양면이 구조화된 광 파이프 document_id A220623015574

본 발명은 일반적으로 빛을 전송 및 분배하기 위한 광 파이프(light pipe)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 본 발명은 한편으로는 내부 전반사에 의해 비교적 적은 전송 손실로 빛을 전송하고, 다른 한편으로는 전송중인 빛을 반사 또는 굴절 등의 방출 방식에 의해 외부로 방출시키기 위해 외면과 내면이 모두 구조화된 중공의 광 파이프에 관한 것이다. 일반적으로, 광 파이프는 광원으로부터 배출되는 빛을 원거리까지 비교적 적은 전송 손실로 전송시키는데 이용되는 광학 부재로서, 광 도관(light conduit), 광 가이드(light guide) 또는 광 튜브(light tube)라고도 불린다. 광 파이프는 또한 장식용이나 기능성 광을 비교적 넓은 영역에 걸쳐 효과적으로 분배시키는 데에도 이용될 수 있다. 통상의 광 파이프 구조물은 투명한 중합체 물질로 구성되며, 미세한 구조물로 구조화된 외면과, 이와 대향 하는 구조화되지 않은 매끈한 내면을 구비한 관 형태의 벽을 포함한다. 상기 구조화되지 않은 내면은 실질적으로 평탄하며, 이에 반해, 상기 구조화된 외면은 상호 나란히 배열되어 광 파이프의 길이 방향으로 연장된 복수의 삼각형 홈을 형성하는 선형의 프리즘 배열을 포함한다. 이러한 구조상의 특징으로 인해 광 파이프는 소정의 각도 범위 내에서 광 파이프 내로 입력된 빛을 내부 전반사에 의해 광 파이프의 내부에 구속함으로써 광 파이프의 길이 방향을 따라 빛을 전송한다. 상기한 바와 같은 전형적인 광 파이프는 미국특허 제 4,805,984호에 개시되어 있으며, 본원에 참고문헌으로 인용된다. 한편, 광 파이프는 특정 지점을 조명하기 위한 포인트 조명의 용도만 아니라, 어떤 한 영역을 조명할 목적으로도 이용된다. 종래에 광 파이프의 내부에서 진행하는 빛을 외부로 분배시키기 위해 다양한 기술이 이용되어 왔다. 이러한 기술의 하나의 기술로서, 구조화된 면에 배치된 프리즘의 형상을 변경시킴으로써, 즉, 프리즘의 모서리부를 둥글게 하거나, 프리즘의 일부를 마모시키거나, 선택된 영역의 프리즘을 완전히 제거함으로써 광이 광 파이프의 변경된 영역을 통해 방출되게 하는 기술이 포함된다. 또한, 이와는 다른 기술로서, 광 파이프 내에 광 배출기(light extractor)를 배치하는 기술이 포함된다. 이러한 광 배출기에는 빛을 내부 전반사의 각도 범위를 벗어나는 각도로 광 파이프 쪽으로 반사시키도록 형상화된 스트립 또는 시트 형태의 물질이 있다. 그러나, 이러한 방식으로 빛이 반사되는 경우에, 광 파이프의 전반사율이 감소하며, 이로써 빛이 광 파이프의 벽을 통해 방출되게 하므로 장식용 또는 기능성 조명을 제공할 수 있다. 광 파이프는 통상적으로 광학 라이팅 필름(OLF : Optical Lighting Film)을 사용하여 제조된다. 전형적인 광학 라이팅 필름은 일면에 엠보싱 가공되거나 또는 그 반대로 성형된 선형의 프리즘 배열을 갖는 비교적 얇은 시트 형태의 투명 물질, 예를 들면 아크릴 또는 폴리카보네이트로 제조된다. 이러한 시트 형태의 물질은 충분한 가요성이 있기 때문에 광학 라이팅 필름을 롤링 가공하여 관형 광 파이프를 제작하는 것이 가능하다. 광 파이프 제조용으로 적합한 광학 라이팅 필름은 미국특허 제 4,906,070호 및 제 5,056,892호에 개시되어 있으며, 이들 특허문헌은 전체가 본원에 참고문헌으로 인용된다. 이하, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 광 파이프의 광 전송 및 반사 원리를 본 발명의 이해에 필요한 범위 내에서 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 도 1a는 광 파이프에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 단면도이며, 도 1b는 광 파이프에서의 빛의 전송 및 반사를 설명하기 위해 광학 라이팅 필름의 일부분을 도시한 사시도이다. 다만, 이해의 편의상, 구조화되지 않은 내면을 상측으로 하고, 구조화된 외면을 하측으로 하여 도시하였다. 먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 광원(미도시)으로부터의 빛은 화살표와 같이 광학 라이팅 필름의 구조화되지 않는 내면에 입사하여 굴절되고(1 지점), 구조화된 외면의 프리즘의 양 측면에서 전반사되고(2 및 3 지점), 이에 의해 외부로 향하던 빛은 상기 내면에서 굴절되어(4 지점) 다시 내부로 입력된다. 이러한 전반사 과정이 반복되는 과정에서 빛은 실질적으로 광 파이프의 길이 방향을 따라 진행하게 되는데, 광 파이프 내측의 공기에서는 빛의 손실이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 빛은 광 파이프를 통해 근거리뿐만 아니라 원거리까지도 거의 손실 없이 전송될 수 있다. 한편, 도 1c는 광 파이프의 외부로 빛이 배출되는 양상을 설명하기 위한 광 파이프의 일부분에 대한 횡단면도이다. 도 1c를 참조하면, 광 파이프(10)는 광학 라이팅 필름(11)과 광 배출기(12)를 포함한다. 광 배출기(12)는 빛을 반사할 수 있는 물질로 구성되며, 광학 라이팅 필름(11)의 구조화되지 않은 내면의 일부 영역에 배치되어 있다. 광원(미도시)에서 배출된 광은 광학 라이팅 필름(11)에 입사하며, 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명한 원리에 의해 광 파이프(10)의 길이 방향으로 전송된다. 한편, 광 파이프(10)의 내측에서 진행하던 빛이 광학 라이팅 필름(11)의 내면에 부착되어 있는 광 배출기(12)의 표면에서 반사되면 빛의 투과 각도가 변경되면서 외부로 방출된다. 그러나, 종래에 광 파이프에 이용되는 광학 라이팅 필름(11)은 일면이 구조화되고, 이와 대향 하는 면인 내면은 구조화되지 않은 평판 형태의 필름이며, 이러한 평판형 필름이 원통형의 투명 아크릴 하우징의 내부에 수용되면서 원통형으로 형상화된다. 이러한 과정을 거치면서 광학 라이팅 필름(11)은 접착 수단에 의해 양 모서리가 접착되거나 겹쳐져 접착된다. 결국, 이러한 광학 라이팅 필름(11)의 접착은 접착 부위에서 광의 전송 손실 및 끊어짐 효과를 초래한다. 또한, 광 파이프(10)에 상기한 바와 같은 광학 라이팅 필름(11)을 부착하여 사용하는 경우에는 광학 라이팅 필름(11) 자체의 제조 비용이 많이 들기 때문에 광 파이프(10) 전체 제작 비용을 증가시키는 요인이 되었다. 또한, 광학 라이팅 필름(11)으로 제작된 광 파이프(10)는 빛의 반사 또는 굴절 등의 방출을 위해 별도의 조작, 예를 들어 광 배출기의 설치, 프리즘의 모서리 절삭, 선택된 프리즘의 완전 제거 등의 조작이 병행되어야 했다. 따라서, 상기와 같은 번잡한 조작 없이도 빛을 원거리까지 균일하게 전송 및 방출할 수 있는 구조의 광 파이프의 개발에 대한 요구가 여전히 존재한다.