KR20060071414A - 판형 삼각 유도 부재를 포함하는 도광 시스템 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 실질적으로 평평한 측면과 상기 측면을 통해 광선을 커플-인 하기 위한 수단을 포함하는 판형 도광 장치(20)를 포함하는 도광 시스템에 관한 것이다. 상기 수단은 실질적으로 평평한 판형이고 삼각형인 도광 부재(1, 21)를 포함하며, 짧은 변(2)은 광선을 상기 도광 부재(1, 21) 내에 커플-인 하기 위한 광-커플링 수단(5)을 포함한다. 삼각형의 긴 변은 상기 도광 장치(20) 내에 광선을 커플-인 하기 위한 상기 측면을 향하는 커플링-아웃 표면(7)을 포함한다. 삼각형의 제3 변(8)은 상기 제3 변(8)의 방향에 비스듬하게 위치한 다수의 표면(10)을 포함한다.

도광 시스템, 판형 도광 장치, 도광 부재

Description

판형 삼각 유도 부재를 포함하는 도광 시스템{A LIGHT-GUIDING SYSTEM COMPRISING A PLATE-LIKE TRIANGULAR GUIDING MEMBER}

본 발명은 실질적으로 평평한 측면과 상기 측면을 통해 광선을 커플-인(couple-in) 하기 위한 수단을 갖는 판형 도광 장치를 포함하는 도광 시스템에 대한 것이다.

이러한 시스템은 미국특허출원 제2002/0167820호에 개시되어 있다. 이러한 공보는 자동차의 객실의 조명 조건을 향상시키기 위한 것으로서, 판형 도광 장치(plate-like light-guiding element)가 자동차 지붕의 내부 라이닝(interior lining)의 영역에 배열된 도광 시스템을 설명한다. 광선은 도광 장치의 하나 이상의 측면을 통해 도광 장치 내로 커플-인 되고, 동일한 방법으로 도광 장치의 큰 앞면을 통해 자동차의 객실 내로 발광된다. 도광 장치의 측면을 따라 신장된 형광 튜브와 같은 광 생성 장치에 의해 광선이 도광 장치 내로 커플-인 된다.

도광에 적절한 물질은 투명한 열 가소성 물질, 특히 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)가 있다. 이러한 물질들은 예컨대 사출 성형 공정(injection molding process), 압출 성형 공정(extrusion process) 또는 물질 제거 레이저 공정(material-removing laser operation)을 통해 형성될 수 있다.

광선이 직사각형의 측면을 통해 판형 도광 장치 내로 커플-인 될 때, 상대적으로 긴 광원이 필요하며, 이러한 광원은 효과적으로 작동하는 광원보다 더 길 수 있다. 또한 다른 이유로 판형 도광 장치의 측면의 크기보다 더 작은 광원에 의해 광선을 생성하는 것이 필요할 수도 있다.

본 발명의 목적은 상대적으로 작은 광원으로부터 나온 광선이 도광 장치의 더 큰 표면 상에 분산될 수 있도록 판형 도광 장치의 측면을 통해 광선을 커플-인 하기 위한 수단을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 상기 수단은 실질적으로 평평한 판형 및 삼각형태를 갖는 도광 부재(light-guiding member)Y를 포함하며, 삼각형 중 짧은 변은(shorter side) 상기 도광 부재 내로 광선을 커플-인 하기 위한 광-커플링(light-coupling) 수단을 포함하고, 삼각형의 긴 변(longer side)은 광선을 상기 도광 장치 내로 커플-인 하기 위한 상기 측면을 향하는 커플링-아웃(coupling-out) 표면을 포함하며, 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 대해 비스듬하게 위치하고 상기 판형의 평면에 수직인 다수의 표면들을 포함한다. 다수의 표면들 각각은 상기 광-커플링 수단으로부터 오는 광선이 상기 커플링-아웃 표면으로 반사되어 광선이 원하는 방향으로 상기 긴 변을 향할 수 있고, 원하는 광선의 분산 정도에 따라서 상기 표면들 각각에 적절한 위치(orientation), 즉 적절한 방향(direction)이 주어지도록 위치한다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 판형 도광 부재는 실질적으로 직각 삼각형 형태를 가지며, 상기 삼각형의 짧은 변 및 긴 변은 실질적으로 직각을 이루고, 상기 제3 변은 삼각형의 빗변이며, 이러한 제3 변은 상기 커플링-아웃 표면에 대해 약 45°의 각도로 위치한 상기 다수의 표면들을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제3 변은 각각 상기 제3 변의 방향에 대하여 비스듬하고 상기 짧은 변에 실질적으로 수직인 교호하는(alternating) 방향을 가지는 다수의 표면들을 포함한다. 이러한 모든 표면들은 커플링-아웃 표면에 광선이 원하는 정도로 분산되도록 하기 위하여 평평하거나 곡면이 될 수 있다.

도광 부재의 물질의 굴절률에 따라서, 광선은 상기 부재의 표면들에 의해 도광 부재 내로 재반사될 것이다. 입사각이 어떤 값, 즉 전반사각보다 크다면 광선은 반사될 것이다(입사각은 광선과 광선이 향하는 표면에 수직인 선 사이의 각도이다).

직각 삼각형 형태인 경우, 상기 광-커플링 수단에 의해 커플-인 된 광선의 주요 방향은 상기 커플링-아웃 표면에 평행한 방향을 가진다. 따라서 45°의 각도인 표면들은 주로 상기 표면에 수직인 방향으로 커플링-아웃 표면을 향해 광선을 반사시킬 것이고, 그 결과 광선은 커플-아웃 될 것이다.

도광 부재는 중간적인(intermediate) 도광으로서 기능하며, 삼각형의 짧은 변은 적절한 광-커플링 수단을 사용하기 위해 필요한 만큼 짧은 길이로 제작될 수 있고, 긴 변은 판형 도광 장치의 직사각형 측면의 길이에 상응하는 길이를 가질 수 있다. 삼각형의 제3 변에 대하여 비스듬한 표면들의 수는 바람직하게는 6개 초과, 더 바람직하게는 12개 초과이다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 상기 제3 변에 비스듬하게 위치하는 상기 표면들에는 광-반사(light-reflecting) 물질이 구비되어 있다. 커플링-아웃 표면을 제외하고, 도광 부재의 모든 표면에는 표면이 전반사각보다 큰 입사각을 갖는 모든 광선을 반사시킬 수 있을 정도로 충분히 매끄럽지 않거나, 전반사각보다 작은 입사각을 갖는 광선이 있을 경우 광선의 반사를 증가시키기 위한 광-반사 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 관련 표면(relevant surface)을 바람직하지 않은 다른 물질과의 광 접촉으로부터 보호할 수도 있다.

바람직하게는 도광 부재는 0.5㎜ 내지 15㎜ 사이의 두께, 더 바람직하게는 2㎜ 내지 7㎜의 두께를 가지며, 이러한 두께는 바람직하게는 상기 도광 장치의 두께와 일치한다. 일반적으로 도광 부재의 두께는 상기 삼각형의 짧은 변의 길이보다 작으며, 바람직하게는 짧은 변의 길이의 반보다 더 작고, 더 바람직하게는 짧은 변의 길이의 4분의 1보다 더 작으며, 한 바람직한 실시예에 따르면 짧은 변의 길이의 10분의 1보다 더 작다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 도광 부재의 상기 평면에 평행한 하나 혹은 양 표면의 적어도 일부에는 도광 부재 자체의 물질보다 더 낮은 굴절률을 갖는 물질이 코팅된다. 이러한 코팅 또는 클래딩(cladding)은 도광 물질의 표면이 아교 등에 접촉되거나, 지문 등으로 더러워지는 것을 방지한다.

바람직하게는 광선을 상기 도광 부재 내에 커플-인 하기 위한 상기 광-커플링 장치는 다수의 광 전송 로드(light transmission rods)를 포함하며, 상기 광 전송 로드의 각각은 도광 부재의 측면에 연결되는 말단부를 가지고, 상기 측면은 상기 삼각형의 짧은 변에 위치한다. 광 전송 로드는 도광 부재의 물질과 동일한 도광 물질로 제작될 수 있고 바람직하게는 0.2㎜ 내지 5㎜ 사이, 더 바람직하게는 1㎜ 내지 3㎜ 사이의 직경을 가진다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 측면 근처에 있는 광 전송 로드는 도광 부재의 상기 측면에 수직한 평면에 서로 평행하게 위치한다. 바람직하게는 상기 측면 근처에 있는 상기 로드 사이의 거리는 5㎜ 보다 짧다. 로드 사이에 공간이 없을수도 있지만, 바람직하게는 1㎜ 내지 2㎜ 사이의 거리가 있다.

바람직하게는 광 전송 로드의 다른 말단부는 상기 광 전송 로드 내에 광선을 커플-인 하기 위한 장치를 형성하기 위하여 함께 결속된다. 바람직하게는 상기 장치는 실질적으로 원통 형태를 가지며, 그 결과 광선은 상대적으로 작은 광원에 의해 커플-인 될 수 있다. 그러나 다른 형태 또한 가능하다.

광 전송 로드를 도광 부재의 측면에 연결하기 위하여, 상기 표면에는 광 전송 로드에 들어맞는 구멍이 있을 수 있다. 따라서 광 전송 로드의 평평한 말단부 표면은 구멍의 평평한 바닥과 접촉하며, 그 결과 광선이 양 표면을 통과할 수 있고, 광 손실이 적게 일어난다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 도광 부재와 상기 광 전송 로드는 동일한 물질로 된 하나의 부품이다. 이들은 바람직하게는 단일의 사출 성형 공정(injection molding operation)으로 제작된다. 그러면 광선은 어떠한 간섭 없이, 즉 어떠한 표면도 통과하지 않고 광원으로부터 광 전송 로드와 도광 부재를 통해 유도될 수 있고, 그 결과 빛의 손실이 제한된다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 판형 도광 장치는 그 앞면의 적어도 일부를 통해 발광하기 위한 수단을 가진다. 이와 같은 발광 수단은 미국 특허출원 제 2002/0167820호에 설명되어 있다. 이는 물질의 조면화(roughening), 양각화(embossing) 또는 천공(boring)에 의해 형성된 발광 장치의 뒷면일 수 있다. 또다른 경우는 예컨대 굴절 도료(refractive pigments)와 같은 산란중심(scattering centers)을 발광 장치의 물질 내에 삽입하는 것이다.

바람직하게는 판형 도광 장치의 앞면 및/또는 뒷면의 적어도 일부에는 도광 장치 자체의 물질보다 더 낮은 굴절률을 가지는 코팅이 구비되어 있다. 이러한 코팅 또는 클래딩은 도광 물질의 표면이 아교와 같은 물질과 접촉하거나 예컨대 지문 등에 의해 더러워지는 것을 방지한다.

예컨대 이러한 클래딩은 아교로 도광 장치의 앞면에 직물(fabric)을 부착하여 광선이 직물을 통해 비출 수 있도록 한다. 게다가 도광 장치가 설치될 때, 도광 장치는 아교로 고정될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 도광 장치와 상기 도광 부재는 동일한 물질로 된 하나의 부품이며, 상기 장치와 상기 부재는 각각 평평한 평면에서 신장되어 상기 평면상에 있고 상기 커플링-아웃 표면의 적어도 대부분 상에서 신장되는 하나 이상의 간극(interstice)이 상기 도광 장치의 측면과 상기 도광 부재의 상기 커플링-아웃 표면의 사이에 존재한다. 하나의 간극은 두개의 실질적으로 평행한 표면들 사이의 공간으로서 정의된다. 공기를 포함하는 하나 이상의 간극의 존재는 정확한 방향, 주로 도광 장치의 상기 측면에 수직한 방향으로 광선이 도광 장치 내로 커플-인 되는 것을 보장한다. 상기 커플링-아웃 표면에 대해 지나치게 큰 입사각을 가지는 광선은 커플-아웃 되지 않을 것이지만 도광 부재 내로 재반사될 것이다.

도광 부재와 도광 장치의 조합은 사출 성형 공정에서 만들어질 수 있으며, 광 전송 로드도 동시에 만들어질 수 있고, 모든 도광 수단을 포함하는 이러한 조립체는 하나의 물질로 되어 있다. 따라서 광선은 많은 손실 없이 광원으로부터 발광 위치까지 유도될 수 있다. 간극은 사출 성형 공정 중에 형성될 수 있으나, 그 이후에도 예컨대 레이저 빔을 통한 물질 제거 공정을 통해 형성될 수 있다.

본 발명은 또한 실질적으로 평평한 판형과 삼각형태를 포함하는 전술한 도광 부재에 관한 것이며, 삼각형의 짧은 변은 광선을 상기 도광 부재 내로 커플-인 하기 위한 광-커플링 수단을 포함하고, 삼각형의 긴 변은 광선을 도광 장치 내로 커플-인 하기 위한 표면을 향할 수 있는 커플링-아웃 표면을 포함하며, 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 비스듬하게 위치한 다수의 표면을 포함하며, 상기 모든 표면은 상기 판형태의 평면에 수직이다.

게다가 본 발명은 평평한 측면을 갖는 판형 도광 장치 내로 광선을 유도하는 방법에 관한 것으로서, 광선은 실질적으로 평평한 판형 및 삼각형을 갖는 도광 부재에 의해 상기 측면을 통해 커플-인 되며, 광선은 광-커플링 수단에 의해 삼각형의 짧은 변을 통해 상기 도광 부재 내로 커플-인 되고, 삼각형의 긴 변은 광선을 상기 도광 장치 내로 커플-인 하기 위한 상기 측면을 향하는 커플링-아웃 표면을 포함하며, 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 비스듬하게 위치해 있으며 모두 상기 판 형태의 평면에 수직한 다수의 표면들을 포함하며, 그 결과 광-커플링 수단으로부터 나온 광선이 제3 변의 방향에 비스듬한 표면에 의해 반사되고 따라서 상기 커플링-아웃 표면을 향하고 상기 도광 장치 내로 커플-인 된다.

이제 본 발명은 도광 시스템의 몇가지 실시예에 대한 설명에 의해 더 설명될 것이며, 도식적인 그림을 포함하는 도면을 참조한다.

도 1은 판형 삼각 도광 부재의 상면도(top view).

도 2는 도 1의 하부로부터 보았을 때의 도광 부재를 나타낸 도면.

도 3은 도 1의 상부로부터 보았을 때의 도광 부재를 나타낸 도면.

도 4는 도 1의 우측으로부터 보았을 때의 도광 부재를 나타낸 도면.

도 5는 도 1에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도.

도 6은 광 전송 로드를 포함하는 광섬유(light guide)의 상면도.

도 7은 도 6의 하부로부터 보았을 때의 광섬유를 나타낸 도면.

도 8은 도 6의 좌측으로부터 보았을 때의 광섬유를 나타낸 도면.

도 9는 도 6에서 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 절단한 단면도.

도 10은 도광 및 발광용 시스템의 상면도.

도 11은 도 10의 하부로부터 보았을 때의 시스템을 나타낸 도면.

도 12는 도 10의 우측으로부터 보았을 때의 시스템을 나타낸 도면.

도 13은 도 10의 상부로부터 보았을 때의 시스템을 나타낸 도면.

도 14는 도 10에서 XIV-XIV 선을 따라 절단한 단면도.

도 15는 도 10에서 XV-XV 선을 따라 절단한 단면도.

도 1은 판형이고 실질적으로 삼각형인 도광 부재(light-guiding member)(1)를 도시한다. 이러한 실시예에 따르면, 도광 부재(1)의 물질은 폴리카보네이트(polycarbonate)이며, 이는 사출 성형 공정으로 형성될 수 있는 투명한 열 가소성 물질이다. 사출 성형 공정에 의해 생산된 생산물의 외부 표면은 매끄러우며, 관련 표면(relevant surface)에 대한 입사각이 전반사각(즉, 임계 전반사각)보다 크다면, 커플-인(couple-in) 된 광선이 상기 표면에 의해 반사될 것이다. 전반사각은 도광 부재의 물질의 굴절률 값과 도광 부재의 관련 표면에 접하는 매질의 굴절률 값에 따른다.

폴리카보네이트의 굴절률은 약 1.6이고 공기의 굴절률은 약 1이므로, 전반사각은 약 39°이다. 이는 도광 부재(1)의 관련 표면에 대하여 39°초과의 입사각을 갖는 모든 광선은 전체적으로 도광 부재(1)의 물질 내로 모두 재반사될 것이라는 것을 의미한다. 광선은 단지 39°미만의 입사각을 갖는 경우에만 커플-아웃(couple out)된다.

이러한 실시예에 따르면, 도광 부재(1)는 평면 상으로 볼 때 실질적으로 직각삼각형 형태를 가지며 삼각형의 짧은 변(shorter side)(2)과 긴 변(longer side)(3)은 실질적으로 직각(4)을 이룬다. 도시된 실시예에서, 판형 도광 부재(1)의 두께는 약 6㎜이다.

짧은 변(2)에는 광선을 도광 부재(1) 내에 커플-인 하기 위한 광-커플링 수단(light-coupling means)(5)이 구비되어 있다. 광-커플링 수단(5)은 적어도 도광 부재(1) 근처에, 도광 부재(1)의 판형태의 평면에 평행한 평면 내에 서로 평행하게 위치하는 다수의 광 전송 로드(light transmission rods)(6)를 포함한다. 광 전송 로드(6)와 도광 부재(1)는 사출 성형 공정에 의해 생산됨으로써 동일한 물질로 된 하나의 통합된 부품을 형성한다. 도 1은 단지 11개의 광 전송 로드(6)를 도시하지만, 실제로는 도광 부재(1)에 연결된 더 많은 수의 광 전송 로드가 있을 수 있다. 광 전송 로드(6)는 더 많은 다른 평행한 평면들 중 두 개에 위치할 수도 있다.

긴 변(3)은 판형 도광 부재(1)의 평면에 수직하게 위치한 커플링-아웃 표면(coupling-out surface)(7)을 포함한다. 도 2는 커플링-아웃 표면(7)의 정면도이다. 광선이 커플링-아웃 표면(7)에 대하여 전술한 실시예에서 전반사각인 39°미만의 입사각을 갖는다면, 광선은 도광 부재(1)로부터 커플-아웃 될 것이다.

도광 부재(1)의 삼각형의 제3 변인 빗변(8)은 교호하는(alternating) 방향을 갖는 다수의 표면(9, 10)을 포함한다. 모든 표면(9)은 커플링-아웃 표면(7)에 평행하게 위치하고 모든 표면(10)은 커플링-아웃 표면(7)에 대하여 45°의 각도로 기울어져 위치한다. 표면(9, 10)은 상기 판형인 표면에 대하여 수직하게 위치한다. 도 3 및 도 4는 교호하는 방향을 갖는 표면(9 및 10)의 행렬을 도시한다.

도 5는 도 1에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 광 전송 로드(6)에 대한 단면도이다. 광 전송 로드는 또한 광 전송 튜브(tube)라고도 불린다. 그러나 광선이 튜브의 물질속에서 전달되고 튜브의 외부 표면에 반사되어 튜브 또는 로드(6)에 머물기 때문에 "튜브"(즉, 속이 빈 물체)라고 할 수 없겠지만, 광선과 관련해서는 실질상 튜브라고 할 수도 있다.

광 전송 로드(6)는 원형 횡단면을 가질 수 있으므로 그 형태는 원통형이 될 수 있다. 그러나 광 전송 로드(6)들 간에 공간이 없이 광선의 생성을 용이하게 하기 위하여 예컨대 육각형 또는 사각형과 같은 횡단면의 다른 형태도 가능하다.

광 전송 로드(6)의 횡단면은 그 길이를 따라 달라질 수도 있으며, 바람직한 실시예에 따르면 광 전송 로드(6) 중 적어도 일부는 도광 부재(1) 쪽 방향으로 갈수록 직경이 증가한다. 따라서 광선은 광 전송 로드를 통과할 때 더 평행해지게 될 것이다. 이러한 직경의 증가는 바람직하게는 로드(6)가 연결된 도광 부재(1) 근처에서 적용되는 것이 좋으며, 그 결과 상기 부재(1) 근처의 광 전송 로드(6)의 직경은 상기 도광 부재로부터 먼 곳보다 바람직하게는 1.5배 초과, 더 바람직하게는 2배 초과하여 더 큰 것이 좋다. 이러한 직경이 증가하는 형태는 광 전송 로드(6)의 사출 성형 공정에 의해 용이하게 생산될 수 있다.

광선은 도광 부재(1)에 의해 짧은 변(2)에서 상대적으로 작은(짧은) 영역을 통해 커플-인 될 수 있고 긴 변(3)에서 상대적으로 넓은(긴) 영역, 즉 커플링-아웃 표면(7)을 통해 커플-아웃 될 수 있다. 광 전송 로드(6) 내로 광선을 커플-인 하는 방법에 따라, 방사 방향은 상기 길이 방향에 대하여 아주 작은 각도를 이룰 수 있다. 따라서, 광 전송 로드(6)를 통해 도광 부재(1)로 들어가는 커플-인 된 광선의 방사는 광 전송 로드(6)의 길이 방향에 대하여 작은 각도를 이루고 그에 따라 커플링-아웃 표면에 대하여 실질적으로 평행한 방향을 갖는다.

따라서 광선은 커플링-아웃 표면(7)에 대하여 주로 평행한 방향으로 도광 부재(1)에 들어간다. 그러므로, 대부분의 커플-인 된 광선은 약 45°의 입사각으로 표면들(10) 중 하나에 부딪힌다. 이 각도는 전반사각(약 39°)보다 훨씬 크기 때문에, 광선의 대부분은 커플링-아웃 표면(7)에 실질적으로 수직한 방향 또는 상기 방향으로부터 상대적으로 조금 벗어난 방향으로 반사될 것이다. 39°보다 작은 입사각을 가지는 모든 광선은 표면(7)을 통과함으로써 유발되는 빛의 약간의 작은 손실을 제외하고는 커플링-아웃 표면(7)을 통해 커플-아웃 될 것이다.

도광 부재(1)는 삼각형의 짧은 변(2)이 적절한 광-커플링 수단(light-coupling means)(5)을 이용하기 위해 필요한 만큼 짧게 제조될 수 있고 긴 변(3)은 판형 도광 장치(light-guiding element)의 직사각형 측면의 길이에 대응하는 길이를 가질 수 있으며, 중간적인 광 유도의 기능을 한다. 삼각형의 빗변(8)을 따라 위치한 표면(9, 10)의 갯수는 빛의 적절한 반사와 분산을 수행하기 위해 필요한 만큼의 갯수일 수 있다.

다른 물질 또는 다른 주변 매질의 사용으로 인해 본 실시예에서보다 전반사각이 더 큰 경우, 또는 덜 매끄러운 표면에 의해 반사가 방해받는 경우에는, 도광 부재의 표면(10) 및/또는 다른 표면에 광-반사(light-reflecting) 물질이 추가될 수 있다. 이러한 물질 또는 코팅은 또한 관련 표면이 바람직하지 않은 다른 물질과 광학적인 접촉이 되지 않도록 보호할 수 있다.

반사 코팅 대신에, 관련 표면, 예컨대 표면(10)에 약간의 거리를 두고 반사경(reflecting mirror)이 설치될 수 있다. 도광 부재(1)의 물질 내로 광선이 완전 재반사되도록 하기 위하여 표면에 부착될 수 있는 고반사 테잎(high-reflection tapes)도 사용될 수 있다.

또한 도광 부재의 두개의 평행한 표면(앞면 및 뒷면)에는 도광 부재(1) 자체의 물질보다 굴절률이 낮은 물질로 된 코팅을 구비하여도 좋다. 이러한 코팅 또는 클래딩(cladding)은 도광 물질의 표면이 물질과 접촉하거나 예컨대 지문에 의해 더러워지는 것을 방지한다. 따라서, 동일하거나 굴절률이 더 높은 물질이 도광 물질의 표면과 광학적인 접촉을 형성하는 것이 방지되고 광선이 의도하지 않게 커플-아웃 되는 것이 방지된다.

도 6, 도 7 및 도 8은 다수의 광 전송 로드(6)와, 광 전송 로드(6)가 연결되는 판형 도광 부재(1)의 일부를 도시한다. 도 6에서 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 절단한 단면도인 도 9에 도시된 바와 같이, 광 전송 로드(6)는 도광 부재(1) 근처에 평행하게 있으며, 평평한 평면에 위치해 있다. 도광 부재(1)로부터 멀어질수록, 광 전송 로드(6)는 서로 더 가까이 위치하게 되며, 말단 부분에서는 모든 광 전송 로드(6)가 원통형 홀더(cylindrical holder)(15)로 둘러싸인 평행한 로드(6)의 묶음(14)이 된다.

광 전송 로드(6)를 통해 광선을 도광 부재(1)로 전달하기 위하여, 광선은 광 전송 로드(6)의 다른쪽 말단부, 즉 도광 부재(1)에 연결되지 않은 말단부에서 광 전송 로드(6) 내로 커플-인 되어야 한다. 이러한 말단부는 원통형 홀더(15) 내에 있다. 광선을 커플-인 하기 위하여, 홀더(15)는 램프 또는 다른 광원 앞에 위치할 수 있으며, 이는 도면상에 도시되지 않았다. 실질적으로 평행한 발광 방향을 갖는 광선은 램프 뒤의 반사기(reflector) 또는 램프 앞의 렌즈에 의해 얻을 수 있고 원통형 홀더(15) 방향이 될 수 있으며, 그 결과 각각의 광 전송 로드(6)에 있는 광선이 실질적으로 각각의 로드(6)의 길이 방향에 따르는 방향을 가진다. 따라서 광선은 주로 한 방향으로 도광 부재(1)로 들어갈 것이다. 도광 부재(1)가 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같은 부재라면, 광선의 방사 방향은 상술한 바와 같은 것이 유용하다. 그러나 후술할 바와 같이, 도광 부재(1)가 다른 목적, 예컨대 부재의 앞면을 통하여 광선을 방출하기 위한 판형 도광이라면, 광선의 방사가 주로 평행하고 판형 도광 부재의 측면에 수직하도록 하는 것이 또한 유리하다. 그러면 광선은 도광 부재에 효과적으로 분산될 것이고 상기 측면으로부터 먼 위치에 용이하게 도달할 것이다.

광 전송 로드(6)는 도면에 도시된 바와 같이 원형 횡단면을 가질 수 있다. 그러나, 광 전송 로드(6)가 다른 횡단면, 예컨대 육각형 또는 사각형의 횡단면을 갖는 것이 유리할 수 있다. 그러면, 로드(6)는 로드들 사이의 공간 없이 용이하게 묶음 속에 묶일 수 있다. 원형 로드(6)의 경우에, 로드의 말단부는 원통형 홀더(15) 내의 로드들 사이의 틈새를 방지하기 위하여 함께 압축되면서 가열될 수 있다. 로드(6)는 홀더(15) 내에서 함께 융합(용융)될 수도 있다. 그러나 홀더(15) 내의 광 전송 로드(6) 사이의 어떠한 공간도 광선이 광 전송 로드(6) 내로 커플-인 되는 것을 방해하지 않지만, 광선의 손실이 많을 수 있다.

전술한 실시예에 따르면, 홀더(15)는 원통 형태이다. 그러나, 홀더는 예컨대직사각형과 같은 다른 형태도 가질 수 있지만, 그 형태는 광원의 형태에 대응하 는 것이어야 한다. 광 전송 로드(6)는 다른 광원 앞에 위치한 말단부를 갖는 더 많은 묶음(14), 즉 더 많은 홀더(15)에 따라 분할될 수 있다.

도면에 도시되지 않은 한 바람직한 실시예에 따르면, 로드의 직경은 그 길이를 따라 변화하며, 직경은 도광 부재(1)에서 멀어지는 방향으로 증가한다. 전술한 바와 같이 이러한 형태는 광선이 전송되는 동안 전송된 광선이 서로 더욱 평행한 방향을 갖게 되는 점에서 광선의 전송을 향상시킨다.

광 전송 로드(6)는 0.2㎜ 내지 5㎜, 바람직하게는 1㎜ 내지 3㎜의 직경을 가질수 있고, 도광 부재(1) 근처의 로드들(6) 간의 거리는 0.5㎜ 내지 2㎜인 것이 좋다. 광 전송 로드(6)의 갯수는 필요에 따라 많아질 수 있다. 광 전송 로드(6)의 길이 또한 필요에 따른다. 일반적으로 광 전송 로드(6)의 길이는 로드 각각이 적절한 방법으로 도광 부재(1)의 측면과 원통형 홀더(15) 사이의 간극을 연결할 수 있도록 다양하다. 광원이 있는 원통형 홀더(15)가 도광 부재(1)의 근처에 위치하는 경우에 이러한 간극은 더 짧아질 수 있지만, 광원과 원통형 홀더(15)가 도광 부재(1)로부터 멀리 위치하는 것도 가능하여, 이 경우 광 전송 로드(6)는 원통형 홀더(15)로부터 도광 부재(1) 근처까지 이어지는 묶음에 배열되며, 광 전송 로드(6)는 도광 부재(1) 측면의 로드 각각의 위치로 갈라진다.

로드(6)가 연결되는 도광 부재(1) 뿐만 아니라 광 전송 로드(6)도 사출 성형 공정에 의해 제조된다. 따라서, 두 구성요소(1, 6)가 함께 만들어지며, 그 결과 로드와 도광 부재는 한 종류의 물질{본 실시예의 경우 폴리카보네이트(polycarbonate)}이며, 이러한 물질은 광 전송 로드(6)에 충분한 유연성을 부여한 다. 따라서, 광선은 어떠한 간섭 없이 도광 부재(1)로부터 일정 거리에 있는 광원으로부터 상기 판형 도광 부재(1)까지 유도될 수 있고, 입사 광선은 도광 부재(1)의 측면 전부에 분산되고, 광의 방사는 실질적으로 상기 측면에 수직한 방향을 향한다.

광 전송 로드(6)의 상기 다른 말단부는 광 전송 로드(6)가 도광 부재(1)와 함께 사출 성형 공정으로 제조된 후에 묶음(14)으로 형성되고 홀더(15)로 둘러싸인다. 홀더(15)는 광 전송 로드(6)의 묶음(14)이 삽입되는 금속 또는 플라스틱 원통일 수 있으며, 또는 이와 달리 묶음(14) 주위로 서로 결합되는 두개의 '반원통(half pipes)'을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 홀더(15)는 광 전송 로드(6)의 묶음(14) 둘레에 감긴 테잎(tape)으로 구성될 수 있다.

도 10은 사각형인 판형 발광 장치(plate-like light-emitting element)(20) 및 전술한 바(도 1 내지 도 5 참조)와 같이 도광 부재(1)와 유사한 실질적으로 삼각형인 판형 도광 부재(21)를 포함하는 도광 시스템의 한 실시예를 도시한다.

도 11 내지 도 13(측면도)와 도 14 및 도 15(단면도)에 따르면, 판형 발광 장치(20)와 도광 부재(21)는 평평하지만, 구부러져서 2차원 또는 3차원의 곡면 형태가 될 수도 있다. 이러한 형태는 예컨대, 도광 시스템이 설치되는 자동차 지붕 또는 관련된 부품의 형태에 부합할 수 있다. 판형태에 상대적으로 약한 곡면이 있다면, 광선은 곡면으로 인해 커플-아웃 되지 않을 것이다.

광선은 발광 장치(20)의 앞면(22)을 통해 커플-아웃 된다. 이러한 발광을 하기 위하여 발광 장치(20) 내 광선의 방사(radiation)는 앞면에 대해 전반사각보 다 작은 입사각에 따른 방향을 갖는다. 이러한 광선의 방사 방향을 얻기 위하여, 뒷면(23) 또는 앞면(22)은 적어도 국부적으로 물질 표면의 조면화(roughening), 양각화(embossing) 또는 천공(boring)에 의해 획득된 특정한 구조를 가질 수 있다. 또다른 경우는 예컨대 굴절 도료(refractive pigments)와 같은 산란중심(scattering centers)을 발광 장치(20)의 물질 내에 삽입하는 것이다. 어쨌든 광선을 커플-아웃하기 위한 이러한 수단들은 그 자체로 공지되어 있다. 발광 장치(20)의 뒷면(23)은 상기 뒷면(23)을 통한 광선의 방사를 막기 위한 광-반사 물질로 코팅될 수 있다. 뒷면(23)으로부터 약간 떨어진 거리에 거울을 설치하여 광선이 발광 장치(20) 내로 재반사되도록 하는 것도 가능하다.

도 10에 도시된 실시예에 따르면, 발광 장치(20)와 도광 부재(21)는 4개의 지점(24)에서 서로 연결된다. 이러한 지점들(24) 사이에는 3개의 간극(25)이 있으며, 간극(25)이 발광 장치(20)와 도광 부재(21) 사이의 영역의 대부분을 차지한다. 간극(25)이 앞면(22)과 뒷면(23) 사이의 간극의 일부까지 신장되어 표면(22, 23) 중 하나가 차단되지 않을 수도 있으나, 도시된 실시예에 따르면, 간극(25)은 도 15에 명확하게 도시된 바와 같이 발광 장치(20)와 도광 부재(21)의 전체 두께만큼 신장된다. 이러한 실시예에서 간극의 폭은 약 1㎜ 이다. 바람직하게는 간극의 폭은 도광 부재(1)의 두께의 0.05 내지 0.15배이다.

발광 장치(20)와 도광 부재(21)와 광 전송 로드(6)는 하나의 사출 성형 공정에서 제조된 동일한 물질(본 실시예에서는 폴리카보네이트(polycarbonate))로 된 하나의 부품이다. 간극(25) 또한 사출 성형 공정 중에 형성된다. 그러나, 이와 달리 간극(25)은 사출 성형 공정 이후에, 예컨대 레이저 빔을 이용한 물질 제거 공정에 의해 형성될 수 있다.

실질적으로 삼각형인 도광 부재(1)에 대하여 전술한 바와 같이, 광선은 광 전송 로드(6)를 통해 도광 부재(21)로 들어가며, 광선 방사 방향은 주로 로드(6)의 길이 방향에 평행하다. 그러면 광선은 표면(10)에 의해 반사되고 발광 장치(20)의 방향으로 보내지며, 이때 광선 방사의 대부분은 간극(25)에 실질적으로 수직한 방향을 갖는다. 이러한 광선은 간극(25)의 양 표면을 통과하기 때문에 낮은 손실로 간극(25)을 통과할 것이다. 그러나 간극(25)에 수직인 선과 큰 각을 이루는 방향을 갖는 광선의 방사는 간극(25)를 통과하지 못할 것이지만, 도광 부재(21)의 물질 내로 재반사될 것이다. 이러한 광선 방사는 도광 부재(21)에서 한번 이상, 즉 광선의 방향이 간극(25)을 통과할 수 있게 될 때까지 반사된 후에만 간극(25)을 통과할 수 있다.

따라서 간극(25)으로 인해, 발광 장치(20) 내로 커플-인 된 광선이 발광 장치(20)에 들어가는 표면에 대해 상대적으로 먼 거리에 있는 지점에 용이하게 도달할 수 있는 방향을 갖게 된다. 이는 발광 장치(20)의 앞면(22)에 대한 발광의 분산을 향상시킨다.

게다가, 간극(25)의 존재는 광 전송 로드(6)로부터 도 10의 우측, 즉 즉 로드(6)로부터 멀리 떨어져 있는 표면(10)까지 광선의 유도를 향상시킨다. (도 10에서) 아래쪽의 광 전송 로드(6)로부터 온 광선이 아래 방향으로 경사지게 된다면, 간극(25)의 표면에 의해 반사되어 도 10의 우측의 표면(10)을 향하게 될 것이다.

도광 부재(21) 및/또는 발광 장치(20) 및/또는 광 전송 로드(6)에는 상기 부재(21), 장치(20) 또는 로드(6)의 물질보다 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 코팅이 있을 수 있다. 이러한 코팅 또는 클래딩은 도광 물질의 표면이 물질에 접촉되거나 지문 등에 의해 오염되는 것을 방지하며, 동시에 동일하거나 더 높은 굴절률을 갖는 물질이 도광 물질의 표면과 광학적인 접촉을 형성하여 광선이 의도하지 않게 커플-아웃 되는 것을 방지한다. 예컨대, 이러한 클래딩은 아교로 발광 장치의 앞면에 직물(fabric)을 붙일 수 있도록 하며, 그 결과 광선이 직물을 통해 비출 수 있다. 클래딩은 또한 아교에 의해 도광 시스템의 고정을 가능하게 한다.

전술한 실시예들은 단지 도광 시스템의 예일 뿐이며, 상당히 많은 다른 실시예가 가능하다.

Claims (14)

1. 실질적으로 평평한 측면과 상기 측면을 통해 광선을 커플-인(couple-in) 하기 위한 수단을 포함하는 판형 도광 장치(plate-like light-guiding element)를 포함하는 도광 시스템으로서,

   상기 수단은 실질적으로 평평한 판형이며 삼각형 형태를 갖는 도광 부재(light-guiding element)를 포함하고,

   상기 삼각형의 짧은 변(shorter side)은 광선을 상기 도광 부재 내에 커플-인 하기 위한 광-커플링(light-coupling) 수단을 포함하며,

   상기 삼각형의 긴 변(longer side)은 광선을 도광 장치 내로 커플-인 하기 위한 상기 측면을 향하는 커플링-아웃(coupling-out) 표면을 포함하며,

   상기 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 대해 비스듬하게 위치하는 다수의 표면들을 포함하고, 상기 모든 표면들은 상기 판형인 형태의 평면에 수직인 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 판형 도광 부재는 실질적으로 직각 삼각형의 형태를 가지며, 삼각형의 상기 짧은 변과 상기 긴 변은 실질적으로 직각을 이루고, 상기 제3 변은 삼각형의 빗변이며, 상기 제3부분은 상기 다수의 표면을 포함하고, 상기 표면은 상기 커플링-아웃 표면에 대해 약 45°로 비스듬히 위치하는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 비스듬하고 실질적으로 상기 짧은 변에 수직인 교호하는(alternating) 방향을 갖는 다수의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 변의 방향에 비스듬하게 위치한 상기 표면에는 적어도 광 반사(light-reflecting) 물질이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광 부재는 0.5㎜ 내지 15㎜, 바람직하게는 2㎜ 내지 7㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면에 평행한 상기 도광 부재의 하나 또는 두개의 표면의 적어도 일부에는 상기 도광 부재의 물질보다 더 낮은 굴절률을 갖는 물질의 코팅이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
7. 제1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 광선을 상기 도광 부재 내로 커플-인 하기 위한 상기 광-커플링(light-coupling) 수단은 다수의 광 전송 로드를 포함하고, 상기 광 전송 로드 각각은 상기 도광 부재의 상기 짧은 변의 표면에 연 결되는 말단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 도광 부재와 상기 광 전송 로드는 동일한 물질로 된 하나의 부품인 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 광 전송 로드의 다른 말단부는 상기 광 전송 로드 내로 광선을 커플-인 하기 위한 부재를 형성하기 위하여 함께 결속되는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판형 도광 장치는 앞면의 적어도 일부를 통해 발광하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판형 도광 장치의 상기 앞면 및/또는 상기 뒷면의 적어도 일부에는 상기 도광 장치의 물질보다 더 낮은 굴절률을 갖는 코팅이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광 장치와 상기 도광 부재는 동일한 물질로 된 하나의 부품이고, 상기 장치와 상기 부재는 각각 평평한 평면의 한 부분에서 신장되고, 상기 평면에 있고 적어도 상기 커플링-아웃 표면의 대 부분에 신장되는 간극이 상기 도광 장치의 상기 측면과 상기 도광 부재의 상기 커플링-아웃 표면 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 도광 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 도광 부재로서,

    실질적으로 평평한 판형이며 삼각형의 형태이고, 상기 삼각형의 짧은 변은 광선을 상기 도광 부재 내로 커플-인 하기 위한 광-커플링 수단을 포함하고, 상기 삼각형의 긴 변은 광선을 도광 장치 내로 커플-인 하기 위한 표면을 향할 수 있는 커플링-아웃 표면을 포함하고, 상기 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 비스듬하게 위치한 다수의 표면을 포함하고, 상기 모든 표면은 상기 판형태의 표면에 수직인 것을 특징으로 하는 도광 부재.
14. 평평한 측면을 포함하며 광선이 상기 측면을 통해 커플-인 되는 판형 도광 장치 내로 광선을 유도하는 방법으로서,

    광선은 실질적으로 평평한 판형이고 삼각형인 형태를 갖는 도광 부재에 의해 커플-인 되고, 광선은 광-커플링 수단에 의해 상기 삼각형의 짧은 변을 통해 상기 도광 부재 내로 커플-인 되고, 상기 삼각형의 긴 변은 상기 도광 장치 내로 광선을 커플-인 하기 위한 상기 측면을 향하는 커플링-아웃 표면을 포함하며, 상기 삼각형의 제3 변은 상기 제3 변의 방향에 비스듬히 위치하는 다수의 표면을 포함하고, 상기 모든 표면은 상기 판형태의 표면에 수직이며, 그 결과 광선이 상기 제3 변의 방향에 비스듬하게 있는 표면에 의해 반사되어 상기 커플링-아웃 표면을 향하고 상기 도광 장치 내로 커플-인 되는 것을 특징으로 하는 판형 도광 장치 내에 광선을 유도하는 방법.

Images