KR20150092653A - 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치 - Google Patents

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KR20150092653A
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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 베이스기재로 마련되는 광가이드부, 광가이드부의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부, 및 입체효과 형성부와 적층 구조를 갖는 다중효과 형성부를 포함하며, 입체효과 형성부는, 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 포함하고, 여기서 복수의 메인패턴들은 입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 광가이드부의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 생성하고, 그리고 다중효과 형성부는 제1방향과 교차하는 제2방향으로 순차 배열되고 제1경로의 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하는 복수의 광학패턴들을 포함한다.

Description

광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치{OPTICAL DEVICE AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 패턴 설계를 통해 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 장치는 LED 광원과 LED 광원에서 발산되는 빛을 확산시켜 외부로 방출하는 확산판을 포함한다.
종래 기술의 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, 휘도 변화를 제어하여 입체효과를 갖는 단일 선형광을 생성하고 생성한 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하여 표현할 수 있는 조명 장치 및 이 조명 장치에 이용되는 광학 부재를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 입체효과를 갖는 선형광을 구현하면서 조명 장치의 두께를 박형화할 수 있는 광학 부재를 제공하고자 한다. 즉, 연성인쇄회로기판과 광학 부재를 포함하는 조명 장치가 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, 베이스기재로 마련되는 광가이드부, 광가이드부의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부, 및 입체효과 형성부와 적층 구조를 갖는 다중효과 형성부를 포함한다. 입체효과 형성부는, 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 포함하고, 여기서 복수의 메인패턴들은 입사광을 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제1면의 반대측인 광가이드부의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 생성한다. 그리고, 다중효과 형성부는 제1방향과 교차하는 제2방향으로 순차 배열되고 제1경로의 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하는 복수의 광학패턴들을 포함한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 조명 장치는, 전술한 실시예의 광학 부재 및 광학 부재에 빛을 조사하는 광원부를 포함한다. 여기서, 광학 부재의 광가이드부는 광원부의 광원의 광출사면의 높이 이상의 두께를 갖는 일측면을 구비한다. 광원으로부터의 입사광은 광가이드부의 일측면 측에서 시작하여 광가이드부의 외표면에서 내부 반사하거나 광가이드부 내부에서 일측면과 마주하는 타측면 측으로 이동한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 광학 부재의 패턴 설계를 통해 광경로, 광폭, 휘도 변화를 제어하여 단일 선형광을 생성하고 생성한 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하여 표현할 수 있는 조명 장치와 이 조명 장치에 이용되는 광학 부재를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유연한 광가이드부를 이용하여 장치의 전체 두께를 박형화하고 그에 의해 조명과 관련된 다양한 응용 제품에 손쉽게 활용할 수 있는 광학 부재 및 이를 이용하는 조명 장치를 제공할 수 있다. 즉, 연성인쇄회로기판 및 유연한 광가이드부를 이용하여 장치에 유연성을 부여함으로써 조명 장치의 디자인에 대한 자유도를 향상시키면서도 신뢰성을 확보할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 일반 조명, 디자인 조명, 차량 조명 등의 각종 조명 분야에서 원하는 형상의 다양한 입체효과를 갖는 광이미지를 구현할 수 있고, 낮은 가격으로 대량 생산이 가능한 조명 장치 및 이 조명 장치에 이용되는 광학 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 부재를 이용한 조명 장치의 사시도
도 2는 도 1의 광학 부재의 부분 확대 단면도
도 3은 도 1의 광학 부재의 다른 부분 확대 단면도
도 4는 도 1의 광학 부재의 선형광의 생성원리를 설명하기 위한 도면
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광에 대한 영역별 휘도를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도
도 7은 도 1의 광학 부재의 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도
도 8은 도 1의 광학 부재에 채용가능한 다른 실시예의 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도
도 9는 도 1의 광학 부재에 채용가능한 또 다른 실시예의 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도
도 11은 도 10의 조명 장치의 횡단면도
도 12 및 도 13은 도 10의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도들
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도
도 15는 도 14의 조명 장치의 평면도
도 16은 도 14의 조명 장치의 다중효과 형성부를 생략한 구조에 대한 평면도
도 17은 도 16의 조명 장치의 작동 상태를 나타낸 평면도
도 18은 도 16의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면
도 19는 도 18의 조명 장치의 휘도 그래프
도 20은 도 14의 조명 장치의 작동 상태를 나타낸 평면도
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 부분 단면도
도 22는 도 21의 조명 장치에 채용가능한 반사패턴에 대한 평면도
도 23은 도 21의 조명 장치의 작동 상태도
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 부분 단면도
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 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 부재를 이용하는 조명 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(100)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30) 및 광원부(50)를 포함한다.
조명 장치(100)는 광가이드부(10)의 양면에 서로 다른 방향으로 연장하는 패턴을 각각 구비하는 광학 부재와 이 광학 부재의 일측면에 빛을 조사하는 광원부(30)를 구비하는 것으로 언급될 수 있다. 그 경우, 광학 부재는 내부에 입사되는 입사광을 일측면 쪽에서 타측면 쪽으로 유도하는 광가이드부(10)와 그 양면에 마련되며 양면의 일부를 각각 제거한 패턴 구조를 갖는 입체효과 형성부(20) 및 다중효과 형성부(30)를 포함한다.
광가이드부(10)는 투명한 재질의 플레이트 또는 필름 구조를 갖고 광원부(50)로부터 공급되는 입사광을 내부 반사를 통해 일측면에서 타측면으로 유도한다. 광가이드부(10)는 베이스기재로서 제1면에 마련되는 입체효과 형성부(20) 및 제1면의 반대측인 제2면에 마련되는 다중효과 형성부(30)를 지지한다.
입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10)의 제1면에 마련되는 메인패턴(22)을 포함하여 구성된다. 메인패턴(22)은 광가이드부(10)의 제1면의 일부를 제거한 형상으로서 복수의 볼록부와 복수의 오목부가 교대로 배열되고 둔덕 형상의 볼록부 또는 도랑 형상의 오목부에 의한 스트라이프 형상을 구비한다. 메인패턴(22)의 각 볼록부 또는 각 오목부는 단위패턴일 수 있다. 각 단위패턴의 패턴 연장 방향이 제1방향 또는 y방향일 때, 메인패턴(22)은 제2방향 또는 x방향으로 순차 배열된다. 또한, 메인패턴(22)은 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면(221)을 구비한다.
입체효과 형성부(20)는 메인패턴(22)의 경사면(221)에서의 굴절 및 반사에 의해 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 메인패턴(22)의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1광경로 상에서 입체감 또는 깊이감을 갖는 선형광(line shaped beam)을 생성한다.
다중효과 형성부(30)는 입체효과 형성부(20)와 적층 구조를 갖도록 배치된다. 본 실시예에서 다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제1면의 반대측인 제2면의 일부를 제거한 형태로 마련된다. 전술한 입체효과 형성부(20)와 다중효과 형성부(30)의 적층 구조는 광가이드부(10)의 양면에 일체로 형성되는 구조에 의해 구현되나, 이에 한정되지는 않는다.
다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제2면상에 배열되는 광학패턴(32)을 구비한다. 광학패턴(32)은 복수의 볼록부와 복수의 오목부가 교대로 배열되고 둔덕 형상의 볼록부 또는 도랑 형상의 오목부에 의한 스트라이프 형상을 구비한다. 광학패턴(32)의 각 볼록부 또는 각 오목부는 단위패턴일 수 있다. 광학패턴(32)의 단위패턴의 패턴 연장 방향은 상기의 메인패턴(22)의 패턴 연장 방향과 교차하거나 직교하는 방향일 수 있다. 광학패턴의 단위패턴의 각 패턴 연장 방향이 동일한 방향일 때, 예컨대 광학패턴(32)의 패턴 연장 방향이 x방향일 때, 광학패턴(32)의 패턴들은 제1방향 또는 y방향으로 순차 배열된다.
다중효과 형성부(30)는 광학패턴(32)을 통해 메인패턴(22)에 의해 형성된 제1광경로의 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환한다(도 23 및 도 16 참조). 즉, 광학패턴(32)은 메인패턴(22)으로부터 오는 단일 선형광을 양분하여 단일 선형광의 오른쪽으로 진행하는 제1선형광 및 단일 선형광의 왼쪽으로 진행하는 제2선형광을 생성한다.
본 실시예에 있어서, 광가이드부(10)의 재료는 레진(Resin)이거나 글래스일 수 있다. 광가이드부(10)가 레진층으로 형성되는 경우, 레진층은 열가소성 고분자 또는 광경화성 고분자를 이용하여 마련될 수 있다. 또한, 레진층의 경우, 광가이드부(10)의 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 등일 수 있다.
광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 0.1㎜ 이상, 약 10.0㎜ 이하이다. 광가이드부(10)의 두께(t1)가 약 0.1㎜보다 작으면, 광원부(50)의 광원으로 LED 소자를 이용할 때, LED 소자의 광출사면의 높이를 약 100㎛보다 작게 제조해야 하므로 제조가 어렵고 비용이 증가할 수 있다. 또한, 광가이드부(10)의 두께(t1)가 약 10.0㎜보다 크면, 조명 장치(100)의 두께 및 무게가 증가하고 재료 비용이 증가할 수 있다.
또한, 광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 100㎛ 이상, 약 250㎛ 이하일 수 있다. 그 경우, 광가이드부(10)는 롤(roll) 장치 등에 적절하게 감기는 정도의 유연성을 가질 수 있다. 또한, 구현에 따라서 광가이드부(10)의 두께(t1)는 약 250㎛ 이상, 약 10.0㎜ 이하일 수 있다. 그 경우, 광가이드부(10)는 롤(roll) 장치에 감기 어려우므로 플레이트 형상을 갖고 응용 제품에 적용될 수 있다.
광원부(50)는 광가이드부(10)의 일측면에 빛을 조사하여 광가이드부(10)의 내부에 입사광을 생성한다. 입사광은 광가이드부(10)의 일측면에서 내부 전반사를 통해 타측면으로 유도되도록 이동할 수 있다.
광원부(50)는 LED(Light Emitting Diode) 소자를 이용하는 광원을 포함할 수 있다. LED 광원은 하나 또는 복수의 LED 소자를 포함한 적어도 하나 이상의 LED 패키지로 마련될 수 있다. LED 광원을 이용하는 경우, 광원부(50)는 LED 칩의 개수나 크기에 따라 소정 면적의 광출사면을 가질 수 있다.
광원부(50)는 광가이드부(10)의 일측면과 소정 간격(w0) 이격되어 배치될 수 있다. 그 경우, 이들 사이의 이격 공간에는 레진 등의 투명 재질이 채워질 수 있다. 물론, 구현에 따라서 광원부(50)는 이격 간격 없이 광가이드부(10)의 일측면에 밀착되거나 광가이드부(10) 내측에 매립될 수 있다.
광원의 광출사면은 광가이드부(10)의 일측면과 마주하도록 배치되며, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 오각형 이상의 다각형 형상을 가질 수 있다. 그 경우, 광출사면의 높이는 단면 형상에 상관없이 광가이드부(10)의 두께 방향에서의 최대 길이로 정의하고, 광출사면의 폭은 광가이드부(10)의 측면에서 두께 방향과 직교하며 광출사면과 평행한 방향에서의 최대 길이로 정의할 수 있다.
광원부(50)의 높이(t2)는 광가이드부(10)의 두께(t1)와 동일하거나 그보다 작다. 그것은 광원부(50)의 광원의 광출사면에서 나오는 빛이 광가이드부(10)의 측면에 조사될 때 광가이드부(10) 내부에 입사광이 생성되도록 하기 위한 것이다. 광원부(50)에 있어서 광원의 높이(t2)가 광가이드부(10)의 두께(t1)보다 크면, 광원부(50)의 빛은 광가이드부(10) 내에 제대로 입사되지 못할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부(20)를 통해 입체효과를 갖는 단일 선형광을 구현하고, 다중효과 형성부(30)를 통해 단일 선형광을 복수의 선형광으로 변환하여 표시하는 조명 장치와 이 조명 장치에 이용되는 광학 부재를 구현할 수 있다.
도 2는 도 1의 광학 부재의 부분 확대 단면도이다.
도 2를 참조하면, 광가이드부(10) 내부의 입사광(BL)은 기본적으로 광가이드부(10)의 내부에서 전반사하여 광가이드부(10)의 일측에서 타측으로 이동한다. 다만, 입사광(BL)이 메인패턴(22)의 경사면(221)과 만나면, 입사광은 메인패턴(22)의 경사면(221)에서의 굴절 또는 반사되고 그에 의해 입사광(BL)의 진행 방향은 광가이드부(10)의 두께 방향(z방향) 측으로 변경된다.
즉, 광가이드부(10) 내부에서 외표면 안쪽에 부딪히는 입사광의 입사각이 소정의 임계각(θc)보다 작으면, 입사광은 내표면을 통과하면서 굴절률의 차이에 따라 굴절되어 진행하고, 입사각이 임계각(θc) 이상이면, 입사광은 광가이드부(10) 내부에서 반사하며 이동한다. 따라서, 입사광의 진행 방향과 교차하도록 연장되며 입사광의 진행 방향을 따라 순차 배열되는 메인패턴(22)과 만나면, 입사광은 굴절 및 반사에 의해 광가이드부(10)의 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 진행하여 나갈 수 있다.
임계각(θc)은 제1굴절률(n1)의 제1매질에서 제2굴절률의 제2매질로 빛이 진행할 때, 제2매질에서의 굴절각이 90°가 되는 제1매질에서의 입사각을 지칭하는 것으로, 굴절률과 임계각의 관계를 나타내면 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
수학식 2에서, n1이 공기의 굴절률이고 n2가 광가이드부(10)의 굴절률이면, 공기의 굴절률은 약 1이므로, 임계각과 매질의 굴절률은 다음의 수학식 3과 같은 관계식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00003
본 실시예의 광학 부재와 이를 이용하는 조명 장치에서는 수학식 3의 굴절률에 따른 임계각(θc)을 고려하여 광가이드부(10)의 두께를 결정할 수 있다.
광가이드부(10) 내부의 입사광이 메인패턴(22)에서 적절하게 굴절 및 반사하도록 하기 위하여, 본 실시예에 따른 광학 부재의 메인패턴(22)의 각 경사면(221)은 소정의 표면 거칠기(surface roughness)를 갖도록 설계된다.
메인패턴(22)의 경사면(221)은 경면 가공면이거나 정밀 가공면일 수 있다. 예를 들어, 경사면(221)의 표면 거칠기는 가공 방법에 따라 약간의 차이가 있지만 대략 중심선 평균거칠기 또는 산술평균 거칠기(Ra)의 경우 0.02 이하, 최대높이 거칠기(maximum height roughmess, Rmax)의 경우 0.3 이하로 설계될 수 있다. 또한, 경사면(221)의 표면 거칠기는 10점 평균거칠기(ten point median height, Rz)의 경우 0.8 이하로 설계될 수 있다. 여기서 거칠기의 단위는 마이크로미터(㎛)이고 기준길이는 0.25㎜일 수 있다.
전술한 경사면(221)의 표면 거칠기는 경사면(221)에서의 광 반사율을 일정 값 이상으로 확보하기 위한 것으로, 상술한 값보다 표면 거칠기가 더 거칠면, 빛의 산란이나 경사면(221)에서 광원 측으로 되돌아가는 일정량 이상의 빛에 의해 선형광을 제대로 구현하기가 어렵다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)에 대한 패턴 설계를 통해 메인패턴(22)의 경사면(221)에서의 굴절 및 반사 성능을 조절함으로써 메인패턴(22)의 연장 방향과 직교하는 광경로의 선형광 또는 입체효과광을 구현할 수 있다. 즉, 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)을 지나는 빛은 패턴 설계에 따라 경사면(221)에서의 굴절 및 반사에 의해 제1면 방향 또는 제2면 방향으로 차례로 진행하면서 메인패턴의 각 패턴 연장 방향에 의해 제1광경로 및 특정 광폭으로 한정되는 선형광으로 변환될 수 있다. 이러한 선형광은 입체효과광 또는 입체효과 선형광으로 언급될 수 있다.
도 3은 도 1의 광학 부재의 횡방향에서의 다른 부분 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 광가이드부(10) 내부에 입사된 입사광(BL)은 기본적으로 광가이드부(10)의 내부에서 전반사하여 이동한다. 그리고, 입사광(BL)이 메인패턴(22)과 만나면, 입사광(BL)은 메인패턴(22)에서의 굴절 및 반사에 의해 광가이드부(10)의 외부로 진행하여 나간다.
전술한 경우, 광가이드부(10)의 제1면에서 제1방향(x방향)으로 순차 배열되는 메인패턴(22)은 각 패턴(메인단위패턴)의 경사면을 통해 입사광을 굴절시키거나 반사시켜 제1면 방향이나 제2면 방향으로 방출함으로써 광원(LS)으로부터의 거리에 따라 광경로가 점진적으로 길어지는 간접 광원들로서 동작한다. 즉, 메인패턴(22)은 광가이드부(10) 외부의 소정의 기준점 또는 관측지점(사용자, 카메라 등의 관측자가 위치하는 지점)에서 볼 때 광원(LS)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 기준점d으로부터 더 멀리 위치하는 더미광원들(LS1, LS2, LS3)로 각각 작용한다.
예를 들면, 광원(LS)을 기준으로 일방향에서 순차 배열되는 메인패턴(22) 중 제1영역(A1)의 제1메인패턴(P1), 제2영역(A2)의 제2메인패턴(P2) 및 제3영역(A3)의 제3메인패턴(P3)이 있다고 가정할 때, 광원(LS)으로부터 제2메인패턴(P2)에 도달하는 입사광(BL)의 이동거리인 광원(LS)에서 제2메인패턴(P2)까지의 제2광경로는, 광원(LS)에서 제1메인패턴(P1)까지의 제1광경로보다 길고, 광원(LS)에서 제3메인패턴(P3)까지의 제3광경로보다 작다. 즉, 광원(LS)의 제2더미광원(LS2)에서 제2메인패턴(P2) 또는 그 경사면까지의 제2거리(L2)는, 광원(LS)의 제1더미광원(LS1)에서 제1메인패턴(P1)의 경사면까지의 제1거리(L1)보다 길고, 광원(LS)의 제3더미광원(LS3)에서 제3메인패턴(P3)의 경사면까지의 제3거리(L3)보다 짧다. 여기서, 제1거리(L1), 제2거리(L2) 및 제3거리(L3)는 광원(LS)에서 각 메인패턴(P1, P2, P3)까지의 광경로에 대응한다. 이와 같이, 메인패턴(22)은 기준점에서 볼 때 입사광의 진행 방향을 따라 점진적으로 거리가 멀어지는 또는 점진적으로 휘도가 낮아지는 더미 광원들을 광경로상의 패턴들 상에 생성할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 메인패턴(22)은 입사광의 진행 방향에서 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 긴 광경로를 갖는 더미 광원을 생성할 수 있고, 그에 의해 제1면 방향 또는 제2면 방향에서의 임의의 기준점 또는 관측지점으로부터 더 멀리 위치하는 더미광원 효과에 의해 입체효과 선형광(Line shaped beam having three-dimensional effect)을 구현할 수 있다.
전술한 입체효과 선형광은 제1면 방향이나 제2면 방향 측에서 볼 때 패턴 설계에 의해 미리 정해진 광경로(제1경로)의 선형광이 광가이드부(10)의 제1면에서 제2면을 향해 광가이드부(10) 속으로 점진적으로 들어가는 거리감 또는 깊이감을 갖는 광이미지를 지칭할 수 있다. 그리고, 입체효과 선형광 또는 입체효과광은 선형광의 일실시예로서 선형광의 특정 광이미지에 대한 이름일 수 있다.
한편, 전술한 메인패턴의 제1 내지 제3 메인패턴들(P1, P2 및 P3)에 있어서, 제2메인패턴(P2)은 광원 측에서 볼 때 광가이드부(10)의 제1면 상에서 제1메인패턴(P1)의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제1메인패턴(P1)과 소정 개수의 다른 메인패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다. 이와 유사하게, 제3메인패턴(P3)은 광원 측에서 볼 때 제2메인패턴(P2)의 바로 다음에 위치하는 패턴이거나 제2메인패턴(P2)과 소정 개수의 다른 메인패턴들을 사이에 두고 위치하는 패턴일 수 있다.
도 4는 도 1의 광학 부재에서 선형광을 생성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 광가이드부의 메인패턴이 상부에 노출되도록 도 1의 조명 장치의 광학 부재를 평면상에 놓은 경우의 부분 확대 평면도에 대응한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치의 광학 부재에 있어서, 광가이드부(10)의 제1면상에서 y방향으로 연장하며 x방향으로 순차 배열되도록 메인패턴(22)을 설계하면, 광원(LS)의 대부분의 입사광(제1입사광)은 메인패턴(P1, P2, P3, P4)의 각 패턴 연장 방향(y1, y2, y3, y4)과 직교하는 제1광경로(x방향)로 한정되어 진행하는 선형광(BL1)이 된다.
또한, 선형광의 구현에 있어서, 메인패턴(P1, P2, P3, P4)은 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 입사광의 나머지 일부(제2입사광)를 제1광경로 이외의 방향으로 유도할 수 있다. 여기서, 제2입사광은 광원(LS)으로부터 경사면으로 향하는 빛 중 메인패턴의 각 패턴 연장 방향과 x방향에 의해 정의되는 평면상에서 제1광경로(BL1) 상의 +x방향을 중심으로 대략 +x방향과 +y방향 사이의 경사 방향 및 +x방향과 -y방향 사이의 경사방향으로 진행하는 빛을 지칭한다. 즉, 제2입사광(BL1a, BL1b, BL1c, BL1d)은 메인패턴(P1 내지 P4)의 경사면과 만날 때, 경사면에 의해 굴절되거나 정반사되어 흩어지는 광(이하, 주변광)을 지칭한다. 이러한 제2입사광(BL2, BL3, BL4, BL5)은 메인패턴의 경사면에서 반사되거나 굴절되어 광가이드부(10) 내부의 상대적으로 넓은 범위로 분산되므로 x-y 평면(광가이드부의 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(BL1a, BL1b, BL1c, BL1d)이 된다.
본 실시예에 있어서, 메인패턴(P1 내지 P4)의 각 패턴 연장 방향(y1 내지 y4)은 메인패턴의 각 경사면 상의 특정 직선이 연장하는 방향이거나 또는 경사면 상의 곡선에 접하는 특정 접선이 연장하는 방향일 수 있다.
즉, 메인패턴(P1 내지 P4)의 설계시, 각 패턴 연장 방향(P1, P2, P3, P4)이 모두 서로 평행하도록 설계하면, 메인패턴을 지나는 입사광의 광경로(제1광경로)는 광원의 빛과 처음 만나는 메인패턴(P1)에서부터 시작하여 각 패턴 연장 방향(y1, y2, y3, y4)과 각각 직교하는 방향으로 진행하는 직선 형태를 갖게 된다. 그것은 '매질 내에서 이동하는 빛은 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다'는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 메인패턴 상의 최단 시간의 광경로를 따라 빛의 이동이 집중되기 때문이다.
또한, 메인패턴의 설계에 있어서, 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 간격(Lp)은 약 10㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 간격(Lp)은 메인패턴의 피치 또는 평균 간격에 대응할 수 있다. 이러한 간격(Lp)은 선형광 또는 입체효과광의 구현을 위한 최소한의 간격과 최대한의 간격을 고려한 것으로 이 범위를 벗어나면 광경로상에서 순차 배열되는 간접 광원들을 구현하기가 어려워 선형광 또는 입체효과광의 구현이 어려울 수 있다.
한편, 구현에 따라서 패턴 연장 방향들이 서로 평행하지 않고 적어도 한점에서 교차하거나 대략 방사 방향으로 연장하도록 메인패턴을 설계하면(도 6 참조), 페르마의 원리에 따라 메인패턴을 지나는 입사광의 광경로는 입사광과 처음 만나는 메인패턴에서부터 시작하여 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 거리/간격이 좁은 측으로 휘어지는 곡선 형태를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 광학 부재에 있어서, 메인패턴의 의해 생성되는 선형광은 메인패턴 구조, 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 거리 등의 패턴 조건을 제어하는 패턴 설계를 통해 원하는 형상으로 한정되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 입사광의 특정 광경로 및 특정 광폭은 메인패턴의 설계에 따라 일정한 광폭과 제1길이만큼 연장하도록 구현되거나 점진적으로 좁아지는 광폭을 갖고 제1길이보다 짧은 제2길이만큼 연장하도록 구현되거나 혹은 점진적으로 넓어지는 광폭을 갖고 제1길이와 유사하거나 제1길이보다 짧거나 길게 구현될 수 있다.
도 5는 도 1의 광학 부재의 선형광에 대한 영역별 휘도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재의 메인패턴은 입사광을 제1광경로로 한정하면서 반사 및 굴절시켜 광가이드부 외부로 방출함으로써 제1광경로의 선형광을 생성한다.
선형광을 좀더 구체적으로 설명하면, 광원에 대하여 순차 배열되는 복수의 패턴들을 갖는 메인패턴을 세 영역(도 3의 A1, A2 및 A3 참조)에 속한 적어도 하나 이상의 메인패턴으로 각각 구분할 때, 각 영역에서의 메인패턴의 반사 및 굴절에 의한 휘도는, 광원으로부터의 거리에 따라 서로 다른 레벨의 휘도를 나타낸다.
즉, 제1영역(A1)의 제1메인패턴들, 제2영역(A2)의 제2메인패턴들 및 제3영역(A3)의 제3메인패턴들로 구분할 때(도 3 참조), 제2메인패턴들의 제2휘도는 제1메인패턴들의 제1휘도보다 낮고 제3메인패턴들의 제3휘도보다 높다. 여기서 제2메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제2거리(L2)는, 제1메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제1거리(L1)보다 길고 제3메인패턴들 중 광원에서 가장 멀리 위치한 메인패턴과 광원과의 제3거리(L3)보다 짧다.
예를 들어 설명하면, 광원에 가장 가까운 메인패턴 상에서의 최대 휘도를 레벨10(Lu10)이라 할 때, 광원으로부터 제1거리(L1)에 위치한 특정한 제1메인패턴의 휘도는 제1 내지 제5 실시예의 메인패턴들의 서로 다른 구조에 따라 대략 레벨8(Lu8), 레벨7(Lu7), 레벨6(Lu6), 레벨5(Lu5) 또는 레벨4(Lu4)의 휘도값을 가질 수 있다. 광원으로부터 제2거리(L2)에 위치한 특정한 제2메인패턴의 휘도는 메인패턴의 설계에 따라 대략 레벨6(Lu6), 레벨4(Lu4), 레벨2(Lu2) 또는 레벨1(Lu1)의 휘도값을 가질 수 있다. 그리고, 광원으로부터 제3거리(L3)에 위치한 특정한 제3메인패턴의 휘도는 메인패턴의 설계에 따라 대략 레벨2(Lu2), 레벨1(Lu1) 또는 레벨0(휘도 없음)의 휘도값을 가질 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 4를 참조하여 앞서 설명한 광학 부재(100)의 메인패턴(22)에 있어서, 메인패턴(22)은 경사면에 의해 입사광을 굴절 및 반사하여 광가이드부(10) 외부로 방출하게 되는데, 이러한 원리에 의하면, 메인패턴(22)의 순차 배열 패턴들은 패턴 설계나 배열 구조에 따라 점진적으로 감소하는 서로 다른 광도를 갖는 각각의 간접 광원으로 기능함으로써 광경로가 점진적으로 길며 휘도가 점진적으로 낮아지는 선형광을 생성할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 제1실시예의 휘도 곡선(G1)으로 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 소정의 메인패턴 설계에 의해 제1메인패턴은 레벨7, 제2메인패턴은 레벨4, 그리고 제3메인패턴은 레벨1 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 작용할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 복수의 메인패턴들에서 휘도가 실질적으로 일정하게 감소하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 메인패턴의 각 패턴들은 일정한 피치로 설계될 수 있다.
또한, 제2실시예의 메인패턴 설계에 의하면, 제2실시예의 휘도 곡선(G2)으로 나타낸 바와 같이, 제1메인패턴은 레벨6, 제2메인패턴은 레벨3, 그리고 제3메인패턴은 레벨0 정도의 휘도값을 갖는 간접 광원들로서 각각 기능한다. 이러한 구성에 의하면, 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 메인패턴 상에서 휘도가 실질적으로 일정하게 급감하는 입체효과광을 구현할 수 있다. 이러한 입체효과광의 구현을 위해, 메인패턴들은 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 감소하거나 혹은 단위 길이당 패턴 밀도가 일정한 비율로 증가하도록 설계될 수 있다.
또한, 제3실시예의 메인패턴 설계에 의하면, 제3실시예의 휘도 곡선(G3)으로 나타낸 바와 같이, 제1메인패턴은 레벨5, 제2메인패턴은 레벨2, 그리고 제3메인패턴은 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 메인패턴들은 제1실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 증가하도록 설계될 수 있다.
또한, 제4실시예의 메인패턴 설계에 의하면, 제4실시예의 휘도 곡선(G4)으로 나타낸 바와 같이, 제1메인패턴은 레벨4, 제2메인패턴은 레벨1, 그리고 제3메인패턴은 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 메인패턴들은 제3실시예의 피치보다 좁은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 설계될 수 있다.
또한, 제5실시예의 메인패턴 설계에 의하면, 제5실시예의 휘도 곡선(G5)으로 나타낸 바와 같이, 제1메인패턴은 레벨8, 제2메인패턴은 레벨6, 그리고 제3메인패턴은 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 메인패턴들은 제1실시예의 피치보다 넓은 일정한 피치로 설계되거나 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 피치가 조금씩 감소하도록 설계될 수 있다.
전술한 제1 내지 제5실시예들은 각 실시예의 메인패턴 구조와 각 메인패턴의 경사면의 반사 성능이 동일하다고 가정한 것으로, 메인패턴 구조나 메인패턴들 간의 반사 성능에 차이가 있다면 이를 감안하여 패턴 설계를 조정함으로써 순차 배열되는 복수의 메인패턴들의 간접 광원 효과를 통해 자연스럽게 휘도가 감소하는 입체효과광을 얻을 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전술한 휘도 감소 효과와 광원으로부터의 거리 차이 즉 광경로의 차이에 따른 메인패턴들의 간접광원 효과에 의하여 입체효과광 또는 입체효과 선형광을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 부재는 광가이드부(10)의 제1면에서 패턴 배열 방향들이 서로 교차하는 구조로 마련된 복수의 메인패턴들을 포함하여 구성된다. 복수의 메인패턴들은 광원 측에 가까이 위치한 순서대로 제1메인패턴(C1), 제2메인패턴(C2), 제3메인패턴(C3), 제n-2메인패턴(Cn-2), 제n-1메인패턴(Cn-1) 및 제n메인패턴(Cn)을 포함한다. 여기서, n은 6 이상의 자연수이다.
본 실시예에서, 복수의 메인패턴들은 서로 평행하지 않은 방향으로 연장되도록 배열된다. 즉, 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향의 가상 연장선들은 하나의 교차점(C)에서 서로 만날 수 있다.
광원의 입사광이 입체효과 형성부(20)를 지날 때, 복수의 메인패턴들은 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면 즉, 서로 인접한 메인패턴들 사이의 간격이 좁으면서 교차점(C)에 가까운 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 제1광경로의 선형광(BL1)을 구현할 수 있다. 그것은 '매질 내에서 이동하는 빛은 최단 시간의 이동 경로를 따라 이동한다'는 페르마(Fermat)의 원리에 따라 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 방향을 따라 빛이 이동하기 때문이다.
한편, 본 실시예의 광학 부재에 있어서, 제1면 방향 또는 제2면 방향에서 제1광경로의 선형광(BL1)을 관측하던 기준점 또는 관측지점의 관찰자(사용자, 카메라 등)가 이동하여 기준점이 제1지점(Pa)에서 제2지점(Pb)으로 변경되면, 제2지점(Pb)에서 볼 때, 복수의 메인패턴들에 의한 선형광은 제1광경로 대신에 다른 광경로를 따라 이동하는 선형광(BL1e)으로 표시된다. 그것은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향과 직교하는 제1광경로의 위치가 기준점의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하기 때문이다.
본 실시예에 의하면, 메인패턴을 원하는 광이미지에 맞게 설계함으로써 선형광을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라서 다른 광경로로 표현되는 다양한 광이미지(직선, 곡선 또는 이들의 조합 형상 등)의 선형광을 구현할 수 있다. 아울러, 설명의 편의상 도면에 도시하지는 않았지만, 입체효과 형성부(20)와 적층 구조로 배치되는 다중효과 형성부(도 1의 30 참조)를 이용함으로써 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하여 더욱 다양한 광이미지를 구현할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라서 다른 광경로로 표현되는 광이미지는 도 4의 메인패턴과 같이 서로 평행한 패턴 연장 방향을 갖는 메인패턴에서도 구현될 수 있음은 물론이다.
도 7은 도 1의 광학 부재에 채용가능한 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)은 삼각형 단면 형상의 패턴 구조를 갖는다. 메인패턴(22)이 삼각형 단면 구조를 구비하면, 삼각형 단면 구조상에 형성되는 경사면(221)은 x방향에서 소정의 경사각을 갖는다. 즉, 경사면(221)은 광가이드부의 제1면과 직교하는 방향(z방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)만큼 기울어지도록 설계될 수 있다.
경사면(221)의 경사각(θ)은 약 5°이상 약 85°이하일 수 있다. 경사각(θ)은 광가이드부의 굴절률을 고려하여 한정될 수 있으나, 기본적으로 경사면(221)에서 반사 및 굴절 가능한 각도의 측면에서 약 5° 내지 약 85°범위에서 적절하게 설계될 수 있다.
일실시예에서, 광가이드부의 굴절률이 약 1.30 내지 약 1.80 범위에 존재할 때, 메인패턴(22)의 경사면(221)의 경사각은 기준 방향(z방향 또는 x방향)에 따라 약 33.7°보다 크고 약 50.3°보다 작은 범위를 갖거나 약 49.7°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 광가이드부 또는 입체효과 형성부는 고굴절률 소재를 이용하여 마련될 수 있다. 예컨대, 고광도 LED 제조의 경우, 특정 입사각의 빛이 다이를 지나 캡슐 소재를 투과할 때 반도체 다이(n=2.50~3.50)와 통상의 고분자 캡슐소자(n=1.40~1.60) 사이의 n값(굴절률) 차이에 의해 내부 전반사가 발생하고 그에 의해 기기의 광추출 효율이 저하되는데, 이를 적절히 해소하기 위하여 고굴절률 고분자(n=1.80~2.50)를 이용한다. 본 실시예에서는 고광도 LED 제조에 이용되는 고굴절률 고분자를 활용하여 메인패턴(22)을 마련할 수 있다. 그 경우, 본 실시예에 따른 메인패턴(22)의 경사면(221)의 경사각은 메인패턴의 굴절률에 따라 약 23.6°보다 크고 약 56.3°보다 작은 범위를 가질 수 있다. 또한, 구현에 따라서, 굴절률 조절을 위해 메인패턴 상에는 적어도 하나의 고굴절률 층이 코팅될 수 있다.
전술한 굴절률에 따른 경사각은 스넬의 법칙에 따른 것으로, 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
수학식 4에서 sinθ1은 제1굴절률(n1)을 갖는 제1매질에서의 빛의 입사각 또는 굴절각이고, sinθ2는 제2굴절률(n2)에서의 빛의 굴절각 또는 입사각일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 광학 부재에 있어서, 메인패턴의 경사면은 입사광을 적절하게 반사시키거나 굴절시킬 수 있는 경사각으로서 작게는 약 5°정도, 크게는 약 85°정도로 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 메인패턴(22)은 전술한 경사면에 더하여 제조 공정의 편의 등을 위해 인접한 패턴들 간의 폭(w) 대 높이(h)를 소정 비율로 한정할 수 있다. 폭(w)은 메인패턴의 피치일 수 있다. 예를 들어, 입체효과광의 입체감이 강조되도록 광학 부재의 메인패턴을 설계하는 경우, 폭(w)은 높이(h)와 같거나 작도록 마련된다. 또한, 입체효과광에서 상대적으로 긴 이미지가 표현되도록 하는 경우, 메인패턴의 폭(w)은 높이(h)보다 크도록 마련될 수 있다.
전술한 폭(w)은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 이러한 폭(w)은 x방향에서 서로 인접한 메인패턴들 사이의 평균 간격일 수 있으며, 패턴 설계나 배열 구조 혹은 원하는 광이미지 형상에 따라서 조정될 수 있다.
또 다른 예로써, 메인패턴(22)이 렌티귤러(lenticular) 모양을 가지는 경우, 선형광의 구현을 위해 메인패턴(22)의 폭 대 높이의 비율(h/w)은 약 1/2 이하이거나 그 경사면의 경사각(θ)이 약 60°이하가 되도록 설계될 수 있다.
또한, 메인패턴(22)의 폭 대 높이의 비율(h/w)이 1보다 작도록 설계하면, 메인패턴(22)의 폭 대 높이의 비율(h/w)이 1 이상인 것에 비해 패턴 제조가 용이할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 메인패턴(22)의 폭(w)과 높이(h)를 특성조절용 인자로 이용하여 광학 부재를 설계함으로써 구현하고자 하는 선형광이나 입체효과광에 의한 광이미지를 용이하게 제어할 수 있다.
도 8은 도 1의 광학 부재에 채용가능한 다른 실시예의 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 광학 부재는 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)로서 반원형 또는 반타원형 단면 형상의 패턴 구조를 갖는 렌티귤러 형태의 메인패턴(22)을 포함한다. 메인패턴(22)은 광가이드부의 두께 방향(z방향) 또는 광가이드부의 제1면이 연장하는 방향(y)과 직교하는 방향에서 소정 각도로 기울어진 경사면(221)을 구비한다. 메인패턴(22)은 z방향의 패턴 중심선(미도시)을 기준으로 대칭 형태를 가질 수 있다.
메인패턴(22)의 경사면(221)은 반원형 구조로 인하여 입사광(BL)이 만나는 경사면 상에서의 위치가 변하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 메인패턴(22)의 경사면(221)은 원호 상의 임의의 점에 접하는 면이 되므로, 메인패턴(22) 상의 임의의 점에 접하는 접선은 광가이드부의 제1면 또는 메인패턴의 배열면과 직교하는 방향(z방향)에서 소정 경사각(θ)으로 놓일 수 있다. 경사각(θ)은 입사광(BL)이 부딪히는 원형 단면상의 위치에 따라 0°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
본 실시예에서 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)은 서로 인접한 두 메인패턴들 사이에 마련되는 이격부(222)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인패턴(22)이 제1메인패턴(Cm-1), 제2메인패턴(Cm) 및 제3메인패턴(Cm+1)(여기서, m은 2 이상의 자연수임)을 포함할 때, 입체효과 형성부(20)는 제1메인패턴(Cm-1)과 제2메인패턴(Cm) 사이 및 제2메인패턴(Cm)과 제3메인패턴(Cm+1) 사이에 마련되는 이격부(222)를 포함할 수 있다.
이격부(222)는 광가이드부의 제1면(101)에서 오목한 메인패턴들이 형성되지 않은 부분으로서 인접한 두 메인패턴들 사이에 위치하는 제1면의 일부분일 수 있다. 또한, 이격부(222)는 서로 인접한 두 메인패턴들 사이의 유격으로서 제조공정의 편의를 위해 마련된 것일 수 있다. 이격부(222)는 제조공정이나 메인패턴 설계에 따라 생략가능하다.
한편, 이격부(222)를 포함하는 경우, 이격부(222)의 폭(w1)은 메인패턴(22)의 폭(w)보다 작게 설계된다. 이격부(222)의 폭(w1)은 메인패턴(22)의 폭(w)의 약 1/5 이하이거나 수㎛ 이하일 수 있다. 이격부(222)의 폭(w1)이 메인패턴(22)의 폭(w) 이상이면, 메인패턴(22)에서 선형광 구현이 어려울 수 있다.
도 9는 도 1의 광학 부재에 채용가능한 또 다른 실시예의 메인패턴에 대한 부분 확대 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 광학 부재는, 입체효과 형성부(11)의 메인패턴으로서, 다각형 단면 형상의 패턴 구조를 갖는 메인패턴(22)을 포함한다. 메인패턴(22)의 경사면(221)은 꺽은선 그래프 형상을 가진다.
메인패턴(22)의 경사면(221)은 광가이드부의 두께 방향 또는 제1면(101)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 입사광(BL)이 부딪히는 위치에 따라 약 5°보다 크고 약 85°보다 작은 범위 내에서 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(20)는 서로 인접한 두 메인패턴들 사이에 마련되는 이격부(222)를 포함할 수 있다. 예컨대, 메인패턴(22)이 제1패턴(Cm-1), 제2패턴(Cm) 및 제3패턴(Cm+1)을 포함할 때, 입체효과 형성부(20)는 제1패턴(Cm-1)과 제2패턴(Cm) 사이 및 제2패턴(Cm)과 제3패턴(Cm+1) 사이에 이격부(222)를 구비할 수 있다.
이격부(222)의 폭(w1)은 입체효과 형성부(20) 상에서의 자연스러운 선형광 또는 입체효과광의 구현을 위해 메인패턴의 폭(w)보다 작다. 메인패턴(22)의 설계를 통해 원하는 형상(단절 없는 형상 등)의 선형광 또는 입체효과광을 구현할 때, 이격부(222)의 폭(w1)은 가능한 한 좁게 형성되거나 이격부(222) 자체가 생략될 수 있다. 전술한 경우, 이격부(222)의 폭(w1)은 수㎛ 이하이거나 메인패턴의 폭(w)의 약 1/5 이하로 설계된다.
또한, 본 실시예의 입체효과 형성부(20)는 메인패턴(22) 상에 제1면(101)과 거의 평행한 단절면(223)을 포함하여 구성될 수 있다. 단절면(223)은 실질적으로 입사광의 반사나 굴절을 통해 빛이 외부로 방출되도록 작용하지 못하는 부분으로서, 메인패턴(22)에 의해 구현되는 선형광이 단절면(223)에 대응하여 단절되는 부분을 가질 수 있으므로, 단절면(223)의 폭(w2)은 원하는 형상의 선형광의 구현을 위해 수㎛ 이하에서 적절하게 설계될 수 있다. 물론, 자연스런 선형광 구현을 위해 단절면(223)은 생략될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다. 도 11은 도 10의 조명 장치의 횡단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30) 및 광원부(50)를 포함한다.
광가이드부(10)는 투명한 재질의 플레이트 또는 필름 구조를 갖고 광원부(50)로부터 공급되는 입사광을 내부 반사를 통해 일측면에서 타측면으로 유도하며, 베이스기재로서 제1면에 마련되는 입체효과 형성부(20) 및 제1면의 반대측인 제2면에 마련되는 다중효과 형성부(30)를 지지한다.
입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10)의 제1면에 접합되는 제1패턴층(20a)에 의해 마련되는 메인패턴(22)을 포함하여 구성된다. 제1패턴층(20a)은 볼록부와 오목부를 갖는 요철 패턴을 경화형 수지(Resin)로 구현한 것일 수 있다. 제1패턴층(20a)은 광가이드부(10)의 제1면에서 제1패턴층(20a)을 경화하는 제조 공정을 통해 광가이드부(10)의 제1면에 밀착 배치될 수 있다.
다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제2면에 마련되는 광학패턴(32)을 포함하여 구성된다. 광학패턴(32)은 광가이드부(10)의 제2면의 일부를 제거한 형태로 마련될 수 있다.
광원부(50)는 광가이드부(50)의 일측면에 입사광을 조사하도록 배치된다. 광가이드부(50)의 일측면은 메인패턴(22)의 순차 배열 방향의 일측에 위치한다. 본 실시예에서 광원부(50)는 복수의 광원(50a, 50b, 50c)을 포함한다. 이 경우, 메인패턴(22)에 의해 구현되는 선형광은 광원의 개수에 따라 적어도 3개의 선형광을 생성할 수 있다. 또한, 하나의 광원이 광원 패키지로서 복수의 LED 소자를 포함하는 경우, 메인패턴(22)은 해당 광원 패키지에서 조사되는 복수의 입사광에 의해 복수의 선형광을 생성할 수 있다.
전술한 제1패턴층(20a), 복수의 광원(50a, 50b, 50c) 및 이들과의 광가이드부(10)의 변형된 결합관계를 제외하고, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 앞서 설명한 조명 장치(100)와 실질적으로 동일하므로 각 구성요소에 대한 추가적인 상세설명은 설명의 중복을 피하기 위해 생략한다.
도 12 및 도 13은 도 10의 조명 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도들이다.
도 12는 도 14의 조명 장치의 Ⅹ-Ⅹ선에 의한 단면의 부분 확대 단면도에 대응할 수 있다. 도 13은 도 14의 조명 장치의 Ⅹ-Ⅹ선에 의한 단면의 개략적인 부분 확대 단면도에 대응할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)에 있어서, 입사광(BL)이 조사되는 방향을 거슬러 올라간 소정 위치에 있는 광원(도 3의 LS 참조)으로부터의 거리에 따라 광가이드부(10)의 제1면에 순차 배열되는 메인패턴(22)을 제1영역(A1), 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)으로 구분할 때, 입체효과 형성부(20)를 지나며 메인패턴(22)의 배열 방향으로 유도되는 입사광은 메인패턴(22)의 경사면에 의해 광가이드부(10)의 두께 방향(z방향) 측으로 굴절 또는 반사된다.
전술한 경우, 제1영역(A1)의 메인패턴들은 광원으로부터 가장 가까운 거리에 위치하므로 가장 큰 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제1광도의 간접 광원으로 작용하며, 제2영역(A2)의 메인패턴들은 입사광(BL)의 진행 방향에서 제1영역(A1)의 메인패턴들의 다음에 위치하므로 제1영역(A1)의 메인패턴들의 레벨보다 작은 중간 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제1광도보다 작은 제2광도의 간접 광원으로 작용하며, 제3영역(A3)의 메인패턴들은 제1영역(A1) 및 제2영역(A2)의 메인패턴들을 지나온 입사광을 반사 및 굴절시키므로 제2영역(A2)의 메인패턴들보다 작은 레벨의 굴절 및 반사 효율을 갖고 제2광도보다 작은 제3광도의 간접 광원으로 작용한다.
전술한 입체효과 형성부(20)에 의하면, 특정 기준점이나 관측 지점에서 볼 때 메인패턴들은 입사광의 주요 이동 방향 또는 제1경로(광경로에 대응함) 상에서 광원으로부터 멀리 위치하는 메인패턴일수록 더 먼 곳에서 빛을 내는 간접 광원들로서 동작한다. 즉, 메인패턴들은 순차적으로 광경로가 멀어지고 휘도가 낮아지는 일련의 간접 광원들로 작용하여 제1경로 상에서 광가이드부(10)의 두께 방향에서 광가이드부(10) 표면으로부터 그 내부로 들어가는 형상의 깊이감 또는 입체감을 갖고 순차적으로 빛의 세기가 감소하는 광도(B11, B12, B13)를 가지는 선형광을 생성한다.
다음으로, 조명 장치(200)는 입체효과 형성부(20)에서 다중효과 형성부(30)로 진행하는 단일 선형광을 변환하여 복수 선형광(B21, B31; B22, B32; B23, B33)을 생성한다. 즉, 광가이드부(10)의 두께 방향으로 진행하는 단일 선형광은 다중효과 형성부(30)의 광학패턴에 의해 두 개의 빛으로 분리된다. 이러한 광학패턴의 작용에 의해, 다중효과 형성부(30)를 통과하는 단일 선형광(B11, B12, B13)은 제1선형광(B21, B22, B23) 및 제2선형광(B31, B32, B33)의 복수 선형광으로 변환된다.
전술한 단일 선형광의 구현과 복수 선형광의 변환은, 도 13에 도시한 바와 같이, 메인패턴(22)의 패턴 연장 방향(y방향) 및 광가이드부(10)의 두께 방향(z방향)과 직교하는 메인패턴(22)의 순차 배열 방향(도 12의 x방향)에서 볼 때 더욱 명확하다.
즉, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)에 있어서, 입체효과 형성부(20)의 메인패턴에서 생성된 단일 선형광(BL1)(도 12의 B11, B12 및 B13에 대응함)은 다중효과 형성부(30)의 광학패턴(32)에 의해 복수 선형광(B21 및 B31)으로 분리되고, 그에 의해 z방향 측의 소정의 기준점에서 볼 때 광가이드부(10)의 제2면 방향으로 단일 선형광(BL1)의 광경로의 왼쪽에 위치하는 제1선형광(BL2)(도 12의 B21, B22 및 B23에 대응함)과 단일 선형광의 광경로의 오른쪽에 위치하는 제2선형광(BL3)(도 12의 B31, B32 및 B33에 대응함)이 표시된다.
전술한 실시예에 있어서, 단일 선형광(BL1)의 폭(Wb)은 광원부의 광원의 광출사면의 폭과 같거나 작다. 그 경우, 단일 선형광(BL1)은 직진성이 강한 입사광에 의해 형성되므로, 메인패턴의 설계를 통해 원하는 광이미지를 용이하게 구현할 수 있다. 여기서, 직진성이 강한 입사광을 조사하는 광원은 LED 광원일 수 있다. LED 광원을 이용하면, 다양한 색상을 용이하게 구현할 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따른 조명 장치(200)에 있어서, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20) 및 다중효과 형성부(30)의 적층 구조를 포함하는 광학 부재 또는 조명 장치(200)의 두께(t3)는, 롤(Roll)에 감을 수 있는 시트(Sheet) 또는 필름(Film) 구조인 경우 약 10㎛ 내지 약 250㎛이고, 롤에 감을 수 없는 플레이트 구조인 경우 250㎛보다 크고 약 500㎛ 이하일 수 있다.
광학 부재의 두께(t3)가 10㎛보다 얇으면, 내구성을 취급 용이성이 현저히 감소할 수 있다. 또한, 광학 부재의 두께(t3)가 500㎛보다 두꺼우면, 플레이트 형태의 광학 부재로서 무게가 증가하고 광학 부재를 투명하게 제조하는데 비용이 증가할 수 있다.
입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)을 형성하는 제1패턴층(20a)의 두께는 대략 수㎛ 이상 내지 수십㎛ 이하일 수 있다. 제1패턴층(20a)의 두께가 수㎛보다 작으면, 메인패턴의 가공이 어려워질 수 있고, 수십㎛를 초과하면 부피 및 비용이 증가할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 광가이드부(10)의 실질적인 두께(t4)는 광원부의 광원의 광출사면의 높이와 같거나 크다. 두께(t4)가 광원의 광출사면의 높이보다 작으면, 광원에서 출사되는 입사광이 광가이드부(10) 내부로 제대로 입사되지 못하여 광가이드부(10)가 입사광을 가이드하는 도광 부재로서 작동하지 못할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 조명 장치(200)는 광가이드부(10)에 입사되는 입사광은 메인패턴 설계와 광학패턴 설계를 통해 입체효과를 갖는 단일 선형광으로 생성한 후 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하여 표시할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다. 도 15는 도 14의 조명 장치의 평면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30) 및 광원부(50)를 포함한다. 광원부(50)의 광원은 광가이드부(10)에 의해 매립되고, 광원에서 출사되는 광은 광가이드부(10) 내부에 조사된다.
입체효과 형성부(20)는 소정의 폭 방향 길이(L)를 갖는 광가이드부(10)의 제1면에 배치되는 메인패턴(22)을 포함한다. 입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10)의 제1면의 서로 다른 영역들에 각각 배열되는 복수의 메인패턴들을 포함한다. 서로 인접한 두 메인패턴은 서로 교차하는 연장 방향을 가질 수 있으며, 그 경우, 서로 인접한 두 메인패턴들의 경계에는 패턴절곡부(21)가 형성될 수 있다.
입체효과 형성부(20)가 광가이드부(10)의 제1면의 서로 다른 영역에 마련되는 제1메인패턴과 제2메인패턴을 포함할 때, 제1메인패턴의 제1패턴배열방향과 제2메인패턴의 제2패턴배열방향은 서로 평행하거나 서로 교차하는 방향으로 배열될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부(20)는 복수의 방향으로 순차 배열되는 복수의 메인패턴들과 각 메인패턴에 빛을 조사하는 광원에 의해 광가이드부(10)의 제1면 방향 또는 제2면 방향에서 광가이드부(10)의 복수의 영역들에 서로 다른 방향으로 조사되는 단일 선형광을 각각 표시할 수 있다.
다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제2면에 배치되는 광학패턴(32)을 포함한다. 다중효과 형성부(30)는 서로 다른 영역들에 배치되는 복수의 광학패턴들을 포함한다. 다중효과 형성부(30)가 광가이드부(10)의 제2면의 서로 다른 영역에 마련되는 제1광학패턴과 제2광학패턴을 포함할 때, 제1광학패턴의 제1패턴배열방향과 제2광학패턴의 제2패턴배열방향은 서로 평행하거나 서로 교차하는 방향으로 배열될 수 있다.
본 실시예에서, 메인패턴(22)과 광학패턴(32)은 광원부(50)의 12개의 광원에 대응하여 광가이드부(10)의 양면상의 12개의 영역들에 독립적으로 배치되는 적층 구조의 12쌍의 패턴에 대응한다. 각 광학패턴(32)은 그에 대응하는 메인패턴(22)과 광가이드부(10)의 서로 마주하는 양면에 배치되는 적층 구조를 갖는다. 각 광학패턴(32)의 패턴 연장 방향은 평면상 투영하여 볼 때 그에 대응하는 메인패턴(22)의 패턴 연장 방향과 직교하거나 교차하는 형태를 가질 수 있다.
광원부(50)는 광가이드부(10) 내에 매립되는 12개의 광원을 포함한다. 각 광원은 광가이드부(10)의 서로 다른 영역에 빛을 조사하도록 배열된다. 광원부(50)가 제1광원 및 제2광원을 포함할 때, 제1광원 및 제2광원은 동일한 방향에서 서로 평행한 방향으로 빛을 조사하거나 서로 교차하는 방향으로 빛을 조사할 수 있다. 또한, 구현에 따라서, 광원부(50)가 제1광원 및 제2광원을 포함할 때, 제1광원 및 제2광원은 반대 방향에서 서로 평행한 방향으로 빛을 조사하거나 제1광원 및 제2광원 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖는 서로 다른 방향으로 빛을 조사하도록 배치될 수 있다.
광원부(50)의 광원으로는 적어도 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode) 소자를 포함하는 LED 패키지가 이용될 수 있다. 광원으로서 LED 패키지가 광출사면을 중심으로 반구 영역에 광을 조사할 때, 광학 부재는 반구 영역 내에서 메인패턴의 설계에 의해 특정 광경로(제1경로)의 선형광을 구현할 수 있다.
이하에서는 단일 선형광의 생성 과정과 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하는 과정에 대하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 16은 도 14의 조명 장치의 다중효과 형성부를 생략한 구조에 대한 평면도이다. 도 17은 도 16의 조명 장치의 작동 상태를 나타낸 평면도이다. 도 18은 도 16의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다. 그리고 도 19는 도 18의 조명 장치의 휘도 그래프이다. 또한, 도 20은 도 14의 조명 장치의 작동 상태를 나타낸 평면도이고, 도 21은 도 14의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)에 있어서, 광가이드부(10)의 제2면에 광학패턴으로 구성되는 다중효과 형성부를 생략하면, 조명 장치(300)는 광원부(50)의 12개의 광원에서 조사되는 입사광을 광가이드부(10)의 12개의 영역들에 배치된 입체효과 형성부(20)의 메인패턴들에 의해 각 영역에서 단일 선형광을 표시한다.
조명 장치(300)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 광가이드부(10)의 각 영역에서 서로 다른 광경로(D1)로 연장하는 선형광(Beam)을 표시한다. 광원부(50)의 12개의 LED 광원에서 각각 나오는 빛은 LED 광원이 두 개의 LED 소자를 포함하는 LED 패키지를 이용한 경우로서, 각 광원에서 나오는 두 줄기의 빛은 메인패턴(22)에 의해 광원에서부터 광가이드부(10)의 폭 방향으로 진행하면서 점차적으로 휘도가 낮아지며 광가이드부(10)의 폭 방향의 중간 부분(A0)에서 사라지는 광이미지(단일 선형광)를 갖는다.
또한, 본 실시예에 따른 조명 장치(300)를 실제 구현한 경우에도, 도 18에 도시한 바와 같이, 조명 장치(300)는 광가이드부(10)의 제1면상의 메인패턴의 배열이나 구조에 따라 광원부(50)의 12개의 광원에서 조사되는 빛을 특정 광폭과 일정 길이를 갖고 서로 다른 광경로(D1)에서 광가이드부(10)의 두께 방향으로 깊이감을 갖는 선형광을 생성하여 표시한다.
여기서, 선형광의 깊이감은, 선형광이 광원측 뿌리 부분에서 광가이드부(10)의 중간 영역(A0)의 말단 부분까지 연장될 때, 선형광의 뿌리 부분이 광가이드부(10)의 제2면에 가까이 위치하고 말단 부분이 제2면의 반대측인 제1면에 가까이 위치하는 형태로서 선형광이 광가이드부(10)의 제2면에서 제1면을 향하여 경사지게 조사되는 형태를 지칭할 수 있다.
전술한 선형광의 깊이감은 조명 장치(300)의 제2면 방향의 약 1M 전방에서 휘도 측정기로 도 18의 조명 장치(300)의 휘도를 측정한 결과를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 조명 장치(300)의 특정 폭 방향에서의 휘도 그래프는 광가이드부(10)의 중간 부분(A0)에서 사라지는 선형광 형태에 따라 광가이드부(10)의 중간 부분(A0)에 대응하는 제1부분(A0)의 휘도가 다른 부분에 비해 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다.
즉, 조명 장치(300)의 최대 휘도인 약 Lu12를 기준으로 할 때, 조명 장치(300)의 제2면 또는 광출사면의 중간 영역(A0)에서 제1 휘도(약 Lu5 정도)를 나타내고, 이러한 제1 휘도는 광출사면 전방의 다른 영역에서의 제2 휘도(약 Lu7 내지 약 Lu12)에 비해 상대적으로 크게 작음을 알 수 있다. 특히, 중간 영역(A0)에서의 제1 휘도가 주변의 다른 영역의 제2 휘도에 의한 영향인 것을 감안하면, 실제로 중간 영역(A0)에 대응하는 광출사면에서의 빛의 세기는 0에 가깝다는 것을 예상할 수 있다.
전술한 휘도 그래프의 측정 결과는 광가이드부(10)를 경유하는 빛이 입체효과 형성부의 메인패턴에 의해 제1경로에서 차례로 굴절 및 반사되어 제2면 방향으로 방출되기 때문이며, 이러한 원리를 이용하면 메인패턴의 설계를 통해 원하는 형상의 광이미지를 용이하게 구현할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 전술한 도 17 또는 도 18의 12개의 단일 선형광은 광가이드부(10)의 제2면에 배치된 다중효과 형성부의 광학패턴에 의해 분리되어, 도 20에 도시한 바와 같은 복수의 선형광(BL2, BL3)으로 표시된다. 여기서, 광가이드부(10)의 12개의 영역들에 각각 표시되는 복수의 선형광은 프리즘 형태 혹은 삼각형 단면 형태를 갖는 광학패턴에 의해 단일 선형광을 그 광경로의 오른쪽과 왼쪽으로 선대칭 형태로 분리하여 연장하도록 도시된 것이다.
전술한 바와 같이, 광학패턴의 패턴 연장 방향이나 배열 혹은 단면 구조를 설계하면, 단일 선형광을 다양한 광이미지의 복수 선형광으로 구현할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 광학패턴의 패턴 연장 방향을 메인패턴의 패턴 연장 방향과 직교하는 형태 외에 일방향에서 45도 각도로 교차하도록 배치하면, 단일 선형광의 오른쪽과 왼쪽에서 서로 다른 길이로 분리하여 연장하도록 구현할 수 있다. 또한, 광학패턴의 경사면을 꺾인 선분 형태로 마련하는 경우, 단일 선형광을 두 개보다 많은 복수 선형광으로 변환하여 표시할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 부분 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(400)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30), 지지부재(40), 반사부(42) 및 광원부(50)를 포함한다.
광가이드부(10)는 내부 입사광을 가이드할 수 있는 재료로 마련된다. 광가이드부(10)의 재료는 레진(resin)일 수 있다. 레진층을 이용하는 경우, 광가이드부(10)는 얇은 두께와 휘어지는 유연성을 가질 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(20)는 일면에 메인패턴(22)을 구비하는 투명한 재질의 제1패턴층(20a)에 의해 마련된다. 제1패턴층(20a)은 그 일면의 반대측인 타면이 광가이드부(10)의 제1면에 접하고 일면의 메인패턴(22)이 반사부(42)에 접하도록 배치된다. 메인패턴(22)은 경사면을 구비하고, 경사면은 소정 수준 이상의 매끈한 표면 거칠기를 갖는 경면 가공면이다.
다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제1면의 반대측인 제2면에 배치된다. 다중효과 형성부(30)는 제2패턴층을 광가이드부(10)의 제2면에 접합하는 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다중효과 형성부(30)는 광학패턴을 구비하고, 광학패턴의 패턴 연장 방향(예컨대, x방향)은 평면상에 투영하여 볼 때 메인패턴(22)의 패턴 연장 방향(예컨대, y방향)과 직교하는 형태로 배열될 수 있다.
반사부(42)는 지지부재(40)와 제1패턴층(20a) 사이에 배치된다. 반사부(42)는 지지부재(40)의 일면 상에 필름 형태로 마련될 수 있다. 반사부(42)는 반사 효율이 높은 재질로 마련되어 광원부(50)로부터 입체효과 형성부의 메인패턴(22)을 경유하여 광가이드부(10)의 제1면 방향으로 나오는 광을 메인패턴(22) 측으로 다시 반사하여 되돌려 보낸다. 이러한 반사부(42)에 의하면, 조명 장치(400)의 광손실을 줄이고 입체효과를 갖는 선형광을 더욱 명확하게 표현할 수 있다.
반사부(42)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. 또 다른 실시예에서, 반사부(42)는 은(Ag), 알루미늄(Al), 스테인리스 강(304SS) 등으로 구현될 수 있다.
반사부(42)와 메인패턴(22) 사이에는 반사층이격부(120)가 구비될 수 있다. 반사층이격부(120)는 공기로 채워지는 에어갭일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 반사층이격부(120)에는 구현에 따라서 굴절률 제어를 위해 제1패턴층(20a)과 다른 굴절률의 재료가 삽입될 수 있다.
또한, 반사부(42)는 제1패턴층(20a)과 적층 시 소정의 접착패턴(130)에 의해 접착될 수 있다. 그 경우, 반사부(42)는 접착패턴(130)의 굴절률이나 반사 성능 또는 패턴 형태에 따라 반사부(42)에서 반사되는 빛의 양이나 위치를 제어하여 광이미지의 다양성에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예의 조명 장치(400)는, 반사부(42)와 제1패턴층(20a) 사이에 반사패턴(140)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 반사패턴(140)은 제1패턴층(20a)과 마주하는 반사부(42)의 일면에 잉크패턴으로 용이하게 마련될 수 있다. 반사패턴(140)의 재료로는 반사부(42)의 재료와 동일한 재료가 이용될 수 있다. 이러한 반사패턴(140)을 이용하면 반사부(42) 상에서 반사되는 빛의 강도를 조절할 수 있어 다양한 형상의 광이미지의 구현에 기여할 수 있다.
광원부(50)는 하나 또는 둘 이상의 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자를 구비하는 LED 광원을 포함하여 구성될 수 있다. LED 소자는 측면형 또는 상부형 발광 구조를 가질 수 있다. 또한, 광원부(50)는 별도의 인쇄회로기판을 포함하여 구성될 수 있다. 인쇄회로기판은 유연한 절연 기판상에 도전성 회로 패턴이 마련되는 연성인쇄회로기판일 수 있다. 연성인쇄회로기판은 지지부재(40)로 구현되어 광원부(50)의 광원이 실장되는 구조를 가질 수 있다. 그 경우, 조명 장치(400)는 곡률을 갖는 장소나 응용제품에 용이하게 적용될 수 있다.
본 실시예에서 광원부(50)의 광원은 단면상에서 볼 때 제1패턴층(20a)과 반사부(42)를 관통하는 형태로 지지부재(40)에 연결된다. 지지부재(40)가 연성인쇄회로기판인 경우, 광원부(50)는 연성인쇄회로기판을 통해 공급되는 전원과 제어신호에 의해 광원에서 빛이 조사되도록 구동될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 조명 장치(400)는 레진층으로 마련되는 광가이드부(10)에 의해 지지부재(40) 혹은 연성인쇄회로기판 상에 반사부(42), 제1패턴층(20a) 및 광원부(50)의 광원을 매립하고, 광가이드부(10) 내에서 조사되는 광원부(50)의 광을 가이드하며 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)에서의 반사 및 굴절에 의해 선형광을 생성하며, 생성한 단일 선형광을 다중효과 형성부(30)를 통해 분리하여 선명한 복수의 선형광으로 변환하여 표시할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 반사층이격부(120), 접착패턴(130), 반사패턴(140) 또는 이들의 조합에 의해 반사부(42)에서의 광 반사 성능이나 반사 영역을 제어하여 다양한 형상의 선형광이나 선형광을 이용한 원하는 형상의 광이미지를 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.
도 22는 도 21의 조명 장치에 채용가능한 반사패턴에 대한 평면도이다.
도 22를 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. 이러한 반사패턴(140)을 이용하면, 광원부(50)로부터 입체효과 형성부의 메인패턴(도 21의 22 참조)을 경유하여 입체효과 형성부의 하부측으로 진행하는 빛을 반사하여 입체효과 형성부로 되돌려 보냄으로써 광원부(50)의 대부분의 빛이 입체효과 형성부의 메인패턴을 경유하여 다중효과 형성부 측으로 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 21의 42 참조)의 일면에 마련되는 접착패턴(도 21의 130 참조)은 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 접착패턴(130)으로도 기능할 수 있다.
전술한 반사패턴(140)은 산화티탄(TiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 실리콘(Silicon) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하여 구현될 수 있다.
도 23은 도 21의 조명 장치의 작동 상태에 대한 도면이다.
도 23을 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 메인패턴에서의 반사 및 굴절에 의해 메인패턴이 배열된 광가이드부의 제2면과 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 23의 (a)에 도시한 바와 같이 표현된다.
즉, 도 23(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 23(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 23의 (b)에 도시한 바와 같이 표현된다. 즉, 도 23(b)의 광이미지는 도 23(a)의 광이미지와 대비할 때, 동일 배열라인 상의 복수의 LED 소자들의 선형광들이 메인패턴의 배열면과 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 23의 (c)에 도시한 바와 같이 표현된다. 즉, 도 23(c)의 광이미지는 기준점에 가까운 영역의 빛들이 서로 교차하지 않다가 기준점에서 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 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 부분 단면도이다.
도 24를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(500)는 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30), 지지부재(40), 반사부(42), 분리부(44) 및 광원부(50)를 포함한다.
입체효과 형성부(20)는 일면에 메인패턴(22)을 구비하는 제1패턴층(20a)에 의해 마련된다. 메인패턴(22)은 프리즘(prism) 외에 렌티큘러(Lenticular), 사면체, 원뿔 등의 다양한 패턴 형상으로 구현될 수 있다.
제1패턴층(20a)을 반사부(42) 상에 적층할 때, 제1패턴층(20a)은 그 일면의 반대측인 타면이 반사부(42) 상에 놓이도록 배치된다. 그리고, 제1패턴층(20a) 상에 레진으로 광가이드부(10)를 형성하는 경우, 이들 간의 굴절률 차이가 작아 메인패턴(22)의 기능이 상실되는 것을 방지하기 위하여 제1패턴층(20a)의 메인패턴(22)에 소정 굴절률의 투명한 재료를 얇게 코팅하여 분리부(44)를 마련한 후 그 상부에 광가이드부(10)를 형성할 수 있다.
즉, 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)이 제1패턴층(20a)과 광가이드부(10) 사이에 놓이는 경우, 광가이드부(10)를 형성하는 레진층에 의해 메인패턴(22)은 경사면을 가진 패턴으로서 제대로 동작하지 못할 수 있다. 특히, 광가이드부(10)의 굴절률과 제1패턴층(20a)의 굴절률이 유사한 경우, 예컨대 굴절률 차이가 0.2 이하인 경우, 이들 사이에 위치하는 메인패턴의 경사면은 입사광의 굴절 및 반사 작용을 제대로 수행하지 못한다. 전술한 경우, 입체효과 형성부(20)의 메인패턴(22)에 의해 광원부(50)의 빛을 광가이드부(10)의 상부에 위치한 다중효과 형성부(30) 측으로 유도할 수 없어 입체효과를 갖는 복수의 선형광을 구현하지 못할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 조명 장치(500)에서는 메인패턴(22)과 광가이드부(10) 사이에 분리부(44)를 두어 메인패턴(22)과 광가이드부(10) 사이의 경계를 명확하게 함으로써 메인패턴(22)의 경사면에 의한 입사광의 반사 및 굴절 동작을 원활하게 유지하고 그에 의해 단일 선형광 생성 및 단일 선형광의 복수 선형광 변환을 용이하게 할 수 있다. 분리부(44)는 반사부(42)와 동일하거나 유사한 재료로 마련될 수 있다.
본 실시예의 조명 장치(500)는, 메인패턴(22)이 제1패턴층(20a)과 광가이드부(10) 사이에 마련되고, 메인패턴(22) 상에 코팅층 형태의 분리부(44)가 마련되는 것을 제외하고, 도 21을 참조하여 앞서 설명한 조명 장치(400)와 실질적으로 동일할 수 있다.
조명 장치(500)의 두께(t5)는 약 100㎛ 내지 약 250㎛ 이하일 수 있다. 조명 장치(500)의 두께가 100㎛보다 작으면, LED 광원을 레진층으로 매립하는 구조의 구현이 어렵고 내구성이 저하될 수 있다. 또한, 조명 장치(500)의 두께가 250㎛보다 두꺼우면 두꺼운 두께로 인해 롤(Roll)에 감기가 어려워 취급 및 운반 등에 비용이 증가하고 곡률을 갖는 장소나 애플리케이션에 용이하게 적용하기가 쉽지 않다.
한편, 조명 장치(500)에 있어서, 다중효과 형성부(30)는 접착층을 게재하여 광가이드부(10)의 제2면에 배치될 수 있다. 그 경우, 다중효과 형성부(30)를 구성하는 제2패턴층은 광가이드부(10)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이격 거리는 수㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이격 거리가 10㎜ 이상이면 조명 장치(500)에서 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환할 때 선명도가 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 25를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(600)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30), 광원부(50) 및 지지부재(610)를 포함한다. 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20) 및 다중효과 형성부(30)는 시트상의 단일 광학 부재로 마련될 수 있다.
광가이드부(10)의 두께는 약 100㎛ 내지 약 250㎛ 이하이다. 광가이드부(10)의 두께가 100㎛보다 작으면, 100㎛보다 작은 광출사면의 높이를 갖는 LED 광원의 제조가 어렵고 내구성이 크게 떨어질 수 있다. 또한, 광가이드부(10)의 두께가 250㎛보다 크면 유연성이 떨어져 소정 지름(2R)에 의한 곡률을 갖는 지지부재(610)에 설치하기가 어려울 수 있다.
입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10)의 제1면 일부를 제거한 요철 모양의 메인패턴(22)을 포함한다. 다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제1면의 반대측인 제2면 일부를 제거한 요철 모양의 광학패턴을 포함한다. 광학패턴의 패턴 연장 방향은 메인패턴(22)의 패턴 연장 방향과 직교하는 형태를 갖는다.
광원부(50)는 광가이드부(10)의 일측면에 배치되어 광가이드부(10)의 일측면으로 입사광을 공급한다. 광원부(50)는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자를 포함하는 LED 패키지로 마련될 수 있다.
지지부재(610)는 소정 곡률을 가진 하우징이거나 굴곡부를 가진 건물 내외의 벽이거나 물건의 일면일 수 있다. 물론, 지지부재(610)는 연성인쇄회로기판일 수 있다. 본 실시예에서 지지부재(610)는 반지름(R)의 중공형 원통 형상을 구비한다.
즉, 지지 부재(610)는 광원부(50)의 빛이 일측면에 조사되는 시트상의 광가이드부(10) 및 입체효과 형성부(20)를 배치할 수 있는 것(또는 곳)이라면, 특별히 한정되지 않고 모든 장치나 물건, 실내 천정 혹은 건물의 내외벽 등을 이용하여 구현될 수 있다. 게다가, 지지부재(610)는 시트상 광가이드부(10)가 부착될 수 있는 평면이나 곡면을 갖는 모자, 의류, 신발, 가방, 장식품(accessory), 실내외 인테리어 부품 등을 이용하여 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 곡률을 갖는 응용 제품이나 물건 또는 건물에 유연한 조명장치(600)를 배치하여 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하여 표시하는 다양한 광이미지의 조명을 구현할 수 있다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 26을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(700)는, 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30), 광원부(50) 및 아우터 렌즈(outer lens, 710)를 포함한다.
광가이드부(10)는 평면상에 볼 때 그 형상이 유선형이고 두께 방향에서 소정 부분에 곡률을 갖는 것을 제외하고 전술한 실시예의 조명 장치의 광가이드부와 실질적으로 동일할 수 있다.
입체효과 형성부(20)는 광가이드부(10)의 제1면의 서로 다른 영역에 마련되는 복수의 메인패턴들(22)을 포함한다. 복수의 메인패턴들(22)은 유선형의 광가이드부(10)의 서로 다른 영역에 각각 마련되어 서로 다른 광경로의 선형광을 생성한다. 복수의 메인패턴들(22)은 광가이드부(10)의 제1면에 마련되고 제1면에 대하여 경사진 경사면을 갖는 요철 패턴으로 구현될 수 있다.
다중효과 형성부(30)는 광가이드부(10)의 제2면의 서로 다른 영역에 마련되는 복수의 광학패턴들을 포함한다. 복수의 광학패턴들은 단일 선형광을 변환하여 복수 선형광(BL2, BL3)을 생성한다.
광원부(50)는 광가이드부(10)의 유선형 모양에 따라 일면의 가장자리 상에 배열된다. 광원부(50)는 복수의 LED 광원을 포함할 수 있다.
광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30) 및 광원부(50)는 광가이드부(10)가 유선형 모양을 갖는 것을 제외하고 전술한 실시예들 중 어느 하나의 조명 장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
아우터 렌즈(710)는 차량용 조명 장치(헤드라이트, 후방라이트 등), 야외 조명 장치 등에서 조명장치의 외표면에 배치되는 렌즈 형상의 커버를 지칭한다. 아우터 렌즈(710)는 투명한 플라스틱 재료 예컨대, 엔지니어링 플라스틱 등으로 마련될 수 있다.
차량용으로 사용되는 경우, 아우터 렌즈(710)는 광가이드부(10)가 배치되는 일면에 차량 보디의 곡면에 이어지는 곡률을 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 조명장치(700)가 차량 조명으로 이용되는 경우, 광원부(50)의 광원은 차량 배터리(720)로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
전술한 광가이드부(10), 입체효과 형성부(20), 다중효과 형성부(30) 및 광원부(50)는 아우터 렌즈(710)의 일면에 배치된다. 광가이드부(10)는 아우터 렌즈(710)의 일면에 접합되거나 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 광원부(50)는 아우터 렌즈(710)의 일면에서 광가이드부(10)에 매립될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 실시예에 의하면, 입체효과 형성부의 메인패턴의 설계를 통해 헤드라이트, 후방 라이트, 차량 실내 조명, 안개등, 도어스카프 등의 차량용 조명 장치에 적용하기 용이하며 새로운 광이미지의 구현이 용이하고 저렴한 조명장치를 제공할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 기존 차량 램프에 비해 부피, 두께, 무게, 가격, 수명, 안정성, 설계 자유도, 설치 용이성 면에서 유리한 새로운 조명 장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예의 조명 장치(700)는 차량용 조명 장치로 한정되지 않으며, 필름 형태의 유연한 조명 장치로서 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부에 용이하게 적용될 수 있다. 그 경우, 아우터 렌즈(710)는 광가이드부, 입체효과 형성부 및 다중효과 형성부가 조합된 광학 부재 및/또는 광원부를 지지하는 지지부재 또는 하우징이 될 수 있다. 전술한 경우, 아우터 렌즈(710)는 외부에서 내부가 보이는 일정 수준 이상의 광투과율 또는 투명도를 가질 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: 광가이드부
20: 입체효과 형성부
22: 메인패턴
221: 경사면
30: 다중효과 형성부
32: 광학패턴
50: 광원부
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 조명 장치

Claims (33)

  1. 베이스기재로 마련되는 광가이드부;
    상기 광가이드부의 제1면에 마련되는 입체효과 형성부; 및
    상기 입체효과 형성부와 적층 구조를 갖는 다중효과 형성부;
    를 포함하며,
    상기 입체효과 형성부는, 상기 제1면에 제1방향으로 순차 배열되고 상기 제1면에 대하여 경사각을 갖는 경사면을 구비하는 복수의 메인패턴들을 포함하고, 여기서 상기 복수의 메인패턴들은 입사광을 상기 경사면에서의 굴절 또는 반사에 의해 상기 제1면이 향하는 제1면 방향 또는 상기 제1면의 반대측인 상기 광가이드부의 제2면이 향하는 제2면 방향으로 유도하여 상기 복수의 메인패턴들의 각 패턴 연장 방향과 직교하는 제1경로의 선형광(line shaped beam)을 구현하고,
    상기 다중효과 형성부는 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 순차 배열되고 상기 제1경로의 단일 선형광을 복수 선형광으로 변환하는 복수의 광학패턴들을 구비하는 광학 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들은 광원으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 광경로가 차례로 길어지는 간접 광원들로서 동작하여 상기 광가이드부의 두께 방향에서 입체효과를 갖는 상기 선형광을 구현하는 광학 부재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들은 상기 광원으로부터 제1광경로, 상기 제1광경로보다 긴 제2광경로 및 상기 제2광경로보다 긴 제3광경로를 갖고 순차 배열되는 제1메인패턴, 제2메인패턴 및 제3메인패턴을 포함하고,
    여기서, 상기 제2메인패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제2더미광원에서 상기 제2메인패턴의 경사면까지의 제2거리는, 상기 제1메인패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제1더미광원에서 상기 제1메인패턴의 경사면까지의 제1거리보다 길고, 상기 제3메인패턴의 경사면에 의한 상기 광원의 제3더미광원에서 상기 제3메인패턴의 경사면까지의 제3거리보다 짧은 광학 부재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들은 기준점 또는 관측지점의 이동에 따라 상기 관측지점의 이동 방향과 반대되는 방향으로 상기 패턴 연장 방향들을 따라 이동하여 표시되는 선형광을 구현하는 광학 부재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향들은 서로 평행한 광학 부재.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들의 패턴 연장 방향들은 서로 교차하며, 여기서 상기 제1경로는 상기 패턴 연장 방향들이 서로 교차하는 측면으로 곡률을 갖고 휘어지는 광학 부재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 광학패턴들은 상기 복수의 메인패턴들로부터 오는 상기 단일 선형광을 양분하여 상기 단일 선형광의 오른쪽으로 진행하는 제1선형광 및 상기 단일 선형광의 왼쪽으로 진행하는 제2선형광을 생성하는 광학 부재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 광학패턴들은 상기 복수의 메인패턴들과 동일한 구조 또는 동일한 형상을 구비하는 광학 부재.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 상기 광가이드부의 상기 제1면의 서로 다른 영역에 마련되는 제1그룹의 메인패턴들 및 제2그룹의 메인패턴들을 포함하고, 상기 제1그룹의 메인패턴들의 제1패턴배열방향과 상기 제2그룹의 메인패턴들의 제2패턴배열방향은 서로 다른 방향으로 연장하는 광학 부재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1그룹의 메인패턴들과 상기 제2그룹의 메인패턴들은 패턴 연장 방향에서 일체로 마련되며, 상기 제1그룹의 메인패턴들과 상기 제2그룹의 메인패턴들 간의 경계는 절곡부로 마련되는 광학 부재.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 다중효과 형성부는 상기 제1그룹의 메인패턴들과 적층 구조를 갖는 제1그룹의 광학패턴 및 상기 제2그룹의 메인패턴들과 적층 구조를 갖는 제2그룹의 광학패턴을 포함하는 광학 부재.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들의 상기 경사면은 경면 가공면인 광학 부재.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 경사면의 거칠기는 산술평균 거칠기(Ra) 0.02 이하 및 최대높이 거칠기(Ry) 0.30 이하인 광학 부재.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들의 상기 경사면의 단면은 직선, 곡선, 꺽은선 그래프 또는 이들의 조합 모양인 광학 부재.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 메인패턴들 중 서로 이웃한 메인패턴들 사이의 간격은 10㎛ 내지 500㎛인 광학 부재.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 광가이드부의 재료는 열가소성 고분자 또는 광경화성 고분자를 포함하는 레진이거나 글래스인 광학 부재.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 광가이드부의 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(Polystyrene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)를 포함하는 광학 부재.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 광가이드부의 두께는 0.1㎜ 이상 10.0㎜ 이하인 광학 부재.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 광가이드부의 두께는 250㎛ 이하이거나 250㎛를 초과하는 광학 부재.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 상기 광가이드부의 상기 제1면의 일부가 제거된 형상으로 마련되거나, 상기 제1면에 접합되는 제1패턴층으로 마련되는 광학 부재.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 광가이드부와 상기 제1패턴층의 굴절률 차이는 0.2 이하인 광학 부재.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 다중효과 형성부는 상기 광가이드부의 상기 제2면의 일부가 제거된 형상으로 마련되거나, 상기 제2면상에 배치되는 제2패턴층으로 마련되는 광학 부재.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 광가이드부와 상기 제1패턴층 사이 또는 상기 광가이드부와 상기 제2패턴층 사이의 접착층을 더 포함하는 광학 부재.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제2패턴층은 상기 광가이드부와 이격되어 배치되며, 이격 거리는 수㎜ 이하인 광학 부재.
  25. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항의 광학 부재; 및
    상기 광학 부재에 빛을 조사하는 광원부;
    를 포함하고,
    상기 광학 부재의 광가이드부는 상기 광원부의 광원의 광출사면의 높이 이상의 두께를 갖는 일측면을 구비하고, 상기 광원으로부터의 입사광은 상기 일측면에서 시작하여 상기 광가이드부의 외표면에서 내부 반사하거나 상기 일측면과 마주하는 타측면으로 이동하는 조명 장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 광원은 상기 광가이드부에 의해 매립되는 조명 장치.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 입체효과 형성부는 상기 광가이드부에 의해 매립되는 조명 장치.
  28. 청구항 25에 있어서,
    상기 광가이드부는 레진층을 포함하는 조명 장치.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 광학 부재, 상기 광원부, 상기 광가이드부 또는 이들의 조합을 지지하는 지지부재 또는 하우징을 더 포함하는 조명 장치.
  30. 청구항 28에 있어서,
    상기 광학 부재를 덮는 아우터 렌즈를 더 포함하며, 여기서 상기 광학 부재는 상기 아우터 렌즈의 일면 상에 배치되고, 상기 광원부는 차량에 탑재된 배터리 전원에 의해 동작하는 조명 장치.
  31. 청구항 25에 있어서,
    상기 광원부는 제1광원 및 제2광원을 포함하고, 여기서 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 동일한 방향에서 서로 평행한 방향으로 빛을 조사하거나 상기 동일한 방향에서 서로 교차하는 방향으로 빛을 조사하는 조명 장치.
  32. 청구항 25에 있어서,
    상기 광원부는 제1광원 및 제2광원 및 상기 제1광원을 포함하고, 여기서 상기 제1광원 및 상기 제2광원은 반대 방향에서 일직선상의 반대 방향 또는 서로 평행한 반대 방향으로 빛을 조사하거나 상기 제1광원 및 상기 제2광원 사이에 90°초과 180°미만의 각도를 갖는 서로 다른 방향으로 빛을 조사하는 조명 장치.
  33. 청구항 25에 있어서,
    상기 광원부는 광원으로서의 LED(Light Emitting Diode) 소자 및 상기 LED 소자가 실장되는 연성인쇄회로기판을 포함하고, 상기 광원의 광출사면을 중심으로 반구 영역에 광을 조사하며, 여기서 상기 광학 부재는 상기 반구 영역 내에 선형광을 생성하는 조명 장치.
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