KR20150076552A - 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치 - Google Patents

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KR20150076552A
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Abstract

본 발명은 패턴 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치에 관한 것으로, 광학 부재는 베이스기재 및 베이스기재의 제1면에 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 패턴들을 포함하여 구성되며, 복수의 패턴들은 제1입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 베이스기재의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 패턴들의 패턴 연장 방향들과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현한다.

Description

광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치{OPTICAL MEMBER AND LIGHTING DEVICE USING SAME}
본 발명은 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭 및 광도를 제어하여 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명 장치는 각종 광원을 이용하여 어두운 곳을 밝게 하는 장치이다. 조명 장치는 특정 대상이나 장소에 빛을 비추고 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하는데 이용되기도 한다.
최근, LED(Light Emitting Diode) 기술의 발전에 힘입어 LED를 이용한 다양한 형태의 조명 장치가 보급되고 있다. 예컨대, 종래기술의 조명 장치 중 하나는 LED 광원과 LED 광원에서 발산되는 빛을 확산시켜 외부로 방출하는 확산판을 포함한다.
종래기술의 조명 장치 대부분은 발광면 전체에 균일한 광을 출력하도록 구성된다. 또한, 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하기 위하여, 종래기술의 일부 조명 장치에서는 컬러 필터를 사용하거나 원하는 모양의 투광구를 갖는 필터를 사용한다.
그러나, 종래기술의 조명 장치를 이용하여 원하는 모양이나 색상으로 분위기를 표현하는 경우, 장치의 구성이 기구적으로 복잡하게 되며, 그로 인하여 원하는 모양에 있어서 설계 자유도가 제한되고, 설치나 조작이 어려운 문제가 있다. 이와 같이, 원하는 모양이나 색상의 분위기나 광이미지를 표현하기 위하여 간단한 구조를 갖고 설치나 조작이 간편한 조명 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예에서는 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭, 광도를 제어하여 선형광을 생성하고 이러한 선형광을 이용하여 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 장치의 전체 두께를 박형화할 수 있는 선형광을 이용하는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 인쇄회로기판이나 광학 부재를 포함하는 조명 장치 자체가 유연성을 갖도록 하여 제품 디자인의 자유도를 향상시키면서도 신뢰성을 확보할 수 있는 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 일반 조명, 디자인 조명, 차량 조명 등의 각종 조명 분야에서 다양한 형상의 입체효과를 갖는 광이미지를 구현할 수 있는 조명 장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 광학 부재는, 베이스기재, 베이스기재의 제1면에 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 패턴들, 및 베이스기재 또는 복수의 패턴들 상의 반사부를 포함하여 구성되고, 여기서 복수의 패턴들은 제1입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 베이스기재의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현한다.
일실시예에서, 반사부는 코팅층 또는 반사필름으로 마련된다.
일실시예에서, 광학 부재는 반사필름상의 반사패턴, 접착패턴 또는 이들의 조합을 더 포함한다.
일실시예에서, 반사부의 재료는 은(Ag), 알루미늄(Al), 이산화티탄(TiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 산화알루미늄(Al2O3), 실리콘(Silicon), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 백색 시트 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명이 일 측면에 따른 조명 장치는 전술한 실시예들 중 어느 하나의 광학 부재, 및 광학 부재에 빛을 조사하는 광원부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭, 광도를 제어하여 선형광을 생성하고 이러한 선형광을 이용하여 원하는 형상의 광이미지를 구현할 수 있는 광학 부재를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 선형광을 이용하는 필름 형상의 광학 부재나 이를 채용한 조명 장치의 전체 두께를 박형화하여 조명과 관련된 다양한 응용 제품에 손쉽게 활용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 연성인쇄회로기판 및 레진층을 이용하여 조명 장치가 유연성을 갖도록 함으로써 조명 장치의 제품 디자인에 대한 자유도를 향상시키면서도 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 일반 조명, 디자인 조명, 차량 조명 등의 각종 조명 분야에서 다양한 형상의 원하는 입체효과를 갖는 광이미지를 구현할 수 있고, 낮은 가격으로 대량 생산이 가능한 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 부재에 대한 사시도
도 2는 도 1의 광학 부재의 단면도 및 그 부분 확대도
도 3은 도 1의 광학 부재의 패턴에서의 입사광의 굴절 및 반사 원리를 설명하기 위한 도면
도 4는 도 1의 광학 부재의 선형광 생성 원리를 설명하기 위한 도면
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광에 대한 영역별 휘도를 나타낸 도면
도 6은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조를 설명하기 위한 도면
도 7은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면
도 8은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도
도 11은 도 10의 광학 부재의 변형예에 대한 단면도
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 평면도
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 평면도
도 14는 도 13의 조명 장치의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 의한 개략적인 단면도
도 15는 도 13의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면
도 16은 도 15의 조명 장치의 휘도를 측정하여 나타낸 그래프
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 작동 상태도
도 18은 도 17의 조명 장치에 채용가능한 구조의 부분 확대 단면도
도 19는 도 18의 조명 장치에 채용가능한 반사패턴에 대한 평면도
도 20은 도 17의 조명 장치에 채용가능한 구조의 부분 확대 단면도
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 단면도
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 평면도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 부재에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1의 광학 부재의 단면도 및 그 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100)는 베이스기재(10), 입체효과형성부(11) 및 반사부(12)를 포함하여 구성된다. 입체효과형성부(11)는 베이스기재(10)의 제1면에 순차 배열되는 복수의 패턴들(111)을 포함하고, 각 패턴(111)은 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면(113)을 구비한다.
베이스기재(10)는 투명 기재로 마련된다. 베이스기재(10)는 2% 이하의 헤이즈(haze)를 갖는 재료로 마련될 수 있다. 또한, 베이스기재(10)의 광투과율은 80% 이상인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 베이스기재(10)의 광투과율은 선형광, 입체효과광 또는 선형입체효과광의 광이미지 구현시 원하는 형상에 따라 약 60% 이상에서 선택될 수 있다. 베이스기재(10)의 광투과율이 60%보다 작으면 선형광 또는 입체효과광을 제대로 표현하기 어려울 수 있다.
베이스기재(10)는 제1면과 제1면의 반대측인 제2면을 구비한다. 베이스기재(10)가 플레이트 또는 필름 형상으로 마련될 때, 제1면과 제2면은 베이스기재(10)의 다른 면에 비해 상대적으로 면적이 넓고 대략 서로 평행한 두 개의 면(양면)을 지칭한다. 제1면은 제1주면(first main surface) 또는 패턴배열면(112)으로 지칭될 수 있다.
베이스기재(10)는 고분자 재료 등의 레진(resin)이나 글래스(glass)로 마련될 수 있다. 베이스기재(10)의 재료는 열가소성 고분자, 광경화성 고분자일 수 있다. 또한, 베이스기재(10)의 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(Polystyrene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalte)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
베이스기재(10)의 굴절률은 약 1.30 내지 약 1.80일 수 있다. 또한, 구현에 따라서, 베이스기재(10)의 굴절률은 약 1.80 내지 약 2.50일 수 있다. 이 경우, 복수의 패턴들(111)의 경사면(113)은 베이스기재(10)의 굴절률에 따라 소정의 경사각을 갖도록 마련될 수 있다. 경사각은 베이스기재(10)의 패턴배열면(112)과 경사면(113)이 이루는 각도이거나 패턴배열면(112)과 직교하는 직선이나 평면과 경사면(113)이 이루는 각도일 수 있다.
입체효과형성부(11)의 복수의 패턴들(111)은 각 패턴의 경사면(113)에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1입사광을 베이스기재(10)의 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 패턴들의 각 패턴 연장 방향(x방향 등)과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현한다.
여기서, 전술한 경사면(113)은 실질적으로 입사광의 난반사를 제한하며 입사각으로 되돌아가는 빛이 거의 없도록 마련된다. 즉, 경사면(113)은 입사광의 굴절 및 정반사에 의해 실질적으로 입사광을 미리 설정된 방향으로 유도할 수 있도록 마련된다.
전술한 선형광은 입체효과형성부(11)가 포함되는 반구 영역(광 유효 영역)에 비추어지는 빛을 제1경로 상에서 소정 폭(광폭)과 이 광폭보다 긴 길이를 갖고 주변 영역에 비해 수십 배 이상 밝은 명부(선형 명부)를 형성하도록 유도집광된 빛줄기를 지칭한다. 유도집광은 광원의 광 유효 영역 내에서 기준점 또는 관측지점의 위치에 따라 기설정된 광경로(제1경로)의 빛이 주변 영역의 빛에 비해 상대적으로 뚜렷하게 보이도록 하는 것을 지칭한다. 선형광의 길이 방향은 y방향에 평행할 수 있다. 즉, 일실시예에서 제1경로는 y방향으로 이동하는 빛의 광경로를 지칭할 수 있다.
또한, 전술한 제1면 방향과 제2면 방향은 베이스기재(10)를 사이에 두고 베이스기재(10)의 두께 방향에서 서로 반대측으로 향하는 두 방향을 지칭한다. 즉, 제1면 방향은 제1면에서 제1면과 마주하는 상부측 공간(지면 위쪽)으로 향하는 임의의 방향이고, 제2면 방향은 제2면에서 제2면과 마주하는 하부측 공간(지면 아래쪽)으로 향하는 방향을 지칭할 수 있다.
또한, 전술한 패턴 연장 방향은 경사면 상의 특정 직선이 연장하는 방향이거나 또는 경사면상의 곡선에 접하는 특정 접선이 연장하는 방향이다. 패턴 연장 방향은 복수의 패턴들(111)에 빛을 비추는 광원의 출사광에 대한 광경로를 원하는 방향 즉 제1경로로 한정하고 유도하도록 설계된다. 즉, 각 패턴의 경사면의 연장 방향은 대략 패턴배열면과 평행하고 제1경로와 직교하는 방향으로 연장하도록 마련될 수 있다.
반사부(12)는 베이스기재(10)의 제2면에 마련된다. 반사부(12)는 베이스기재(10) 내부의 입사광이 제2면을 지나서 제2면 외부로 조사되는 것을 완전히 또는 부분적으로 방지하도록 마련될 수 있다. 즉, 반사부(12)는 복수의 패턴들(111)에 의해 굴절 및 반사되어 베이스기재(10)의 제2면을 통과하여 나갈 수 있는 입사각의 내부광을 반사하여 내부광이 복수의 패턴들(111)이 위치한 베이스기재(10)의 패턴배열면(112) 측으로 진행하도록 동작한다.
반사부(12)는 반사 기능을 갖는 코팅층이나 필름으로 형성될 수 있다. 반사부(12)의 재료로는 은(Ag), 알루미늄(Al) 등이 이용될 수 있다.
반사부(12)를 이용하면, 입체효과형성부(11)에 의해 입체효과를 갖는 선형광을 구현할 때 선형광의 선명도를 높일 수 있다. 또한, 반사부(12)의 패턴 설계에 따라 선형광의 광이미지에 다양한 변형을 줄 수 있다.
상술한 입체효과를 갖는 선형광과 관련하여 도 2를 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 패턴들(111)은 광원(Light source, LS)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 광경로가 차례로 길어지는 간접 광원들로서 동작하여 베이스기재(10)의 두께 방향(z방향) 측에서 입체효과광(Three-dimensional effect beam)을 생성한다. 베이스기재(10)의 두께 방향은 패턴 연장 방향(x방향) 및 제1방향(y방향)과 직교하는 방향일 수 있다.
다시 말해서, 복수의 패턴들(111)이 광원(LS)으로부터 순차적으로 배열되는 제1패턴, 제2패턴 및 제3패턴을 포함할 때, 제2패턴의 제2광경로는, 제1패턴의 제1광경로보다 길고, 제3패턴의 제3광경로보다 작다. 즉, 제2패턴(또는 제2패턴의 경사면)에 의한 광원(LS)의 제2더미광원(LS2)에서 패턴배열면(112) 또는 제2패턴의 경사면까지의 제2거리(L2)는, 제1패턴의 경사면에 의한 광원(LS)의 제1더미광원(LS1)에서 제1패턴 경사면까지의 제1거리(L1)보다 길고, 제3패턴의 경사면에 의한 광원(LS)의 제3더미광원(LS3)에서 제3패턴 경사면까지의 제3거리(L3)보다 짧다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 패턴들(111)은 선형광의 길이 방향에서 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 긴 광경로를 갖게 되고, 그에 의해 패턴배열면과 대략 수직인 방향의 임의의 점(기준점 또는 관측지점)에서 볼 때 광경로가 길어짐에 따라 광원이 더 멀리 위치하는 원리에 의한 입체효과 선형광을 구현한다.
전술한 제2패턴은 광원(LS) 측에서 볼 때 패턴배열면(112) 상에서 제1패턴의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제1패턴과 소정 개수의 다른 패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다. 이와 유사하게, 제3패턴은 광원(LS) 측에서 볼 때 배턴배열면(112) 상에서 제2패턴의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제2패턴과 소정 개수의 다른 패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다.
또한, 전술한 입체효과 선형광은 제1면 방향이나 제2면 방향 측에서 볼 때 패턴 설계에 의해 미리 정해진 광경로(제1경로)로 빛을 집광한 선형광이 베이스기재(10)의 제1면에서 베이스기재(10)의 제2면을 향해 베이스기재(10) 속으로 점진적으로 들어가는 형태(깊이감)를 갖는 광이미지를 지칭할 수 있다. 그리고, 입체효과 선형광 또는 입체효과광은 선형광의 일실시예로서 선형광의 특정 광이미지에 대한 다른 이름일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 복수의 패턴들(111)은 베이스기재(10)의 제1면의 일부를 제거하여 마련되지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 구현에 따라서 복수의 패턴들(111)은 베이스기재(10)의 제1면에 배치되는 별도의 패턴층에 의해 마련될 수 있다.
패턴 설계를 통해 원하는 입체효과 선형광의 광이미지의 구현을 위해, 복수의 패턴들(111)의 각 경사면(113)은 경면 가공면 또는 정밀 가공면으로 마련된다. 즉, 경사면(113)은 일정 수준 이상의 매끈한 표면으로서의 표면 거칠기(surface roughness)를 갖는다. 소정의 표면 거칠기의 경사면(113)을 갖고 입사광을 굴절 및 반사시켜 제1면 방향이나 제2면 방향으로 유도하는 복수의 패턴들(111)을 이용하면, 입사광의 광경로, 광폭, 광도를 제어할 수 있고, 그에 의해 원하는 형상의 선형광, 입체효과광 또는 선형입체효과광의 광이미지를 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 경사면(113)의 표면 거칠기는 가공 방법에 따라 차이가 있지만 대략 중심선 평균거칠기 또는 산술평균 거칠기(Ra) 0.02 이하이고, 최대높이 거칠기(maximum height roughmess, Rmax) 0.3 이하일 수 있다. 구현에 따라서, 경사면(113)의 표면 거칠기는 10점 평균거칠기(ten point median height, Rz) 0.8 이하일 수 있다. 여기서 거칠기의 단위는 마이크로미터(㎛)이고 기준길이는 0.25㎜일 수 있다.
전술한 경사면(113)의 구성은 경사면에서의 반사율을 일정값 이상으로 확보하기 위한 것으로, 상술한 값보다 표면 거칠기가 더 거칠면, 빛의 산란이나 경사면에서 광원 측으로 되돌아가는 일정량 이상의 빛에 의해 선형광을 제대로 구현하기가 어려울 수 있다.
본 실시예의 광학 부재(100)에 있어서, 베이스기재(10)의 두께(t1)는 약 250㎛ 이상 약 500㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 광학 부재(100)는 롤(roll)에 감기 어려운 플레이트 형상을 갖는다. 또한, 베이스기재(10)의 두께(t1)는 약 수십 ㎛ 이상 약 250㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 광학 부재(100)는 롤(roll)에 감을 수 있는 필름 형상을 갖는다. 베이스기재(10)의 두께가 약 10㎛보다 작으면 베이스기재(10)의 일면에 복수의 패턴을 직접 형성하기가 어렵고, 베이스기재(10)의 두께가 500㎛보다 두꺼우면 선형광 구현이 어렵고 제조 및 취급에 비용이 증가할 수 있다.
도 3은 도 1의 광학 부재의 패턴에서의 입사광의 굴절 및 반사 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 복수의 패턴들에 있어서, 각 패턴의 경사면(113)은 입사광의 입사각에 따라 입사광을 굴절시키거나 반사시킨다.
즉, 대기 또는 공기의 굴절률이 n1이고, 베이스기재의 굴절률이 n2일 때, 베이스기재 내에서 외부의 대기로 진행하는 빛은 이들의 경계면 즉 패턴의 경사면(113)에서 광의 입사각에 따라 굴절 또는 반사된다.
예컨대, 입사각이 소정의 전반사 임계각(θc)과 같을 때 입사광은 경사면(113)을 따라 이동하고, 입사각이 전반사 임계각(θc)보다 작을 때 입사광은 경사면(113)에서 베이스기재의 굴절률(n2)에 따라 입사각보다 더 큰 각도로 굴절하여 베이스기재 내부로 진행하며, 입사각이 전반사 임계각(θc)보다 클 때 입사광은 경사면(113)에서 반사되어 패터배열면이 향하는 상부측 방향(제1면 방향에 대응함)으로 진행할 수 있다.
물론, 전술한 경우와 유사하게, 베이스기재 내부에서 외부로 진행하는 빛도 패턴의 경사면(113)에서의 광의 입사각에 따라 경사면(113)에서 굴절하며 외부로 진행하거나 또는 경사면(113)에서 반사되어 베이스기재(10)의 내부를 이동할 수 있다.
도 4는 도 1의 광학 부재의 선형광 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 2의 베이스기재(10)의 패턴배열면(112)을 위에서 본 복수의 패턴들(111)의 부분 확대 평면도에 대응한다.
도 4를 참조하면, 베이스기재의 제1면에 마련된 입체효과형성부(11)에 있어서, 복수의 패턴들(P1, P2, P3, P4)이 광원(LS)으로부터 y방향으로 순차 배열되면, 광원(LS)의 빛은 복수의 패턴들의 각 패턴 연장 방향(x1, x2, x3, x4)에 대하여 직교하는 방향으로 진행하는 선형광(B1)으로 생성된다. 그것은 '매질 내에서 이동하는 빛은 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다'는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 소정 방향으로 연장하도록 순차 배열되는 복수의 패턴들이 최단 시간의 광경로로 빛의 이동을 유도 집중시키기 때문이다.
서로 인접한 두 패턴들 사이의 간격(Lp)(피치 또는 평균 간격에 대응할 수 있음)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 이 간격(Lp)은 선형광의 구현을 위한 최소한의 간격과 최대한의 간격을 고려한 것으로 이 범위를 벗어나면 입체효과를 갖는 선형광의 구현이 어려울 수 있다.
전술한 복수의 패턴들의 설계에 의한 선형광의 구현에 있어서, 복수의 패턴들은 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제2입사광을 제1경로 이외의 방향으로 유도한다. 여기서, 제2입사광은 광원(LS)으로부터 경사면으로 향하는 빛 중 패턴 연장 방향과 제1경로에 의해 정의되는 평면상에서 대략 +y방향과 +x방향 사이 및 +y방향과 -x방향 사이의 방향(예컨대, 광원을 포함한 x-y 평면에서 광원에서부터 +y축으로 진행하는 제1경로 양측의 1사분면과 4사분면 영역으로 향하는 방향)에 상응하는 입사각을 갖고 경사면과 만나며 경사면에 의해 굴절되거나 정반사되어 나가는 광(이하, 주변광)일 수 있다. 그 경우, 제2입사광은 경사면에서의 굴절 및 반사에 의해 상대적으로 넓은 범위로 분산되므로 x-y 평면(베이스기재의 제1면 또는 제2면에 대응함)과 교차하는 직선상의 임의의 점(기준점, 관측지점 등)에서 볼 때 제1입사광에 의한 선형광 부분(이하, 명부)과 대비하여 상대적으로 명부 주변의 휘도가 낮은 주변부 또는 암부를 형성하는 주변광(B2, B3)이 된다.
본 실시예에 있어서, 패턴 연장 방향(x1, x2, x3, x4)은 복수의 패턴들(P1, P2, P3, P4)의 각 경사면 상의 특정 직선이 연장하는 방향이거나 또는 경사면 상에서 곡선에 접하는 특정 접선이 연장하는 방향일 수 있다.
이러한 패턴 연장 방향을 이용하면, 패턴 설계시, 복수의 패턴들의 각 패턴연장 방향이 모두 서로 평행하도록 설계함으로써, 복수의 패턴들을 지나는 빛의 광경로(제1경로)가 광원의 빛과 처음 만나는 패턴에서부터 시작하여 순차 배열의 마직막에 위치하는 패턴으로 진행하는 직선 형태의 입체효과 선형광을 구현할 수 있다.
한편, 복수의 패턴들의 각 패턴 연장 방향이 서로 평행하지 않도록 예컨대, 한 점에서 교차하거나 방사 방향으로 연장하도록 설계하면(도 9 참조), 복수의 패턴들을 지나는 빛의 광경로(제1경로)는 광원의 빛과 처음 만나는 지점의 패턴에서부터 시작하여 서로 인접한 패턴들 사이의 거리가 좁은 측으로 휘어지는 곡선 형태로 구현될 수 있다.
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광에 의한 영역별 휘도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 입체효과형성부에 있어서, 광원(20)으로부터 순차적으로 배열되는 복수의 패턴들을 세 영역의 패턴들로 구분하고 각 영역에서의 패턴들에 의한 휘도를 살펴보면, 복수의 패턴들은 광원으로부터의 거리에 따라 서로 다른 범위의 휘도를 나타낸다.
다시 말해서, 복수의 패턴들을 제1영역(A1)의 제1패턴들, 제2영역(A2)의 제2패턴들 및 제3영역(A3)의 제3패턴들로 구분할 때(도 2 참조), 제2패턴들의 제2휘도는 제1패턴들의 제1휘도보다 낮고, 제3패턴들의 제3휘도보다 높다. 여기서 제2패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 패턴과 광원 사이의 제2거리(L2)는, 제1패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 패턴과 광원 사이의 제1거리(L1)보다 길고, 제3패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 패턴과 광원 사이의 제3거리(L3)보다 짧다.
좀더 구체적으로 설명하면, 광원에 가장 가까운 패턴상에서의 최대 휘도를 레벨10(Lu10)이라 할 때, 광원으로부터 제1거리(L1) 내에 위치한 특정한 제1패턴의 휘도는 제1 내지 제5 실시예의 서로 다른 패턴 설계에 따라 대략 레벨8(Lu8), 레벨7(Lu7), 레벨6(Lu6), 레벨5(Lu5) 또는 레벨4(Lu4)의 휘도값을 가질 수 있다. 광원으로부터 제2거리(L2)에 위치한 특정한 제2패턴의 휘도는 패턴 설계에 따라 대략 레벨6(Lu6), 레벨4(Lu4), 레벨2(Lu2) 또는 레벨1(Lu1)의 휘도값을 가질 수 있다. 그리고, 광원으로부터 제3거리(L3) 사이에 위치한 특정한 제3패턴의 휘도는 패턴 설계에 따라 대략 레벨2(Lu2), 레벨1(Lu1) 또는 레벨0(휘도 없음)의 휘도값을 가질 수 있다.
즉, 도 1 및 도 2를 참조하여 앞서 설명한 광학 부재(100)의 복수의 패턴들에 있어서, 각 패턴은 광원의 빛을 굴절 및 반사하여 소정 휘도의 빛을 내는 간접 광원으로서 작용하게 되는데, 이때 복수의 패턴들은 그 패턴 설계에 따라 순차적으로 감소하는 서로 다른 휘도의 간접 광원들로 구현될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 패턴 설계에 따른 제1실시예의 휘도 곡선(G1)에 의하면, 제1패턴은 레벨7, 제2패턴은 레벨4, 그리고 제3패턴은 레벨1 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 작용한다. 이러한 구성에 따르면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 복수의 패턴들에서 휘도가 실질적으로 일정하게 감소하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 패턴들은 일정한 피치로 설계될 수 있다.
또한, 제2실시예의 패턴 설계에 의하면, 제2실시예의 휘도 곡선(G2)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨6, 제2패턴은 레벨3, 그리고 제3패턴은 레벨0 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 기능한다. 이러한 구성에 따르면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 복수의 패턴들에서 휘도가 실질적으로 일정하게 급감하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 패턴들은 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 감소하거나 혹은 단위 길이당 패턴 밀도가 일정한 비율로 증가하도록 설계될 수 있다.
또한, 제3실시예의 패턴 설계 또는 배열 구조에 의하면, 제3실시예의 휘도 곡선(G3)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨5, 제2패턴은 레벨2, 그리고 제3패턴은 레벨1 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 동작한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 제1영역(A1)과 제2영역(A2) 사이의 휘도 감소율이 제2영역(A2)과 제3영역(A3)의 휘도 감소율보다 큰 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 패턴들은 제1실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 증가하도록 마련될 수 있다.
또한, 제4실시예의 패턴 설계 또는 배열 구조에 의하면, 제4실시예의 휘도 곡선(G4)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨4, 제2패턴은 레벨1, 그리고 제3패턴은 레벨0 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 작용한다. 이러한 구성에 의하면, 제3실시예의 경우에 비해 상대적으로 휘도가 더욱 급감하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 패턴들은 제3실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 마련될 수 있다.
또한, 제5실시예의 패턴 설계 또는 배열 구조에 의하면, 제5실시예의 휘도 곡선(G5)으로 나타낸 바와 같이, 제1패턴은 레벨8, 제2패턴은 레벨6, 그리고 제3패턴은 레벨2 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로 각각 동작한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 제1영역(A1)과 제2영역(A2) 사이의 휘도 감소율이 제2영역(A2)과 제3영역(A3)의 휘도 감소율보다 작은 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 복수의 패턴들은 제1실시예의 피치보다 넓은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 마련될 수 있다.
전술한 제1 내지 제5실시예들은 각 실시예의 패턴 구조와 각 패턴의 경사면의 반사 성능이 동일하다고 가정한 것으로, 패턴 구조나 패턴의 반사 성능에 차이가 있다면 이를 감안하여 피치나 패턴 설계를 조정함으로써 순차적으로 배열되는 복수의 패턴들의 간접 광원 효과에 의해 자연스런 휘도 감소 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전술한 휘도 감소 효과와 광원으로부터의 거리 차이 즉 광경로의 차이에 따른 패턴들의 간접광원 효과에 의하여 입체효과광 또는 입체효과선형광을 구현할 수 있다.
도 6은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 입체효과형성부에 있어서, 각 패턴(111)은 삼각형의 단면 형상을 포함하여 구성된다. 패턴(111)이 삼각형 단면 구조를 구비할 때, 경사면(113)은 패턴배열면의 y방향에서 소정의 경사각을 갖는다. 다시 말해서, 경사면(113)은 패턴배열면과 직교하는 방향(z방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)만큼 기울어지도록 마련될 수 있다.
경사각(θ)은 약 5°이상 약 85°이하이다. 경사각(θ)은 대략 y방향 측에서 들어오는 입사광(BL)을 대략 z방향이나 제1면 또는 제2면 방향으로 굴절 및 반사시켜 진행하도록 하기 위한 것이다. 경사각(θ)이 약 5°보다 작거나 약 85°보다 크면 경사면(113)을 포함한 패턴(111)에서의 굴절이나 반사 효과가 미미하여 선형광 또는 입체효과 선형광을 구현이 어려울 수 있다.
또한, 경사각(θ)은 매질 즉 베이스기재의 굴절률에 따라 약 5° 내지 약 85°범위 내에서 적절하게 설계될 수 있다. 예를 들면, 베이스기재의 굴절률이 약 1.30 내지 약 1.80일 때, 각 패턴(111)의 경사면(113)의 경사각은 33.7°보다 크고 50.3°보다 작은 범위를 갖거나 49.7°보다 크고 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 베이스기재 또는 복수의 패턴들은 고굴절률 소재를 이용하여 마련될 수 있다. 예컨대, 고광도 LED 제조에 이용되는 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50) 등을 활용하여 마련할 수 있다. 전술한 경우, 경사각(θ)은 베이스기재 또는 패턴의 굴절률에 따라 23.6°보다 크고 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
전술한 굴절률에 따른 경사각은 스넬의 법칙에 따른 것으로, 도 3을 참조하여 스넬의 법칙을 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서, sinθ1은 제1굴절률(n1)에서의 빛의 진행각 또는 입사각이고, sinθ2는 제2굴절률(n2)에서의 빛의 입사각 또는 진행각이다,
본 실시예에 있어서, 각 패턴(111)은 전술한 경사면의 경사각에 더하여 피치 또는 밑면의 폭(w) 대 높이(h)의 비율이 소정 비율로 한정되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 입체효과광의 입체감을 강조하도록 패턴을 설계하는 경우, 폭(w)은 높이(h)와 같거나 작다. 또한, 입체효과광에서 상대적으로 긴 광이미지를 얻도록 패턴을 설계하는 경우, 폭(w)은 높이(h)보다 크다. 또한, 패턴(111)이 렌티귤러(lenticular) 모양을 가지는 경우, 패턴(111)의 폭 대 높이의 비율(h/w)은 약 1/2 이하이거나 그 경사각(θ)이 약 45°이상일 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 각 패턴(111)의 폭(w)과 높이(h)를 특성조절용 인자로 이용하여 패턴을 설계함으로써 광학 부재를 통해 구현하고자 하는 입체효과 선형광의 광이미지를 제어할 수 있다.
전술한 폭(w) 또는 서로 인접한 두 패턴들 사이의 간격(피치에 대응할 수 있음)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 이러한 간격은 제1경로 상에서 복수의 패턴들 사이의 평균 간격일 수 있으며, 패턴 설계 혹은 원하는 광이미지 형상에 따라 규칙적으로 또는 불규칙적으로 변경될 수 있다.
한편, 전술한 실시예의 광학 부재에 있어서, 복수의 패턴들은 베이스기재의 제1면 또는 패턴배열면에서 베이스기재의 외부로 볼록하게 돌출되는 구조를 가지나, 이에 한정되지는 않으며, 복수의 패턴들이 베이스기재의 패턴배열면에서 내부로 오목하게 삽입되는 구조를 가질 수 있다.
도 7은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 입체효과형성부(11)에 있어서, 각 패턴(111)은 반원형 또는 원호형 단면 구조로 마련될 수 있다. 또한, 서로 인접한 두 패턴들 사이에는 이격부(102)가 마련될 수 있다.
복수의 패턴들이 제1패턴(Cm-1), 제2패턴(Cm) 및 제3패턴(Cm+1)(여기서, m은 2 이상의 자연수임)을 포함할 때, 제1패턴(Cm-1)과 제2패턴(Cm) 사이 및 제2패턴(Cm)과 제3패턴(Cm+1) 사이에는 이격부(102)가 마련될 수 있다. 이격부(102)는 서로 인접한 두 패턴들 사이의 유격으로서 제조공정의 편의를 위해 마련된 것일 수 있다. 이격부(102)는 특정 구현에 대한 패턴 설계에 따라 생략가능하다.
본 실시예에서 각 패턴(111)의 경사면은 패턴 표면의 원호 상의 임의의 점에 접하는 면이 된다. 패턴(111) 상의 임의의 점에 접하는 접선은 패턴배열면(112)과 직교하는 방향(z방향)에서 소정 경사각(θ)으로 놓인다. 경사각(θ)은 빛(BL)이 부딪치는 곡면상의 위치에 따라 0°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
도 8은 도 1의 광학 부재의 패턴 구조의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 광학 부재의 입체효과형성부(11)에 있어서, 각 패턴(111)은 다각형 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 각 패턴(111)의 경사면(113)은 꺽은선 그래프 형상을 가질 수 있다.
또한, 서로 인접한 두 패턴들 사이에는 이격부(102)가 마련될 수 있다. 복수의 패턴들이 제1패턴(Cm-1), 제2패턴(Cm) 및 제3패턴(Cm+1)을 포함할 때, 제1패턴(Cm-1)과 제2패턴(Cm) 사이 및 제2패턴(Cm)과 제3패턴(Cm+1) 사이에는 이격부(102)가 마련될 수 있다.
본 실시예에서 각 패턴(111)의 경사면(113)은 패턴배열면(112)과 직교하는 방향(z방향)에서 꺽은선 그래프의 선분 개수에 따라 복수의 경사각(θ1, θ2)을 갖도록 마련될 수 있다. 제2경사각(θ2)은 제1경사각(θ1)보다 클 수 있다. 제1 및 제2 경사각(θ1, θ2)은 빛(BL)이 부딪히는 위치에 따라 약 5°보다 크고 약 85°보다 작은 범위 내에서 각각 설계될 수 있다.
전술한 이격부(102)의 폭(w1)은 입체효과형성부(11)상에서의 자연스러운 선형광 또는 입체효과광의 구현을 위해 패턴의 폭(w)보다 작다. 이격부(102)의 폭(w1)은 패턴의 폭(w)의 1/10 이하일 수 있다. 패턴 설계시, 원하는 형상의 선형광의 구현을 위해 이격부(102)의 폭(w1)은 가능한 한 좁게 마련되거나 이격부(102) 자체가 생략될 수 있다. 이격부(102)가 마련되는 경우, 이격부(102)의 폭은 수㎛ 이하로 설계된다.
또한, 입체효과형성부(11)는 각 패턴(111)에 제1면 또는 패턴배열면(112)과 실질적으로 평행한 단절면(115)을 구비할 수 있다. 단절면(115)은 실질적으로 빛을 외부로 방출하지 못하는 부분으로서, 복수의 패턴들(111)에 의해 구현되는 선형광이 단절면(115)에 대응하여 단절되는 부분을 가지므로, 단절면(115)의 폭(w2)은 원하는 형상의 선형광 구현을 위해 수㎛ 이하에서 적절하게 제한될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 입체효과형성부(11)는 베이스기재(10)의 패턴배열면에서 패턴 배열 방향들이 서로 교차하는 구조로 마련된 복수의 패턴들을 포함하여 마련된다. 복수의 패턴들은 광원 측에 가까이 위치한 순서대로 제1패턴(C1), 제2패턴(C2), 제3패턴(C3), 제n-2패턴(Cn-2), 제n-1패턴(Cn-1) 및 제n패턴(Cn)을 포함한다. 여기서, n은 6 이상의 자연수이다.
복수의 패턴들은 서로 평행하지 않은 방향으로 연장되도록 배열된다. 즉, 복수의 패턴들의 패턴 연장 방향에 있어서, 이들의 가상 연장선들은 하나의 교차점(C)에서 서로 만날 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광원의 빛이 입체효과형성부(11)를 지날 때, 복수의 패턴들은 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면 즉 교차점(C)가 있는 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 제1경로(광경로)를 따라 진행하는 제1선형광(BL1)을 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광학 부재에 있어서, 복수의 패턴들은 제1경로의 제1선형광(BL1)을 관측하는 기준점 또는 관찰자(사람, 카메라 등)의 관측지점이 제1지점(Pa)에서 제2지점(Pb)으로 이동함에 따라 제1경로의 제1선형광(BL1) 대신에 다른 광경로의 제2선형광(BL2)이 관측되도록 동작한다. 그것은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 복수의 패턴들의 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 위치가 기준점의 이동 방향의 반대 방향으로 이동하기 때문이다. 이와 같이, 복수의 패턴들은 기준점 또는 관측지점의 위치에 따라서 복수의 패턴들의 패턴 연장 방향 상에서 이동하는 다양한 광이미지(직선, 곡선 또는 이들의 조합 형상 등)의 선형광을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100A)는, 베이스기재(10), 입체효과형성부(12) 및 반사부(12)를 포함하여 구성된다. 입체효과형성부(12)는 베이스기재(10)의 제2면상의 별도의 패턴층(110)에 의해 마련된다. 베이스기재(10)의 제2면에는 입체효과형성부(12)의 복수의 패턴들(111)이 마련되고, 반사부(12)는 복수의 패턴들(111) 상에 마련된다.
본 실시예의 광학 부재(100A)는, 복수의 패턴들(111)이 베이스기재(10)의 제2면의 일부를 제거하여 마련되지 않고 별도의 패턴층(110)을 베이스기재(10)의 제2면에 접합하여 마련하고, 복수의 패턴들(111) 상에 반사부(12)가 마련되는 것을 제외하고 도 1 내지 도 6를 참조하여 앞서 설명한 광학 부재와 실질적으로 동일할 수 있다.
별도의 패턴층(110)을 이용하여 복수의 패턴들(111)을 마련하는 경우, 베이스기재(10)와 패턴층(110)은 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 구현에 따라서 베이스기재(10)와 패턴층(110)은 소정의 굴절률 차이를 가질 수 있다. 일례로, 베이스기재(10)의 굴절률은 패턴층(110)의 굴절률보다 약 0.2 이하 정도 작을 수 있다.
이러한 굴절률 차이는 복수의 패턴들의 설계시 굴절률 차이에 의해 패턴의 경사면의 경사각에 대한 설계가 복잡해지고 그에 의해 설계 자유도가 제한되는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 실시예의 광학 부재(100A)에 있어서, 복수의 패턴들(111)에 의해 구현되는 선형광은 광학 부재(100A)에 빛(BL)을 비추는 광원으로부터 거리가 증가함에 따라 즉 광경로가 길어짐에 따라 광원으로부터 순차 배열되는 영역들(A1, A2, A3)에서 점진적으로 감소하는 서로 다른 휘도의 광(B11, B12, B13)을 제1면 방향으로 조사하도록 표현되는 광이미지일 수 있다.
도 11은 도 10의 광학 부재의 변형예에 대한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100B)는, 베이스기재(10), 접착층(120), 입체효과형성부(11)의 복수의 패턴들(111) 및 반사부(12)를 포함하여 구성된다. 복수의 패턴들(111)은 베이스기재(10)의 제2면에 접합되는 별도의 패턴층(110)에 의해 마련된다. 접착층(120)은 베이스기재(10)와 패턴층(110) 사이에 마련된다. 그리고, 반사부(12)는 패턴층(110)의 일면에 마련되고 베이스기재(10)의 제2면 상에 노출되는 복수의 패턴들(111)을 매립하도록 마련된다.
본 실시예의 광학 부재(100B)는 베이스기재(10)와 패턴층(110) 사이의 접착층(120)과 복수의 패턴들(111)을 매립하는 반사부(12)를 제외하고 도 10을 참조하여 앞서 설명한 광학 부재(100A)와 실질적으로 동일할 수 있다.
접착층(120)은 에폭시 접착 필름이나 에폭시 접착제로 마련될 수 있다. 또한, 접착층(120)은 베이스기재(10)와 패턴층(110) 간의 굴절률 차이를 조절하기 위해 고굴절 물질인 PEA(Phenoxyethyl acrylate)로 마련되거나 불소계 고분자, 불소계 모노머 등으로 마련될 수 있다.
접착층(120)의 굴절률은 베이스기재(10)의 굴절률과 패턴층(110)의 굴절률보다 클 수 있다. 전술한 경우, 베이스기재(10)의 굴절률과 패턴층(110)의 굴절률의 차이가 작으면, 베이스기재(10)로부터 접착층(120)을 지나는 빛은 소정 각도로 굴절되고 다시 패턴층(110)으로 진행하면서 소정 각도의 반대 방향으로 굴절되어 원래의 진행 방향과 유사한 방향으로 진행할 수 있다. 물론, 접착층(120)의 두께가 매우 얇으면 전술한 굴절 각도는 무시될 수 있다.
또한, 접착층(120)은 구현에 따라서 소정의 패턴을 갖도록 마련될 수 있다. 이 경우, 접착층(120)은 반사부(12)와 함께 베이스기재(10)의 제2면 측에서 복수의 패턴들(111)에 의해 굴절 및 반사되는 빛을 변형시키거나 제한하여 다양한 형상의 광이미지 구현에 기여할 수 있다.
반사부(12)는 복수의 패턴들(111)에 의해 요철 부분을 메우는 형태로 마련되므로 광학 부재(100B)는 평편한 양면을 가질 수 있다. 이러한 반사부(12)는 복수의 패턴들(111)이 외부의 충격에 의해 손상되는 것을 방지하도록 기능할 수 있다. 전술한 평편한 양면을 갖는 광학 부재(100B)는 도 10의 광학 부재에 비해 보관, 운송 및 취급이 용이할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는, 광학 부재(100), 광원부(30) 및 지지 부재(210)를 포함하여 구성된다. 광학 부재(100)는 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 광학 부재들 중 어느 하나일 수 있다. 광학 부재(100)는 반사부(도 2의 12 참조)를 구비한다.
조명 장치(200)는 평면상에서 소정의 길이(LH)와 폭(WH)을 구비한다. 길이(LH)와 폭(WH)은 20W 형광등 또는 40W 형광등의 길이 및 직경과 동일하거나 유사하게 마련될 수 있다.
광원부(30)는 직사각형 막대 형태의 지지 부재(210)의 중앙부를 향하여 반구 영역의 광 유효 영역을 갖는 빛을 조사하도록 지지 부재(210)의 길이 방향에서 그 양단부에 각각 배치된다. 광원부(30)는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 제1광원 및 제2광원은 서로 반대 방향(+y방향 및 -y방향)으로 빛을 조사하도록 배치될 수 있다.
물론, 본 실시예의 조명 장치(200)는 제1광원 및 제2광원 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖고 서로 다른 방향으로 빛을 조사하는 제1광원 및 제2광원을 포함하도록 구현될 수 있다(도 23의 30c 및 30d 참조).
본 실시예에서 광원부(30)는 백열등, 할로겐등, 방전등 등의 기존의 다양한 광원들 중 하나로 마련되거나 태양에 의한 자연광을 유도하거나 반사하는 유도 또는 반사 부재로 마련될 수 있다. 또한, 광원부(30)는 구현에 따라서 LED(Light Emitting Diode) 소자를 포함하는 광원으로 마련될 수 있다. 이 경우, 광원부(30)는 LED 광원과 이 광원에 전원을 공급하는 구동회로가 탑재된 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 광원부(30)의 광원이 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 탑재한 LED 패키지인 경우를 중심으로 설명한다.
지지 부재(210)는 조명 장치(200)의 하우징의 적어도 일부분이거나 건물 내외의 벽이거나 물건 또는 장비의 일면일 수 있다. 지지 부재(210)는 광원부(30)의 빛이 조사되는 곳에 광학 부재(100)를 배치할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 모든 장치나 물건을 이용하여 구현될 수 있다. 게다가, 지지 부재(210)는 모자, 의류, 신발, 가방, 장식품(accessory), 실내외 인테리어 부품 등을 이용하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광원부(30)의 두 개의 광원들로부터 지지 부재(210)의 중앙부로 조사되는 빛은 광학 부재(100)의 복수의 패턴들에서의 굴절 및 반사에 의해 지지 부재(210)의 양단부에서 시작하여 지지 부재(210)의 중앙부에서 사라지는 두 개의 입체효과 선형광(GL1, GL2)으로 표현된다.
즉, 지지 부재(210) 상에 광학 부재(100)를 배치하고 광학 부재의 일측에서 광학 부재에 빛을 조사하면, 조명 장치(200)는 광학 부재의 복수의 패턴들에 의해 특정 광경로의 선형광을 구현하고 광원과의 거리에 따른 광경로 차이에 의해 패턴배열면의 수직 방향(x-y 평면에 직교하는 방향)으로 깊이감을 갖는 입체효과 선형광(GL1, GL2)을 구현한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 평면도이다. 도 14는 도 13의 조명 장치의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 의한 개략적인 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는, 조명 플레이트(31), 반사부(12) 및 광학 부재(100C)를 포함하여 구성된다.
조명 플레이트(31)는 플레이트 형상의 별도의 부재로 장치, 기구, 건물 등에 결합하거나 장치, 기구, 건물의 일부분으로 마련될 수 있다. 또한, 조명 플레이트(31)는 그 일면에 광원부(30)를 일체로 포함하여 마련될 수 있다. 이 경우, 조명 플레이트(31)는 절연기판 및 절연기판상의 인쇄회로기판을 포함하여 구성될 수 있다. 조명 플레이트(31)는 인쇄회로기판을 포함할 수 있는 것을 제외하고 도 12의 지지 부재와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에서 광원부(30)는 조명 플레이트(31) 상에 대략 서로 마주하는 방향으로 빛이 조사되도록 서로 마주하는 상하측 측면부에 두 그룹으로 나누어져 배열되는 12개의 광원을 포함한다. 각 광원은 두 개의 LED 소자를 단일 패키지로 구성한 것으로, 두 개의 빛을 조사한다. 또한, 광원부(30)에 있어서, 제1 그룹 또는 제2 그룹에 속한 제1광원 및 제2광원은 동일한 방향으로 빛을 조사하거나 동일한 방향에서 교차하는 방향으로 빛을 조사한다.
반사부(12)는 광원부(30)가 배치된 조명 플레이트(31)의 일면에 마련된다. 반사부(12)는 광학 부재(100C)에 일체로 구성되지 않는 것을 제외하고 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 반사부와 동일할 수 있다.
광학 부재(100C)는 베이스기재 및 입체효과형성부를 포함하여 구성된다. 광학 부재(100C)의 구성은 반사부(12)를 일체로 포함하지 않는 것을 제외하고, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 광학 부재에서 반사부(12)를 제외한 구성과 동일할 수 있다.
다만, 본 실시예의 광학 부재(100C)의 입체효과형성부는 광원부(30)의 복수의 광원들에 각각 대응하는 복수의 패턴영역에 마련된 12개 그룹의 복수의 패턴들을 포함하고, 각 그룹의 복수의 패턴들은 광원의 광경로를 제1경로(D1 등)로 한정하여 유도하기 위해 제1경로와 각각 직교하는 방향으로 연장되는 패턴 연장 방향을 구비한다.
본 실시예에 있어서, 선형광의 광폭은 각 영역의 복수의 패턴들에 빛을 비추는 LED 광원의 광출사면의 폭 이하일 수 있다. 여기서, 광폭 및 광출사면의 폭은 도 13의 평면도상에서 두 개의 빛(BL)에 의한 최대 폭과 광원부(30)에서 광이 나오는 측면의 폭에 해당할 수 있다. 참고로, 본 실시예의 복수의 패턴들이 없는 경우, 광원부는 광출사면을 중심으로 대략 반구 영역에 광 유효 영역을 갖는 빛을 조사할 수 있으나, 본 실시예에서 광원부(30)의 각 광원은 복수의 패턴들에 의해 광 유효 영역 내에서 광출사면의 폭 이하의 선형광을 조사하는 것처럼 보인다.
본 실시예에 의하면, 복수의 LED 광원들이 마련된 조명 플레이트(31) 상에 광학 부재(100)를 배열하고 광학 부재(100)에 LED 광원들의 빛을 각각 조사하면, 광학 부재(100)의 각 패턴 영역에 마련된 복수의 패턴들의 굴절 및 반사 작용에 의해 각 광원이 배치된 쪽인 조명 장치(300)의 양측 가장자리에서 시작하여 대략 중심 영역(A0)에서 사라지는 다수의 입체효과 선형광에 의한 조명을 구현할 수 있다. 특히, 반사부(12)의 반사 작용에 의해 반사부가 없는 경우에 비해 더욱 뚜렷한 입체효과 선형광을 구현할 수 있다.
도 15는 도 13의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다. 도 16은 도 15의 조명 장치의 휘도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는, 광원부(30)의 12개의 광원의 빛(BL)을 광학 부재의 복수의 패턴들에 조사될 때, 광학 부재의 서로 다른 영역에 각각 마련되는 패턴들에 의해 12개 선형광을 구현한다.
또한, 조명 장치(300)는 각 광원에서 나오는 빛(BL)이 복수의 패턴들의 배열 방향을 따라 진행하면서 패턴들이 배열된 패턴 영역의 중간 부분(도 13의 A0 참조)에서 사라지는 입체효과광을 구현할 수 있다.
이와 같이, 조명 장치(300)는 광학 부재의 패턴 설계를 통해 상대적으로 매우 짧은 거리(예컨대, 약 100㎜ 내지 약 200㎜ 정도)의 광경로에서 구현되는 입체효과광을 이용하여 조명을 제공할 수 있다.
여기서, 매우 짧은 거리는 본 실시예에 따른 입체효과형성부의 복수의 패턴들이 마련되지 않은 비교예의 광학 부재 상에서 LED 광원의 빛을 조사할 때 빛이 자연적으로 감쇄되어 사라지는 거리(예컨대, 수십 내지 수백 미터)에 비해 '1/(수백 내지 수천)' 배 이상의 짧은 거리에 해당할 수 있다.
전술한 조명 장치(300)의 휘도를 장치의 전면 중앙부에 배치한 소정의 휘도 측정기를 이용하여 측정하면, 도 16에 도시한 바와 같은 휘도(Brightness) 그래프를 얻을 수 있다.
도 16을 참조하면, 12개의 광원들에 의한 빛의 세기가 최대 레벨 Lu12일 때, 조명 장치의 전면 중간 영역(A0)에서의 제1휘도는 약 Lu5 정도로 다른 영역에서의 제2휘도 약 Lu7 내지 약 Lu12에 비해 상대적으로 매우 작다. 더욱이, 중간 영역(A0)에서의 제1휘도는 주변의 다른 영역의 제2휘도에 의한 영향인 것을 감안하면, 실제로 조명 장치의 전면 중간 영역(A0)에서의 빛의 세기는 대략 레벨 Lu0(휘도 없음)에 가깝다는 것을 예상할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 대략적으로 서로 마주하는 방향으로 연장하는 두 그룹의 입체효과 선형광들을 이용하여 직사각형 형상의 조명 영역 내에서 가장자리 부분의 휘도가 높고, 중심 부분의 휘도가 낮은 조명을 제공할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 작동 상태도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 광원으로서 규칙적으로 배열되는 다수의 LED 소자들을 포함하여 구성된다. 다수의 LED 소자들은 서로 인접한 제1배열라인의 제1 LED 소자들과 제2배열라인의 제2 LED 소자들을 포함하며, 여기서 제1 LED 소자들의 출광 방향과 제2 LED 소자들의 출광 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 설정된다. 그리고, 제1 및 제2 LED 소자들 각각은 대략 광출사면을 중심으로 반구 영역에 빛을 조사한다고 가정한다.
전술한 조명 장치에 있어서, 각 LED 소자의 빛은 각 LED 소자로부터 순차적으로 멀어지도록 배열되는 입체효과 형성부의 패턴들에서의 반사 및 굴절에 의해 패턴들의 패턴배열면과 임계각 이상으로 교차하며 외부로 순차 방출된다. 이러한 구성에 의해 조명 장치는 각 LED 소자에 대응하는 입체효과 형성부 상에 입체효과를 갖는 선형광의 광이미지를 다수 개 형성한다.
전술한 입체효과 선형광은 관측자의 관측지점이나 소정의 기준점이 이동함에 따라 서로 다른 광경로의 서로 다른 광이미지를 표현한다. 일례로, 조명 장치를 평평한 바닥에 놓고 정면 상부 측에서 본 경우, 조명 장치의 광이미지는 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이 표현된다.
즉, 도 17(a)의 광이미지는 서로 반대 방향으로 빛을 조사하는 두 그룹의 LED 소자들의 제1 선형광 그룹과 제2 선형광 그룹이 두 손을 깍지낀 형상과 유사하게 서로 마주하는 방향으로 교차하면서 중심 영역에서 좌우 양측 영역으로 가면서 교차 각도가 커지는 광이미지로 표현된다. 또한, 도 17(a)의 광이미지는, 각 LED 소자에 대한 시야각 차이에 따라 서로 이웃한 배열라인 상에 위치하는 LED 소자들의 출사광이 정반대 방향으로 조사되도록 표현되지 않고 정반대 방향에서 일정 부분 벗어난 각도(예컨대, 약 180°±45°)를 갖도록 표현된다.
조명 장치를 평평한 바닥에 놓고 바닥에 가까운 정면 하부 측에서 본 경우, 조명 장치의 광이미지는 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이 표현된다. 즉, 도 17(b)의 광이미지는 도 17(a)의 광이미지와 대비할 때, 동일 배열라인 상의 복수의 LED 소자들의 선형광들이 패턴패열면과 대략 수직인 방향에서 서로 중첩되지 않고 분리되어 보임으로써 전체적으로 더 깊은 깊이감 또는 입체효과를 갖는 광이미지로 표현된다.
그리고, 조명 장치를 평평한 바닥에 놓고 바닥에 가까운 측면 하부 측에서 본 경우, 조명 장치의 광이미지는 도 17의 (c)에 도시한 바와 같이 표현된다. 즉, 도 17(c)의 광이미지는 가까운 영역의 빛들이 서로 교차하지 않다가 멀리 위치한 영역으로 가면서 복수 행의 지그재그 형상으로 나란히 연장하는 광이미지를 표현한다.
이와 같이, 본 실시예의 조명 장치는 관측자의 관측지점이나 소정의 기준점의 변화에 따라 서로 다른 광경로의 서로 다른 광이미지를 구현할 수 있다.
도 18은 도 17의 조명 장치에 채용가능한 구조의 부분 확대 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300A)는, 베이스기재(10a), 입체효과 형성부(11), 반사부(12) 및 광원부(30)를 포함하여 구성된다.
베이스기재(10a)는 내부 입사광을 가이드할 수 있는 재료로 마련된다. 베이스기재(10a)의 재료는 레진(resin)일 수 있다. 레진층을 이용하는 경우, 베이스기재(10a)는 두께가 얇고 휘어지는 유연성을 가진 광가이드부가 될 수 있다.
레진층은 기본적으로 광을 가이드할 수 있는 재질의 수지로 이루어진다. 레진층은 올리고머를 포함하는 자외선 경화수지로 이루어질 수 있다. 또한, 레진층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 주원로 하는 레진으로 형성될 수 있다. 예컨대, 레진층은 합성올리고머인 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 폴리아크릴인 폴리머를 혼합한 수지를 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 여기에 저비점 희석형 반응성 모노머인 IBOA(isobornyl acrylate), HPA(hydroxylpropyl acrylate), 2-HEA(2-hydroxyethyl arrylate) 등이 혼합된 모노머를 더 포함할 수 있다. 또한, 첨가제로서 광개시제 또는 산화방지제 등을 더 혼합할 수 있다.
입체효과 형성부(11)는 복수의 패턴들(111)을 포함하여 구성된다. 복수의 패턴들(111)은 전술한 경사면을 구비하고, 경사면은 소정 수준 이상의 매끈한 표면 거칠기를 갖는 경면 가공면이다. 본 실시예에서 입체효과 형성부(11)는 베이스기재(11a)의 일면에 접합되는 별도의 패턴층(110)에 의해 마련된다. 패턴층(110)의 타면은 베이스기재(11a)의 일면에 접합하고, 패턴층(110)의 일면은 복수의 패턴들(111)이 마련되는 패턴배열면이다.
반사부(12)은 패턴층(110)의 패턴배열면 상에 필름 형태의 반사필름으로 마련된다. 반사부(12)은 반사 효율이 높은 재질로 형성되어 광원부(30)로부터 입체효과 형성부(11)를 통해 나오는 광을 입체효과 형성부(11) 측으로 반사하여 광손실을 줄이고 입체효과를 갖는 선형광을 더욱 명확하게 표현하도록 동작한다.
반사부(12)의 재료로는 빛의 반사 특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 증가시키기 위해 백색 안료를 분산 함유하는 합성수지가 이용될 수 있다. 예를 들어, 백색 안료로는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산염, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있고, 합성수지 원료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀루로오스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
반사부(12)과 복수의 패턴들(111)과의 사이에는 이격부(120)가 구비될 수 있다. 이격부(120)는 공기로 채워지는 에어갭일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 이격부(120)에는 구현에 따라서 패턴층(110)과 다른 굴절률의 재료가 삽입될 수 있다.
또한, 반사부(12)은 패턴층(110)과 적층 시 소정의 접착패턴(130)에 의해 접착될 수 있다. 이 경우, 반사부(12)은 접착패턴의 굴절률이나 반사 성능 또는 패턴 형태에 따라 반사부(12)에서 반사되는 빛의 양이나 위치를 제어하여 광이미지의 다양성에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예의 조명 장치(300A)는, 반사부(12) 상의 반사패턴(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 반사패턴(140)은 패턴층(111)과 마주하는 반사부(12)의 일면에 잉크패턴으로 마련될 수 있다. 반사패턴(140)의 재료로는 반사부(12)의 재료와 동일한 재료가 이용될 수 있다. 이러한 반사패턴(140)을 이용하면 반사부(12) 상에서 반사되는 빛의 강도를 조절할 수 있어 다양한 형상의 광이미지의 구현에 기여할 수 있다.
광원부(30)는 광원을 포함한다. 광원은 하나 또는 둘 이상의 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자를 포함하여 구성될 수 있다. LED 소자는 측면형 또는 상부형 발광 구조를 가질 수 있다. 또한, 광원부(30)는 별도의 인쇄회로기판(32)을 포함하여 구성될 수 있다. 인쇄회로기판(32)는 유연한 절연 기판상에 도전성 회로 패턴이 마련되는 연성인쇄회로기판일 수 있다. 본 실시예에서 광원부(30)의 광원은 단면상에서 볼 때 패턴층(110)과 반사부(12)을 관통하는 형태로 인쇄회로기판(32)에 연결되고, 인쇄회로기판(32)을 통해 공급되는 전원과 제어신호에 의해 입체효과 형성부(11)로 빛을 조사하도록 구동될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 조명 장치(300A)는 레진층으로 마련되는 베이스기재(10a)에 의해 인쇄회로기판(32) 상의 반사부(12), 패턴층(110) 및 광원부(30)의 광원을 매립하고, 광원부(30)의 광은 베이스기재(10a)에서 가이드하며 입체효과 형성부(11)의 복수의 패턴들(111)에서 반사 및 굴절에 의해 선형광을 표현할 때, 반사부(12)에서의 반사에 의해 선형광을 더욱 명확하게 구현할 수 있다.
또한, 반사부(12) 상의 반사패턴(140)이나 접착패턴(130)에 의해 반사부(12)의 광 반사 성능이나 반사 영역을 제어하여 다양한 형상의 선형광이나 선형광을 이용한 원하는 형상의 광이미지를 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.
도 19는 도 18의 조명 장치에 채용가능한 반사패턴에 대한 평면도이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치에 있어서, 반사패턴(140)은 육각형 링 모양의 단위패턴(141)을 다수 개 배열한 형태로 마련되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 반사패턴(140)은 육각형 외의 다각형이나 원형, 타원형, 별모양, 구불구불한 링형, 스트라이프 모양, 메시 모양 또는 이들의 조합 모양으로 설계될 수 있다. 즉, 반사패턴(140)의 패턴 모양은 원하는 형상의 광이미지나 광이미지에 대한 원하는 입체효과(선명함, 흐릿함, 번짐 등)에 따라 설계될 수 있다.
반사패턴(140)은 반사부(12)의 일면에 반사재료를 포함하는 잉크를 인쇄하여 마련될 수 있다.
반사패턴(140)을 이용하면, 광원부(30)로부터 입체효과 형성부(도 18의 11 참조)를 경유하여 입체효과 형성부의 하부측으로 진행하는 일부 빛을 반사하여 입체효과 형성부로 되돌려 보냄으로써 광원부의 모든 빛이 입체효과 형성부의 복수의 패턴들을 경유하여 제1경로상에서 베이스기재의 상부측으로 방출되도록 할 수 있다. 또한, 반사패턴(140)의 설계에 따라 빛의 반사량이나 반사영역을 조절하여 입체효과 선형광의 광이미지에 다양한 변형을 줄 수 있다.
한편, 반사패턴(140)과 함께 반사부(도 18의 12 참조)의 일면에 마련되는 접착패턴은 상술한 반사패턴(140)과 중첩되거나 중첩되지 않는 별도의 패턴으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 구현에 따라서 접착패턴은 반사패턴(140)에 소정의 접착 성분을 함유한 것으로 마련될 수 있다. 그러한 경우, 반사패턴(140)은 곧 접착패턴(도 18의 130 참조)일 수 있다.
도 20은 도 17의 조명 장치에 채용가능한 구조의 부분 확대 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300B)는 베이스기재(10a), 입체효과 형성부(11), 반사부(12) 및 광원부(30)를 포함하여 구성된다. 입체효과 형성부(11)는 광원부(30)의 인쇄회로기판(32) 상에 배치되는 별도의 패턴층(110)의 일면에 마련된다.
입체효과 형성부(11)의 복수의 패턴들(111)이 패턴층(110)과 베이스기재(10a) 사이에 배치되면, 베이스기재(10a)를 형성하는 레진층에 의해 복수의 패턴들(111)은 경사면을 가진 패턴으로서 제대로 동작하지 못할 수 있다. 특히, 베이스기재(10a)의 굴절률과 패턴층(110)의 굴절률이 유사한 경우, 예컨대 굴절률 차이가 0.2 이하인 경우, 이들 사이의 매질 경계가 불명확하여 패턴들의 각 경사면에서 빛이 제대로 반사하지 못한다. 이것은 입체효과 형성부(11)의 복수의 패턴들(111)에서의 굴절과 반사에 의해 광원부(30)의 빛을 베이스기재(10a)의 상부측으로 유도할 수 없어 입체효과를 갖는 선형광을 구현하지 못할 수 있음을 나타낸다.
따라서, 본 실시예의 조명 장치(300B)에서는 복수의 패턴들(111)의 경사면의 경사각과 입사광의 입사각에 따라 광원부(30)의 광이나 베이스기재(10a) 내부를 이동하는 입사광을 순차적으로 반사하여 베이스기재(10a)의 상부측으로 유도할 수 있도록 패턴층(110)의 일면에 마련된 복수의 패턴들(111) 상에 반사부(12)를 마련한다.
반사부(12)는 복수의 패턴들(111) 상에 반사 재료로 얇게 코팅된 코팅층일 수 있다. 반사부(12)의 재료로는 은(Ag), 알루미늄(Al), 스테인리스 강(304SS) 등이 이용될 수 있다.
본 실시예의 조명 장치(300B)는, 복수의 패턴들(111)이 패턴층(110)과 베이스기재(10a) 사이에 마련되고, 도 18의 조명 장치의 필름 형태의 반사부(12), 이격부(120), 접착패턴(130) 및 반사패턴(140)을 생략하는 대신에 복수의 패턴들(111) 상에 코팅층 형태의 반사부(12)를 마련하는 것을 제외하고, 도 18의 조명 장치와 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 상세 설명을 생략한다.
전술한 복수의 패턴들(111)의 패턴 종류는 프리즘(prism), 렌티큘러(Lenticular), 사면체, 원뿔 등의 다양한 형상이 이용될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 조명 장치(300B)의 두께(h2)는 광학 부재(10)의 두께는 100㎛ 내지 250㎛ 이하이다. 조명 장치(300B)의 두께가 100㎛보다 작으면, LED 광원을 레진층을 매립하는 구조로 제조가 어렵고 내구성이 저하될 수 있다. 또한, 조명 장치(300B)의 두께가 250㎛보다 크면 두께가 두꺼워져 롤(roll)에 감기가 어려울 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는, 베이스기재(10), 입체효과형성부(11), 광원부(30) 및 지지 부재(410)를 포함하여 구성된다. 광학 부재(100)는 베이스기재(10) 및 입체효과형성부(11)를 포함한다. 입체효과형성부(11)는 베이스기재(10)의 패턴배열면에 순차 배열되는 복수의 패턴들을 포함한다.
광학 부재(100)는 필름 형상으로 마련된다. 광학 부재(10)의 두께는 약 25㎛ 내지 약 250㎛ 이하이다. 광학 부재(100)의 두께가 25㎛보다 작으면, 제조가 어렵고 내구성이 크게 떨어질 수 있다. 또한, 광학 부재(100)의 두께가 250㎛보다 크면 유연성이 떨어져 소정 곡률을 갖는 지지 부재(410)에 설치하기가 어려울 수 있다.
광학 부재(100)는 필름 형상으로 유연성을 갖는 것을 제외하고, 도 1 내지 도 11을 참조하여 앞서 설명한 실시예들의 광학 부재들 중 어느 하나를 이용하여 마련될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 광학 부재(100)는 베이스기재(10)의 패턴배열면에 마련된 패턴들의 구조와 그 피치 및 패턴 밀도의 특성요소를 적절히 설계함으로써 광원부(30)로부터 입체효과형성부(11)에 조사되는 빛에 대한 광경로를 제1경로로 특정하면서 제1경로의 폭을 한정하고 제1경로에서의 광원과의 거리 차이에 따른 깊이감을 갖는 입체효과 선형광을 구현할 수 있다.
광원부(30)는 지지 부재(410)에 의해 지지되며, 광학 부재(100)의 일측면으로 빛을 조사하도록 배치된다. 광원부(30)는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 포함하는 LED 패키지나 LED 스트링으로 마련될 수 있다. 복수의 LED 소자를 포함하는 경우, 광원부(30)에서 조사되는 복수의 빛은 광학 부재(100)에 의해 복수의 선형광으로 표시될 수 있다.
지지 부재(410)는 곡률을 가진 하우징이거나 굴곡부를 가진 건물 내외의 벽이거나 물건의 일면일 수 있다. 본 실시예에서 지지 부재(41)는 소정 직경(2R)의 중공형 원통 형상을 구비한다.
지지 부재(410)는 광원부(30)의 빛이 일측면에 조사되는 곳에 시트상의 광학 부재(100)를 배치할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 모든 장치나 물건을 이용하여 구현될 수 있다. 게다가, 지지 부재(410)는 시트상 광학 부재(100)가 부착될 수 있는 모자, 의류, 신발, 가방, 장식품(accessory), 실내외 인테리어 부품 등을 이용하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 굴곡부 또는 곡률을 가진 응용 제품이나 물건이나 건물에 광학 부재를 부착하여 선형광이나 입체효과 선형광에 의한 다양한 디자인의 조명을 구현할 수 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치에 대한 평면도이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(500)는, 광학 부재(100), 복수의 광원부(30a 내지 30g) 및 아우터 렌즈(outer lens, 510)를 포함하여 구성된다.
광학 부재(100)는 베이스기재의 복수의 영역들(12a, 12f, 12g 등)에 독립적인 방향으로 각각 배열되는 복수의 패턴들을 포함한다. 이러한 광학 부재(100)는 곡률을 갖는 아우터 렌즈(510)의 일면(내측면 등)에 배치될 수 있도록 유연성을 구비하는 것을 제외하고 도 1 내지 도 11을 참조하여 앞서 설명한 광학 부재와 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 그것에 대한 상세 설명은 생략한다.
복수의 광원부(30a 내지 30g)는 광학 부재(100)의 복수 영역들에 각각 마련된 패턴들의 일측면에서 빛을 조사하도록 아우터 렌즈(510)의 가장자리 부분에 배치된다. 각 광원부는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 포함하는 광원을 포함한다. 또한, 조명 장치(500)가 차량 조명으로 이용되는 경우, 각 광원부의 광원은 차량 배터리(530)로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
아우터 렌즈(510)는 차량용 조명 장치(헤드라이트, 후방라이트 등), 야외 조명 장치 등에서 조명 장치의 외표면에 배치되는 커버 또는 렌즈를 지칭한다. 조명 장치가 차량용 램프로 사용되는 경우, 아우터 렌즈(510)는 광학 부재가 배치되는 일면에 차량 보디의 곡면에 이어지는 곡률을 갖도록 마련될 수 있다. 전술한 아우터 렌즈(510)는 투명한 플라스틱 재료 예컨대, 엔지니어링 플라스틱 등으로 마련될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 각 광원부에서 조사되는 빛은 개략적으로 아우터 렌즈(510)의 가장자리에서 중심부를 향하는 방향(y1 내지 y7)으로 조사되고, 광학 부재(100)의 복수의 영역들에 각각 마련된 패턴들에 의해 선형광 또는 입체효과 선형광으로 표현된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 전술한 특정 실시예(도 9 참조)에서 설명한 바와 같이, 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 각 영역에서의 패턴들의 패턴 연장 방향을 따라 이동하여 표현되는 다중의 입체효과 선형광을 구현하는 조명 장치를 제공할 수 있다. 즉, 조명 장치(500)는 차량의 헤드라이트, 후방 라이트, 실내 조명, 안개등, 도어스카프 등의 차량 램프로 이용가능하다. 또한, 조명 장치(500)는 기존의 차량 램프에 비해 부피, 두께, 무게, 가격, 수명, 안정성, 설계 자유도, 설치 용이성 면에서 유리한 차량 램프로 제공가능하다.
한편, 본 실시예에서는 조명 장치(500)를 차량 램프에 이용하는 경우를 중심으로 설명하였지만, 조명 장치(500)는 그러한 구성으로 한정되지 않고, 필름 형태의 유연한 조명 장치로서 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부에 적용될 수 있다. 이 경우, 아우터 렌즈(510)는 광학 부재 또는 광원을 지지하는 렌즈 형상의 지지부재 또는 하우징이 될 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10: 베이스기재
11: 입체효과형성부
12: 반사부
30, 30a 내지 30g: 광원부
100, 100A, 100B: 광학 부재
102: 이격부
111, Cm-1, Cm, Cm+1: 패턴(들)
112: 제1면 또는 패턴배열면
113: 경사면
115: 단절면
200, 300, 300A, 300B, 400, 500: 조명 장치
LS: 광원
BL: 빛

Claims (22)

  1. 베이스기재;
    상기 베이스기재의 제1면에 순차 배열되고 상기 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 패턴들; 및
    상기 베이스기재 또는 상기 복수의 패턴들 상의 반사부;
    를 포함하고,
    상기 복수의 패턴들은 제1입사광을 상기 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 상기 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 상기 제1면의 반대측인 상기 베이스기재의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 상기 복수의 패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현하는 광학 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사부는 코팅층 또는 반사필름으로 마련되는 광학 부재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 반사필름상의 반사패턴, 접착패턴 또는 이들의 조합을 더 포함하는 광학 부재.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 반사부의 재료는 은(Ag), 알루미늄(Al), 이산화티탄(TiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 산화알루미늄(Al2O3), 실리콘(Silicon), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 백색 시트 중 어느 하나를 포함하는 광학 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패턴들의 패턴 연장 방향들은 서로 평행하거나 서로 교차하며, 상기 교차의 경우 상기 제1경로는 상기 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 광학 부재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사면은 경면 가공면이며, 상기 경사면의 거칠기는 산술평균 거칠기(Ra) 0.02 이하 및 최대높이 거칠기(Ry) 0.30 이하인 광학 부재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사면의 단면은 직선, 곡선, 꺽은선 그래프 또는 이들의 조합 모양인 광학 부재.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패턴들 중 서로 이웃한 패턴들 사이의 간격은 10㎛ 내지 500㎛인 광학 부재.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 선형광의 광폭은 상기 복수의 패턴들에 빛을 비추는 광원의 광출사면의 폭 이하이고, 상기 선형광의 길이는 상기 광폭보다 큰 광학 부재.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스기재는 내부로의 입사광을 가이드하는 광가이드부인 광학 부재.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 베이스기재의 두께는 25㎛ 이상, 250㎛ 미만이거나 250㎛ 이상, 500㎛ 이하인 광학 부재.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 베이스기재의 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalte) 또는 글래스(Glass)인 광학 부재.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패턴들은 상기 제1면의 일부를 제거하여 마련되거나, 상기 베이스기재의 상기 제1면에 접합되는 패턴층으로 마련되는 광학 부재.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패턴들은 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 광경로가 차례로 길어지는 간접 광원들로서 동작하여 상기 베이스기재의 두께 방향 측에서 입체효과광(Three-dimensional effect beam)을 생성하는 광학 부재.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수의 패턴들은 순차 배열되며 상기 광원으로부터 제1광경로를 갖는 제1패턴, 상기 제1광경로보다 긴 제2광경로를 갖는 제2패턴 및 상기 제2광경로보다 긴 제3광경로를 갖는 제3패턴을 포함하고,
    여기서, 상기 제2패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제2더미광원에서 상기 제1패턴의 경사면까지의 제2거리는, 상기 제1패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제1더미광원에서 상기 제1패턴의 경사면까지의 제1거리보다 길고, 상기 제3패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제3더미광원에서 상기 제1패턴의 경사면까지의 제3거리보다 짧은 광학 부재.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패턴들은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 상기 관측지점의 이동 방향과 반대되는 방향으로 상기 패턴 연장 방향들을 따라 이동하여 표시되는 선형광을 구현하는 광학 부재.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 광학 부재; 및
    상기 광학 부재에 빛을 조사하는 광원부;
    를 포함하는 조명 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 방향으로 빛을 조사하거나 상기 동일한 방향에서 교차하는 방향으로 빛을 조사하는 조명 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 서로 반대 방향으로 빛을 조사하거나 상기 제1광원 및 상기 제2광원 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖는 서로 다른 방향으로 빛을 조사하는 조명 장치.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 광원부는 광원인 LED(Light Emitting Diode) 소자 및 상기 광원에 연결되는 인쇄회로기판을 포함하고 상기 광원의 광출사면을 중심으로 상기 광출사면 전방의 반구 영역에 광을 조사하며, 상기 광학 부재는 상기 반구 영역 내에 선형광을 구현하는 조명 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 광학 부재와 상기 광원을 매립하며 곡률 또는 곡면을 갖는 광가이드층을 더 포함하는 조명 장치.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 광학 부재가 일면에 배치되며 상기 일면에 곡률을 갖는 아우터 렌즈를 더 포함하며, 상기 광원부는 차량 배터리로부터 동작 전원을 받는 조명 장치.
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