WO2014051394A1 - 조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프 - Google Patents

조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프 Download PDF

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WO2014051394A1
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한규성
김태경
박광호
박무룡
박상준
장재혁
정윤모
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엘지이노텍 주식회사
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    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to providing a lighting device that can increase the light collection efficiency.
  • Lighting units utilizing various light sources used in electronic devices are implemented in such a way as to increase light efficiency by utilizing suitable light sources according to the characteristics of each electronic device.
  • the lighting unit used in such an electronic device is a backlight unit applied to a flat panel display, an indoor light used in an indoor environment, or a head light, a fog light, a retracted light, a vehicle width light, a number light, a tail light, a braking light, a direction installed in an exterior of a vehicle It can be variously applied to indicator lights, emergency flashing lights, and interior lightings installed inside a vehicle.
  • Embodiments of the present invention have been made to solve the above-described problems, and to realize a lighting device having an excellent condensing function while controlling the light distribution distribution of the surface light source.
  • a light emitting module including a light guide member for embedding a light source and a light collecting member on the surface light emitting module.
  • the condensing member may be configured to increase the condensing efficiency by applying a lens member having a plurality of light collecting patterns for condensing or a member having a perforated optical pattern.
  • the light shielding module having a bracket structure for supporting the light source module accommodated therein is formed of a structure implemented with a reflective material for shielding a region of the upper portion of the light source module, and the light emitted from the light source is reflected to the shielding area to collect the light. It is possible to concentrate to the member has the effect of increasing the brightness of the light emitting portion.
  • the configuration of the surface light emitting module according to an embodiment of the present invention by removing the light guide plate and inducing light using the resin layer the effect of reducing the number of light emitting units, it is possible to reduce the overall thickness of the lighting device. Will have the effect.
  • the surface light emitting module in forming the surface light emitting module according to the embodiment of the present invention, it is possible to secure flexibility by forming a lighting device using a flexible printed circuit board and a resin layer has the effect of increasing the degree of freedom of product design. .
  • the surface light emitting module by having a reflective sheet and a reflective pattern which is a structure capable of efficiently reflecting the light emitted from the light emitting unit, it is possible to maximize the brightness and increase the luminance improvement There is an effect that can provide an effect and a uniform surface light source.
  • FIG 1 and 2 are a cross-sectional view of the main part showing the main part of the lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are conceptual diagrams for explaining the structure of the light collecting member 200 illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a structure of a second embodiment further including a shielding module accommodating the surface light emitting module and the light collecting member described above in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a simulation test result for confirming the light condensing effect in the surface lighting of a vehicle according to the presence or absence of a light collecting member when the lighting device according to the first and second embodiments of the present invention is applied to a vehicle lighting device;
  • One graph One graph.
  • FIG. 8 is a conceptual view of a main part section for explaining the structure of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 and 10 show a plan view and a main part conceptual view showing a light collecting member according to the present invention.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a simulation test result for confirming a light condensing effect in surface illumination with or without a light collecting member by applying a third embodiment of the present invention.
  • Embodiments of the present invention implement a surface light source, by applying a light collecting member capable of collecting light emitted from the surface light emitting module, by adjusting the light distribution characteristics of the surface light source, in a range that does not inhibit the uniformity of the surface light source
  • the main idea is to provide a surface light that can enhance the light efficiency.
  • the lighting device according to an embodiment of the present invention is applied to a vehicle lamp, it is possible to satisfy the legal standard in a range that does not impair the uniformity of the surface light source, and implemented as a vehicle surface lighting that can improve the light efficiency at the same time. It is also possible.
  • FIG 1 and 2 are a cross-sectional view of the main part showing the main part of the lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the lighting apparatus includes a surface light emitting module 100 and a surface light emitting module including an optical guide member 140 to bury a light source 130. It may be configured to include a light collecting member 200 on the (100). In the embodiment of the present invention, the light collecting member 200 may be disposed on the surface light emitting module 100 to maximize the effect of condensing the light emitted from the surface light emitting module 100.
  • the light collecting member capable of collecting light emitted from the surface light source module, by adjusting the light distribution characteristics of the surface light source, it is possible to satisfy the legal standard in the range that does not impair the uniformity of the surface light source
  • the light efficiency can be promoted so that it can be used for various lighting such as a surface of a vehicle.
  • the surface light emitting module 100 includes at least one light source 130 and an optical guide member 140 formed to bury the light source.
  • it may include a printed circuit board 110 for mounting the light source 130 basically, in this case, the printed circuit board 110 refers to a substrate, that is, a PCB, a circuit pattern is formed on the substrate, in the present invention It is preferable that the printed circuit board 110 of a transparent material.
  • Conventional lighting devices are opaque by using a FR4 printed circuit board, but it is possible to provide a transparent lighting device by using a transparent material, in particular, a transparent PET printed circuit board as in the present invention.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the light source 130 constituting the surface light emitting module 100 is one or more light sources arranged on the printed circuit board 110 to emit light, and the light source 130 has a side view type. It may be made of a light emitting diode. That is, a light emitting diode having a structure in which the direction of the emitted light does not go straight to the upper portion but emits toward the side can be used as the light source 130 of the present invention.
  • the illumination device of the present invention is to arrange the light source 130 made of the side-type light emitting diode in a direct type, using the resin layer to be described later to implement the light diffusion and reflection function to diffuse the light in the upper direction And by inducing, it is possible to reduce the total number of light sources and to innovatively reduce the overall weight and thickness of the lighting device.
  • the light guide member 140 disposed on the printed circuit board 110 is provided on the printed circuit board 110 to diffuse and induce light from the light source 130.
  • the light guide member 140 may be a resin layer that replaces the light guide plate as well as a conventional light guide plate.
  • a reflective member 120 may be further included between the printed circuit board 110 and the optical guide member 140.
  • the reflective member 120 is formed on the upper surface of the printed circuit board 110.
  • the light source 130 is formed through.
  • the reflection member 120 is formed of a material having high reflection efficiency to reduce light loss by reflecting the light emitted from the light source 130 to the upper portion where the second diffusion member 150 is located.
  • the reflective member 120 may be formed in the form of a film, and may include a synthetic resin containing dispersion of a white pigment in order to realize a property of promoting light reflection and light dispersion.
  • titanium oxide, aluminum oxide, zinc oxide, lead carbonate, barium sulfate, calcium carbonate may be used as the white pigment
  • polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, acrylic resin, colicarbonate, polystyrene, polyolefin may be used as the synthetic resin.
  • Cellulose source acetate, weather resistant vinyl chloride, etc. may be used, but is not limited thereto.
  • a reflective pattern 121 may be formed on a surface of the reflective member 120, and the reflective pattern 121 serves to uniformly transmit light to the second diffusion member 150 by scattering and dispersing incident light. Do it.
  • the reflective pattern may be formed by printing on the surface of the reflective member 120 using a reflective ink including any one of TiO 2 , CaCo 3 , BaSO 4 , Al 2 O 3, Silicon, and PS, but is not limited thereto. no.
  • a reflective ink including any one of TiO 2 , CaCo 3 , BaSO 4 , Al 2 O 3, Silicon, and PS, but is not limited thereto. no.
  • transparent PET may be used instead of the film.
  • the reflective pattern 121 has a structure having a plurality of protruding patterns, and in order to increase the light scattering effect, a dot pattern shape, a prism shape, a lenticular shape, a lens shape, or a combination thereof It may be made of, but is not limited thereto.
  • the cross-sectional shape of the reflective pattern 121 may be formed in a structure having a variety of shapes, such as triangular, square, semi-circular, sinusoidal.
  • the light guide member 140 may apply a resin layer as the light guide member, in which case the resin layer is applied in a structure that is in close contact with the front surface of the light source 130 to bury the light source
  • the resin layer diffuses the light emitted from the light source 130 to the front. That is, the resin layer is formed to have a structure to bury the light source 130, thereby performing a function of dispersing the light emitted from the light source 130 in the lateral direction. That is, the function of the conventional light guide plate can be performed in the resin layer.
  • Such a resin layer of the present invention may be basically made of a resin of a material capable of diffusing light.
  • the resin layer of the present invention may be made of a self-curing resin containing an oligomer, and more specifically, the resin layer may be formed using a resin containing a urethane acrylate oligomer as a main raw material.
  • the resin which mixed the urethane acrylate oligomer which is a synthetic oligomer, and the polymer type which is polyacryl can be used.
  • this may further include monomers in which low-boiling dilution-type reactive monomers such as IBOA (isobornyl acrylate) and HPA (Hydroxylpropyl acrylate, 2-HEA (2-hydroxyethyl acrylate)) are mixed, and as an additive a photoinitiator (eg, 1 -hydroxycyclohexyl phenyl-ketone, etc.) or antioxidants, etc.
  • a photoinitiator eg, 1 -hydroxycyclohexyl phenyl-ketone, etc.
  • the resin layer of this invention can be formed with all resin which exists.
  • the resin layer of the present invention may further include a plurality of light diffusers having a hollow (or void) formed therein.
  • a light diffuser may include a bead in which pores are formed therein, and a form in which a bead is mixed and diffused.
  • the diffusing material may be included in a particle form.
  • the light diffuser 141 serves to improve reflection and diffusion characteristics of light. For example, when the light emitted from the light source 130 is incident on the light diffuser 141 inside the resin layer, the light is reflected and transmitted by the hollow of the light diffuser 141 to diffuse and condense and exit upward. do. At this time, the light diffuser 141 increases the reflectance and the diffusion rate of the light, thereby improving the amount and uniformity of the emitted light, and consequently, the effect of improving the brightness of the lighting device.
  • the content of beads may be appropriately adjusted to obtain a desired light diffusing effect, and more specifically, the total resin layer weight.
  • the contrast may be adjusted in the range of 0.01 to 0.3%, but is not limited thereto. That is, the light emitted from the light source 130 in the lateral direction is diffused and reflected through the resin layer and the beads so that the light can travel upward.
  • Such beads may be composed of any one selected from silicon, silica, glass bubble, PMMA, urethane, Zn, Zr, Al 2 O 3 , and acryl.
  • the particle diameter of the bead may be formed in the range of 1 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the presence of the resin layer can be innovatively reduced the thickness occupied by the conventional light guide plate, it is possible to realize the thinning of the entire product, and to have a flexible material bar curved surface Benefits include ease of application, design freedom, and other flexible displays.
  • the light source module 100 may have a structure in which the optical pattern layer 160 is disposed on the light guide module 140.
  • the optical pattern layer 160 may be formed on the surface of the light guide member 140, but may be formed and disposed on the surface of the transparent optical sheet 161.
  • the optical pattern 164 may be formed between the pair of optical sheets 161 and 162.
  • the optical pattern layer 160 basically serves to prevent the light emitted from the light source 130 from being concentrated.
  • the optical pattern layer 160 may be formed as a light shielding pattern so that a part of the light shielding effect may be implemented to prevent a phenomenon that the light is excessively strong and the optical characteristics deteriorate or yellowish light is emitted.
  • the light shielding pattern may be printed on the top surface of the light guide member 140 using the light shielding ink, or may be formed by performing a printing process on the top or bottom surface of the optical sheet.
  • the optical pattern 164 included in the optical pattern layer 160 is not a function of completely blocking light, but may control light blocking or diffusing degree of light with one optical pattern to perform a function of partially blocking and diffusing light. Can be implemented.
  • the optical pattern 164 may be implemented as a superimposed printing structure of a complex pattern.
  • the superimposed printing structure refers to a structure that forms one pattern and prints another pattern shape on the upper portion thereof.
  • a light shielding ink including any one or more materials selected from TiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , Al 2 O 3 , and silicon is formed on the lower surface of the polymer film in the light emitting direction.
  • the light shielding pattern formed using a diffusion pattern formed by using, and a light shielding ink including Al or a mixture of Al and TiO 2 . That is, after the diffusion pattern is formed by white printing on the surface of the polymer film, a light shielding pattern may be formed thereon, or a double structure may be formed in the reverse order.
  • the patterned design of the pattern may be variously modified in consideration of light efficiency, intensity, and light blocking rate.
  • the light-shielding pattern which is a metal pattern, may be formed on the middle layer in the sequentially stacked structure, and a triple structure may be formed on the upper and lower portions thereof to implement the diffusion pattern.
  • one of the diffusion patterns is implemented using TiO 2 having excellent refractive index, and CaCO 3 having excellent light stability and color sense is used together with TiO 2. It is possible to realize different diffusion patterns, and to secure light efficiency and uniformity through the triple structure of the structure implementing the light shielding pattern using Al having excellent concealment.
  • CaCO 3 functions to subtract the exposure of yellow light to finally implement white light, thereby realizing more stable light.
  • particles such as BaSO 4 , Al 2 O 3 , and silicon beads Larger, similarly structured inorganic materials may be used.
  • the optical pattern 164 is preferably formed by adjusting the pattern density so that the pattern density is lowered farther from the emission direction of the LED light source in terms of light efficiency.
  • the optical pattern 164 included in the optical pattern layer 160 may form a spacer 163 forming an air layer on the periphery.
  • the adhesive member 165 may be implemented to bond a pair of optical sheets 161 and 162.
  • the presence of the spacer 163 may increase the scattering efficiency of light by forming an air layer having different refractive indices around the optical pattern.
  • the optical sheet a transparent sheet of a material having excellent light transmittance may be applied, and PET may be used as an example.
  • the adhesive member 165 may use a thermosetting PSA, a thermosetting adhesive, or a UV curing PSA type material.
  • the spacer 170 may be disposed between the second diffusion member 150 and the light guide member 140 to form a spacer 170. It is possible to increase the uniformity of the supplied light, and as a result, it is possible to implement the effect of improving the uniformity (uniformity) of the diffused and emitted light. At this time, in order to minimize the deviation of the light transmitted through the light guide member 140, the thickness (H1) of the separation unit 170 may be formed in the range of more than 0 ⁇ 20mm, if it is out of 20mm to increase the diffusion efficiency of light Will fall.
  • the light collecting member 200 may be disposed on the light guide member 140 to increase the light collecting efficiency.
  • the light collecting member 200 may be implemented in a structure having a lens pattern on a base substrate to collect light emitted from the surface light emitting module 100.
  • a lower portion of the light collecting member 200 may further include a first diffusion member 150 to increase the uniformity of the light incident on the light collecting member 200.
  • 3 to 5 are conceptual diagrams for explaining the structure of the light collecting member 200 illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the light collecting member 200 is a structure in which the optical pattern 220 is formed on the plate-shaped base member 210, and is preferably formed of a light transmissive material having a refractive index of 1.3 to 1.7. The larger the value, the higher the light collection efficiency. If the refractive index is less than 1.3, the efficiency of light collection is greatly reduced. If the refractive index is increased to 1.7, the efficiency of light collection is increased, but the overall light efficiency (light distribution) is hindered.
  • the material of the light collecting member is polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), cyclic olefin copoly (COC), polyethylene terephthalate (PET), acrylic resin, urethane acrylate (Urethane Acrylate), epoxy acrylate (Epoxy Acrylate), Polyester Acrylate, Polyether Acrylate, Polybutadiene Acrylate, Silicon Acrylate, Polyethylene naphthalate, Polycarbonate (polycarbonate), polyolefin (polyolefin), cellulose acetate (cellulose acetate), weather resistant vinyl chloride, any one selected from the active energy (Energy) pre-curable resin may be applied.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PS polystyrene
  • COC cyclic olefin copoly
  • PET polyethylene terephthalate
  • acrylic resin urethane acrylate
  • Urethane Acrylate Urethane Acrylate
  • 4 and 5 is a conceptual diagram showing an embodiment showing the main portion of the light collecting member 200 according to the present invention.
  • the light collecting member according to the present invention may be formed integrally on the surface of the base substrate 210 or may be formed on the surface of the base substrate 210 by being detachably bonded to the optical patterns 220 and 230.
  • the optical pattern may have a uniform size and shape or may be arranged in combination with one another.
  • the lens pattern may have different sized lenses.
  • the vertical cross section of the pattern may be embodied in any one of a semicircle, a semi-ellipse, a prism, a lenticular, and an R-prism.
  • the Sag (height (H): lens diameter (R)) of the lens pattern can be formed in a range of 0.01 to 0.9. As the sag of the lens pattern increases to a predetermined level in the above range, the light collecting efficiency increases, but when it exceeds the above range, the sag of the lens pattern inhibits the light collecting efficiency or the entire light distribution.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment in which the condensing member of FIG. 4 is deformable.
  • FIG. 5 shows that a bent portion having an intaglio curvature may be formed in a space between adjacent lens patterns 220 and 230.
  • the bottom surface between the lens patterns according to the present invention can be applied to a flat structure that is not formed bent, adjacent to each other between lens patterns It is possible to implement even in a structure without a flat bottom surface.
  • the condensing member adjusts the sag of the lens pattern to secure the condensing efficiency and luminance, while providing a concave bent portion in the space between the lens patterns to increase the light efficiency. It is also possible (b).
  • the above-described virtual ellipse may be spherical by adjusting the lengths of the long axis 'a' and the short axis 'b', and the length of the long axis and the short axis is preferably adjusted in the range of 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m. This is because when it is out of the above-described numerical value, it is difficult to substantially satisfy the condensing efficiency that the condensing lens pattern should have.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a structure of a second embodiment further including a shielding module 400 accommodating the surface light emitting module and the light collecting member described above in the first embodiment.
  • the surface light emitting module 100 and the light collecting member 200 of the first embodiment of the present invention described above are included.
  • the surface light emitting module 100 and the light collecting member 100 are disposed therein.
  • It may be configured to further include a shielding module 400 for receiving.
  • a second diffusion member 300 may be disposed on an upper surface of the light collecting member 200 to diffuse the collected light, and the surface light emitting module 100 and the light collecting member 200 may be opened at an upper portion thereof. It may be mounted in a structure accommodated in the shielding module 400 of the bracket structure in which the area is formed.
  • the diffusion member 300 may be disposed on the upper surface or the inner side of the shielding module 400, as shown in FIG.
  • the shielding module 400 may be formed of a material including any one of Al, PC, PP, ABS, and PBT, which reflects the light emitted from the surface light emitting module 100 and transmits the light to the light collecting member 300. It is to be able to help the light diffusion and condensing.
  • the light collecting member 200 may be formed with a light collecting optical pattern formed integrally or separately to the light transmitting base member so as to increase the efficiency of light collecting.
  • the light collecting member 200 As the light collecting member 200 is closer to the surface light emitting module 100, the light collecting efficiency is increased, and the optimal range is considered when the separation distance d between the diffuser plate 300 and the surface light emitting module 100 is considered. As illustrated in FIG. 6, the light collecting member 200 may be disposed within a distance d 1 , which is 3/4 of a distance d from the top surface of the surface light emitting module 100. More preferred.
  • FIG. 7 is a simulation test result for confirming the light condensing effect in the surface lighting of a vehicle according to the presence or absence of a light collecting member when the lighting device according to the first and second embodiments of the present invention is applied to a vehicle lighting device;
  • One graph One graph.
  • the total luminous efficiency and the luminous intensity were measured when (a) there was no light collecting member and (b) where there was a light collecting member.
  • the light collecting member used had a refractive index of 1.5 and the optical pattern formed on the light collecting member had a microlens pattern with a sag of 0.5.
  • FIG. 8 is a conceptual view of a main part section for explaining the structure of the third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment is a modification of the structure of the light collecting member in the structure of the second embodiment described above, and will be described by applying the same reference numerals to the light collecting member corresponding to the same configuration.
  • the lighting apparatus includes a surface light emitting module 100 and a light emitting member including a light guide member disposed in a structure in which a plurality of light sources are embedded. It includes a light collecting member 500 is formed to collect a perforated optical pattern.
  • a diffusion member may be disposed on an upper portion of the light collecting member 200, and the surface light emitting module 100 and the light collecting member 500 may have a bracket structure having an opening region formed thereon. It may be mounted in a structure accommodated in the shielding module 300.
  • the shielding module 300 may be formed of a material including any one of Al, PC, PP, ABS, and PBT, which reflect the light emitted from the surface light emitting module 100 and transmit the light to the light collecting member 500. It is to be able to help the light diffusion and condensing.
  • the configurations of the surface light emitting module 100 and the shielding module 400 are the same as in the above-described embodiment, and will be described based on the deformation structure of the light collecting member.
  • the light collecting member 500 may include a plurality of light collecting through holes formed in the base member, and may transmit only the light passing through the light collecting through holes to the upper portion to increase the intensity of light collecting.
  • FIG. 9 and 10 illustrate a planar conceptual view and a main conceptual view illustrating the light collecting member 500 according to the third embodiment of the present invention.
  • the light collecting member 500 includes a plurality of light collecting holes 510 passing through the light emitted from the surface light emitting module on the base substrate 510. And a blocking unit 520 for blocking light to a region other than the light collecting unit and the light collecting hole.
  • the condensing part means a plurality of condensing holes 210, and the blocking part 520 means an area which blocks light transmission to an area other than the condensing hole 510.
  • FIG. 10 illustrates an example of the structure of the light collecting hole 510 of FIG. 9, wherein the light collecting hole 510 has a diameter of an exiting part whose diameter of an incident part of the light collecting hole adjacent to the surface light emitting module direction is opposite to the incident part. It may be formed as follows. This is for intensively forming the condensing intensity. That is, when comparing the diameter of the inlet (b) of the light collecting hole formed on the surface of the light collecting member adjacent to the surface light emitting unit 100 and the outlet (a) formed on the opposite surface of the light collecting member in FIG. As shown in), the diameter of the outlet (a) formed on the opposite side of the light collecting member may be the same or larger.
  • the structure of the light collecting hole 510 may be deformed in various shapes and sizes according to the light distribution, and the cross-sectional shape of the hole may have various irregular shapes (single closed curve) as well as circles, ellipses, and polygons.
  • the area ratio of the upper surface and the lower surface of the light collecting hole 510 can be variously designed according to the light efficiency and the light distribution, and considering the longitudinal section or the transverse side of the light collecting hole, the asymmetric shape as well as the left and right symmetry It is possible.
  • the inclined surface of the inner surface of the hole may have a shape such as a curve, a parabola, as well as a straight line, and the cross-sectional shape of the hole may be variously modified as shown in FIG. .
  • the light condensing hole 510 according to the third embodiment of the present invention enables the light to be strongly concentrated by transmitting light intensively only at a specific desired place.
  • the light collecting member 500 is preferably formed of a material having a high reflectance, and the light emitted from the surface light emitting module 100 does not pass through the light collecting hole in the structure of FIG. 8 and is reflected back to the light collecting hole.
  • the light collecting member may be formed of a material including any one of Al, PC, PP, ABS, PBT, and Ag.
  • the light collecting member itself may be formed using a light blocking resin or a metal, and may have a structure in which a reflective material layer is coated on one surface of the light collecting member facing the light exit surface of the surface light emitting module 100.
  • the reflective material layer may be formed of any one material selected from TiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , Al 2 O 3 , Silicon, PS, and Ag.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a simulation test result for confirming a light condensing effect in surface illumination with or without a light collecting member by applying a third embodiment of the present invention.
  • Figure 11 (a) is the result of applying only the surface light emitting unit 100 in Figure 8
  • Figure 11 (b) is arranged on the top of the surface light emitting unit 100, the light collecting member 500 is disposed
  • the results are shown.
  • the maximum intensity value was 52.6cd to 87.2cd compared with the light collecting member before installation. It can be seen that the increase rapidly increases by about 66%.
  • the presence of the light collecting member in the surface light according to the present invention increases the light collecting rate, which controls the light distribution by adjusting the shape of the light collecting hole of the light collecting member, thereby increasing the light collecting effect.
  • Lighting device can be applied to various lamp devices, such as vehicle lamps, home lighting devices, industrial lighting devices that require lighting. For example, when applied to a vehicle lamp, it is also applicable to headlights, vehicle interior lighting, doorscar, rear lights and the like.
  • the lighting apparatus of the present invention can be applied to the field of the backlight unit applied to the liquid crystal display device, and can be applied to all the lighting related fields that are currently developed and commercialized or can be implemented according to future technology development.

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Abstract

본 발명의 조명장치는 면광원이 갖는 배광분포의 조절하면서 동시에 집광기능이 우수한 조명장치를 구현하기 위해 집광부재를 갖는 면조명을 구현하여 집광도를 극대화할 수 있도록 한다.

Description

조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프
본 발명의 실시예들은 집광효율을 높일 수 있는 조명장치를 제공하는 것에 관한 것이다.
전자기기에 사용되는 다양한 광원을 활용한 조명유닛은 각 전자기기의 특성에 따라 적합한 광원을 활용하여 광효율을 높이는 방식으로 구현되고 있다.
최근 이러한 전자기기에 사용되는 조명유닛은 평판디스플레이에 적용되는 백라이트 유닛이나, 실내환경에 사용하는 실내등, 또는 자동차 외부에 설치되는 전조등, 안개등, 후퇴등, 차폭등, 번호등, 후미등, 제동등, 방향지시등, 비상점멸표시등이나, 자동차 내부에 설치되는 실내조명등에 다양하게 적용될 수 있다.
그러나 이러한 조명의 대부분은 광을 제공하는 광의 전달을 효율화하는 도광판 등의 부재를 적용하여 면광원의 휘도의 측면에서 접근하는 방식이 대부분이다.
그러나 차량과 같은 법정된 배광분포를 만족해야 하는 특수 조명과 같은 경우에 면광원이 적용되는 경우, 종래의 휘도의 측면에서 접근하는 방식의 조명은 면광원으로 구현하는 데 있어서 배광분포를 조절하기 어려우며, 특히 광의 집광도가 떨어져서 면광원을 조명으로 적용하는 데에 한계가 발생한다.
본 발명의 실시예는 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 면광원이 갖는 배광분포의 조절하면서 동시에 집광기능이 우수한 조명장치를 구현할 수 있도록 한다.
특히, 면광원 내의 도광판 구조를 제거하여 전체 두께를 박형화하고 광효율을 확보함과 동시에 면광원의 수직방향의 집광효과를 극대화할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 광원을 매립하는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈 및 상기 면발광모듈 상의 집광부재를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.
특히, 집광부재의 구성을 다수의 집광용 광확패턴을 구비한 렌즈부재나 천공형 광학패턴을 구비한 부재를 적용하여 집광효율을 높일 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 면광원이 갖는 배광분포의 조절하면서 동시에 집광기능이 우수한 조명장치를 구현하기 위해 집광부재를 갖는 면조명을 구현하여 집광도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 집광기능이 우수한 안정적인 면조명을 구현하여 LED 수량을 감소시킬 수 있도록 하여 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 효과도 있다.
나아가, 내부에 수용되는 광원모듈을 지지하는 브라켓 구조의 광 차폐모듈이 광원모듈의 상부의 일영역을 차폐하는 반사재질로 구현되는 구조로 형성되며, 광원에서 출사하는 광이 차폐영역에 반사되어 집광부재로 집중할 수 있도록 하여 발광부의 광도를 증가시키는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 면발광모듈의 구성을 도광판을 제거하고, 레진층을 이용하여 광을 유도하도록 함으로써, 발광유닛의 수를 절감할 수 있는 효과, 조명장치의 전체적인 두께를 박형화할 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 면발광모듈을 구성함에 있어, 연성인쇄회로기판 및 레진층을 이용하여 조명장치를 형성함으로써 유연성을 확보할 수 있게 되어 제품 디자인의 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 면발광모듈 내에, 발광유닛에서 출사되는 광을 효율적으로 반사시킬 수 있는 구조물인 반사시트 및 반사패턴을 구비함으로써, 광의 반사율 향상과 함께 휘도향상을 극대화할 수 있는 효과 및 균일한 면광원을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 요부를 도시한 요부 단면 개념도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1 및 도 2에서 도시한 집광부재(200)의 구조를 설명하기 위한 요부 개념도이다.
도 6은 상술한 제 1실시예에서 상술한 면발광모듈 및 집광부재를 수용하는 차폐모듈(을 더 포함하는 제2실시예의 구조를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 조명장치를 차량용 조명장치에 적용하는 경우, 집광부재의 유무에 따른 차량용 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예의 구조를 설명하기 위한 요부 단면 개념도이다.
도 9 및 도 10 본 발명에 따른 집광부재를 도시한 평면개념도 및 요부개념도를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예를 적용하여, 집광부재의 유무에 따른 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
[부호의 설명]
100: 면발광유닛
110: 인쇄회로기판
120: 반사부재
130: 광원
140: 광가이드부재
150: 제1확산부재
160: 광학패턴
161, 162: 광학시트
200, 500: 집광부재
300: 제2확산부재
400: 차폐모듈
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 실시예들은 면광원을 구현하되, 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광할 수 있는 집광부재를 적용하여, 면광원의 배광특성을 조절함으로써, 면광원이 갖는 균일도를 저해하지 않는 범위에서 광효율을 증진할 수 있는 면조명을 제공하는 것을 요지로 한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 차량용 램프에 적용하는 경우 면광원이 갖는 균일도를 저해하지 않는 범위에서 법적 기준을 만족시킬 수 있도록 함과 동시 광효율을 증진할 수 있는 차량용 면조명으로 구현도 가능하다.
1. 제1실시예
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 요부를 도시한 요부 단면 개념도이다.
도시된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치는 광원(130)을 매립하는 광가이드부재(140)를 포함하는 면발광모듈(100) 및 상기 면발광모듈(100) 상의 집광부재(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 집광부재(200)을 면발광모듈(100) 상에 배치하여 면발광모듈(100)에서 출사하는 광을 집광하는 효과를 극대화할 수 있게 된다. 즉, 면광원모듈에서 출사하는 광을 집광할 수 있는 집광부재를 구비하여, 면광원의 배광특성을 조절함으로써, 면광원이 갖는 균일도를 저해하지 않는 범위에서 법적 기준을 만족시킬 수 있도록 함과 동시 광효율을 증진할 수 있도록 하여 차량용 면조면 등 다양한 조명에 활용이 가능할 수 있도록 할 수 있다.
상기 면발광모듈(100)은 적어도 하나의 광원(130)과 상기 광원을 매립하도록 형성되는 광가이드부재(140)를 포함한다. 특히 기본적으로 광원(130)을 실장하는 인쇄회로기판(110)을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 인쇄회로기판(110)은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미하며, 본 발명에서는 투명 재질의 인쇄회로기판(110)인 것이 바람직하다. 종래의 조명장치의 경우 FR4 인쇄회로기판을 이용함으로써 불투명하였지만, 본원발명과 같이 투명재질, 특히 투명 PET 인쇄회로기판을 이용함으로써 투명한 조명장치의 제공이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 형성 가능하다.
상기 면발광모듈(100)을 구성하는 상기 광원(130)은 상기 인쇄회로기판(110) 상에 하나 이상의 광원이 배열되어 광을 출사하는 부분으로서, 상기 광원(130)은 측면형(side view type) 발광다이오드로 이루어질 수 있다. 즉 출사되는 광의 방향이 바로 상부로 직진하는 것이 아니라 측면을 향해서 출사하는 구조의 발광다이오드를 본 발명의 광원(130)으로서 이용할 수 있다. 이에 따르면 본 발명의 조명장치는 측면형 발광다이오드로 이루어진 광원(130)을 직하형으로 배치하게 되는바, 광확산 및 반사기능을 구현하는 이하에서 설명할 레진층을 활용하여 상부 방향으로 광을 확산 및 유도함으로써, 전체 광원의 개수를 감소시킬 수 있게 되고, 조명장치의 전체 무게 및 두께를 혁신적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(110) 상에 배치되는 상기 광 가이드 부재(140)는 인쇄회로기판(110) 상부에 구비되어 광원(130)으로부터의 광을 확산 유도하게 된다. 상기 광 가이드 부재(140)로서는 종래의 도광판뿐 아니라 도광판을 대체하는 레진층일 수도 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판(110)과 상기 광가이드부재(140) 사이에는 반사부재(120)가 더 포함될 수 있으며, 이 경우 상기 반사부재(120)는 인쇄회로기판(110)의 상면에 형성되며, 광원(130)이 관통 형성되는 구조로 이루어진다. 상기 반사부재(120)는 반사효율의 높은 재질로 형성됨으로써 광원(130)에서 출사되는 광을 제2확산부재(150)이 위치하는 상부로 반사시켜 광손실을 줄이는 역할을 한다. 이러한 반사부재(120)는 필름형태로 이루어질 수 있으며, 빛의 반사특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색안료를 분산 함유하는 합성 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 예컨대 백색안료로서는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산연, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있으며, 합성 수지로서는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로소스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 반사부재(120)의 표면에는 반사패턴(121)이 형성될 수 있으며, 반사패턴(121)은 입사되는 광을 산란 및 분산시킴으로써 제2확산부재(150)에 광이 균일하게 전달되도록 하는 역할을 한다. 상기 반사패턴의 형성은 TiO2, CaCo3, BaSO4, Al2O3, Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 반사잉크를 이용하여 반사부재(120) 표면에 인쇄함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사부재(120)로서는 필름을 대신하여 투명 PET를 이용할 수도 있다. 또한 반사패턴(121)의 구조는 복수의 돌출된 패턴을 구비하는 구조로 이루어지며, 빛의 산란효과를 증대시키기 위하여 도트(dot) 패턴 형상, 프리즘 형상, 렌티큘러 형상, 렌즈형상 또는 이들의 조합형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사패턴(121)의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 반원형, 사인파형 등 다양한 형상을 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 광가이드부재(140)는 광가이드 부재로서 레진층을 적용할 수 있으며, 이 경우 레진층은 상기 광원(130)의 전면에 밀착하는 구조로 도포되어 광원을 매립하게 된다.상기 레진층으로 광가이드부재(140)을 형성하는 경우, 상기 레진층은 광원(130)에서 출사되는 광을 전방으로 확산 유도하게 된다. 즉, 상기 레진층은 광원(130)을 매립하는 구조로 형성됨으로써, 상기 광원(130)에서 측방향으로 출사하는 광을 분산시키는 기능을 수행하게 된다. 즉 종래의 도광판의 기능을 레진층에서 수행할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 레진층은, 기본적으로 광을 확산할 수 있는 재질의 수지로 이루어질 수 있다. 예컨대 본 발명의 레진층은 올리고머를 포함하는 자와선경화수지로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 레진층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 주원료로 하는 레진을 이용하여 형성될 수 있다. 이를테면, 합성올리고머인 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 폴리아크릴인 폴리머 타입을 혼합한 수지를 사용할 수 있다. 물론, 여기에 저비점 희석형 반응성 모노머인 IBOA(isobornyl acrylate), HPA(Hydroxylpropyl acrylate, 2-HEA(2-hydroxyethyl acrylate) 등이 혼합된 모노머를 더 포함할 수 있으며, 첨가제로서 광개시제(이를 테면, 1-hydroxycyclohexyl phenyl-ketone 등) 또는 산화방지제 등을 혼합할 수 있다. 다만, 상술한 내용은 하나의 예시일 뿐이며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한, 광 확산기능을 수행할 수 있는 모든 수지로 본 발명의 레진층을 형성할 수 있다고 할 것이다.
한편, 본 발명의 레진층에는 내부에 중공(또는 공극)이 형성된 다수의 광확산체가 더 포함될 수 있다. 이러한 광확산체의 일예로는 내부에 공극이 형성되는 비드(bead)가 혼합 및 확산된 형태로 구현되는 것을 들 수 있으며, 이외에도 확산물질을 입자화하여 포함시키는 것도 가능하다. 이러한 광확산체(141)는 광의 반사 및 확산특성을 향상시키는 역할을 한다. 예컨대, 광원(130)에서 출사된 광이 레진층 내부의 광확산체(141)에 입사하게 되면, 광은 상기 광확산체(141)의 중공에 의해 반사 및 투과되어 확산 및 집광되고 상부로 출사된다. 이때, 광확산체(141)에 의해 광의 반사율 및 확산율이 증가하게 되어 출사광의 광량 및 균일도가 향상되고, 결과적으로 조명장치의 휘도를 향상시키는 효과를 거둘 수 있게 된다.
상기 광확산체(141)을 내부에 공극이 형성되는 구조의 비드로 형성하는 경우, 비드(bead)의 함량은 원하는 광 확산효과를 얻기 위하여 적절히 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 전체 레진층 중량 대비 0.01~0.3% 범위에서 조절될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 광원(130)에서 측방향으로 출사되는 광은 레진층과 비드를 통해 확산 및 반사되어 상부방향으로 진행할 수 있게 된다. 이러한 비드는 실리콘(sillicon), 실리카(silica), 글라스버블(glass bubble), PMMA, 우레탄(urethane), Zn, Zr, Al2O3, 아크릴(acryl) 중 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 비드의 입경은 1㎛~20㎛의 범위에서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레진층의 존재로 인해 종래의 도광판이 차지하던 두께를 혁신적으로 감소시킬 수 있게 되어, 전체 제품의 박형화를 구현할 수 있게 되고, 연성의 재질을 가지게 되는바 굴곡면에도 용이하게 적용할 수 있는 이점, 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있는 이점 및 기타 플렉서블 디스플레이에도 응용적용이 가능한 이점을 갖게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원모듈(100)은 상기 광가이드모듈(140) 상부에 광학패턴층(160)을 배치하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 광학패턴층(160)은 상기 광가이드부재(140) 표면에 형성되는 것도 가능하나, 투명 광학시트(161)의 표면에 형성되어 배치될 수 있다. 또는, 도 2의 구조와 같이, 한쌍의 광학시트(161, 162) 사이에 광학패턴(164)을 형성하여 배치되는 것도 가능하다.
상기 광학패턴층(160)은 기본적으로 광원(130)에서 출사되는 광이 집중되지 않도록 하는 기능을 한다. 이러한 상기 광학패턴층(160)은 빛이 강도가 과하게 강하여 광학특성이 나빠지거나 황색광이 도출(yellowish)되는 현상을 방지하기 위하여 일정 부분 차광효과가 구현될 수 있도록 차광패턴으로 형성될 수 있으며, 이러한 차광패턴은 차광잉크를 이용하여 상기 광가이드부재(140)의 상면에 인쇄되거나, 또는 상기 광학시트의 상면 또는 하면에 인쇄공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.
상기 광학패턴층(160)에 포함되는 광학패턴(164)은 광을 완전차단하는 기능이 아니라, 광의 일부 차광 및 확산의 기능을 수행할 수 있도록 하나의 광학패턴으로 광의 차광도나 확산도를 조절할 수 있도록 구현할 수 있다. 나아가 더욱 구체적으로는 상기 광학패턴(164)은 복합적인 패턴의 중첩인쇄구조로 구현할 수도 있다. 중첩인쇄의 구조란 하나의 패턴을 형성하고, 그 상부에 또 하나의 패턴형상을 인쇄하여 구현하는 구조를 말한다. 일례로는 광학패턴(164)을 구현함에 있어서, 광의 출사방향으로 고분자필름의 하면에 TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성되는 확산패턴과, Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴의 중첩구조로 구현할 수 있다. 즉 고분자필름의 표면에 확산패턴을 화이트인쇄 하여 형성한 후, 그 위에 차광패턴을 형성하거나, 이와 반대의 순서로 2중 구조로 형성하는 것도 가능하다. 물론 이러한 패턴의 형성 디자인은 광의 효율과 강도, 차광율을 고려하여 다양하게 변형할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 또는, 순차 적층구조에서 가운데층에 금속패턴인 차광패턴을 형성하고, 그 상부와 하부에 각각 확산패턴을 구현하는 3 중구조로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 3 중구조에서는 상술한 물질을 선택하여 구현하는 것이 가능하며, 바람직한 일례로서는 굴절율이 뛰어난 TiO2를 이용하여 확산패턴 중 하나를 구현하고, 광안정성과 색감이 뛰어난 CaCO3를 TiO2와 함께 사용하여 다른 확산패턴을 구현하며, 은폐가 뛰어난 Al을 이용하여 차광패턴을 구현하는 구조의 3 중 구조를 통해 빛의 효율성과 균일성을 확보할 수 있다. 특히 CaCO3는 황색광의 노출을 차감하는 기능을 통해 최종적으로 백색광을 구현하도록 하는 기능을 하여 더욱 안정적인 효율의 광을 구현할 수 있게 되며, CaCO3이외에도 BaSO4, Al2O3, Silicon 비드 등의 입자 사이즈가 크고, 유사한 구조를 가진 무기 재료들을 활용할 수도 있다. 아울러, 광학패턴(164)은 상기 LED 광원의 출사방향에서 멀어질수록 패턴밀도가 낮아지도록 패턴밀도를 조절하여 형성함이 광효율의 측면에서 바람직하다.
특히, 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에서 광학패턴층(160)에 포함되는 광학패턴(164)은 주변부에 공기(Air) 층을 형성하는 이격부(163)를 형성할 수 있도록 하며, 이를 위해 접착부재(165)를 이용하여 한 쌍의 광학시트(161, 162)를 접착하는 구조로 구현할 수 있다. 상기 이격부(163)의 존재는 광학패턴의 주변에 굴절율이 다른 공기층을 형성하여 광의 산란효율을 높일 수 있도록 할 수 있다. 광학시트는 광투과율이 우수한 재질의 투명재질의 시트를 적용할 수 있으며, 일예로 PET를 이용할 수 있다. 아울러 접착부재(165)는 열광화 PSA, 열경화접착제, UV 경화 PSA 타입의 물질을 이용할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예로서 도 1의 구조에서 제2확산부재(150)과 광가이드부재(140) 사이에는 이격부(170)를 형성하는 구조로 배치할 수 있으며, 상기 이격부(170)는 공급되는 광의 균일도를 증가시킬 수 있게 되고, 결과적으로 확산 및 출사되는 광의 균일도(uniformity)를 향상시키는 효과를 구현할 수 있게 된다. 이때, 광가이드부재(140)을 투과한 광의 편차를 최소화하기 위해, 이격부(170)의 두께(H1)는 0 초과 ~ 20mm의 범위에서 형성될 수 있으며, 20mm를 벗어나는 경우에는 광의 확산효율을 떨어지게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 구조와 같이, 본 발명에 따른 제1실시예의 구조에서는 광가이드부재(140) 상부에 집광부재(200)을 배치하여 집광효율을 높일 수 있도록 할 수 있다.
상기 집광부재(200)은 면발광모듈(100)에서 출사한 광을 집광할 수 있도록 베이스기재 상에 렌즈패턴을 구비하는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 상기 집광부재(200)의 하부에는 제1확산부재(150)를 더 포함하여 집광부재(200)으로 입사하는 광의 균일도를 높일 수 있도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 1 및 도 2에서 도시한 집광부재(200)의 구조를 설명하기 위한 요부 개념도이다.
상기 집광부재(200)는 플레이트 형상의 베이스 부재(210)에 광학패턴(220)이 형성되는 구조로, 굴절율이 1.3~1.7 사이의 값을 가지는 광투과성 물질로 형성됨이 바람직하며, 이 범위에서 굴절율이 클수록 집광효율이 증가하게 된다. 굴절율이 1.3 미만의 경우에는 집광의 효율성이 크게 떨어지게 되며, 굴절율이 1.7을 증가하게 되는 경우에는 집광의 효율성은 높아지나 전체적인 광효율(광분포)가 저해되게 된다. 이러한 집광부재의 재료로는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴수지, 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester Acrylate), 폴리에테르 아크릴레이트(Polyether Acrylate), 폴리부타디엔 아크릴레이트(Polybutadiene Acrylate), 실리콘 아크릴레이트(Silicon Acrylate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate),폴리올레핀(polyolefin), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 내후성 염화비닐,활성 에너지(Energy) 선 경화 형 수지 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 집광부재(200)의 요부를 도시한 일실시예를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 집광부재는 도 4에 도시된 것과 같이, 베이스기재(210) 표면에 일체형으로 형성되거나 또는 베이스기재(210) 표면에 분리형으로 접착되어 독립적으로 형성되는 광학패턴(220, 230)이 형성되며, 상기 광학패턴은 균일한 크기와 형상을 가지거나 또는 서로 다른 크기나 형상을 가지는 것을 조합하여 배치하는 것도 가능하다.
일예로 도 4에 도시된 것과 같이, 베이스기재(210)의 상부면(X)에 돌출형 구조의 반구형 렌즈패턴이 형성되는 경우에도, 크기가 서로 다른 렌즈패턴으로 구현할 수 있으며, 형상의 경우 렌즈패턴의 수직단면이 반원형, 반타원형, 프리즘, 렌티큘러, R-프리즘 중 어느 하나의 형상으로 구현되는 것도 가능하다. 특히 집광효율을 위해서는 상기 렌즈패턴의 Sag(높이(H):렌즈지름(R)) 가 0.01~0.9의 범위에서 형성될 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 랜즈패턴의 sag는 위 범위에서 일정 수준으로 증가할 수록 집광효율이 상승하게 되나, 위 범위를 벗어나는 경우에는 집광효율이나 전체 광분포를 저해하게 된다.
도 5는 도 4의 집광부재의 구조에서 변형가능한 실시예를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 구조에서는 인접하는 각각의 렌즈패턴(220, 230) 사이의 공간에 음각의 곡률을 가진 굴곡부가 형성될 수 있음을 보여주는 것이다.
도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, (a) 본 발명에 따른 렌즈패턴 간 사이의 바닥면은 굴곡이 형성되지 않는 평평한 구조를 적용할 수 있으며, 렌즈패턴 간 서로 인접하게 하여 평평한 바닥면이 없는 구조로도 구현하는 것이 가능하다.
그러나, 렌즈패턴간 평평한 바닥면이 존재하는 경우에는 집광부재로 입사되는 광이 비교적 직진으로 상기 바닥면을 투과하게 되어 출사광이 불균일(휘선)하게 나타나게 된다. 이러한 집광의 균일도를 향상시키기 위해 본 발명에 따르면 집광부재는 렌즈패턴의 sag를 조절하여 집광효율 및 휘도를 확보하는 한편, 각 렌즈 패턴간의 사이 공간에 음각의 굴곡부를 구비하여 광효율을 높일 수 있도록 구현하는 것도 가능하다(b).
인접하는 렌즈패턴(220, 230) 사이의 공간을 가상의 수직방향의 장축 'a'와 가상의 수평방향의 단축 'b'를 가진 가상의 타원이 접하도록 형성될 경우, 각 렌즈에 접하는 렌즈 제1접점(T1)과 렌즈 제2접점(T2), 바닥부접점(T3)에 접하도록 하고, 상기 렌즈(220)과 가상의 타원, 바닥부를 제외한 공간을 채움으로써, 렌즈 제1접점과 렌즈 제2접점, 바닥부 접점을 지나는 음각의 곡률을 지닌 굴곡부(240)를 형성할 수 있다.
상술한 가상의 타원은 장축'a'와 단축'b'의 길이를 조절함으로써 구면 형상이 될 수도 있으며, 이러한 장축과 단축의 길이는 0.1㎛ ~ 1000㎛의 범위에서 조절됨이 바람직하다. 이는 상술한 수치를 벗어날 경우에는 실질적으로 집광렌즈패턴이 가져야 하는 집광효율 만족하기가 어렵기 때문이다.
2. 제2실시예
도 6은 상술한 제 1실시예에서 상술한 면발광모듈 및 집광부재를 수용하는 차폐모듈(400)을 더 포함하는 제2실시예의 구조를 도시한 개념도이다.
본 제2실시예에 따르면, 상술한 본 발명의 제1실시예의 면발광모듈(100) 및 집광부재(200)를 포함하며, 특히 상기 면발광모듈(100)과 집광부재(100)을 내부에 수용하는 차폐모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 집광부재(200)의 상부면에는 집광되는 광을 확산시키는 제2확산부재(300)가 배치될 수 있으며, 상술한 면발광모듈(100)과 집광부재(200)는 상부에 개구영역이 형성되는 브라켓 구조의 차폐모듈(400) 내에 수용되는 구조로 장착될 수 있다. 아울러, 상기 확산부재(300)은 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 차폐모듈(400)의 상면이나 내측에 배치될 수 있다. 상기 차폐모듈(400)은 Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나 포함하는 재질로 형성될 수 있으며, 이는 상기 면발광모듈(100)에서 출사하는 광을 반사시켜 집광부재(300)로 전달하여 광의 확산 및 집광을 도울 수 할 수 있게 하기 위함이다.
상기 면발광모듈(100)에서는 발광영역이 면발광을 수행할 수 있도록 하는 광가이드부재를 통해서 광이 출사하게 되며, 출사되는 광은 상부에 배치되는 집광부재(200)을 통해 집광이 이루어지게 된다. 상기 집광부재(200)는 광투과성이 있는 베이스부재에 일체형 또는 분리형으로 형성되는 집광용 광학패턴이 형성되어 집광의 효율성을 높일 수 있도록 함이 바람직하다.
상술한 상기 집광부재(200)은 면발광모듈(100)에 근접할수록 집광효율이 증가하게 되며, 최적 범위는 확산판(300)과 면발광모듈(100) 사이의 이격거리(d)를 고려할 때, 도 6에 도시된 것과 같이, 면발광모듈(100)의 최상부 표면에서 이격거리(d)의 3/4이 되는 거리(d1) 내에 상기 집광부재(200)이 배치되도록 함이 집광효율적인 측면에서 더욱 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 조명장치를 차량용 조명장치에 적용하는 경우, 집광부재의 유무에 따른 차량용 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 6의 구조에서 (a) 집광부재가 없는 경우, (b) 집광부재가 있는 경우에 전체 발광효율과 광도를 측정하였다. 사용되는 집광부재는 굴절율이 1.5, 집광부재에 형성된 광학패턴은 마이크로렌즈패턴으로 sag가 0.5로 형성된 것을 이용하였다.
그 결과, (a) 집광부재가 없는 경우, (b) 집광부재가 있는 경우의 그래프의 집광도를 비교하면, 집광부재가 추가된 (b)의 그래프에서 확인할 수 있듯이, 집광하고자 하는 방향(A, B direction에서 중심으로부터 각각 20도 이내)에서는 높은 강도(39.6 Watt/steradian)가 나오는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과를 통해서도 본 발명에 따른 차량용 면조명에서 집광부재의 존재는 집광율을 높이며, 이는 집광부재의 굴절율과 집광용 광학패턴의 sag가 증가할 수록 집광효과를 상승하게 됨을 알 수 있다.
3. 제3실시예
도 8은 본 발명의 제3실시예의 구조를 설명하기 위한 요부 단면 개념도이다.
본 제3실시예는 상술한 제2실시예의 구조에서 집광부재의 구조를 변형한 것으로, 동일한 구성에 해당하는 집광부재의 부호를 동일하게 적용하여 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명장치는 다수의 광원을 매립하는 구조로 배치되는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈(100) 및 상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 집광하는 천공형 광학패턴이 형성되는 집광부재(500)를 포함하여 이루어진다. 이 경우 상기 집광부재(200)의 상부에는 집광되는 광을 확산시키는 확산부재가 배치될 수 있으며, 상술한 면발광모듈(100)과 집광부재(500)는 상부에 개구영역이 형성되는 브라켓 구조의 차폐모듈(300) 내에 수용되는 구조로 장착될 수 있다. 상기 차폐모듈(300)은 Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나 포함하는 재질로 형성될 수 있으며, 이는 상기 면발광모듈(100)에서 출사하는 광을 반사시켜 집광부재(500)로 전달하여 광의 확산 및 집광을 도울 수 할 수 있게 하기 위함이다. 이하에서는 상기 면발광모듈(100) 및 차폐모듈(400)의 구성은 상술한 실시예와 동일 한바, 집광부재의 변형 구조를 중심으로 기술하기로 한다.
상기 집광부재(500)는 베이스부재에 다수의 집광용 관통홀이 형성되고, 이 집광용 관통홀을 투과한 광만을 상부로 전달하여 집광의 강도를 높일 수 있도록 함이 바람직하다.
도 9 및 도 10 본 발명의 제3실시예에 따른 상기 집광부재(500)를 도시한 평면개념도 및 요부개념도를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 상기 집광부재(500)는 베이스기재(510) 상에 상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 관통시키는 다수의 집광홀(510)을 포함하는 집광부와 상기 집광홀 이외의 영역으로 광을 차단하는 차단부(520)를 포함하여 구성된다. 상기 집광부는 다수의 집광홀(210)을 의미하며, 상기 차단부(520)는 상기 집광홀(510)이 형성된 이외의 영역으로 빛의 투과를 차단하는 영역을 의미한다.
도 10은 도 9의 집광홀(510)의 구조의 일예를 도시한 것으로, 상기 집광홀(510)은 기본적으로 면발광모듈 방향에 인접한 집광홀의 입사부의 직경이 상기 입사부에 대향하는 출사부의 직경 이하로 형성될 수 있다. 이는 집광강도를 집약적으로 형성하기 위함이다. 즉, 도 9에서 면발광유닛(100)에 인접한 집광부재의 표면에 형성되는 집광홀의 입구(b)와 집광부재의 반대면에 형성되는 출구(a)의 직경을 비교하면, 도 10의 (b)에 도시된 것과 같이 집광부재의 반대면에 형성되는 출구(a)의 직경이 동일하거나 더 크게 형성될 수 있도록 한다.
상술한 집광홀(510)의 구조는 배광분포에 따라 다양한 형상과 사이즈로 변형설계될 수 있으며, 홀의 단면 모양 역시 원, 타원, 다각형 뿐만아니라 다양한 비정형화된 모양(단일폐곡선)을 가질 수 있다.
또한, 상술한 것과 같이, 집광홀(510)의 윗면과 아랫면의 면적 비율은 광효율과 집광분포에 따라 다양하게 설계가 가능하며, 집광홀의 종단면이나 횡단변을 고려할 때, 좌우 대칭 뿐아니라 비대칭모양도 가능하다. 아울러, 도 10의 (c)와 같이, 홀의 내표면의 경사면이 직선 뿐만아니라 곡선, 포물선 등의 형상을 가질 수 있으며, 도 10의 (d)와 같이 홀의 단면 형상이 다양하게 변형 설계될 수 있다.
상술한 본 발명의 제3실시예에 따른 집광홀(510)은 원하는 특정 개소에서만 광을 집중적으로 투과가 이루어지도록 하여 집광도를 강하게 형성할 수 있도록 한다.
특히, 상기 집광부재(500)는 반사율이 높은 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 이는 도 8의 구조에서 면발광모듈(100)에서 출사한 광이 집광홀을 투과하지 못한 광이 다시 반사되어 집광홀로 유도할 수 있도록 하여 광의 이용효율을 높일 수 있도록 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 집광부재는, Al, PC, PP, ABS, PBT, Ag 중 어느 하나 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 또는, 집광부재 자체는 광차단성 수지나 금속을 이용하여 형성하고, 상기 면발광모듈(100)의 광출사면과 마주하는 집광부재의 일면상에 반사물질층을 코팅하는 구조로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 반사물질층은, TiO2, CaCO3, BaSO4, Al2O3, Silicon, PS, Ag 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3실시예를 적용하여, 집광부재의 유무에 따른 면조명에서의 집광효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 11의 (a)는 도 8에서의 면발광유닛(100) 만을 적용한 결과이며, 도 11의 (b)는 면발광유닛(100)의 상부에 본 발명에 따른 집광부재(500)를 배치한 결과를 도시한 것이다. 그 결과 면발광유닛 위에 집광부재를 설치한 경우, 총 광효율은 67.2%에서 39.0%로 감소하였으나, 최대 집광도(Maximum intensity) 값은 52.6cd에서 87.2cd로 집광도 면에서는 집광부재 설치 전에 비교하여 약 66% 증가하여 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과를 통해서도 본 발명에 따른 면조명에서 집광부재의 존재는 집광율을 높이며, 이는 집광부재의 집광홀의 형상을 조절하여 배광분포를 제어함으로써, 집광효과를 상승하게 됨을 알 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 조명이 필요로 하는 다양한 램프장치, 이를테면 차량용 램프, 가정용 조명장치, 산업용 조명장치에도 적용이 가능하다. 예컨대 차량용 램프에 적용되는 경우, 헤드라이트, 차량실내조명, 도어스카프, 후방라이트 등에도 적용이 가능하다. 추가적으로 본 발명의 조명장치는 액정표시장치에 적용되는 백라이트 유닛 분야에도 적용 가능하며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 조명관련 분야에 적용 가능하다고 할 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 광원을 매립하는 광가이드부재를 포함하는 면발광모듈; 및
    상기 면발광모듈 상의 집광부재;
    를 포함하는 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광부재의 상부 또는 하부의 확산부재를 더 포함하는 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광부재는,
    베이스기재의 표면에 광학패턴이 마련되는 조명장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    상기 베이스기재 표면의 다수의 렌즈패턴인 조명장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 렌즈패턴은,
    Sag가 0.01~0.9인 조명장치.
    (단, sag는 렌즈패턴의 높이(H):렌즈패턴의 지름(R)으로 정의한다.)
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 집광용 광학패턴은,
    인접하는 각각의 렌즈 사이의 공간에 음각의 곡률을 가진 굴곡부가 마련되는 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광부재는,
    상기 면발광모듈에서 출사하는 광을 관통시키는 다수의 집광홀을 포함하는 집광부;와
    상기 집광홀 이외의 영역으로 광을 차단하는 차단부;
    를 포함하는 조명장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 집광홀은,
    면발광모듈 방향에 인접한 집광홀의 입사부의 직경이 상기 입사부에 대향하는 출사부의 직경 이하로 형성되는 조명장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 집광부재는,
    상기 면발광모듈의 광출사면과 마주하는 일면에 반사물질층을 더 포함하는 조명장치.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면발광모듈을 수용하며 상부가 개구되는 차폐모듈을 더 포함하는 조명장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 면발광모듈은,
    상기 다수의 광원을 실장하는 인쇄회로기판과 상기 광가이드부재 사이에 배치되는 반사부재를 더 포함하는 조명장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 연성인쇄회로기판인 조명장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 반사부재 상의 반사패턴을 더 포함하는 조명장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 면발광모듈은,
    상기 광가이드부재 상면에 배치되는 제1확산부재를 더 포함하는 조명장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1확산부재와 광가이드부재 사이에 배치되는 다수의 광학패턴을 더 포함하는 조명장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    상기 제1확산부재의 표면에 형성되거나,
    제1광학시트층의 표면에 형성되는 조명장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    상기 광가이드부재 상면에 배치되는 제1광학시트층 및 제2광학시트층 사이에 배치되는 조명장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 광학패턴은,
    TiO2, CaCO3, BaSO4, Silicon 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 확산패턴과,
    Al 또는 Al과 TiO2의 혼합물을 포함하는 차광잉크를 이용하여 형성된 차광패턴이 중첩구조로 이루어진 조명장치.
  19. 청구항 10에 있어서,
    상기 광가이드부재는,
    올리고머를 포함하는 자외선 경화수지인 조명장치.
  20. 청구항 10의 조명장치를 포함하는 차량용 램프.
PCT/KR2013/008713 2012-09-27 2013-09-27 조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프 WO2014051394A1 (ko)

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