KR20190104135A - 광 편향 장치, 조명 장치 및 용도 - Google Patents

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테미콘 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히, 편평하고 투명한 광 가이드(4, 4') 및 적어도 부분적으로 편평한 방식으로 광 가이드에 도포되는 투명한 커버 층(6, 6')을 포함하는 광 편향 장치에 관한 것으로, 광 가이드(4, 4')와 커버 층(6, 6') 사이에 광 가이드(4, 4')로 커플링된 광을 아웃커플링하기 위한 마이크로 구조물(20, 20')이 형성되고, 마이크로 구조물(20)은 실질적으로 원형의 원통형 돌출부(20a, 20a')로 형성되는 복수의 구조 부재(20a, 20a')를 갖는다. 본 발명은 또한 조명 장치 및 광 편향 장치 또는 조명 장치의 용도에 관한 것이다.

Description

광 편향 장치, 조명 장치 및 용도
본 발명은 광 편향 장치, 조명 장치 및 이들의 용도에 관한 것이다.
룸의 최상의 눈부심 없는 실내 조명을 달성하기 위한 광 편향 장치는 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 독일 특허공보 DE 10 2008 055 857 B4호는 일 측에 프리즘-형상 렌즈 프로파일을 구비하며 다른 측에 원통형 렌즈 프로파일을 구비한 투명한 플레이트 또는 필름으로 구성되는 공지된 광 편향 장치를 포함한다. 이러한 경우에, 광 편향 장치의 목적은 창 표면에 떨어지는 일광의 이용을 최적화하는 것이다. 이와 관련하여, 이와 같은 시스템의 과제는 룸 깊이의 더 나은 조사가 달성되는 방식으로 측-노출된 룸의 입사광을 재지향시키는 것이다.
이와 같은 장치는 실제로 일광의 이용을 향상시킬 수 있다. 그러나, 충분한 일광을 이용할 수 없는 경우에는 인공적인 광원의 사용이 필요하다.
이러한 목적을 위해, 광은 예를 들어, 창유리 또는 그 일부일 수 있는 평평하고 투명한 광 가이드의 에지부를 통해 인커플링될 수 있고, 그런 다음 특정 표면 구조물을 통해 평면 방식으로 다시 아웃커플링될 수 있다. 이를 위해, 특정 표면 구조물이 제공되어야 한다. 투명성을 손상시키지 않으면서(특히, 창유리의 경우에), 동시에 균일한 광의 아웃커플링을 달성하기 위해, 구조물은 마이크로 구조물로 제공된다.
한편으로는, 표면 구조물은 광 가이드 자체의 표면을 수정함으로써 생성될 수 있다. 그러나, 이는 기존의 광 가이드(예컨대, 기존의 창유리)가 교체되거나 또는 추가의 광 가이드(예컨대, 판유리)가 전방에 배치되어야 한다는 것을 의미한다. 대안적으로, 플레이트 또는 필름이 이미 존재하는 광 가이드에 도포되는 것이 고려될 수 있다.
그러나, 섬세한 마이크로 구조물이 먼지 및 손상(예컨대, 표면 청소에 의해)으로부터 보호되어야 한다. 이를 위해, 마이크로 구조물에 도포되는 추가 보호 층을 제공할 필요가 있을 수 있다. 대안적으로, 마이크로 구조물 포함하는 표면을 갖는 광 가이드를 다중 유리(glazing)의 중간 공간에 삽입함으로써 마이크로 구조물을 보호하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이는 설치하는 동안에 추가적인 노력이 필요하다.
이를 토대로, 본 발명의 과제 중 하나는 특히, 높은 투명도로 높은 내구성을 가짐에도 설치가 가능한 경제적인 광 편향 장치 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 편평하고 투명한 광 가이드 및 적어도 부분적으로 평면 방식으로 광 가이드에 도포되는 투명 커버 층을 갖는 광 편향 장치가 포괄적으로 기술되며, 광 가이드 내로 커플링되는 광을 아웃커플링하기 위해 광 가이드와 커버 층 사이에 마이크로 구조물이 형성되고,상기 마이크로 구조물은 실질적으로 원형의 원통형 돌출부(elevation)의 형태인 복수의 구조 부재를 구비한다.
마이크로 구조물은 특히, 특징적인 치수가 마이크로 미터 범위, 즉, 1mm 미만의 범위인 표적화된 구조물로 이해된다. 마이크로 구조물은 광을 아웃커플링시킨다는 점에서 마이크로-광학 구조물이라고도 할 수 있다.
마이크로 구조물은 예를 들어, 약 50 내지 500㎛의 크기를 갖는다.
실질적으로 원형의 원통형 돌출부는 효과적으로 광을 아웃커플링할 수 있는 것으로 나타났다. 구조 부재들은 각각 실질적으로 동일한 기하학적 구조 및/또는 치수로 설계되는 것이 바람직하다. 원형의 원통형 돌출부는 특히, 직선 원형 실린더의 형상을 갖는다. 원형의 원통형 돌출부의 원형 표면은 광 가이드 또는 커버 층의 대향 표면에 실질적으로 평행한 것이 바람직하다. 교차 표면은 광 가이드 또는 커버 층의 표면 상에 직접 놓일 수 있다. 각각의 원형의 원통형 돌출부는 적어도 20㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 40㎛의 직경을 갖거나 및/또는 200㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하, 예를 들어, 50㎛의 직경을 갖는다. 각각의 원형의 원통형 돌출부는 적어도 20㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 40㎛의 높이를 갖거나 및/또는 200㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하, 예를 들어, 50㎛의 높이를 갖는다. 예를 들어, 구조 부재들은 적어도 50㎛, 바람직하게는 적어도 100㎛의 거리로 이격되어 있다. 특히, 이러한 구조 부재들은 동시에 효율적인 광 아웃커플링을 갖는 투명한 광 편향 장치를 가능하게 할 수 있다. 원추형 구조 부재들과 비교하여, 광의 유리한 대각선 아웃커플링이 달성될 수 있다.
마이크로 구조물은 광 가이드의 표면, 커버 층의 표면 또는 광 가이드 및 커버 층의 대향하는 표면에 의해 공동으로 형성될 수 있다.
편평하고 투명한 광 가이드는 일정 거리를 넘어 광을 운반할 수 있는 구성요소이다. 광 가이드는 광 가이드의 경계 표면에서 반사에 의해, 예를 들어, 광 가이드를 둘러싸는 매체의 낮은 굴절률로 인한 전반사에 의해 달성된다. 이와 관련하여, 용어 "광"은 눈에 보이는 전자기 방사, 즉, 약 380nm 내지 780nm의 범위 또는 그-서브 범위의 파장을 갖는 전자기 방사의 일부를 의미하는 것으로 이해된다. 광 가이드는 예를 들어, 창유리 또는 다른 유리창일 수 있다. 예를 들어, 광 가이드는 각진, 특히, 직사각형 판유리로 설계된다. 광 가이드는 예를 들어, 커버 층에 대한 기판으로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 적어도 부분적으로 광 가이드에 평면 방식으로 도포된 커버 층은 적어도 부분적으로만 광 가이드에 도포된다. 예를 들어, 창유리의 경우, 상부 영역(예를 들어, 상부 영역에서 1m 또는 2m)에만 커버 층이 제공된다. 커버 층은 바람직하게는 광 편향 장치의 최 외부 층이다.
커버 층이 광 가이드에 도포되기 때문에, 특히, 기존의 광 가이드(예를 들어, 마이크로 구조화된 표면을 갖지 않는)는 마이크로 구조물을 갖는 커버 층을 도포함으로써 개조될 수 있다.
따라서, 광 편향 장치는 조명에서 광을 지향 및 편향시키는데 사용될 수 있고, 적절한 광원과 결합하여 자연 일광이 불충분한 곳에서도 간접 광역 조명을 가능하게 한다. 이러한 점에서, 일광 보조 조명이 생성될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로 구조물(바람직하게는 독점적으로)은 광 가이드와 대면하는 커버 층의 표면 상에 형성된다. 그런 다음, 광 가이드의 표면은 마이크로 구조물이 요구되지 않는다. 커버 층은 이제 광 가이드에 커플링된 광을 아웃커플링하기 위해 광 가이드와 대면하는 표면 상에 마이크로 구조물을 구비하는 점으로 인해, 한편으로는 아웃커플링이 마이크로 구조물에 의해 통상적으로 달성될 수 있고, 다른 한편으로는 마이크로 구조물이 외부 측면이 아닌 광 가이드와 대면하는 측면 상에 제공되는 점에 의해 보호된다. 이는 마이크로 구조물을 외부 영향으로부터 보호한다. 커버 층 자체가 보호 층으로서의 역할을 할 수 있기 때문에, 추가적인 보호 층이 필요하지 않다. 이러한 점에서, 커버 층은 또한 아웃커플링 층으로 간주될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로 구조물에 대향하는 커버 층의 표면은 본질적으로 편평하다. 특히, 편평한 표면은 편평한 광 가이드의 표면에 본질적으로 평행하게 이어진다. 커버 층의 본질적으로 편평한 표면은 특히, 광 편향 장치의 외부 측면을 나타낼 수 있으며, 따라서, 외부 보호 층을 나타내거나 또는 추가적인 보호 층을 불필요하게 만든다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 광 가이드는 적어도 부분적으로 유리 또는 플라스틱으로 구성된다. 유리로 제조된 광 가이드는 높은 경도와 내구성을 갖는다. 또한, 유리는 이미 창문이나 쇼케이스와 같은 많은 건물 부재에 사용된다. 이러한 광 가이드에는 커버 층을 도포함으로써 마이크로 구조물이 쉽게 제공될 수 있다. 플라스틱으로 제조된 광 가이드는 또한 높은 내구성을 가질 수 있다. 플라스틱의 예는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 시클로올레핀 코폴리머(COC) 또는 폴리우레탄(PU)과 같은 폴리실록산이다.
원칙적으로, 커버 층은 슬래브 또는 시트의 형태일 수 있다. 그러나, 다른 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 커버 층은 필름으로 설계된다. 특히, 필름은 각각의 재료(예를 들어, 플라스틱 또는 얇은 유리)의 얇은 시트(특히, 1mm 미만의 두께를 가짐)이다. 예를 들어, 필름은 말아 올려질 수 있다. 이는 커버 층이 롤(rolll)로서 쉽게 운반될 수 있고, 예를 들어, 현장에서만 도포될 수 있다는 특별한 이점을 갖는다. 그러나, 상기 필름은 보호 층의 기능, 예컨대 외부 층의 기능을 수행하기에 충분한 강도의 장점을 여전히 갖는다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 광 가이드는 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 2mm, 더욱 바람직하게는 적어도 3mm 및/또는 최대 15mm, 바람직하게는 최대 10mm, 더욱 바람직하게는 최대 8mm의 두께를 갖는다. 이들 최소 두께에서, 광 편향 장치의 충분한 안정성이 달성될 수 있고, 광이 인커플링될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 커버 층은 적어도 부분적으로 유리 또는 플라스틱으로 구성된다. 본 발명에 따른 커버 층의 실시예들은 유리 또는 플라스틱으로 유리하게 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 플라스틱은 필름으로서 커버 층의 형성에 특히 유리한 것으로 입증되었다. 특히, 플라스틱은 투명한 열가소성 재료일 수 있다. 플라스틱은 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 시클로올레핀 코폴리머(COC) 또는 폴리우레탄(PU)과 같은 폴리실록산이다. 그러나, 커버 층이 투명한 에폭시 레진 또는 아크릴레이트로 제조되는 것으로도 고려될 수 있다. 그러나, 커버 층은 또한 유리, 특히 얇은 유리로 제조될 수도 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 커버 층은 최대 1000㎛, 바람직하게는 최대 500㎛, 더욱 바람직하게는 최대 300㎛의 두께를 갖거나 및/또는 적어도 50㎛, 바람직하게는 적어도 100㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 150㎛의 두께를 갖는다.
커버 층의 두께는 특히, 마이크로 구조물을 포함하는 두께로 이해된다. 마이크로 구조화된 표면이 광 가이드에 도포되는 커버 층조차도 비교적 얇을 수 있고, 충분한 보호 기능을 수행할 수 있음이 밝혀졌다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 커버 층은 광 가이드에 견고하게 접착된다. 예를 들어, 커버 층은 광 가이드에 적층되거나 광 가이드에 접착 또는 광 가이드에 용접된다. 접착되는 경우에, 가능하면 투명성이 좋고 가능한 광의 산란을 적게 하는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 구조 부재들은 광 가이드에 커플링된 광이 구조 부재들의 실린더 측면을 통해 본질적으로 아웃커플링되는 방식으로 설계된다. 이러한 방식으로, 가능한 많은 광이 적은 손실 또는 손실 없이 제어된 방식으로 광 가이드로부터 아웃커플링될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 구조 부재들의 높이 및 대각선 단면에 의해 둘러싸인 각은 광 가이드 및/또는 커버 층에서의 전반사의 임계각보다 작거나 같다. 전반사의 임계각은 전파 속도가 다른 2개의 (이상적으로 비-흡수성인) 매체의 경계면(interface)에서 전반사가 발생하는 입사각이다. 이러한 방식으로, 원형의 원통형 구조 부재들의 측벽이 광의 아웃커플링을 위해 효과적으로 사용됨에 따라 가능한 한 많은 광이 제어된 방식으로 광 가이드로부터 아웃커플링될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로 구조물의 구조 부재들은 본질적으로 일정한 배치 밀도를 나타낸다. 구조 부재들은 규칙적으로 배치되거나 또는 확률론적으로 분포될 수 있다. 본질적으로 일정한 배치 밀도로 인해, 마이크로 구조물이 특히, 경제적으로 제조될 수 있다. 커버 층을 광 가이드에 도포하는 경우 부정확한 위치 설정과 관련한 에러에 대한 민감성도 감소된다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 인커플링을 목적으로 하는 광 가이드의 하나의 에지부는 표면 변형을 갖는다. 광 가이드의 하나의 에지부의 표면을 변형함으로써, 광 가이드에 광을 인커플링하는 효율을 증가시킬 수 있다. 표면 변형은 광 가이드 자체의 에지부 또는 에지부에 도포된 부재에 의해 달성될 수 있다. 표면 변형은 광학 특성이 구체적으로 제공될 수 있는 방식으로 표면이 변형되는 것을 의미하는 것으로 본질적으로 이해된다.
표면 변형은 예를 들어, 에지부의 표면 구조화를 포함한다. 예를 들어, 표면 변형은 모스-아이(moth-eye) 구조물을 포함한다. 예를 들어, 표면 변형은 (도포된) 회절 격자를 포함하여, 특정 각도 범위로부터 들어오는 광의 편향이 달성된다. 예를 들어, 표면 변형은 광 가이드의 에지부의 볼록 또는 프리즘 형상을 포함한다. 예를 들어, 표면 변형은 원통형 렌즈 어레이 또는 프리즘 어레이를 포함한다.
결과적으로, 반사 손실은 개별 실시예들에 의해 감소될 수 있어서, 광의 효율적인 인커플링이 달성된다. 또한, 실시예들은 의도하지 않은 전반사의 임계각 초과의 감소를 달성할 수 있다. 또한, 실시예들은 광 가이드의 편평한 표면에 평행한 광의 인커플링을 감소시킬 수 있다.
기술된 구조화는 인커플링을 위해 작용하는 에지부에 대향하는 광 가이드의 에지부에서, 특히, 미러와 함께 제공될 수 있다.
제1 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로 구조물은 프로파일 롤러에 의해, 특히, 엠보싱 롤러를 이용한 UV 엠보싱에 의해 생성된다. 마이크로 구조물은 예를 들어, 적절한 형상의 롤러를 사용하여 연한 플라스틱 재료로 몰딩될 수 있다. 엠보싱 롤러를 사용한 UV 엠보싱은 커버 층을 비교적 얇은 층 또는 필름(특히, 200㎛ 이하의 정도)으로 확실하게 제조할 수 있음을 보여줬다. 엠보싱 롤러를 사용한 예시적인 UV 엠보싱 공정은 특히, "롤-투-롤(roll-to-roll)" 공정으로 설계될 수 있다. (비 구조화된) 기판(필름 기판)은 롤 상에 제공될 수 있고, 연속 공정에서 마이크로 구조물이 제공되고, 그런 다음 다시 롤업될 수 있다. 엠보싱 롤은 포토리소그래피 또는 다이아몬드 절단 공정에 의해 구성되어서, 엠보싱 롤이 제조될 마이크로 구조물의 네거티브 구조를 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 구조물은 롤러로 기판 상에서 래커 층으로 엠보싱되고, 동시에 또는 나중에 UV 경화된다.
그러나, UV 엠보싱이 강성 기판 상에서 수행되는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 구조물의 네거티브 구조를 갖는 마스터 필름이 사용되어, 강성 기판 상에서 UV 래커 층 상에 엠보싱된다.
또한, 적절하게 프로파일된 노즐, 핫 스탬핑 기술(소위 "플레이트-투-플레이트(plate-to-plate)" 공정) 또는 주조 기술을 사용하는 압출 기술을 이용하여 플레이트 또는 필름의 형태인 마이크로 구조물을 갖는 커버 층을 제조하는 것이 고려될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 따른 광 편향 장치 및 광 가이드의 에지부를 통해 광을 인커플링하기 위해 광 가이드의 에지부에 배치된 광원을 갖는 조명 장치가 포괄적으로 설명된다.
조명 장치는 예를 들어, 투명한 디스크-형상 조명 부재로 간주될 수 있다. 광원은 적어도 하나의 광원을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 광원은 하나 이상의 발광 다이오드(LED)와 같은 하나 이상의 광원을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 광원(예를 들어, 수 개의 LED)의 스트립이 광 가이드의 에지부를 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 및/또는 백색 광을 위해 제공된다. 예를 들어, 적어도 하나의 광원은 5000K-6500K(차가운 백색) 및/또는 3000K-4000K(따뜻한 백색)의 색 온도 범위로 광을 생성하도록 설계된다. 예를 들어, 적어도 하나의 광원은 500lx 이상의 조도, 바람직하게는 1000lx 이상의 조도로 광을 생성하도록 설계된다. 이러한 (높은) 색 온도 및/또는 (높은) 조도는 일광을 유리하게 시뮬레이션할 수 있으며, 예를 들어, 수면 호르몬인 멜라토닌을 억제할 수 있다.
광 가이드의 일 에지부에 배치된 광원에 의해 방출되는 광은 특히, 편평한 광 가이드에 대해 대각선 빔 방향(예를 들어, 0°내지 90°사이, 바람직하게는 20°내지 70°사이, 더욱 바람직하게는 30°내지 50°사이, 예컨대, 대략 40°)을 가질 수 있다. 광원이 배치되는 에지부에 따라 그리고 조명 장치가 룸에 배치되는 방식에 따라, 방사의 방향은 예를 들어, 비스듬히 아래, 비스듬히 위로 또는 비스듬히 옆으로 될 수 있다.
제2 양태의 실시예에 따르면, 마이크로 구조물의 구조 부재들은 적어도 일부 영역에서 적어도 하나의 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 본질적으로 증가하는 배치 밀도를 나타낸다. 원칙적으로, 인커플링된 광은 광 가이드의 통과 중에 가능한 아웃커플링되어야 한다. 제안된 실시예는 아웃커플링된 광의 출력을 증가시키고, 광 방사의 높은 균질성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 광원이 2개의 대향 에지부 각각에 제공되면, 2개의 광원 사이의 중간에 가장 높은 배치 밀도를 제공하는 것이 유리할 것이다.
제2 양태의 실시예에 따르면, 광원은 광 가이드의 에지부에 적어도 부분적으로 도포된다. 특히, 광원은 (적어도 부분적으로) 광 가이드의 에지부로부터 일정 거리에 있지 않다. 예를 들어, 광원(예를 들어, 발광 다이오드)은 재료의 에지부에 확실하게 연결된다. 특히, 이는 광이 인커플링될 때 손실을 줄일 수 있다. 대안적으로, 광원은 또한 에지부로부터 일정 거리(예를 들어, 에어 갭을 가지면서)에 위치될 수 있다. 이는 표적화된 광의 굴절에 의한 높은 인커플링 효율을 달성하기 위해 유리할 수 있다.
제2 양태의 실시예에 따르면, 조명 장치는, 광 가이드의 제1 에지부를 통해 광을 인커플링하기 위해 광 가이드의 제1 에지부에 배치되는 제1 광원 및 광 가이드의 제2 에지부를 통해 광을 인커플링하기 위해 광 가이드의 제2 에지부에 배치되는 제2 광원을 포함한다.
상이한 에지부에 제1 및 제2 광원을 제공함으로써, 조명 장치를 통한 유연한 룸 조명이 가능해진다. 예를 들어, 제1 광원은 제2 광원과 상이한 방사 특성(예를 들어, 광원의 밝기 및/또는 색온도와 관련됨)을 갖는다. 예를 들어, 광 가이드의 상부 에지부에 배치된 광원은 5000K-6500K(차가운 백색) 또는 3000K-4000K(따뜻한 백색)의 색 온도 범위와 높은 조도(예컨대, 1000lx)로 아래쪽으로 비스듬히(예컨대, 테이블 조명을 위한) 광을 방사할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 광 가이드의 하부 에지부에 배치된 광원에 의해 밝고 차가운 광(5000K-6500K)이 비스듬히 위쪽으로 (예컨대, 룸 조명용으로) 방사될 수 있다.
조명 장치의 적응성 및 유연성을 더 향상시키기 위해, 조명 장치는 바람직하게는 광 가이드의 제3 에지부를 통해 광을 인커플링하기 위해 광 가이드의 제3 에지부에 배치되는 제3 광원을 갖는다. 또한, 조명 장치는 광 가이드의 제4 에지부를 통해 광을 인커플링하기 위해 광 가이드의 제4 에지부에 배치되는 제4 광원을 포함할 수 있다. 이는 특히, 창문에 또는 창문의 일부에 사용되는 직사각형 광 가이드와 함께 높은 조명 유연성을 가능하게 한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 광 편향 장치 또는 제2 양태에 따른 조명 장치의 용도는 또한 룸-형성 구조 부재, 특히, 창문, 파티션, 난간 또는 천장 부재 또는 룸 램프에 대해 기술된다.
기술된 광 편향 장치 및 기술된 조명 장치는 기술된 구조 부재 또는 룸 조명 설비에 또는 기술된 구조 부재 또는 룸 조명 설비로서 사용하기에 적절하다는 것이 밝혀졌고, 이와 같은 적용은 일반적으로 높은 수준의 내구성을 요구하며, 경제적인 설치 및 조명의 고효율 및 적응력이 또한 기대된다.
다중-판유리 절연 유리(MIG)는 특히, 창문으로 적합하다. 그런 다음, 광 가이드는 예를 들어, 다중-판유리 절연 유리 중 하나일 수 있거나 또는 다중-판유리 절연 유리의 중간 공간에 배치될 수 있다. 조명 장치는 또한 창문 전방(예컨대, 안쪽)이나 창문 후방(예컨대, 바깥쪽)에 설치될 수 있다. 이러한 점에서, 커버 층은 또한 외부 보호 층으로 기능할 수 있다.
본원 명세서에서 앞서 설명된 본 발명의 예시적인 실시예들은 서로 모든 조합으로 개시되는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 다양한 양태과 관련한 예시적인 실시예들이 개시된 것으로 간주된다.
본 발명의 또 다른 유리한 예시적인 실시예들은 본 발명의 다수의 예시적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터, 특히, 도면과 조합하여 도출될 수 있다. 그러나, 도면들은 설명의 목적으로만 사용되며 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것은 아니다. 도면들은 실제의 규모가 아니며, 단순히 본 발명의 일반적인 개념을 모범적인 형태로 반영하고자 한 것이다. 특히, 도면들에 포함된 특징은 결코 본 발명의 필수 부재로 간주되어서는 안된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광 편향 장치의 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치의 실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광 편향 장치의 대안적인 실시예의 단면도이다.
도 3은 광 가이드로의 상이한 광 커플링을 나타내는 다른 실시예들의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 실시예의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 예시적인 조명 장치의 실시 예의 사시도이다.
도 6은 도 1의 예시적인 조명 장치의 예시적인 용도를 도시한다.
먼저, 도 1a는 본 발명에 따른 광 편향 장치(2)의 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 실시예의 단면도이다. 광 편향 장치(2)는 편평한 투명 광 가이드(4) 및 광 가이드(4)의 적어도 일부 영역에 도포된 투명 커버 층(6)을 포함한다. 광 가이드(4)는 예를 들어, 유리 또는 투명 플라스틱으로 제조될 수 있다. 또한, 커버 층(6)은 예를 들어, 유리 또는 투명 플라스틱으로 제조될 수 있다. 조명 장치(1)는 또한 적어도 하나의 발광 다이오드(10)를 포함하는 광원(8)를 갖는다. 광원(8)은 광 가이드(4)의 에지부(14)를 통해 광의 인커플링을 위해 홀더(12)를 이용하여 광 가이드(4)의 에지부(14)에 배치된다. 광이 홀더(12)의 영역에서 아웃커플링되는 것을 방지하기 위해 또는 아웃커플링된 광이 다시 인커플링되는 것을 보장하기 위해, 미러(16)가 홀더(12)의 영역에 제공된다. 발광 다이오드(10)로부터 광 가이드(4) 내로 인커플링되는 광 빔(18)의 예시적인 경로가 도시되어 있으며, 커버 층(6)을 통해 일단 완전히 반사된 다음 아웃커플링된다.
도 1b는 도 1a의 별도의 커버 층(6)의 영역의 확대 단면도이다. 마이크로 구조물은 광 가이드(4)와 아웃커플링 층으로 작용하는 커버 층(6) 사이에 형성된다. 이를 위해, 커버 층(6)은 광 가이드(4)를 향하는 표면 상에 광 가이드(4) 내로 커플링된 광을 아웃커플링하기 위한 마이크로 구조물(20)을 갖는다. 마이크로 구조물(20)에 대향하는 커버 층(6)의 표면은 본질적으로 편평하다. 커버 층(6)이 필름으로 설계되는 경우에, 쉽게 운반되어 광 가이드(4)에 도포될 수 있다. 커버 층(6)은 예컨대, 광 가이드에 적층되거나 접착되는 것과 같이, 광 가이드(4)에 부착된다.
마이크로 구조물(20)은 특히, 원형의 원통형 돌출부로 설계된 다수의 구조 부재(20a)를 갖는다. 돌출부(20a)의 원형 교차 표면의 영역에서, 커버 층(6)은 광 가이드(4) 위에 놓이거나 광 가이드에 연결된다. 또한,도 1b에는 구조 부재들(20a) 중 하나에 의해 아웃커플링되는 예시적인 광 빔(18)이 도시되어 있다. 이러한 경우에, 마이크로 구조물(20)의 구조 부재들(20a)은 본질적으로 일정한 배치 밀도를 나타낸다. 그러나, 적어도 일부 영역에서, 마이크로 구조물(20)의 구조 부재들(20a)은 광원(8)으로부터의 거리가 증가함에 따라 본질적으로 증가하는 배치 밀도를 가질 수 있고, 즉, 구조 부재들 사이의 거리는 광원(8)으로부터의 거리가 증가함에 따라 작아진다. 마이크로 구조물(20)에 대향하는 커버 층(6)의 편평한 표면 만이 환경에 노출되기 때문에, 마이크로 구조물(20)은 오염이나 손상의 위험에 노출되지 않는다.
도 2a는 본 발명에 따른 광 편향 장치(2')의 대안적인 실시예의 단면도이지만, 광 편향 장치(2')와 동일한 방식으로 사용 및 설계될 수 있다. 광 편향 장치(2')의 마이크로 구조물은 광 가이드를 향하는 표면 상에 마이크로 구조물을 갖는 커버 층에 의해서가 아니라 광 가이드(4')에 의해 제공된다.
광 편향 장치(2')를 위해, 돌출부(20a')를 갖는 마이크로 구조물(20')은 광 가이드(4')의 표면에 의해 제공된다. 마이크로 구조물을 보호하기 위해, 원형 교차 표면 상에 놓여 있는 별도의 커버 층(6)이 제공된다.
도 3은 광 가이드로의 상이한 광 인커플링을 나타내는 다른 실시예들의 단면도이다.
먼저, 도 3a에서, 광 가이드(4)의 에지부(14)가 도시되어 있으며, 광원(8)의 발광 다이오드(10)는 에지부(14)로부터 일정 거리에 있다. 예로서 도시된 광선은 일부 광이 인커플링되더라도 일부 광은 또한 바람직하지 않게 반사되는 것을 나타낸다.
도 3b는 발광 다이오드(10)를 갖는 광원(8)이 광 가이드(4)의 에지부(14) 상에 적어도 부분적으로 직접 장착되는 실시예를 도시한다. 이는 원하지 않는 반사를 방지한다. 완전히 반사되지 않은 광은 예를 들어, 도 1a에 도시된 미러(16)에 의해 광 가이드(4) 내로 다시 반사될 수 있다.
도 3c는 에지부(14) 상에 배치된 모스-아이(moth-eye) 구조물(24a) 형태인 광 가이드(4)의 에지부(14)의 표면 변형을 도시하고, 도 3d는 에지부(14) 상에 배치된 회절 격자(24b)의 형태인 광 가이드(4)의 에지부(14)의 표면 변형을 도시한다. 이는 특히, 원하지 않는 반사를 방지하거나 감소시킬 수 있다.
도 3e는 광 가이드(4)의 에지부(14)의 볼록한 형상(24c)을 도시하고, 도 3f는 원통형 렌즈 어레이(24d)로 형성된 에지부(14)를 도시한다. 도 3g는 광 가이드(4)의 에지부(14)의 프리즘 형 구조(24e)를 도시하고, 도 3h는 프리즘 어레이(24f)로서 형성된 에지부(14)를 도시한다. 특히, 이는 광 가이드에 인커플링된 광의 전반사의 임계각을 초과하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
도 4는 도 1 또는 도 2의 실시예들에서 사용될 수 있는 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 실시예의 확대 단면도이다. 도 4는 광 가이드 내에 인커플링된 광이 마이크로 구조물(20)의 원형의 원통형 구조 부재(20a)로부터 어떻게 아웃커플링되는지를 도시한다. 이 경우, 마이크로 구조물(20)은 광 가이드의 표면에 의해 제공된다. 그러나, 상기 예는 또한 도 1b에서 커버 층(6)을 갖는 광 편향 장치(2)로 전달될 수 있다. 예로서 도시된 광 빔(18)은 먼저 상기 예에서 임계각(α)으로 전반사된다. 그런 다음, 광 빔은 마이크로 구조물의 원형의 원통형 구조 부재(20a)를 통해 전파된다. h, c 및 원형 교차 표면에 의해 형성된 삼각형의 각도(β)는 광 가이드에서의 전반사의 임계각(α)보다 작거나 같고, 상기 각도(β)는 구조 부재(20a)의 높이(h) 및 단면 대각선(c)에 의해 둘러싸인다. 원형 교차 표면에 광 빔의 충돌은 전반사를 초래하고, 제어되지 않은 아웃커플링이 방지된다. 이 경우, 광 빔(18)은 단면 대각선을 따라 진행한 다음 아웃커플링된다.
도 5는 예시적인 조명 장치(1)의 실시예의 사시도이다. 도시된 바와 같이,이 경우, 조명 장치(1)는 광 편향 장치(2) 이외에 전체 4개의 광원(8a, 8b, 8c, 8d)을 갖는다. 광 가이드(4)의 4개의 에지부(14a, 14b, 14c, 14d) 각각에서, 광 가이드의 각각의 에지부를 통해 광의 인커플링을 위해 광원(8a, 8b, 8c, 8d)이 배치된다. 이는 광이 4개의 방향(28a, 28b, 28c 및 28d)에서 광 가이드에 대해 일정 각도로 서로 독립적으로 아웃커플링되도록 한다. 따라서, 조명 장치(1)는 조명을 제공할 수 있는 동시에, 사용자(30)는 조명 장치(1)의 광 편향 장치(2)를 살펴볼 수 있다.
마지막으로, 도 6은 예시적인 조명 장치(1)의 예시적인 용도를 도시한다. 조명 장치(1)는 공간 형성 부품, 이 경우에는 창문을 위해 사용된다. 조명 장치(1)는 룸(34)의 창문(32)의 상부에 제공된다. 조명 장치(1)는 창문(32)의 일부일 수 있거나 또는 프레임에 의해 창문(32)의 전방에 위치될 수 있다. 조명 장치(1)는 광 가이드의 상부 에지부에 배치된 광원을 통해 비스듬히 아래로 온백색 온도 및 높은 조도(예를 들어, 1000룩스(lx))로 광을 방출한다. 또한, 광 가이드의 하부 에지부에 배치된 광원은 비스듬히 위쪽으로 밝은 냉광(cold light)을 방출할 수 있다.

Claims (19)

  1. 광 편향 장치로,
    - 편평하고 투명한 광 가이드(4, 4'), 및
    - 적어도 부분적으로 편평한 방식으로 광 가이드에 도포되는 투명한 커버 층(6, 6')을 포함하며,
    광 가이드(4, 4')로 인커플링된 광을 아웃커플링하기 위해 광 가이드(4, 4')와 커버 층(6, 6') 사이에 마이크로 구조물(20, 20')이 형성되고, 상기 마이크로 구조물(20)은 실질적으로 원형의 원통형 돌출부(20a, 20a')로 형성되는 복수의 구조 부재(20a, 20a')를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물(20, 20')은 광 가이드(4)와 대면하는 커버 층(6)의 표면 상에 형성되는 것을 특징으로하는 광 편향 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물(20, 20')에 대향하는 커버 층(6, 6')의 표면은 실질적으로 편평한 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 가이드(4, 4')는 적어도 부분적으로 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층(6, 6')은 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 가이드(4, 4')는 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 2mm, 더욱 바람직하게는 적어도 3mm의 두께를 가지거나 및/또는 최대 15mm, 바람직하게는 최대 10mm, 더욱 바람직하게는 최대 8 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층(6, 6')은 적어도 부분적으로 유리 또는 플라스틱 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층(6, 6')은 최대 1000㎛, 바람직하게는 최대 500㎛, 더욱 바람직하게는 최대 300㎛의 두께를 가지거나 및/또는 적어도 50㎛, 바람직하게는 적어도 100㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 150㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층(6, 6')은 광 가이드(4, 4')에 확실하게 연결되는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조 부재들(20a, 20a')은 광 가이드(4, 4')로 커플링된 광이 구조 부재들(20a, 20a')의 원통형 측면을 통해 실질적으로 아웃커플링되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조 부재들(20a, 20a')의 높이(h)와 단면 대각선(c)에 의해 포함되는 각도는 광 가이드(4) 및/또는 커버 층(6, 6')에서 전반사의 임계 각도보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물(20, 20')의 구조 부재들(20a, 20a')은 실질적으로 일정한 배치 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    인커플링을 위한 상기 광 가이드(4, 4')의 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)는 표면 변형(24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f)을 갖는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물(20, 20')은 프로파일 롤러에 의해, 특히, 엠보싱 롤러를 이용한 UV 엠보싱에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광 편향 장치.
  15. 조명 장치로,
    - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 광 편향 장치(2, 2'), 및
    - 광 가이드(4, 4')의 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)를 통해 광을 인커플링하기 위해, 광 가이드(4, 4')의 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)에 배치되는 광원(8, 8a, 8b, 8c, 8d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물(20, 20')의 구조 부재들(20a, 20a')은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 광원(8, 8a, 8b, 8c, 8d)으로부터의 거리가 증가함에 따라 실질적으로 증가하는 배치 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  17. 제1항 또는 제16항에 있어서,
    상기 광원(8, 8a, 8b, 8c, 8d)은 적어도 부분적으로 광 가이드(4, 4')의 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)에 적용되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 광 가이드(4, 4')의 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)를 통해 광을 인커플링하기 위해, 광 가이드(4, 4')의 제1 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)에 배치되는 제1 광원(8, 8a, 8b, 8c, 8d), 및
    - 광 가이드(4, 4')의 제2 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)를 통해 광을 인커플링하기 위해, 광 가이드(4, 4')의 제2 에지부(14, 14a, 14b, 14c, 14d)에 배치되는 제2 광원(8, 8a, 8b, 8c, 8d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  19. 공간-형성 구조 부재, 특히, 창문(32), 파티션 벽, 난간 또는 천장 부재용 또는 룸 조명 기구용인 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 광 편향 장치 또는 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 조명 장치의 용도.
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