상부에 또 하나의 패턴형상을 인쇄하여 구현하는 구조를 말한다. 일례로는 광학패턴(160)을 구현함에 있어서, 광의 출사방향으로 고분자필름의 하면에 TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성되는 확산패턴과, Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴의 중첩구조로 구현할 수 있다.
즉 고분자필름의 표면에 확산패턴을 화이트인쇄 하여 형성한 후, 그 위에 차광패턴을 형성하거나, 이와 반대의 순서로 2중 구조로 형성하는 것도 가능하다. 물론 이러한 패턴의 형성 디자인은 광의 효율과 강도, 차광율을 고려하여 다양하게 변형할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 또는, 순차 적층구조에서 가운데층에 금속패턴인 차광패턴을 형성하고, 그 상부와 하부에 각각 확산패턴을 구현하는 3 중구조로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 3 중구조에서는 상술한 물질을 선택하여 구현하는 것이 가능하며, 바람직한 일례로서는 굴절율이 뛰어난 TiO2를 이용하여 확산패턴 중 하나를 구현하고, 광안정성과 색감이 뛰어난 CaCO3를 TiO2와 함께 사용하여 다른 확산패턴을 구현하며, 은폐가 뛰어난 Al을 이용하여 차광패턴을 구현하는 구조의 3 중 구조를 통해 빛의 효율성과 균일성을 확보할 수 있다. 특히 CaCO3는 황색광의 노출을 차감하는 기능을 통해 최종적으로 백색광을 구현하도록 하는 기능을 하여 더욱 안정적인 효율의 광을 구현할 수 있게 되며, CaCO3이외에도 BaSO4, Al2O3, Silicon 비드 등의 입자 사이즈가 크고, 유사한 구조를 가진 무기 재료들을 활용할 수도 있다. 아울러, 광학패턴(160)은 상기 LED 광원의 출사방향에서 멀어질수록 패턴밀도가 낮아지도록 패턴밀도를 조절하여 형성함이 광효율의 측면에서 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 집광부재의 유무에 따른 차량용 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 2의 구조에서 (a) 집광부재가 없는 경우, (b) 집광부재가 있는 경우에 전체 발광효율과 광도를 측정하였다. 사용되는 집광부재는 굴절율이 1.5, 집광부재에 형성된 광학패턴은 마이크로렌즈패턴으로 sag가 0.5로 형성된 것을 이용하였다.
그 결과, (a) 집광부재가 없는 경우, (b) 집광부재가 있는 경우의 그래프의 집광도를 비교하면, 집광부재가 추가된 (b)의 그래프에서 확인할 수 있듯이, 집광하고자 하는 방향(A, B direction에서 중심으로부터 각각 20도 이내)에서는 높은 강도(39.6 Watt/steradian)가 나오는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과를 통해서도 본 발명에 따른 차량용 면조명에서 집광부재의 존재는 집광율을 높이며, 이는 집광부재의 굴절율과 집광용 광학패턴의 sag가 증가할 수록 집광효과를 상승하게 됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 면조명 장치는 조명이 필요로 하는 다양한 램프장치, 이를테면 차량용 램프, 가정용 조명장치, 산업용 조명장치에도 적용이 가능하다. 예컨대 차량용 램프에 적용되는 경우, 헤드라이트, 차량실내조명, 도어스카프, 후방라이트 등에도 적용이 가능하다. 추가적으로 본 발명의 조명장치는 액정표시장치에 적용되는 백라이트 유닛 분야에도 적용 가능하며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 조명관련 분야에 적용 가능하다고 할 것이다.
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.
100: 면발광유닛
110: 인쇄회로기판
120: 반사부재
130: 광원
140: 광가이드부재
150: 확산부재
160: 광학패턴
161, 162: 광학시트
200: 집광부재
300: 확산부재
400: 차폐모듈

Claims (21)

  1. 다수의 광원을 매립하는 구조로 배치되는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈; 및
    상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광하는 광학패턴이 형성되는 집광부재;
    를 포함하는 차량용 면조명.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광부재 상부에 배치되는 확산부재;를 더 포함하는 차량용 면조명.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 집광부재는,
    굴절율이 1.3~1.7의 범위를 충족하는 차량용 면조명.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 집광부재는,
    폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴수지, 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester Acrylate), 폴리에테르 아크릴레이트(Polyether Acrylate), 폴리부타디엔 아크릴레이트(Polybutadiene Acrylate), 실리콘 아크릴레이트(Silicon Acrylate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate),폴리올레핀(polyolefin), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 내후성 염화비닐,활성 에너지(Energy) 선 경화 형 수지 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 차량용 면조명.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    베이스기재 표면에 형성되는 렌즈패턴으로 형성되며,
    상기 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈지름(R)) 가 0.01~0.9인 차량용 면조명.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    렌즈패턴의 수직단면이 반원형, 반타원형, 프리즘, 렌티큘러, R-프리즘 중 어느 하나의 형상인 차량용 면조명.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 렌즈패턴은,
    인접하는 각각의 렌즈 사이의 공간에 음각의 곡률을 가진 굴곡부가 형성되는 차량용 면조명.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 굴곡부는 인접한 렌즈의 외각에서 a(장축)와 b(단축)의 길이가 0.1㎛ ~ 1000㎛를 만족하는 구면 또는 비구면의 음각 곡률이 형성된 차량용 면조명.
  9. 청구항 2 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면발광모듈을 내부에 수용하며, 상부가 개구되는 개구영역을 구비하는 차폐모듈을 더 포함하는 차량용 면조명.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 면발광모듈의 광출사면에 인접하는 집광부재의 일면에 상기 광학패턴이 형성되는 차량용 면조명.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 면발광모듈의 상부면과 상기 확산부재 사이의 이격거리(d)의 3d/4 영역내에 상기 집광부재가 배치되는 차량용 면조명.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 면발광모듈은,
    상기 다수의 광원을 실장하는 인쇄회로기판과 상기 광가이드부재 사이에 배치되는 반사시트를 더 포함하는 차량용 면조명.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 반사시트는,
    상기 반사시트 표면에 형성되는 TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon, PS 중 어느 하나의 물질로 형성되는 반사패턴을 더 포함하는 차량용 면조명.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 반사시트는,
    투명 PET, 백색(white) PET, Ag 시트 중 어느 하나인 차량용 면조명.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 면발광모듈은,
    상기 광가이드부재 상면에 배치되는 제2확산부재를 더 포함하는 차량용 면조명.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2확산부재와 광가이드부재 사이에 배치되는 다수의 광학패턴을 더 포함하는 차량용 면조명.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    상기 제2확산부재의 표면에 형성되거나,
    제1광학시트층의 표면에 형성되는 차량용 면조명.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    상기 광가이드부재 상면에 배치되는 제1광학시트층 및 제2광학시트층 사이에 배치되는 차량용 면조명.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    TiO2, CaCO3, BaSO4, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 확산패턴과,
    Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴이 중첩구조로 이루어진 차량용 면조명.
  20. 청구항 9에 있어서,
    상기 차폐모듈은,
    Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나 포함하는 재질로 형성되는 차량용 면조명.
  21. 청구항 9에 있어서,
    상기 광가이드부재는,
    상기 광원에 밀착하는 레진층에 실리콘, 실리카, PMMA 등에서 어느 하나로 이루어진 비드를 더 포함하는 차량용 면조명.
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