KR20180090036A - 조명장치 - Google Patents

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김성진
임의진
박광호
장재혁
최영재
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예는 복수 개의 광학패턴을 갖는 광학층을 포함하는 변환부; 상기 광학패턴을 향해 광을 출사하는 발광소자; 및 상기 발광소자가 배치되는 회로기판을 포함하고, 상기 복수 개의 광학패턴은 제1방향으로 이격 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되고, 상기 광학층은 상기 제1방향으로 곡률을 갖는 조명장치를 개시한다.

Description

조명장치{LIGHTING APPARATUS}
실시 예는 조명장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitted Diode) 소자는 화합물 반도체 특성을 이용하여 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시키는 소자로서, 형광등과 달리 수은 등의 유해물질을 사용하지 않아 환경오염 유발원인이 적고, 종래의 다른 광원에 비해 장수명인 장점이 있다. 또한, 종래의 다른 광원과 비교하여 높은 색온도로 인해 시인성이 우수하며 소비전력이 낮은 장점이 있다.
LED 기술의 발전과 보급에 힘입어 조명 장치는 종래의 형광등과 같은 전통적인 광원을 이용하는 형태에서 LED 광원을 이용하는 형태로 발전하고 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2012-0009209호에 개시된 바와 같이, LED 광원과 도광판 등을 이용하여 면발광 기능을 수행하는 조명 장치가 제안되고 있다.
또한, 일부 종래 기술에서는 도광판 상에 확산시트, 프리즘시트, 보호시트 등의 광학시트를 부가하여 면발광 성능을 높인 조명 장치를 제안하고 있다.
그러나, LED 광원을 이용하는 종래의 조명 장치는 도광판 자체의 두께로 인해 전체적인 제품의 두께를 박형화하는데 한계를 가지며, 도광판 자체의 재질이 유연하지 못함에 따라 굴곡이 형성된 하우징이나 애플리케이션에 적용하기 어려운 단점이 있고, 도광판으로 인해 제품 설계 및 디자인 변형이 용이하지 못한 단점을 가진다. 이와 같이, 실내외 조명이나 차량 조명 등과 같은 다양한 응용 제품에 용이하게 적용할 수 있고 원하는 광이미지를 효과적으로 구현할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
최근에는 LED가 배치된 기판상에 레진층을 배치하여 박형화된 조명장치가 개발되고 있으나, 이러한 구조는 레진 표면 및 내부 이물(예: 기포)로 인한 점등 이미지가 불량해질 수 있으며, 레진의 도포를 위해 대면적 회로기판이 필요하게 되어 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
실시 예는 제조 비용이 절감된 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 레진을 생략하여도 선형광의 길이를 유지할 수 있는 조명장치를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 조명장치는, 복수 개의 광학패턴을 갖는 광학층을 포함하는 변환부; 상기 광학패턴을 향해 광을 출사하는 발광소자; 및 상기 발광소자가 배치되는 회로기판을 포함하고, 상기 복수 개의 광학패턴은 제1방향으로 이격 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되고, 상기 광학층은 상기 제1방향으로 곡률을 갖는다.
상기 발광소자는 상기 제2방향으로 복수 개 배치될 수 있다.
상기 광학층의 곡률 반경은 100R 내지 500R일 수 있다.
상기 변환부는 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사하는 반사층을 포함할 수 있다.
상기 변환부가 배치되는 제1수용부, 및 상기 회로기판이 배치되는 제2수용부를 포함하는 브라켓을 포함할 수 있다.
상기 변환부를 노출시키고 상기 회로기판을 덮는 커버를 포함할 수 있다.
상기 제1수용부에 배치되어 상기 변환부를 지지하는 블록을 포함할 수 있다.
상기 발광소자에서 출사된 광은 상기 광학층을 통과하여 선형광으로 변환될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 광학층을 향해 기울어질 수 있다.
상기 발광소자가 수평면을 기준으로 상기 광학층을 향해 기울어진 각도는 1도 내지 30도일 수 있다.
실시 예에 따르면, 레진층을 생략하고 회로기판의 면적을 줄일 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 레진층 없이도 선형광의 길이를 유지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명장치의 사시도이고,
도 2는 도 1의 분해 사시도이고,
도 3은 조명장치의 평면도이고,
도 4는 도 3의 A-A 방향 단면도이고,
도 5a 내지 도 5e는 광학층의 곡률 변화에 따라 변화하는 입체광의 이미지이고,
도 6은 도 4의 변형예이고,
도 7a 및 도 7b는 발광소자가 기울어져 배치되는 경우 선형광 이미지가 변화하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 8a는 광학층의 곡률이 300R이고 발광소자의 경사각도가 0도인 경우 배광 이미지이고,
도 8b는 광학층의 곡률이 300R이고 발광소자의 경사각도가 17도인 경우 배광 이미지이고,
도 8c는 광학층의 곡률이 300R이고 발광소자의 경사각도가 30도인 경우 배광 이미지이고,
도 8d는 광학층의 곡률이 300R이고 발광소자의 경사각도가 60도인 경우 배광 이미지이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 조명장치는 브라켓(20), 브라켓(20) 상에 배치되는 변환부(40)와 발광소자(31)가 배치된 회로기판(30), 및 브라켓(20)에 결합하는 커버(10)를 포함할 수 있다.
변환부(40)는 발광소자(31)에서 출사되는 광을 선형광(1)으로 변환할 수 있다. 선형광은 복수 개의 점광원이 관찰자에게 선의 형태로 인식되는 것으로 정의할 수 있다. 선형광은 입체광일 수도 있다. 관측자는 선형광의 일측이 멀어지거나 가까워지는 것으로 인식할 수 있다. 즉, 관측자는 선형광의 깊이감을 느낄 수 있다.
브라켓(20)은 변환부(40)가 배치되는 제1수용부(23) 및 회로기판(30)이 배치되는 제2수용부(24)를 포함할 수 있다. 브라켓(20)의 종류 및 형상은 특별히 제한하지 않는다. 예시적으로 브라켓(20)은 차량 램프에 사용되는 브라켓(20) 형상을 가질 수도 있다.
커버(10)는 중앙에 개구부(11)가 형성되어 변환부(40)를 노출시키고 제2수용부(24)를 덮을 수 있다. 커버(10)의 형상은 특별히 제한하지 않는다. 커버(10)의 형상은 브라켓(20) 형상에 대응될 수 있다.
블록(21)은 변환부(40)를 지지할 수 있다. 블록(21)의 일면은 곡률이 형성될 수 있다. 따라서, 블록(21)의 일면에 배치되는 변환부(40) 역시 곡률을 가질 수 있다. 실시 예에 따르면 다양한 곡률을 갖는 블록(21)이 선택적으로 배치될 수 있다. 예시적으로 블록(21)은 일면의 곡률 반경이 500R인 제1블록, 곡률 반경이 300R인 제2블록, 곡률 반경이 100R인 제3블록 등이 배치될 수 있다. 따라서, 원하는 블록을 삽입하여 변환부(40)의 곡률 반경을 다양하게 변화시킬 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 블록(21)은 브라켓(20)에 일체로 형성될 수도 있다.
회로기판(30)은 변환부(40)의 측면에 배치될 수 있다. 회로기판에 발광소자와 변환부를 배치하고 그 위에 레진층을 배치하면 회로기판의 면적이 커지는 문제가 있다. 그러나 실시 예에 따르면 레진층이 생략되므로 회로기판(30)은 변환부의 측면에만 배치되므로 발광소자(31)가 배치되는 면적만을 가질 수 있다. 따라서, 제조비용이 절감되고 레진을 도포 및 경화하는 공정이 생략되므로 제조 공정도 간단해질 수 있다.
변환부(40) 및 회로기판(30)의 형상은 특별히 한정하지 않는다. 실시 예에서는 오각형 형상의 변환부(40)의 각 측면에 회로기판(30)이 배치되는 구조를 도시하였다. 그러나, 변환부(40)의 형상은 차량 램프의 점등 이미지에 맞게 다양하게 제작될 수 있으며 회로기판(30)은 변환부(40)의 측면에 배치될 수 있다.
도 3은 조명장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A 방향 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시 예에 따른 조명장치는 복수 개의 광학패턴(42a)을 갖는 광학층(42)을 포함하는 변환부(40), 광학층(42)의 측면에 배치되는 회로기판(30), 및 회로기판(30)상에 배치되는 발광소자(31)를 포함한다.
변환부(40)는 반사층(41), 및 반사층(41) 상에 배치되는 광학층(42)을 포함할 수 있다. 변환부(40)는 광원에서 출사된 광(L11)을 선형광으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 선형광은 변환부(40)의 두께 방향(Y 방향)으로 깊이감을 가질 수 있다. 즉, 관찰자는 광학패턴(42a)의 연장방향과 실질적으로 수직한 방향으로 진행하는 광만을 관찰할 수 있다. 또한, 관찰자는 선형광이 일방향으로 갈수록 멀어지거나 가까워지는 것으로 인식할 수 있다.
반사층(41)은 브라켓의 일면 상에 배치될 수 있다. 반사층(41)은 반사 효율이 높은 재질을 포함하여 발광소자(31)에서 출사된 광을 반사할 수 있다. 반사층(41)에 의해 조명장치는 광손실을 줄이고 입체효과를 갖는 선형광을 더욱 선명하게 표현할 수 있다.
반사층(41)은 빛의 반사 특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 증가시키기 위해 백색 안료를 분산 함유하는 합성수지가 이용될 수 있다. 예를 들어, 백색 안료는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산염, 황산바륨, 탄산칼슘 등을 포함할 수 있다. 합성수지 원료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀루로오스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 반사층(41)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 스테인리스 강 등을 포함할 수도 있다.
광학층(42)은 제1방향(X축 방향)으로 이격되고 제2방향(Z축 방향)으로 연장된 복수 개의 광학패턴(42a)을 포함할 수 있다. 광학패턴(42a)은 제2방향(Z축 방향)으로 연장된 음각 또는 양각의 렌즈 형상일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 광학패턴(42a)은 단면이 프리즘 형상일 수도 있다.
기판(30)은 외부 전원을 발광소자(31)에 인가할 수 있는 회로기판일 수 있다. 예시적으로 기판(30)은 세라믹 몸체에 회로 패턴이 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
발광소자(31)는 발광 다이오드 또는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 발광소자(31)는 청색 파장대, 녹색 파장대, 또는 적색 파장대의 광을 출사할 수 있다. 선택적으로 발광소자(31) 상에는 형광체와 같은 파장 변환층(미도시)이 배치될 수도 있다.
실시 예에 따른 조명장치는 발광소자(31)와 변환층을 덮는 레진층이 생략될 수 있다. 레진층이 있는 경우 발광소자(31)에서 출사된 광은 제1방향(X방향)으로 이동할 수 있다. 그러나, 레진층이 없는 실시 예에서는 발광소자(31)에서 출사된 광 중에서 일부 광만이 변환부(40)에 입사되어 선형광으로 변환될 수 있다. 즉, 선형광의 길이가 상대적으로 짧아질 수 있다.
따라서, 실시 예에 따른 광학층(42)은 곡률을 가질 수 있다. 곡률은 수평면(HL)을 기준으로 블록(21)을 향해 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 수평면(HL)과 광학층(42) 사이의 이격거리는 발광소자(31)에서 멀어질수록 커질 수 있다. 중앙 지점에 도달한 후 수평면(HL)과의 이격거리는 점차 가까워질 수 있다.
선형광 이미지는 광학층(42)의 곡률이 증가할수록 길어질 수 있다. 발광소자(31)에서 출사된 광이 변환부(40)에 입사되는 거리가 길어지기 때문이다. 도 4를 참조하면 곡률이 없는 수평면(HL)에 비해 광이 변환부(40)에 입사되는 지점은 제1방향으로 길어질 수 있다. 따라서, 레진층을 생략하여도 선형광의 길이를 제어할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 광학층의 곡률 변화에 따라 변화하는 입체광의 이미지이다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 도 5a와 같이 변환부에 곡률이 없는 경우 선형광의 길이가 상대적으로 짧은 반면, 도 5b와 같이 곡률 반경이 500R인 경우 길이가 증가한 것을 확인할 수 있다. 곡률 반경 500R은 반지름이 500mm인 원이 휘어진 정도를 의미할 수 있다.
도 5c와 같이 곡률 반경이 300R인 경우와 도 5d와 같이 곡률 반경이 200R인 경우 선형광의 길이가 점차 길어짐을 알 수 있다. 또한, 도 5e와 같이 곡률 반경이 100R인 경우 도 5a에 비해 선형광의 길이가 대폭 향상된 것을 확인할 수 있다. 즉, 곡률 반경이 작아질수록(곡률이 커질수록) 선형광의 길이가 증가함을 알 수 있다.
따라서, 실시 예에 따르면, 발광소자와 변환부를 덮는 레진층을 생략하여도 상대적으로 긴 선형광 이미지를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 곡률 반경이 작아질수록 선형광의 이미지가 길어지는 장점은 있으나 조명장치가 두꺼워지는 문제가 있다. 따라서, 곡률 반경은 100R 내지 500R이 바람직할 수 있다. 곡률 반경이 100R보다 작아지는 경우(예:10R) 조명장치의 두께가 너무 두꺼워지고 500R보다 커지는 경우(예: flat) 충분한 선형광 이미지를 얻지 못하는 문제가 있다.
도 6은 도 4의 변형예이고, 도 7a 및 도 7b는 발광소자가 기울어져 배치되는 경우 선형광 이미지가 변화하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 조명장치는 발광소자(31)가 광학층(42)을 향해 기울어질 수 있다. 이러한 구성에 의하면 곡률을 갖는 광학층(42)에 조사되는 광량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 7a를 참조하면, 발광소자(31)가 수평면(HL)과 평행하게 배치되는 경우 수평면(HL)과 평행하게 출사되는 광은 광학층(42)에 입사되지 않는다. 그러나, 발광소자(31)가 광학층(42)을 향해 소정의 각도(θ1)로 기울어진 경우 발광소자(31)에서 출사된 광은 대부분 광학층(42)에 입사될 수 있다.
즉, 발광소자(31)가 기울어질수록 더 많은 광이 광학층(42)에 입사되므로 출사되는 선형광은 더 선명해지고 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 깊이감 역시 향상될 수 있다.
하기 표 1은 광학층의 곡률 반경에 따라 발광소자의 다르게 하여 배광을 측정한 표이다.
광학층의 곡률 발광소자 각도 광도(cd)
실시 예1 100R 0 4.2
실시 예2 100R 30 5.14
실시 예3 100R 60 5.89
실시 예4 100R 75 6.06
실시 예5 300R 0 0.96
실시 예6 300R 17 0.94
실시 예7 300R 30 0.94
실시 예8 300R 60 0.82
실시 예9 500R 0 0.66
실시 예10 500R 10 0.53
실시 예11 500R 30 0.49
실시 예12 500R 60 0.39
실시 예13 flat 0 0.83
실시 예14 flat 30 0.72
실시 예15 flat 60 0.45
상기 표 1을 참조하면, 광학층(41)의 곡률 반경이 작아질수록(곡률이 커질수록) 배광(H-V값)이 상승하는 것을 알 수 있다. 예시적으로 실시 예 15와 같이 광학층(41)이 곡률이 없는 경우 발광소자(31)의 각도를 60도로 기울여 배치하여도 배광이 0.45cd인 반면, 실시 예 1과 같이 광학층(41)이 100R의 곡률 반경을 갖는 경우에는 발광소자(31)의 각도가 0도이여도 배광이 약 4.2cd인 것을 알 수 있다. 따라서, 광학층(41)이 곡률을 갖는 경우 선형광의 이미지가 상대적으로 향상됨을 확인할 수 있다.
또한, 광학층(41)의 곡률이 동일한 경우에는 발광소자(31)가 소정 각도로 기울어질수록 배광이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 예시적으로 실시 예 1의 경우 배광이 4.2cd인 반면, 발광소자(31)의 각도가 증가한 실시 예 2, 3, 4의 경우 각각 배광이 향상되었음을 확인할 수 있다.
이때, 광학층(41)의 곡률 반경이 100R인 경우에는 선형광 이미지는 향상되나 광학층의 두께가 너무 두꺼워질 수 있다. 따라서, 광학층(41)의 곡률 반경은 300R 내지 500R로 제어될 수 있다. 이 경우, 발광소자(31)의 각도는 1도보다 크고 30도 보다 작을 수 있다. 표1 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 실시 예 8과 같이 각도가 60도인 경우 실시 예 7에 비해 오히려 배광이 작아짐을 확인할 수 있다. 또한, 도 8d는 도 8c에 비해 선형광의 이미지가 흐려지고 길이도 짧아졌을 알 수 있다.
본 실시예의 조명 장치는 차량용 조명 장치로 한정되지 않으며, 필름 형태의 유연한 조명 장치로서 건물, 설비, 가구 등의 조명 설치 대상의 내외측 곡면부나 굴곡부에 적용될 수 있다. 그 경우, 아우터 렌즈는 광가이드부, 광가이부와 입체효과 형성부 및 반사부가 조합된 광학 부재 및/또는 광원부를 지지하는 지지 부재 또는 하우징이 될 수 있다. 이 경우, 아우터 렌즈는 외부에서 내부가 보이는 일정 수준 이상의 광투과율 또는 투명도를 가질 수 있다. 실시 예의 조명장치는 모터 사이클의 후미등으로 기능할 수도 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.

Claims (10)

  1. 복수 개의 광학패턴을 갖는 광학층을 포함하는 변환부;
    상기 광학패턴을 향해 광을 출사하는 발광소자; 및
    상기 발광소자가 배치되는 회로기판을 포함하고,
    상기 복수 개의 광학패턴은 제1방향으로 이격 배치되고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되고,
    상기 광학층은 상기 제1방향으로 곡률을 갖는 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 제2방향으로 복수 개 배치되는 조명장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학층의 곡률 반경은 100R 내지 500R인 조명장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변환부는 상기 광학층의 하면에 배치되는 반사층을 포함하는 조명장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변환부가 배치되는 제1수용부, 및 상기 회로기판이 배치되는 제2수용부를 포함하는 브라켓을 포함하는 조명장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변환부를 노출시키고 상기 회로기판을 덮는 커버를 포함하는 조명장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1수용부에 배치되며, 상기 브라켓과 상기 변환부 사이에 배치되는 블록을 포함하는 조명장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자에서 출사된 광은 상기 변환부에 의하여 반사 또는 굴절되어 선형광으로 변환되는 조명장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 광학층을 향해 기울어진 조명장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광소자가 수평면을 기준으로 상기 광학층을 향해 기울어진 각도는 1도 내지 30도인 조명장치.
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