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KR101442275B1 - 조명 장치 및 차량 창유리 - Google Patents

조명 장치 및 차량 창유리 Download PDF

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KR101442275B1
KR101442275B1 KR1020097002259A KR20097002259A KR101442275B1 KR 101442275 B1 KR101442275 B1 KR 101442275B1 KR 1020097002259 A KR1020097002259 A KR 1020097002259A KR 20097002259 A KR20097002259 A KR 20097002259A KR 101442275 B1 KR101442275 B1 KR 101442275B1
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South Korea
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light
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film
light guide
management device
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KR1020097002259A
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마크 알. 울너
잭퀄린 에이. 웨델
준캉 제이. 리우
레베카 에이. 쉽맨
마이클 에이. 마이스
고든 디. 헨슨
딘 제이. 스티츠
니콜라스 에이. 리
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Publication date
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Abstract

본 발명은 일반적으로 조명 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 광 전환 플레이트와 조합되는 얇은 광원 또는 에지 발광형(edge-lit) 광원을 이용하는 조명 장치에 관한 것이다. 조명 장치는 넓은 범위의 응용에 사용될 수 있으며, 특히 차량의 내부 조명에 적합하다.
조명 장치, 광원, 도광체, LED, 차량 창유리

Description

조명 장치 및 차량 창유리{AN ILLUMINATION DEVICE AND A VEHICLE GLAZING}
본 발명은 일반적으로 조명 장치에 관한 것이며, 상세하게는 고유한 커버 재료를 이용하는 조명 장치에 관한 것이다.
넓은 범위의 표면 또는 공간에 대한 조명을 제공하기 위해 조명 기구가 사용되고 있다. 공지된 조명 기구의 예는 차량의 돔 조명(dome light), 주택 또는 건물의 내부 또는 외부에 부착된 조명, 및 가전제품 또는 공구에 부착된 조명을 포함한다. 이들 응용에 사용되는 많은 조명 기구는 전구 및 반사기를 포함하는 큰 부피의 하우징을 이용한다. 또한, 많은 조명 기구는 광원이 목표 영역을 향해 직접 광을 방출하는 직접 조명을 제공하는데, 이는 조명되는 표면 상에 또는 사용자에게 바람직하지 못한 눈부심(glare)을 야기할 수 있다.
발명의 개요
일 실시 형태에서, 본 발명은,
a. 적어도 하나의 광원,
b. 전방 도광체(front light guide)를 포함하는 적어도 하나의 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 상에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출력 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 - , 및
c. 차량의 내부 표면의 일부를 형성하도록 작동가능하게 구성된(즉, 치수 설정 및 설계된) 커버
를 포함하는 차량의 내부 조명을 위한 조명 장치에 관한 것이다.
추가의 실시 형태에서, 본 발명은,
a. 적어도 하나의 광원,
b. 도광체를 포함하는 적어도 하나의 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 상에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출사 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 - , 및
c. 차량의 내부 또는 외부 표면의 일부를 형성하도록 작동가능하게 구성된 커버
를 포함하는 차량의 내부 또는 외부 조명을 위한 조명 장치에 관한 것이다.
다른 실시 형태에서, 본 발명은,
a. 적어도 하나의 광원,
b. 전방 도광체를 포함하는 제1 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 상에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출사 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 - , 및
c. 제2 광 관리 장치
를 포함하는 차량 창유리(vehicle glazing)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 조명 장치의 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 조명 장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태의 조명 장치의 분해 측면도.
도 4는 본 발명의 추가의 실시 형태의 조명 장치의 사시도.
일 실시 형태에서, 본 발명은 차량용 조명 장치에 관한 것이며, 여기서 광원은 차량의 표면(예컨대, 내부 표면)과 조화되는 커버를 조명한다. 이러한 표면은 금속, 직물, 플라스틱(예컨대, 비닐), 가죽, 인조 가죽, 목재, 페인트 또는 기타 전형적인 차량 내부 표면이거나 이들의 외양을 갖는 표면을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 조명 장치가 차량의 외부에 사용될 때, 이러한 표면도 역시 금속, 직물, 플라스틱(예컨대, 비닐), 인조 가죽, 목재 또는 도색된 표면이거나 이들의 외양을 가질 수 있다. 조명 장치가 건물이나 기타 구조물의 내부 또는 외부에 사용될 때, 이러한 표면도 역시 금속, 직물, 플라스틱(예컨대, 비닐), 가죽, 인조 가죽, 목재, 종이(예컨대, 벽지, 건식 벽체(drywall)에 사용되는 종이 등), 페인트, 치장 벽토(stucco), 벽돌, 슬레이트(slate), 타일, 사이딩(siding), 벽토(plaster), 대리석, 화강암, 콘크리트, 또는 건물이나 기타 구조물의 건축 또는 장식에 사용될 수 있는 기타 그러한 표면일 수 있거나 이들의 (예컨대, 모조된) 외양을 가질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 광원이 켜진 때, 커버 재료는 더 이상 가시적이지 않다. 다른 실시 형태에서, 커버 재료는 광원이 켜진 때 가시적이어서, 조명 광이 이를 통해 빛남에 따라 다양한 외양을 형성한다.
다른 실시 형태에서, 조명 장치의 커버는 투명성, 반투명성 또는 반사성을 나타낼 수 있다. 본 명세서에 설명된 커버 재료는 광원이 꺼진 때 하나의 외양(예컨대, 거울)을 가질 수 있는 한편, 또한 광원이 켜진 때에는 광원으로부터의 광이 투과되게 할 수 있다. 은폐된 광원으로부터의 광은 다양한 메커니즘을 사용하여 커버를 통해 투과되게 할 수 있다. 이러한 메커니즘은 커버의 구성 및 출력 광의 원하는 특성에 기초하여 달라질 수 있다.
추가의 실시 형태에서, 본 명세서에 설명된 조명 장치는 선루프와 같은 차량 창유리(glazing)의 적어도 일부 또는 전부를 형성하도록 구성될(즉, 치수 설정 및 설계될) 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 조명 장치는 광을 요구될 수 있는 바와 같이 차량 내부로 또는 차량 외부로 투사할 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 조명 장치는 광원이 꺼진 때 투명한 또는 반투명한 외양을 가질 수 있는 한편, 광원이 켜진 때에는 차량의 내부 또는 외부를 조명할 수 있다.
본 명세서에 개시된 조명 장치는 차량의 내부 또는 외부에 대한 조명을 제공하며, 얇고 효율적이며 균일하게 조명하고 미적 매력을 갖는다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 조명 장치는 주위 환경과 조화되는 광원을 구비하는 것이 요구되는 다른 응용에 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 조명 장치에 대한 추가의 응용은 건물이나 기타 물체 또는 구조물의 내부 또는 외부일 수 있다.
본 명세서에서 조명 장치의 구성요소들의 위치 또는 배향을 설명하기 위해 "위", "상부", "상단", "상향", "밑", "아래", "하부" 및 "하향"과 같은 용어가 사용될 때, 이러한 용어는 단지 편의상의 목적으로 사용되며 조명 장치의 뷰잉 면(viewing face)이 수평이고 위로부터 보는 것으로 가정한다. 이러한 용어는 완성된 조명 장치에 또는 완성된 장치의 실제 사용 시에 공급되는 광이나 주변의 광에 의해 점유되는 경로에 필요한 임의의 배향을 포함하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "차량"이라는 용어는 무엇인가를 운반하거나 운송하는 수단으로서 넓게 정의된다. 본 명세서에 개시된 조명 장치를 이용할 수 있는 차량 유형은 비제한적인 예로서 자동차, 트럭, 버스, 열차, 레저용 차량, 보트, 항공기, 모터사이클 등을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "광원"이라는 용어는 비제한적인 예로서 LED, 형광 또는 백열 램프, 전계 발광원(electroluminescent light) 등을 포함하는 임의의 광 발생원을 의미한다. 광원은 또한 본 명세서에 설명된 바와 같이 조명 장치의 형태를 취할 수 있다. 바람직하게는, 광원은 조명 장치가 (예를 들어, 차량 내부의 오버헤드 조명(overhead light), 맵 조명(map light) 또는 글러브 박스 조명(glove box light)으로서, 또는 건물 외부의 안전 조명(security light) 또는 투광 조명(flood light)으로서, 독서용 조명으로서, 기타 등등으로서 기능하기 위한) 조명 장치의 원하는 용도와 관련된 적용가능한 조명 기준을 충족 또는 능가하도록 관심 영역을 충분히 조명할 수 있게 하기에 충분하게 강하다(즉, 충분한 루멘(lumen) 또는 촉광(candlelight)을 생성함).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "광 관리 장치"라는 용어는 가시광의 특성을 변경시키는 임의의 재료 또는 장치를 의미한다. 이러한 특성의 비제한적인 예는 반사, 굴절, 분산, 회절, 간섭 등을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "도광체" 또는 "광 전환 플레이트"(light turning plate)라는 용어는 반사에 의해 광의 흐름 또는 전파를 안내할 수 있는 재료를 의미한다. 도광체와 광 전환 플레이트는 특정 유형의 광 관리 장치이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "커버"라는 용어는 본 명세서에 설명된 조명 장치를 부분적으로 또는 완전하게 덮는 데 사용되는 재료를 말한다. 커버는 광의 적어도 일부가 재료의 표면을 통해 투과하게 하도록 설계된 매우 다양한 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 커버는 은폐된 광원을 생성하도록 조명 장치의 주위 환경과 유사한 재료로 제조된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "투명"이라는 용어는 일반적으로 물품이 광의 상당한 부분이 흡수되지 않고서 광을 통과시키는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명과 관련된 투명 재료는 광학적으로 투명할 수 있으며, 약 70% 내지 최대 약 100% 이하의 범위의 가시광 투과율을 가질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "반투명"이라는 용어는 물품이 약 30% 내지 약 70% 미만의 범위의 가시광 투과율을 갖는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "창유리"라는 용어는 윈도우, 전면 또는 후면 유리(front or rear windshield), 채광창(sky light), 선루프 등과 같이, 광이 차량, 건물 또는 기타 구조물의 내부 또는 외부로 통과하게 하는 투명 또는 반투명 패널 또는 페인(pane)을 말한다. 투명 및 반투명 패널의 구성에 유리 및 플라스틱과 같은 종래의 재료가 사용될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 조명 장치(10)를 도시한다. 조명 장치(10)는 광원(12)과, 입력 면(14), 출력 면(16) 및 광 지향 면(18)을 구비한 도광체(20)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시 형태에서, 도광체(20)는 광 입력 면(14)으로부터 단부(15)를 향해 두께가 감소하는 웨지(wedge) 형태이다. 후술하는 바와 같이, 도광체는 반드시 웨지로서 제조될 필요는 없으며, 몇몇 실시 형태에서는 비교적 일정한 두께를 가질 것이다. 광학적으로 투명한 접착제(도시 안됨)가 선택적인 구조화된 광 추출 층(22)을 도광체(20)의 광 출력 면(16)에 고정한다.
광 추출 층(22)을 포함함으로써, 본 명세서에 설명된 도광체는 도광체(20)의 출력 면(16)에 평행한 평면에 대해 수직이거나 거의 수직인 방향으로 광을 반사시킬 수 있다. 광 추출 층(22)은 광 출사 면(23)과, 광 출사 면 반대편의 복수의 돌출부(도시 안됨)를 구비한 상부 표면을 구비한다. 당업자라면, 출사 면(23)의 실질적으로 편평한 토포그래피(topography)를 유지하고 보이는 이미지에 원하지 않는 왜곡의 도입을 방지하도록 하는 주의가 이루어지는 한, 추가의 반사 방지 코팅 층 또는 기타 광 관리 장치 또는 특징부가 출사 면(23)에 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 광 추출 층에 대한 추가의 논의에 대해서는 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,592,234호를 참조한다.
도 2는 본 발명의 추가의 실시 형태의 조명 장치(30)를 도시한다. 도광체(32)는 광 입력 면(34), 광 출력 면(36), 광 지향 면(38), 및 선택적인 추출 층(22)을 구비한다. 도 1의 대체로 테이퍼진 도광체와 달리, 도광체(32)는 대체로 평면인 형상을 가지며, 광 입력 면(34)으로부터 단부(35)를 향해 비교적 일정한 두께를 갖는 것으로 도시되어 있다.
작동시, 광원(12)에 의해 제공된 광은 도광체(20, 32)를 통과하여, 대응하는 광 지향 면(18, 38)의 표면에 의해 출력 면(16, 36)을 향해 반사된다. 대안적으로, 광의 입사각을 조절함으로써, 또는 낮은 굴절률을 가진 추가의 광 관리 장치 또는 클래딩(cladding) 재료를 이용함으로써, 광을 도광체(20, 32) 내에 구속시킬 수 있다. 또한, 도광체의 하나 이상의 표면이 구조적으로 엠보싱되거나, 예컨대 차등 굴절률 패턴화 코팅(differential refractive index patterned coating)에 의해 광학적으로 설계된 때, 광은 도광체의 하나의 표면으로부터 균일하게 추출될 수 있다. 본 명세서에 설명된 조명 장치에 사용하기에 적합한 도광체는 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,738,051호, 제6,663,262호, 제6,592,234호 및 제6,576,887호에 개시되어 있다.
이제 도 3을 참조하면, 광원(12)과, 광 입력 면(14), 광 출력 면(16) 및 광 지향 면(18)을 구비한 전방 도광체(20)를 가진 조명 장치의 추가의 실시 형태가 도시되어 있다. 이러한 실시 형태의 조명 장치는 추가로 반사기 재료(42)를 포함한다. 반사기(42)는 색상 또는 반사 특성과 같은 다양한 특성을 광에 부여한다. 반사기 재료(42)는 거울 필름, 불투명 필름, 또는 광을 반사할 수 있는 기타 재료일 수 있다. 이러한 필름의 일례는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 비퀴티(Vikuiti)™ 강화 경면 반사기(Enhanced Specular Reflector, ESR) 필름이다. ESR 필름은 비금속성의 고반사성 거울 필름이다.
도 3에 도시된 실시 형태는 도광체(20)의 상단에 배치된 확산기 필름(44)을 추가로 포함한다. 확산기 필름(44)은 도광체로부터 반사된 광을 균일하게 분포시키는 데 효과적이다. 도 3의 조명 장치는 확산기 필름(44)의 상단에 배치된 2개 층의 휘도 향상 필름(brightness enhancement film)(46, 48)을 추가로 포함한다. 휘도 향상 필름은 조명 장치로부터 광의 휘도를 증가시키기 위해 광을 방향전환하고 재순환시키는 기능을 한다. 몇몇 실시 형태에서, 휘도 향상 필름(46, 48)의 층들은 직교하는 관계로 배치될 수 있다.
도 3의 실시 형태의 조명 장치는 휘도 향상 필름(46, 48) 층의 상단에 배치된 커버(50)를 추가로 포함한다. 커버(50)는 매우 다양한 재료로 구성될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 커버(50)는 차량 표면(예컨대, 내부 표면)의 일부의 외양을 갖거나 이를 제조하는 데 사용된 동일한 재료로 제조되어, 조명 장치의 광원이 꺼진 때 조명 장치가 차량의 주위 표면과 조화되거나 그로부터 덜 구별될 수 있게 된다.
몇몇 실시 형태에서, 커버(50)는 금속성 재료(예컨대, 원소 금속, 금속 합금 또는 금속 화합물), 금속성 필름(예컨대, 금속 코팅된 중합체 필름), 또는 금속성 외양을 가진 재료 또는 필름으로 제조될 수 있다. 이러한 재료가 사용되면, 금속의 두께는 적절한 광 반사 및 광 투과를 제공하도록 조절될 수 있다. 몇몇 경우에서, 광이 재료를 통과하게 하기 위해서, 또는 이미 광 투과가 가능한 재료의 경우에는 더 높은 광 투과율을 위해서, 천공부가 재료 내에 형성될 수 있다. 이러한 천공부는 레이저 또는 화염 제거(laser or flame ablation), 기계적 천공, 또는 화학적 에칭을 포함할 수 있는 임의의 적합한 기술에 의해 제조될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 커버(50)는 비금속성인, 금속으로 보이거나 거울과 유사한 필름으로 제조될 수 있다. 이러한 필름은 필름에 충돌하는 광의 파장에 기초하여 광을 선택적으로 반사 및 투과시키도록 제조될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 이러한 금속으로 보이거나 거울과 유사한 필름을 제조하는 데 다층 간섭 필름이 사용될 수 있으며, 여기서 필름은 광 재순환을 통해 높은 반사율 및 높은 투과율을 갖는다. 이러한 다층 간섭 필름은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,080,467호 및 제5,882,774호에서 찾아볼 수 있다.
커버(50)는 또한 직물(fabric) 또는 방직물(textile) 재료로 제조될 수 있으며, 따라서 조명 장치가 헤드라이너(headliner), 시트 벨트, 시트, 또는 차량의 다른 직물 또는 방직물 표면과 같은 직물로 덮인 차량 내부 표면과 조화될 수 있다. 직물 또는 방직물 커버(50)의 경우, 천 트림(cloth trim), 시트, 스피커 커버, 헤드라이너, 방직 벽 또는 천장 패널, 안전 벨트, 헤드 레스트(head rest), 암 레스트(arm rest), 및 심지어 카펫 또는 플로어 매트를 조명하는 응용들은 차량을 작동하기에 더욱 안전하면서도 편리하게 할 수 있으며 승차감(occupant experience)을 개선할 수 있다.
직물 또는 방직물 외양을 가진 커버(50)는 광이 직물 또는 방직물의 섬유들 사이를 통과하게 하기에 충분히 느슨하게 방직물을 직조함으로써 광 투과성으로 제조될 수 있다. 직물 또는 방직물 외양을 가진 커버는 또한 레이저 또는 화염 제거, 기계적 천공 또는 화학적 에칭을 통해 커버 재료를 천공함으로써 광 투과성으로 제조될 수 있다. 이러한 천공은 다른 점에서는 불투명한 멤브레인을 광이 투과하도록 한다. 직물 또는 방직물 외양을 가진 커버(50)는 또한 방직물의 직조에서 광섬유를 통합시킴으로써 조명하도록 제조될 수 있다. 조명될 때, 이러한 섬유는 그의 길이를 따라 광을 방출하여 방직물을 조명한다.
착색된, 도색된, 인쇄된 또는 패턴화된 외양을 가진 커버는 예를 들어 커버의 외양 형성부를 천공함으로써, 또는 반투명 또는 투명 기재 및 안료를 사용함으로써 광 투과성으로 제조될 수 있다. 그러한 커버는 예를 들어 우드 그레인(wood grain), 모조 우드 그레인, 가죽, 인조 가죽, 중합체, 비닐, 또는 차량 내부에 사용되는 기타 천연 또는 인공 재료로 제조될 수 있다.
본 명세서에 설명된 조명 장치는 내부 조명이 제공할 수 있는 증대된 시인성(conspicuity) 또는 장식적 매력으로부터 이득을 얻을 수 있는 장식 또는 기능성 요소(예컨대, 착색된, 도색된 또는 패턴화된 요소)가 이용되는 차량 내부의 임의의 위치에 사용될 수 있다.
당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 조명 장치는 또한 차량 외부의 표면을 조명하기 위해, 또는 조명 장치를 감추고자 하는 다른 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 조명 장치를 카펫 또는 타일 표면 아래에서, 계단 상이나 그를 따라서, 또는 목재 또는 다른 재료로 제조된 벽 패널 상의 안전 조명으로서, 또는 거울의 일부 또는 전부로서 사용할 수 있다. 본 명세서에 설명된 조명 장치는 또한 예를 들어 차량 외부 표면의 신호 조명(예컨대, 정지 또는 회전 신호 조명)으로서 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 조명 장치에 대한 추가의 응용예는 건물 또는 기타 구조물 또는 가전제품이나 가구와 같은 이동성 물체의 외부 표면을 포함한다.
도면에 도시된 조명 장치는 실질적으로 평면인 물품으로서 도시되어 있지만, 장치는 만곡된 표면(예컨대, 원형, 타원형 또는 다른 아치형 구조)을 형성하도록 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 1의 조명 장치(10)를 참조하면, 도광체(20)는 횡축 또는 종축을 따라 만곡되도록 형성될 수 있다. 이러한 대안적인 실시 형태가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 실시 형태에서, 광원(12')은 도광체(20')의 만곡된 입력 면(14')에 광을 더 잘 제공하도록 변형된다. 예를 들어, 광원(12')은 일련의 LED 또는 만곡된 광 입력 면(14')을 따라 정렬된 다른 개별 광원들의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 단일의 만곡된 광원(예컨대, 만곡된 광 파이프)이 사용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 도광체(20)는 광원(12)이 입력 면(14)을 따라 광을 제공하도록 변형된 원통형, 타원형 또는 다른 아치형 형상으로 형성될 수 있다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 도광체는 다수의 응용을 위한 조명 장치를 제공하도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 도광체는 주변 광이 도광체를 통과하게 하기 위해서 투명하거나 반투명하게 제조될 수 있다. 이는 창유리(예컨대, 윈도우, 선루프 또는 채광창)의 조명과 같은 응용에 유용할 수 있다. 도광체에 사용되는 재료에 따라, 창유리 또는 다른 표면은 도광체 재료를 포함할 수 있으며, 따라서 차량 내에 2중 기능을 가진 표면을 제공할 수 있다. 예를 들어, 선루프, 채광창, 윈도우 또는 다른 창유리는 투명하거나 반투명한 도광체 재료로 부분적으로, 완전하게 또는 실질적으로 제조될 수 있어서, 창유리는 주변 광이 통과하도록 하는 기능을 할 것이며, 또한 창유리는 차량, 건물 또는 기타 구조물 내에 조명을 제공하도록 광원에 의해 조명될 수 있다(예컨대, 선루프 또는 채광창으로부터의 오버헤드 조명). 추가로 또는 대안적으로, 도광체는 광이 차량, 건물 또는 기타 구조물의 외측에 투사되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 조명 장치의 광학 특성은 추가의 광 관리 장치의 사용에 의해 추가로 향상될 수 있다. 본 명세서에 설명된 조명 장치에 사용하기에 적합한 광 관리 장치는 눈부심 및 반사 관리를 위한 광 제어 필름, 프리즘 휘도 향상 필름, 확산기 필름, 반사 필름, 반사 편광기 휘도 향상 필름, 및 전환 필름(turning film)을 포함한다.
선택적으로, 조명 장치(10, 30)의 표면 내구성을 개선하고 표면 반사를 감소시키기 위해 광 출력 면(16)의 상부 표면에 보호 층이 배치될 수 있다. 당업자라면, 보호 층이 경질 코팅, 방오성 코팅(smudge resistant coating), 또는 반사 방지 코팅을 추가로 포함할 수 있음을 알 것이다. 보호 층은 또한 내자외선 코팅 또는 자외선 안정제를 통해 내후성 특징을 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서에 설명된 바와 같은 도광체는 예를 들어 조명된 거울과 같은 조명된 반사 표면을 생성하도록 하나 이상의 광 관리 장치와 결합될 수 있다. 추가의 예로서, 광 관리 장치는 장치 외부로의 광 누출을 방지하도록 단부 표면(15, 35) 상에 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 도광체는 임의의 원하는 전체 크기 및 두께를 가질 수 있으며, 몇몇 실시 형태에서는 예컨대 5 ㎜ 이하와 같이 비교적 얇다. 도광체는 웨지형, 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 원하는 형상일 수 있다. 도광체의 크기 및 형상은 통상 원하는 조명 장치의 크기 및 형상에 의해 결정될 것이다. 몇몇 실시 형태에서 도광체 두께는 약 0.1 내지 약 5 ㎜, 다른 실시 형태에서는 약 1 내지 약 2 ㎜의 범위이다.
도광체는 유리; 폴리카르보네이트; 폴리아크릴레이트, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트; 및 폴리스티렌을 포함하는 매우 다양한 광학적으로 적합한 재료로부터 제조될 수 있다. 도광체의 광 입력 면과 뷰잉 면은 각각 일반적으로 평면일 수 있으며, 또는 볼록하거나 오목한 곡률을 가질 수 있다. 광원이 점 또는 선 광원일 때, 광 입력 면에는 입사 광의 보다 균일한 분포를 위해 볼록한 곡률, 렌즈릿(lenslet), 프리즘, 거친 표면 또는 기타 특징부가 제공될 수 있다. 광 지향 면은 바람직하게는 투과 손실, 원하지 않는 산란 및 왜곡의 최소화를 위해 광학적으로 매끄러운 마감을 가진다.
본 명세서에 설명된 조명 장치에 사용하기에 적합한 반사기 재료(42)는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 하기의 미국 특허에 설명되어 있다: 제5,094,788호, 제5,122,905호, 제5,269,995호, 제5,389,324호, 제5,882,774호, 제5,976,424호, 제6,080,467호, 제6,088,163호, 제6,101,032호, 제6,117,530호, 제6,157,490호, 제6,208,466호, 제6,210,785호 및 제6,296,927호.
적합한 확산기 필름(44)은 전체적으로 참고로 포함된 하기의 미국 특허에 설명되어 있다: 제5,217,794호, 제5,528,720호, 제5,751,388호, 제5,783,120호, 제5,825,542호, 제5,825,543호, 제5,867,316호, 제5,991,077호, 제5,999,239호, 제6,005,713호, 제6,025,897호, 제6,031,665호, 제6,057,961호, 제6,111,696호, 제6,141,149호, 제6,179,948호 및 제6,256,146호. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 전술한 광 관리 장치와 같은 많은 광 관리 장치가 본 명세서에 설명된 조명 장치에 사용하기에 적합할 수 있다.
적합한 휘도 향상 필름(46, 48)은 본 명세서에 참고로 포함된 하기의 미국 특허에 설명되어 있다: 제4,542,449호, 제4,791,540호, 제4,799,131호, 제4,883,341호, 제4,984,144호, 제5,056,892호, 제5,161,041호, 제5,175,030호, 제5,183,597호, 제5,626,800호, 제5,771,328호, 제5,828,488호, 제5,858,139호, 제5,908,874호, 제5,917,664호, 제5,919,551호, 제6,025,897호, 제6,052,164호, 제6,091,547호 및 제6,280,063호.
전술한 같이, 커버(50)는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 커버는 투명 또는 반투명 재료로부터 제조된다. 또한, 커버(50)는 본 명세서에 설명된 임의의 광 관리 장치로 제조될 수도 있다.
또한, 하기의 미국 특허 및 특허 출원에 설명된 필름이 본 명세서에 설명된 조명 장치를 위한 광 관리 장치 또는 커버(50)로서 사용될 수 있다. 그러한 필름은 엑센트림(Accentrim)™이라는 상표명으로 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 하기의 미국 특허 및 특허 출원 중 하나 이상에 개시되어 있다: 제3,908,056호, 제5,840,407호, 제2004157031호, 제6,773,537호, 제6,805,932호, 제6,571,849호, 제6,634,401호 및 제6,700,712호.
당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 전술한 광 관리 장치와 같은 많은 광학 장치 또는 필름이 본 명세서에 설명된 조명 장치에 사용하기에 적합할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 도광체와 광 관리 장치의 임의의 조합이 본 명세서에 개시된 바와 같은 조명 장치를 제조하는 데 적합할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
당업자라면 또한 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 장치에 사용되는 광원은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 광원은 예를 들어 LED들의 선형 어레이, 또는 다른 형태의 광원, 예컨대 형광 또는 백열 램프, 전계 발광원 등일 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 광은 색상을 가질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 하나 초과의 광원이 조명 장치에 제공될 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 광은 다양한 구성으로 도광체에 입력될 수 있다. 광원에는 조도 조절 제어부(dimmable control), 온/오프 제어부, 색상 제어부 등이 제공될 수 있다.
또한, 본 명세서에 설명된 조명 장치는, 직접 눈부심이 최소화된 충분한 조명을 필요로 하고 공간 보존을 필요로 할 때 언제나 그리고 그러한 곳 어디라도, 차량의 공간 내부 및 주위를 조명하기 위한 다양한 응용에서 무고정구(fixtureless) 조명 시스템으로서 사용하기에 적합하다. 이러한 응용의 전형적인 예는 오버헤드 돔 조명, 글러브 박스 조명, 플로어 조명, 맵 조명, 거울 조명, 독서 조명, 퍼들 조명(puddle light), 침대 조명(bunk light), 객실 조명(cabin light), 주변 조명(ambient light), 선실 조명(cuddy light), 장식 조명, 미등(taillight), 브레이크등(brake light) 등을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에 설명된 조명 장치는 오버헤드 돔 조명, 글러브 박스 조명, 플로어 조명, 맵 조명, 거울 조명, 장식 조명 등과 같은 조명이 통상적으로 제공되는 차량의 임의의 표면 상에 사용하기에 적합하다. 또한, 본 명세서에 설명된 조명 장치는 종래 기술의 조명 시스템이 곤란하거나 비실용적인 장소에 조명을 제공하는 데 적합하다. 장치의 얇은 구성 및 광원의 형상(예컨대, 측면 조명(side lighting))으로 인해, 본 발명의 조명 장치는 제한된 공간 내에 설치될 수 있다.
당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 적합한 조명 장치를 제공하는 데 적합할 수 있는 본 명세서에 설명된 구성 요소의 다양한 조합이 있다.
실시예
하기의 약어를 실시예에서 사용하였다.
LL1: 인쇄 회로 기판(12.7 ㎝ × 6 ㎜)에 선형 어레이로 접합된, 미국 미시간주 트로이 소재의 도요다 고세이 노스 어메리카(Toyoda Gosei North America)로부터 "티지 화이트 에이치아이 엘이디(TG White Hi LED), 부품 번호 E1S42-AW0C6-03 Bin B6"라는 상표명으로 구매가능한 12개의 고강도 백색 발광 다이오드(LED), 및 독일 레겐스부르크 소재의 오스람 옵토세미컨덕터 게엠베하(Osram OptoSemiconductor GmbH)로부터 "엘이디 옐로우(LED Yellow) 594 ㎚ CLR 4-PLCC SMD, 모델 번호 LY E67B U2AA-26-1"이라는 상표명으로 구매가능한 6개의 고강도 황색 LED이며, 황색 LED를 2개의 백색 LED 사이에서 순차적으로 이격시킴.
LL2: 균일하게 이격되어 인쇄 회로 기판(12.7 ㎝ × 6 ㎜)에 접합된, 오스람 옵토세미컨덕터로부터 엘이디 레드(LED Red) 645 ㎚ 4-PLCC SMD 모델 번호 LS E67B-T2V1-1-1이라는 상표명으로 구매가능한 18개의 고강도 적색 발광 다이오드(LED)의 선형 어레이.
LG1: 미국 특허 제6,379,016호(보이드(Boyd) 등)에 설명된 방법에 따라 제조된, 하나의 매끄러운 광 출력 면, 및 균일하게 분포된 미세복제된 긴 평행 프리즘의 어레이를 포함하는 반대편의 광 방향전환 면을 가진 7.6 ㎝ × 11.4 ㎝의 웨지형 PMMA 도광체. 도광체의 기단부, 즉 전파 단부는 3 ㎜이고, 말단부는 1.0 ㎜임.
실시예 1
광 조립체를 하기와 같이 제조하였다. 광원 LL1을 7.6 ㎝ × 12.7 ㎝ × 6 ㎜의 개방 면을 가진 플라스틱 하우징의 일 단부에 고정하였다. 불투명 백색 폴리에스테르 필름 시트를 하우징의 바닥 면에 배치하였다. 도광체 LG1을, 기단부 에지를 LED에 인접하게 그리고 광 방향전환 면을 백색 폴리에스테르 시트로 향하게 하여 배치하였다. 미국 코네티컷주 페어필드 소재의 지이 폴리머쉐이프스 필름 디비젼(GE Polymershapes Film Division)으로부터 "렉산(Lexan) XL4251 바텀 디퓨저 필름(Bottom Diffuser Film) 0.005 화이트(White) WH5A201X"라는 상표명으로 구매가능한 127 마이크로미터 (5 밀(mil)) × 7.6 ㎝ × 12.7 ㎝ 확산기 필름을 도광체의 상단에 배치하였다. 이어서, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "비퀴티(Vikuiti) BEF"(BEF)라는 상표명으로 구매가능한 휘도 향상 필름의 2개의 직교하게 교차된 시트를 확산기 필름의 상단에 배치하였다. 미국 캘리포니아주 팔로 알토 소재의 휴렛 팩커드 컴퍼니(Hewlett Packard Company)로부터 모델 번호 6214로 구매가능한 밀리암페어 전류 공급 장치를 사용하여 LED를 조명하였다.
실시예 2
실시예 1을 반복하였으며, 이 경우 LL1을 LL2로 대체하였고, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 "ESR"이라는 상표명으로 구매가능한 강화 경면 반사기 필름 시트를 BEF의 최상측 층의 상단에 배치하였다. LED 어레이가 꺼진 때, 조명 장치는 반사성의 금속으로 보이거나 거울과 유사한 외양을 가졌다. LED 어레이가 켜진 때, 반사성의 금속성 면 대신에 본질적으로 균일한 적색 발광이 관찰되었다.
실시예 3
실시예 1을 반복하였으며, 이 경우 독일 반드라흐 소재의 솔라 패션 게엠베하(Solar Fashion GmbH)로부터 "탄 트루"(Tan Thru)라는 상표명으로 입수한 인쇄된 개방 직조 직물(open weave fabric)을 BEF의 최상측 층의 상단에 배치하였다. LED 어레이가 꺼진 때, 조명 장치의 이러한 면 측은 직물의 인쇄된 외양을 유지하였다. LED 어레이가 켜진 때, 직물 면 대신에 본질적으로 균일한 백색 발광이 관찰되었다.
실시예 4
실시예 1을 반복하였으며, 이 경우 확산기 필름 시트 및 2개의 BEF 필름 시트를 제거하였고, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 "DBEF"라는 상표명으로 구매가능한 반사 편광기 필름 시트를 도광체의 상단에 직접 배치하였다. LED 어레이가 꺼진 때, 조명 장치는 광택이 나는 백색성 외양을 가졌다. LED 어레이가 켜진 때, 본질적으로 균일한 백색 발광이 관찰되었으며 단지 발광만이 관찰되었지만, 광원은 관찰되지 않았다.
예상 실시예( Prophetic Example )
광 투과성 멤브레인은 미국 특허 제5,353,154호(루츠(Lutz) 등) 및 제5,684,633호(루츠 등)에 설명된 방법에 따라 제조된 반사 필름을 포함할 수 있다. 멤브레인은 또한 성긴 직조 직물(loose weave fabric)일 수 있거나, 매체를 통해 (완전하게 또는 부분적으로) 미소 구멍을 천공함으로써 광 투과성으로 제조될 수 있다. 기술에는 레이저 제거, 화염 제거, 화학적 에칭, 또는 기계적, 레이저 또는 초음파 방법을 통한 천공이 포함된다.
광 투과성 멤브레인은 쓰리엠 컴퍼니로부터 "스카치칼"(Scotchcal)이라는 상표명으로 입수한 주조 폴리비닐 클로라이드 필름과 같은 다른 반투명 순응성 필름을 포함하거나 달리 그로부터 형성될 수 있다. 또한, 필름은 확산기를 생성하도록 텍스처 형성(textured)되거나, 구조화 또는 미세구조화될 수 있으며, 또는 다른 조명 효과를 생성하도록 착색될 수 있고, 또는 쓰리엠 컴퍼니로부터 비퀴티 브랜드로 입수되는 다층 광학 필름과 같은 다른 광학적으로 변형된 필름을 이용할 수 있다.
유사하게, 본 발명은 페어차일드 세미컨덕터(Fairchild Semiconductor)로부터 부품 번호 "QTLT601C1T"로 구매가능한 것과 같은 다른 가시광 색상의 LED, 또는 심지어 미국 캘리포니아주 시티 오브 인더스트리 소재의 킹브라이트 코포레이션(Kingbright Corporation)으로부터 부품 번호 "AP1608F3C"로 입수되는 적외선 LED 또는 미국 캘리포니아주 어빈 소재의 비바 인크.(Bivar, Inc.)로부터 부품 번호 "SM1206UV-395-IL"로 입수되는 자외선 LED와 같은 전자기 스펙트럼의 가시광 부분의 범위를 넘어서 발광하는 LED로 제조될 수 있다.

Claims (34)

  1. a. 적어도 하나의 광원;
    b. 전방 도광체(front light guide)를 포함하는 제1 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 위에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출력 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 -;
    c. 제1 광 관리 장치에 인접하여 배치되고, 광 제어 필름, 휘도 향상 필름, 확산기 필름, 반사 필름, 또는 전환 필름(turning film)을 포함하는 제2 광 관리 장치; 및
    d. 차량의 내부 표면의 일부를 형성하도록 작동가능하게 구성된 커버 - 상기 커버는 광원이 켜지면 보이지 않음 -
    를 포함하는 차량의 내부 조명을 위한 조명 장치.
  2. a. 적어도 하나의 광원;
    b. 도광체를 포함하는 제1 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 위에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출사 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 -;
    c. 제1 광 관리 장치에 인접하여 배치되고, 광 제어 필름, 휘도 향상 필름, 확산기 필름, 반사 필름, 또는 전환 필름을 포함하는 제2 광 관리 장치; 및
    d. 제2 광 관리 장치에 인접하여 배치되고, 차량의 내부 또는 외부 표면의 일부를 형성하도록 작동가능하게 구성된 커버 - 상기 커버는 직물(fabric) 재료, 방직물(textile) 재료, 가죽 재료, 모조 우드 그레인(faux wood grain), 또는 가죽을 포함함 -
    를 포함하는 차량의 내부 또는 외부 조명을 위한 조명 장치.
  3. a. 적어도 하나의 광원;
    b. 전방 도광체를 포함하는 제1 광 관리 장치 - 상기 도광체는 광원으로부터의 광이 통과하여 도광체로 공급될 수 있는 적어도 하나의 광 입력 면, 광 지향 면 및 광 지향 면 반대편의 광 출력 면을 구비하며, 상기 광 출력 면은 그 위에 광 추출 층을 구비하고, 상기 광 추출 층은 광 출사 면을 구비하며 공급된 광을 도광체로부터 광 출사 면을 통해 추출하는 매립된 반사성 면을 포함함 -;
    c. 제1 광 관리 장치에 인접하여 배치되고, 광 제어 필름, 휘도 향상 필름, 확산기 필름, 반사 필름, 또는 전환 필름을 포함하는 제2 광 관리 장치; 및
    d. 차량 창유리의 내부 표면의 일부를 형성하도록 작동가능하게 구성된 커버 - 상기 커버는 광원이 켜지면 보이지 않음 -
    를 포함하는 차량 창유리.
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