KR20220111595A - 굴절 반사 구조를 활용한 무도광판 면 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면 발광 조명에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점 발광이 이루어지는 LED(발광 다이오드)를 도광판 없이 넓은 면적으로 면 발광하는 조명에 관한 것이다.
상기 조명장치는, 상기 면 발광하는 발광 면(20)에 대해 0도 이상의 소정 각도(a)로 배열되는 반사부재(10); 및 상기 발광 면과 반사부재(10)의 반사 프로파일면(13) 사이에서 상기 반사부재(10)를 향해 빛을 조사하는 광원(30);을 포함한다. 상기 반사부재(10)는: 상기 반사 프로파일면(13)을 구비하는 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 구비하는 필름부재(11); 및 상기 필름부재의 길이방향을 따라 상기 반사 프로파일면(13)의 표면에 교호로 구비되는 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15);을 포함할 수 있다. 광원(30)에서 출사된 입사광(61)은 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 제1반사표면(14)에서 상기 입사광(61)이 반사된 1차 반사광(62)은, 상기 제1반사표면(14)과 인접하며 상기 제1반사표면(14)보다 상기 광원(30)에 더 가깝게 배치된 제2반사표면(15)에 입사되고, 상기 제2반사표면(15)에서 상기 1차 반사광(62)이 반사된 2차 반사광(63)은, 상기 입사광(61)과 교차하며 상기 발광 면(20)을 향해 출사된다.

Description

굴절 반사 구조를 활용한 무도광판 면 발광 장치{A Refractive Reflection Type Surface Emitting Lighting Without Light Guide Panel}

본 발명은 면 발광 조명에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점 발광이 이루어지는 LED(발광 다이오드)를 도광판을 사용하지 않고 넓은 면적으로 면 발광 하는 조명에 관한 것이다.

발광 다이오드는 일반적인 전구에 비해 발광 효율이 매우 좋다는 장점이 있어 여러 분야에서 사용되고 있다. 발광 다이오드는 사람들이 생활하는 영역을 비추는 조명의 기능을 할 뿐만 아니라, 반도체 노광 장비 등의 산업 현장에서도 널리 사용되고 있다.

그러나 발광 다이오드는 집중적인 점 조명에 가깝다. 이와 같은 점 조명은 휘도가 매우 높기 때문에, 이를 직접 조명으로 사용하기에는 부적절하고, 사람이 이를 직접 바라볼 경우 시 신경이 손상될 수도 있다. 이에 따라 점 발광하는 발광 다이오드를 간접적으로 면 발광하도록 하는 조명 구조가 널리 사용되고 있다.

이러한 종류의 면 발광 조명들은 대부분 도광판과 프리즘 시트를 사용하여 발광 면적을 넓히고 발광 방향을 전방으로 유도하여 휘도를 높이는 방법을 사용하고 있다.

또한 면 발광을 구현하기 위해, 발광하는 면에 대응하는 면적에 발광 다이오드를 골고루 분포시켜 실장하는 방법도 함께 사용되고 있다.

그러나 도광판 등의 광학부재나 프리즘 시트는 원가가 높기 때문에 전체적으로 조명의 단가가 높아진다는 문제가 있고 무게가 증가하게 되며, 발광 면적에 대응하여 발광 다이오드를 배치하는 것은 면 발광 면적이 늘어날수록 그만큼 발광 다이오드를 더 많이 사용해야 한다는 문제가 있다.

이러한 문제로 인해 발광 다이오드를 모서리에 설치하고 측면으로 빛을 조사시킨 후 면 발광을 구현하는 구조도 사용되어 오고 있으나, 이 역시 도광판과 프리즘 시트의 사용이 불가피하기 때문에, 조명의 단가가 높아질 수밖에 없다.

도광판을 사용하지 않을 경우 무게가 줄어들고 도광판 비용이 줄어드는 장점이 있지만 반사 시트가 LED의 빛을 발광면으로 방향을 바꾸는 것이 쉽지 않아 조도가 감소하는 단점이 있다.

또한 무도광판 방식의 면조명의 경우 조도 향상을 위해 톱니바퀴 형상 등 특정 형상을 갖는 반사시트를 사용할 경우 패턴과 패턴 사이에 도 1과 같이 줄무늬나 도트 패턴의 음영이 발생하여 발광면의 휘도 균일도가 떨어지게 된다.

등록특허공보 제1829098호 등록특허공보 제1193503호 등록실용신안공보 제483741호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발광 다이오드의 설치 개수를 최소화하고 도광판을 생략하더라도 면 발광을 충분히 구현할 수 있는 슬림한 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 제조가 간편하고 가벼우며, 무도광판 면 조명 장치의 휘도를 원가를 향상시킬 수 있는 조명장치용 굴절 반사시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴절 반사 구조를 사용하는 면 발광 장치는 면조명의 측면에 배치된 광원(30); 광원(30)으로부터 출사되는 빛(61)을 받아 이를 굴절 및 반사시키는 굴절반사부재(10)을 갖고, 해당 굴절반사부재(10)은 광원(30)의 입사 방향에 대해 거의 수평을 이루지만 아주 약간의 각도(a)만큼 기울어져 있으며 상기 굴절반사부재(10)의 정면에 배치되는 소정의 가상 또는 실제 면이 면 발광하는 발광 면(20)을 구성하는 면 발광 조명장치를 제공하고자 한다.

상기 발광 면(20)은 상기 광원(30)의 대표적인 광 출사 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 그리고 상기 발광 면(20)은 상기 반사부재(10)와 평행하고, 또는 아주 약간의 각도(a)만큼 기울어진 채로 상기 굴절반사부재(10)와 나란히 배치된다. 그러면 상기 조명장치는 상기 발광 면(20)에 해당하는 넓은 면적(L)의 발광 면을 가지면서도, 전체적인 두께는 광원(30)의 두께(w)만큼 얇고, 도광판을 갖지 않는 가벼운 조명을 제작하는 것이 가능하다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴절반사부재(10)는 광원(30)으로부터 광을 입사받아 이를 굴절 및 반사시켜 제 1 방향으로 굴절시키는 굴절면(14)와 굴절된 빛을 다시 굴절면(14)로 반사시키는 반사면(15)을 구비한다. 또한 이에 더하여, 광원(30)을 측면에 배치하고, 광원(30)의 입사 방향에 대해 발광 면(20)과 반사부재(10)가 모두 평행을 이루도록 하면서도, 도광판과 프리즘 시트 없이 고휘도의 면발광이 가능한 조명장치를 제공하고자 한다.

상기 굴절반사부재(10)는 PET, PC, ABS, PP등 합성수지 필름의 한 쪽 면에 정반사가 가능한 뛰어난 알루미늄 등의 금속을 증착하거나 합성수지 필름 또는 종이 표면에 백색 난반사 코팅하여 대략 0.1mm 내지 2.5mm 내외의 두께로 제작할 수 있다.

또는 상기 굴절반사부재(10)는 반사처리가 되어 있는 금속 증착 필름 또는 고반사 필름 상에 UV 경화 레진을 도포 후 경화시켜 제작할 수 있다.

상기 굴절반사부재(10)는 휘도 향상을 위해 도3과 같이 굴절면(14)와 반사면(15)가 평행하지 않은 돌출 형상의 반사 프로파일면(13)을 형성할 수 있다.

굴절반사부재(10)은 일정한 굴절률을 가지는 매질로서, 일정 각도로 두께가 변화되는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 굴절반사부재(10)은 광투과율이 높은 PC나 PET, 아크릴, 유리 등이 사용 가능하며 굴절률은 1보다 큰 것을 특징으로 한다.

그러면, 광원의 측면에 상기 굴절반사부재를 비스듬히 부착하거나, 광원을 필름의 측면에 부착하는 것만으로 면 발광 조명의 구현이 가능하다.

도 2에서 보듯이 굴절면(14)에 도달한 빛은 굴절반사부재의 굴절률이 공기보다 크기 때문에 진행방향보다 더 반사면(15) 방향으로 진행되게 되며 굴절입사광(621)은 반사면(15)에서 반사되어 다시 굴절면(14)를 향하게 된다. 굴절입사광(622)는 굴절면(14)를 지나며 더 작은 매질의 공기쪽으로 나가기 때문에 굴절면(14)와 더 멀어지는 방향으로 출사되어 전체적으로 보면 출광면(20)에 법선 방향으로 진행되게 된다.

도 3에서처럼 연속된 테이퍼 형상의 반사프로파일면(13)을 가질 수 있다. 이 경우 굴절입사광(621)의 방향을 좀 더 발광면(20) 쪽으로 바꿀 수 있다.

도 5에서처럼 광원(30)으로부터의 입사광(61)이 공기 중을 진행한 후 굴절반사부재(10)의 굴절면(14)으로 입사되면, 굴절반사부재(10)의 굴절률(C)이 공기와 다르기 때문에, 화상광은 굴절면(14)을 투과하면서 일정 각도로 굴절되어 반사면(15) 쪽으로 휘어지게 된다. 이때, 입사각 즉 굴절반사부재(10)의 굴절면(14)과 외부에서 입사되는 화상광이 이루는 각을 (x)라 하고, 굴절면(12)의 법선과 굴절면(12)에서 굴절된 화상광이 이루는 각 즉 굴절각을 (θ)라 하면, 굴절반사판(10)에서의 입사각(x)과 굴절각(θ)은 수학식 1을 만족하게 된다.

굴절면(14)에서 (θ)의 각도로 휘어진 입사광(61)은 반사면(15)에서 동일한 각도로 반사된 후 다시 굴절면(14)으로 향하게 된다. 반사면(15)에서 반사된 굴절입사광(622)은 굴절면(14)에서 다시 굴절하여 발광면(20)을 통해 출사된다.

이때, 굴절반사부재(10)의 반사면(15)에서 반사된 화상광과 굴절면(14)의 법선이 이루는 각을 (y)라 하고 광원(30)으로부터 입사되는 입사광(61)과 반사면(15)이 이루는 각을 (α)라 하면, 입사각 (y), 굴절각(x), 및 굴절반사부재(10)의 굴절률(C)는 수학식 2를 만족한다.

도 5의 그래프는 굴절률(C)가 1.5인 경우에 수평에 대한 반사면이 이루는 각(α)와 굴절면의 각(x)의 관계를 도시한 그래프이다. 하면,

필름 형태의 반사부재를 적용함에 있어서, 상기 반사부재의 제1면, 즉 굴절면(14)의 이면이 반사면(15)으로 사용될 수 있다. 또한 필름에 반사 프로파일면(13)을 성형한 후 금속이나 실리카 등 반사재를 코팅하여 반사면(15)을 형성할 수 있다.

물론 본 발명이 확산판 등의 사용을 배제하는 것은 아니다. 본 발명은 도광판과 확산판을 사용하지 않더라도 고휘도의 면 발광 구현이 가능하고, 여기에 더하여 확산판을 사용한다면, 당연히 더 고품질의 면 발광을 구현할 수 있다. 이는 기존의 조명장치가 도광판과 확산판을 사용해야 면 발광을 구현하는 것과는 명백히 구분되는 것이다.

상기 광원(30)으로는 LED를 사용할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명은, 면 발광하는 조명장치로서, 상기 면 발광하는 발광 면(20)에 대해 0도 이상 45도 미만의 소정 각도(a)로 배열되는 반사부재(10); 및 상기 발광 면과 반사부재(10)의 반사 프로파일면(13) 사이에서 상기 반사부재(10)를 향해 빛을 조사하는 광원(30);을 포함한다.

상기 반사부재(10)는: 상기 반사 프로파일면(13)을 구비하는 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 구비하는 필름부재(11); 및 상기 필름부재의 길이방향을 따라 상기 반사 프로파일면(13)의 표면에 교호로 구비되는 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15);을 포함할 수 있다.

상기 광원(30)에서 출사된 입사광(61)은 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 제1반사표면(14)에서 상기 입사광(61)이 반사된 1차 반사광(62)은, 상기 제1반사표면(14)과 인접하며 상기 제1반사표면(14)보다 상기 광원(30)에 더 가깝게 배치된 제2반사표면(15)에 입사되고, 상기 제2반사표면(15)에서 상기 1차 반사광(62)이 반사된 2차 반사광(63)은, 상기 입사광(61)과 교차하며 상기 발광 면(20)을 향해 출사된다.

상기 필름부재(11)는 플렉시블한 광 투과성 재질로 제작될 수 있다.

상기 필름부재(11)는 소정의 두께를 가지는 베이스필름층(17)과, 상기 베이스필름(17)의 표면 상에 적층되어 상기 반사 프로파일면(13)을 구성하는 반사패턴형상층(18)을 포함할 수 있다.

상기 반사 프로파일면(13)에 금속이나 반사잉크가 도포되어 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15)을 구성할 수 있다.

교호로 배치되는 상기 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15) 사이에는 연결면(16)이 더 구비될 수 있다.

상기 제1반사표면(14)은 빛이 조사되는 방향에서 바라보았을 때 볼록하거나 평평하거나 오목한 표면 프로파일을 포함하고, 상기 제2반사표면(15)은 빛이 조사되는 방향에서 바라보았을 때 오목한 곡면의 프로파일을 포함할 수 있다.

일 예로서, 상기 입사광(61)은 매질을 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 표면 쪽으로 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 1차 반사광(62)은 상기 매질을 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 표면 쪽으로 상기 제2반사표면(15)에 입사되며, 상기 2차 반사광(63)은 상기 매질을 거쳐 상기 발광 면(20)으로 출사하도록 할 수 있다.

여기서 상기 매질은 공기 또는 유체매질(70)일 수 있다.

이를 위해 상기 조명장치는, 상기 광원(30)의 출사면(36)이, 상기 발광 면(20)에 가깝게 위치하는 제1단부와 발광 면에 멀게 위치하는 제2단부 사이에 배치되도록, 상기 광원(30)이 고정되는 광원 설치부(81)와, 상기 반사부재(10)가 상기 광원 설치부(81)에 설치된 광원(30)의 출사면(36)과 상기 발광 면(20)을 바라보도록 고정하는 반사부재 설치면(82)을 구비하는 하우징(80)을 포함할 수 있다.

그리고 상기 하우징(80)은, 상기 매질을 조명장치의 외부 공간으로부터 구획하고, 투명한 재질 또는 확산판을 포함하는 커버(85)를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 커버(85)가 발광 면(20)을 이룰 수 있다.

다른 일 예로서, 상기 입사광(61)은 상기 필름부재(11)의 제2면과 필름부재(11)를 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면(裏面) 쪽으로 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 1차 반사광(62)은 상기 필름부재(11)를 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면 쪽으로 상기 제2반사표면(15)에 입사되며, 상기 2차 반사광(63)은 상기 필름부재(11)와 제2면을 거쳐 상기 발광 면(20)으로 출사하도록 할 수 있다.

상기 면 발광 조명장치는 광학부재(50)를 더 포함할 수 있다.

상기 광학부재(50)는: 광원(30)의 출사면(36)과 마주하여 광원의 빛이 입사되는 광원 설치부(81); 상기 필름부재(11)의 제2면과 마주하는 반사부재 설치면(82); 및 상기 반사부재(10)에서 반사된 빛이 출사하는 상기 발광 면(20);을 포함할 수 있다.

특히 상기 광원 설치부(81)와 상기 반사부재 설치면(82)이 서로 이웃하고, 상기 광원 설치부(81)와 상기 발광 면(20)이 서로 이웃할 수 있다.

다른 일 예로서, 상기 입사광(61)은 상기 필름부재(11)의 측면을 통해 필름부재(11)에 입사되고, 상기 필름부재(10)를 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면 쪽으로 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 1차 반사광(62)은 상기 필름부재(11)를 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면 쪽으로 상기 제2반사표면(15)에 입사되며, 상기 2차 반사광(63)은 상기 필름부재(11)의 제2면을 거쳐 상기 발광 면(20)으로 출사하도록 할 수 있다.

또 다른 일 예로서, 상기 입사광(61)은, 상기 베이스필름층(17)의 측면을 통해 상기 베이스필름층(17)에 입사되고, 상기 베이스필름층(17)을 거쳐 상기 베이스필름층(17)과 상기 반사패턴형상층(18)의 계면을 통해 상기 반사패턴형상층(18)에 입사되고, 상기 베이스필름층(17)을 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면 쪽으로 상기 제1반사표면(14)에 입사되고, 상기 1차 반사광(62)은 상기 반사패턴형상층(18)을 거쳐 상기 반사 프로파일면(13)의 이면 쪽으로 상기 제2반사표면(15)에 입사되며, 상기 2차 반사광(63)은 상기 필름부재(11)의 제2면을 거쳐 상기 발광 면(20)으로 출사하도록 할 수 있다.

앞선 예들에서 상기 소정각도(a)는 0도일 수 있다.

또한 앞선 예들에서 상기 제2면이 발광 면(20)일 수 있다.

그리고 상기 발광 면(20)은 확산판을 포함할 수 있다.

상기 베이스필름층(17)의 굴절율(N1)과 상기 반사패턴형상층(18)의 굴절율(N2)은 N1 ≤ N2 의 수식을 만족하도록 할 수 있다.

또한 이와 함께, 0.1 ≤ N2 - N1 ≤ 0.69 의 수식을 만족하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 무도광판 면 발광 조명은 입사광(61)을 굴절 및 반사시켜 좁은 공간에서도 그 진행방향을 용이하게 90°로 꺽이도록 만들면서 빛을 확대시킬 수 있는 굴절반사구조(10)을 이용하여 발광면(20) 방향으로 확산시킴으로써 무도광판 면 조명의 두께를 획기적으로 줄이고 휘도를 향상 시킬 수 있게 된다. 본 발명의 면 발광 조명장치에 따르면, 도광판 등의 광학부재나 프리즘 시트와 같은 고가의 부품을 사용하지 아니하고, 굴절층을 갖는 반사부재만으로 고휘도의 면 발광 조명장치를 구현할 수 있다는 이점이 있다.

이에 따라 본 발명은 면 발광 조명장치의 구조를 매우 단순하게 할 수 있고, 염가로 간단하게 제작할 수 있으며, 아울러 매우 경량으로 저렴하게 제작할 수 있다.

아울러 필름 형태의 반사부재의 필름층이 도광판의 기능을 겸비하도록 함으로써, 발광 면을 플렉시블하게 변형하여 사용하는 것이 가능하다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 기존 발명에 따른 무도광판 면 조명장치에 사용되는 돌출된 패턴을 갖는 반사면을 갖는 면조명의 단면 및 발광면(20) 상부에서 바라봤을 때 음영을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 굴절반사부재의 굴절면과 반사면, 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 테이퍼 형상의 반사프로파일면(13)을 갖는 굴절반사부재의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 조명장치의 조립된 상태의 단면도이다.
도 5는 도 3의 테이퍼 형상의 반사프로파일면의 빛의 진행경로에 따른 수학적인 기호를 표기한 도면과 굴절면과 반사면 간의 상호관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 제4실시예에서 사용되는 반사부재의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14에 도시한 반사부재를 사용하여 면 발광 조명장치를 구현한 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 16과 도 17은 도 14의 반사부재의 변형예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[면 발광 구현 원리]

이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 조명장치의 면 발광 구현 원리에 대해 설명한다.

본 발명의 조명장치는, 좁은 폭으로 비스듬히 입사되는 광을 넓게 확산 반사하는 굴절반사부재(10)를 포함한다. 상기 반사부재(10)는 필름과 같은 얇은 막 형태로 제작되거나 특정 프로파일 면을 갖는 부품 형상으로 제작될 수 있다.

조명장치에서 상기 광원(30)과 반사부재(10)는 후술할 하우징(80)에 설치되어 상호 상대적인 위치가 고정되며 조립되거나, 광학부재(50)에 설치되어 상호 상대적인 위치가 고정될 수 있다. 아울러 반사부재(10)에 광원(30)이 직접 고정될 수도 있다.

광원(30)에서 출사면(36)을 통해 출사된 입사광(61) 굴절반사부재(10)에 입사하게 된다.

도 2에는 상기 필름 형태의 굴절반사부재(10)의 제1 실시예를 부분적으로 확대한 도면이 도시되어 있다. 광원(30)에서 발생한 입사광(61)은 도 2의 굴절면(14)를 통해 굴절반사부재(10) 안으로 투과되어 반사면(15)에 부딪힌 후 출사광 (63) 방향으로 출사된다. 굴절반사부재(10)는 투과율이 높은 투명한 합성수지 재질로 제작하는 것이 바람직하고 이미 만들어진 투명한 합성수지위에 알루미늄이나 실리카 등을 활용하여 코팅함으로써 반사면(15)를 성형할 수 있다.

또한 도 3의 굴절반사부재(10)의 상부면(제1면)에 마련된 테이퍼 형상의 반사 프로파일면(13)은 합성수지로 필름을 제작하는 단계에서 표면 가공을 통해 제작되거나 성형될 수 있다. 또는 사출성형이나 압출성형으로 프로파일면(13)을 갖는 부재를 제작할 수 있다.

상기 반사 프로파일면(13)에는 정반사의 경우는 은이나 알루미늄이나 은과 같은 과 같이 반사율이 매우 높은 금속이 CVD 등을 통한 증착이나 스퍼터링 등의 방식으로 코팅하여 반사면(15)를 성형할 수 있다. 이 외에도 반사 프로파일면(13)에는 백색의 반사 잉크가 딥핑 등의 방식으로 도포될 수도 있다.또는 상기 반사 프로파일면(13)에서 난반사를 시킬 경우는 백색의 실리카 입자 등을 코팅할 수 도 있다.

도 5에는 도 3에 도시된 반사 프로파일면(13)의 굴절면과 반사면 사이의 수학적인 공식 설명을 위한 기호가 도시되어 있으며, 굴절률(c)가 1.5인 경우의 굴절면(14)와 반사면(15)간의 관계를 나타내는 그래프가 표시되어 있다

도4의 광원(30)은 상기 반사부재(10)의 측면에서 상기 반사부재(10)를 향해 비스듬히 빛을 조사할 수 있다. 그리고 상기 반사부재(10)는 상기 광원에 대해 약간의 각도(a)로 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 도 4에서 광원(30)은 굴절반사부재(10)으로 빛을 조사하고, 굴절반사부재(10)는 굴절면(14)를 통해 입사된 굴절반사광(621)을 반사면(15)를 통해 굴절반사광(622)로 반사시키고 이 빛은 굴절면(14)에서 다시 굴절되어 발광면(20) 방향으로 빛을 반사시키며 이 빛은 발광면(20)을 통해 넓게 면 광원화하게 된다. 이론적으로, 상기 광원(30)의 발광 면적 대비 상기 반사부재(10)의 발광 면적은 cot a 배 만큼 늘어날 수 있다.

[제1실시예]

이하 도 4를 참조하여 본 발명의 면 발광 구현 원리가 적용된 조명장치의 제1실시예를 설명한다. 제1실시예에서는 도 2나 도 3에 도시된 바와 같은 굴절반사부재(10), 즉 입사광이 1회 굴절후 반사면(15)의 표면에서 반사가 일어나는 구조를 적용한 조명장치가 예시된다.

상기 광원(30)과 굴절반사부재(10)는 하우징(80)에 설치되며 그 위치가 상호 고정될 수 있다.

상기 하우징(80)의 상기 반사부재 (10)의 이면에 마련되는 대략 직각삼각형 형태의 단면을 가지는 공간은, 상기 광원(30)을 제어하는 제어부(40)이 설치되는 수용부가 될 수 있다.

상기 하우징(80)은 대략 L의 너비와 w의 깊이를 가지는 직육면체 공간을 규정할 수 있다.

본 발명의 조명장치는 cot a = L/w 만큼 광원의 발광 면적이 확대되는 구조가, 빛을 굴절 후 반사시켜 확산하는 구조로 일반적인 반사패턴에 비해 음영을 줄이는 것이 가능하다.

또한 직각삼각형 부분에 해당하는 공간은 하우징(80)의 수용부(84)로 활용 가능하고, 이 부분에 제어부(40) 등의 각종 전장품을 설치하는 것이 가능하므로, 전체적으로 컴팩트하고 슬림한 면 발광 조명장치 설계가 가능하다.

아울러 상기 조명장치의 발광 면(20)에 대응하는 위치에는 상기 광원과 반사부재를 덮는 커버(85)가 더 설치되어, 반사부재의 표면에 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있다.

상기 커버(85)는 단순히 투명한 재질로 제작되거나, 간 유리와 같이 빛을 분산시켜주는 형태, 또는 확산판 재질로 제작될 수 있다. 확산판과 같은 구조의 커버(85)는 면 발광의 품질을 더 높여줄 수 있다. 물론 이미 반사부재에 의해 면 발광화된 상태이므로, 상기 커버(85)는 생략하는 것이 가능하다.도시된 제3실시예에서는 소정 각도(a)가, 작은 예각인 경우를 예시하였으나, 상기 소정 각도는 0도일 수도 있다. 즉 반사부재(10)와 발광 면(20)이 평행한 경우라 하더라도, 광원(30)에서 조사되는 광이 태양광처럼 완전한 평행광이 아니고 확산하는 광이므로, 광원(30)에서 출사된 광은 결국 모두 반사부재(10)를 통해 반사되어 발광 면(20)을 통해 조명 광으로 사용될 수 있다.

즉 본 발명에서 광원(30)이 평행한 광을 출사한다는 것은, 직사광선과 같은 평행광을 의미한다기보다, 도 12에 도시된 바와 같이 광원(30)으로부터 직접 발광 면(20)에 먼저 도달하는 광이 전반사되어 반사부재(10)로 되돌아갈 수 있을 정도, 즉 전반사 임계각 이상의 각으로 퍼지는 광을 포함하는 개념으로 이해할 수 있을 것이다.

제3실시예의 광학부재는 종래의 도광판과 달리 도광판 밑에 인쇄나 레이저 패터닝으로 패널 가공을 하지 않는다. 따라서 재질 자체는 종래의 도광판과 유사할 수 있지만, 가격 상승 요인이 되는 패널 가공을 전혀 할 필요가 없다는 점에 주목할 필요가 있다.

[제4실시예]

이하 도 13 내지 도 17을 참조하여, 본 발명의 면 발광 구현 원리가 적용된 조명장치의 제4실시예를 설명한다. 제4실시예에서는 도 1의 (b)나 도 3의 (b)에 도시된 바와 같은 반사부재(102, 104), 즉 반사 프로파일면(13)의 이면에서 반사가 일어나는 구조를 적용하되, 반사부재의 측면에서 광이 입사되어 반사부재를 구성하는 필름부재 자체가 도광 기능을 하는 조명장치가 예시된다.

먼저 도 13과 도 14를 참조하면, 반사부재(10)는 필름부재(11)의 반사 프로파일면(13)에 반사층이 증착, 코팅 또는 도색되는 형태로 제작된다. 상기 필름부재(11)는 2이상의 서로 다른 층으로 제작될 수 있다. 이는 제조의 편리함은 물론, 서로 다른 재질의 층의 경계부에서 반사표면에 입사되는 빛의 굴절을 일으켜 최종적으로 발광 면(20)에서 발광하는 빛의 직진성을 더 높임으로써 휘도를 더 높일 수 있다는 장점을 가진다.

필름부재(11)는 소정의 두께(약 0.5mm 정도)를 가지는 베이스필름층(17) 상에 반사 프로파일면(13)을 구성하는 반사패턴형성층(18)을 몰드 수지로 적층 성형하며 UV 경화하는 방식으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 베이스필름층(17)은 폴리카보네이트(PC)와 같은 플렉시블한 재질일 수 있다. 따라서 필름부재(11)는 유연한 시트 형태로 제작될 수 있다.

상기 반사패턴형성층(18)은 연질의 합성수지를 베이스필름층(17) 상에 성형한 후 UV 경화를 통해 적층될 수 있다. 상기 베이스필름층(17)의 제1면에 반사패턴형성층(18)이 적층되어 마련되는 반사 프로파일면(13)에는 반사층이 코팅될 수 있다. 반사층(14, 15)은 반사 표면을 잘 형성하는 은이나 알루미늄 등을 증착하거나 반사잉크를 도포하여 코팅될 수 있다.

베이스필름층(17)과 반사패턴형성층(18)은 서로 같거나 다른 재질로 제작될 수 있다. 제4실시예에 따르면, 베이스필름층(17)의 굴절율(refractive index)(N1)이 반사패턴형성층(18)의 굴절율(N2) 이하가 되도록, 즉 N1 ≤ N2 가 되도록 각 재질이 선택될 수 있다.

제4실시예에 따르면, 반사표면의 이면에서 반사가 일어나는 구조를 예시하고 있는바, 만약 베이스필름층의 굴절율이 반사패턴형성층의 굴절율보다 더 크다면, 즉 N1 > N2이라면, 베이스필름층에서 반사패턴형성층으로 입사되는 빛의 일부가 임계각보다 더 커서 상기 반사패턴형성층에 입사되지 못하는 현상이 발생하여, 상기 이중반사면을 통해 빛을 발광 면(20)으로 반사하는 빛의 양이 줄어들게 된다.

이와 같이 제작되는 필름부재(11)는 발광 면(20)에 대해 반사부재(10)가 이루는 소정의 각도(a)가 0도가 되더라도, 즉 필름부재(11)와 발광 면(20)이 평행하더라도 면 발광을 더 밝게 구현할 수 있다. 즉 앞서 실시예들에서 소정의 각도(a)를 2~3도 정도 둔 것은 제1반사표면(14)에 입사되는 빛의 각도를 어느 정도 확보하기 위한 것인데, 베이스필름층과 반사패턴형성층 사이에서 굴절이 일어나고, 이러한 베이스필름층보다 반사패턴형성층의 굴절율이 더 큰 계면에서 굴절이 일어나면, 계면에서의 굴절에 의해 제1반사표면(14)에 입사되는 빛의 각도를 추가적으로 확보할 수 있다.

따라서 도 14와 같이 필름부재(11)의 제2면이 발광 면(20)을 이루고 필름부재(11)의 반사표면(14, 15)이 형성된 필름부재(11)의 제1면이 상기 제2면에 평행하며, 광원(30)이 이들 사이의 필름부재(11) 측면에서 제1면 및 제2면과 평행한 방향으로 빛을 조사하더라도, 굴절이 일어나므로, 마치 반사부재를 소정의 각도만큼 기울인 것과 유사한 효과를 가질 수 있게 된다.

상기 광원(30)은 필름부재의 두께에 대응하는 얇은 광원일 수 있으며, 이는 LED로 구현 가능하다. 광원(30)은 완전히 평행한 광원이라기보다, 약간 확산되는 빛을 조사하게 되는데, 이들 중 필름부재(11)의 제2면에 먼저 다다르는 입사광(61)은 제2면에서 전반사되어 베이스필름층(17)과 반사패턴형성층(18)의 계면에 이르게 된다.

그리고 상기 계면에서, 입사광(61)은 도시된 방향으로 굴절되어 제1반사표면(14)에 다다른다. 제1반사표면(14)에서 반사된 1차 반사광(62)은 다시 제2반사표면(15)에 입사되고, 제2반사표면(15)에서 반사된 2차 반사광(63)은 발광 면(20)에 대해 직진성 높게 출사된다. 발광 면(20)에 대해 2차 반사광이 거의 수직으로 입사되면, 공기(제2면의 상부공간)와 필름부재의 제2면 사이의 계면에서 반사되어 다시 필름부재(11) 내부로 되돌아가는 빛의 양을 최소화할 수 있고, 이에 따라 휘도를 크게 높일 수 있다. 즉 본 발명에 따르면, 종래에 휘도를 높이기 위해 빛의 굴절을 유도하여 빛의 직진성을 높이는 프리즘 시트(통상 프리즘 형상이 수직을 이루도록 2장이 적층됨)를 사용하지 않더라도, 충분한 휘도를 확보할 수 있게 된다.

한편, 상기 상기 베이스필름층(17)의 굴절율(N1)과 상기 반사패턴형상층(18)의 굴절율(N2)의 차이는 0.69 이하, 즉 N2 - N1 ≤ 0.69 인 것이 바람직하다. 두 층(17, 18)의 굴절율 차이(N2 - N1)가 0.69를 넘게 되면, 굴절이 크게 일어나 오히려 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15)에서 이중 반사가 잘 일어날 수 있는 범위를 넘어서게 된다. 즉 제1반사표면(14)에 입사되는 입사광(61)의 굴절광이 지나치게 커진다. 아울러 두 층의 차이가 0.69를 넘게 되면, 두 매질의 계면에서 통상적으로 일어나는 반사량이 급증하여 두 층의 계면을 통과하는 빛의 양이 급격하게 줄어들게 된다.

다음으로, 두 층(17, 18)의 굴절율 차이(N2 - N1)가 0.1보다 작으면, 두 층의 계면에서 굴절이 일어나더라도 굴절의 각도가 확보되지 않아 도 14와 같이 제2면(20)과 제1면이 평행하고 광원(30)이 수평으로 빛을 비추는 경우 이중 반사가 원활하게 이루어지지 않게 된다.

도 14에는 제1반사표면(14)이 평면으로 구성된 반사 프로파일면(13)이 제시되어 있다. 앞서 설명하였듯이, 제1반사표면(14)은 광원으로부터 입사되는 빛을 제2반사표면(15)에 도달하도록 반사시키는 역할을 하는데, 본 발명의 취지가 면 발광을 구현하는 것임을 감안하면, 제1반사표면(14)이 평평하게 형성되더라도 이중 반사가 일어남에 큰 영향은 없다. 다만, 제1반사표면(14)이 오목하거나 볼록한 곡면을 가지는 경우보다, 제2반사표면(15)에서 반사된 2차 반사광(63)이 다소 확산되어 나가는 경향이 생기는데, 이는 아주 약간의 휘도 저하를 일으킬 뿐이다. 오히려, 제1반사표면(14)을 평평하게 구성하면 반사부재(10)의 제작이 더 용이하고, 제작 원가를 크게 줄일 수 있다.

도 15는 도 14와 대비하여, 앞서 설명한 연결부(16)가 서로 매칭되는 이중반사 패턴들(14, 15) 간에 형성된 구조가 예시된다. 상기 연결부(16)의 표면에도, 반사율이 높은 금속이 코팅될 수 있다. 연결부(16)에 반사율이 높은 금속 등이 코팅되어 있지 아니하더라도, 도 15에 도시된 바와 같이 광원(30)에서 조사된 입사광(61)이 연결부(16)에 다다르는 경우, 이는 다시 반사(금속 코팅이 있는 경우) 또는 전반사(금속 코팅이 없는 경우)되어 필름부재(11)의 제2면(20)에 다다르고, 다시 제2면에서 전반사되어 필름부재 하부의 반사 프로파일면으로 조사되어, 결국 이중 반사된다.

상기 연결부(16)는 이중반사 패턴의 분포를 조정하여 광분포를 조정하는데 사용될 수 있다. 가령 광원(30)으로부터 멀어질수록 연결부(16)의 길이나 빈도를 줄임으로써, 광원에서 먼 곳이나 가까운 곳에서 발생하는 이중반사 량의 차이를 최소화할 수 있다.

도 16에는 제1반사표면(14)과 제2반사표면(15)이 모두 오목한 구조의 필름부재(11)도 적용할 수 있음이 예시되어 있고, 도 17에는 제1반사표면(14)이 볼록한 면을 포함하고, 제2반사표면이 오목한 구조의 필름부재(11)도 적용할 수 있음이 예시되어 있다.

제4실시예와 같이 필름부재 자체가 도광의 기능을 가지면, 면 발광 조명장치를 필름과 같이 얇게 할 수 있고, 면 발광하는 발광면 자체를 플렉시블하게 변형할 수 있으므로, 조명의 활용 용도가 더욱 확장될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10, 105: 굴절반사부재(필름)
13: 반사 프로파일면
14: 굴절면
15: 반사면
16: 연결면
17: 베이스필름층
18: 반사패턴형상층
20: 발광 면
30: 광원
36: 출사면
40: 제어부
61: 입사광
62, 621, 622: 굴절 입사광
63: 발광면 출사광
80: 하우징
85: 커버
94: 발광부 (발광면에서 빛이 도달하여 밝은 부분)
95: 음영부 (발광면에서 빛이 도달하지 않아 어두운 부분)

Claims (5)

1. 면 발광하는 조명장치로서,
   상기 조명장치는:
   상기 면 발광하는 발광 면(20)에 대해 0도 이상의 소정 각도(a)로 배열되는 반사부재(10); 및
   상기 발광 면과 반사부재(10)의 반사 프로파일면(13) 사이에서 상기 굴절반사부재부재(10)로 빛을 조사하는 광원(30);를 포함하고,
   상기 굴절반사부재(10)는
   투명한 필름 재질로 굴절면(14)를 구비하는 제1면 및 그 이면에 반사면(15)가 형성된 것을 특징으로 하는 면 발광 조명장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원(30)으로부터 출사되는 빛을 입사 받아 이를 굴절 및 반사시켜 발광면(20)으로 출사하는 굴절반사부재(10)을 구비한 면 발광 조명장치
   
3. 청구항 1에 있어서,
   그 두께가 일정 각도로 변화되는 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반사프로파일을 최소 1개 이상 갖는 굴절반사부재(를) 이용한 면 발광 조명장치
   
4. 청구항 1에 있어서,
   굴절반사부재의 굴절률이 1 이상인 것을 특징으로 하는 면 발광 조명장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   반사면(15)가 빛을 정반사 또는 난반사를 시킬 수 있는 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 면 발광 조명장치.
   

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