JP5634129B2 - ギャップ部材、レンズ及びこれを備えた照明装置 - Google Patents

ギャップ部材、レンズ及びこれを備えた照明装置 Download PDF

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Description

実施例は、ギャップ部材、レンズ及びこれを備えた照明装置に関し、より詳細には、照明装置用のギャップ部材、光が照射される面で、効率的な照度分布を可能にする照明装置用のレンズ及びこれを備えた照明装置に関する。
発光ダイオード(Light Emitting Diode：LED)は、電力消耗が低く、寿命が長くて低費用で運用することができるため、各種電子部品や電光板、照明装置等の光源で応用されている。しかし、発光ダイオードが既存の光源を完全に取り替えるためには、高い価格、熱や湿度に対する脆弱性、低い演色性、低い輝度等の問題点を克服しなければならない。
LEDにレンズを追加に備えて意図する配光特性を達成しようとする照明装置が当業界に存在している。一般に、照明装置用のレンズは、広い照射面を有するように光を拡散させるためのものと、狭い照射面に高い照度の光を集中させるためのものがある。
また、LEDランプから放出される光の効率を向上するために、LEDの周囲には、反射板等が形成されている場合が多くあり、レンズを追加に備える照明装置においては、レンズとLEDの接触を防ぐためにレンズとLEDを所定の間隔を離隔させる部材が存在する場合がある。
実施例は、レンズを含む照明装置のレンズがLEDを直接圧迫しない照明装置用のギャップ部材を提供する。
実施例は、照明装置から放出される光の効率を向上するために反射板を有している照明装置用のギャップ部材を提供する。
実施例は、照明装置の耐電圧の特性を向上させる照明装置用のギャップ部材を提供する。
実施例は、照明装置のレンズがLEDを直接圧迫せず、同時に照明装置から放出される光の効率を向上するための反射板を有し、また、同時に照明装置の耐電圧の特性を向上させることができる照明装置用のギャップ部材を提供する。
実施例は、照射面の輝度を目標輝度に合わせながらも、電力消耗を最小化できる効率的な照明装置に必要なレンズを提供する。
実施例は、光が照射される面で、効率的な照度分布を可能にする照明装置用のレンズ及び/又は照明装置用のギャップ部材を備えた照明装置を提供する。
実施例は、放熱特性と防水特性に優れた照明装置を提供する。
実施例は、所望の配光分布を得ることが容易な照明装置を提供する。
実施例は、耐電圧の特性が向上した照明装置を提供する。
実施例は、維持保守が容易な照明装置を提供する。
実施例によるレンズは、面を横切る窪み面及び窪み面の両側に形成されるプリズム面を含み、光軸に垂直な円型入射面；及び入射面を通じて入射された光を屈折させて出射する出射面を含む。
実施例によるレンズは、光軸と垂直な円型入射面及び入射面を通じて入射された光を屈折させて出射する出射面を含むレンズにおいて、入射面は、光を外側に広がるようにする光拡散面；及び照射面の中心領域における照度を補償し、入射面の中心を通り、光拡散面の長手方向に形成された照度強化面を含む。
実施例によるレンズは、光軸と垂直な円型入射面；及び入射面を通じて入射された光を屈折させて出射する出射面を含むレンズにおいて、レンズから出射された光により照らされる面における照射領域が近似した矩形をなし、近似した矩形の長手の辺の長さが光源から照射面までの高さの2.5倍、近似した矩形の短い辺の長さが光源から照射面までの高さの1.6倍、UP/RTが0.88であることを特徴とする。
実施例によるギャップ部材は、中心方向に下向きの傾斜面が形成されるリング状の反射部；及び反射部と同心円をなし、下方に延長されるリング状の壁部を含んで平坦なリング状を取る。
実施例による照明装置は、基板及び基板上に搭載された多数個のLEDを含む発光部；発光部が収納される筐体；発光部上に配置されたレンズ；レンズの周囲に配置された第１の防水リング；レンズが露出する開口部を有し、筐体及び第１の防水リング上に結合されるケースカバーを含む。
実施例は、レンズを含む照明装置レンズがLEDを直接圧迫しない照明装置用のギャップ部材を提供することができる。
実施例は、照明装置から放出される光の効率を向上するために反射板を有している照明装置用のギャップ部材を提供することができる。
実施例は、照明装置の耐電圧の特性を向上させる照明装置用のギャップ部材を提供することができる。
実施例は、照明装置のレンズがLEDを直接圧迫せず、同時に照明装置から放出される光の効率を向上するための反射板を有し、また、同時に照明装置の耐電圧の特性を向上させることができる照明装置用のギャップ部材を提供することができる。
実施例は、照射面の輝度を目標輝度に合わせながらも、電力消耗を最小化できる効率的な照明装置に必要なレンズを提供することができる。
実施例は、光が照射される面で、効率的な照度分布を可能にする照明装置用のレンズ及び/又は照明装置用のギャップ部材を備えた照明装置を提供することができる。
実施例は、放熱効果に優れたケースを用い、発光モジュールの底面に放熱板を付着して放熱特性に優れた照明装置を提供することができる。
実施例は、防水リングを含んで、防水特性に優れた照明装置を提供することができる。
実施例は、所望の配光分布を得ることが容易な照明装置を提供することができる。
実施例は、レンズの入れ替えが容易な照明装置を提供することができる。
実施例は、耐電圧の特性が向上した照明装置を提供することができる。
実施例は、維持保守が容易な照明装置を提供することができる。
第１の実施例による照明ユニットを示した側断面図。 図１の発光部の側断面図。 図１の発光部の平面図。 図１の発光部の他の例。 図１の発光部のさらに他の例。 図１の発光部のさらに他の例。 図１のギャップ部材を示した側断面図。 図１のギャップ部材の斜視図。 図１のギャップ部材の平面図。 図１のギャップ部材の底面図。 図１のギャップ部材の他の例の斜視図。 図１のギャップ部材の他の例の平面図。 図１のギャップ部材の他の例の底面図。 照度分布が円型である場合の照射面を示した図面。 照度分布が正方形である場合の照射面を示した図面。 入射面がプリズム面だけで構成され、出射面が平坦なレンズの側断面図。 図16のレンズを含んだ照明ユニットによる空間上の光分布を示した図面。 入射面がプリズム面だけで構成され、出射面が球面レンズ形状であるレンズの側断面図。 図18のレンズを含んだ照明ユニットによる空間上の光分布を示した図面。 図18のレンズを含んだ照明ユニットによる照度分布を示した図面。 入射面がプリズム面と窪み面で構成され、出射面が球面レンズ形状であるレンズの斜視図。 入射面がプリズム面と窪み面で構成され、出射面が球面レンズ形状であるレンズの平面図。 入射面がプリズム面と窪み面で構成され、出射面が球面レンズ形状であるレンズの側断面図。 図１の照明ユニットのLEDから放出された光の光経路を示した図面。 図21のレンズを用いた照明ユニットによる空間上の光分布を示した図面。 図21のレンズを用いた照明ユニットによる照度分布を示した図面。 FTE Calculatorによる照射面の照度分布を示した図面。 実験例５のレンズを用いた照明ユニットによる空間上の光分布を示した図面。 実験例５のレンズを用いた照明ユニットに照度分布を示した図面。 第２の実施例による照明ユニットを示した側断面図。 第３の実施例による照明ユニットを示した側断面図。 第４の実施例による照明ユニットを示した側断面図。 第６の実施例による照明装置の分解斜視図。 第６の実施例による照明装置を上から見た斜視図。 第６の実施例による照明装置を下から見た斜視図。 第６の実施例による照明装置の断面図。 照明装置の発光部を示した図面。 第７の実施例による照明装置を上から見た斜視図。 第８の実施例による照明装置の断面図。 第９の実施例による照明装置を下から見た斜視図。
実施例の説明において、各層の上または下に対する基準は、特に言及がなければ、レンズ(140)がある方を上、発光部(101)がある方を下と想定する。
実施例の説明において、照明ユニット(100)は、レンズ(140)、ギャップ部材(130)及び発光部(101)を含むものを指称し、但し、図31のように 別途のギャップ部材が存在しない場合には、照明ユニット(100)は、レンズ(140)と発光部(101)を含むものを指称する。第１の実施例乃至第５の実施例は、照明ユニット(100)について説明し、第６の実施例からは、照明装置について説明する。
図面において空間を表示する座標軸が共に図示された場合には、優先的に座標軸を基準に説明することにする。図面において各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されるか、省略されるか、または概略的に図示された。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全面的に反映するものではない。以下、添付の図面を参照して説明すると次の通りである。
図１は、第１の実施例による照明ユニット(100)を示した側断面図であり、図２は、図１の発光部(101)の側断面図、図３は、図１の発光部(101)の平面図、図４は、図１の発光部(101)の他の例、図５は、図１の発光部(101)のさらに他の例であり、図６は、図１の発光部(101)のさらに他の例である。
図１を参照すると、照明ユニット(100)は、発光部(101)、ギャップ部材(130)、及びレンズ(140)を含む。照明ユニット(100)は、一定の間隔で配置された街路灯、屋外灯のような室外灯に装着され、室外灯の正面と街路灯、屋外灯との間の領域に対して適切な光分布と照度分布で照明することができる。
発光部(101)は、基板(110)上に複数のLED(120)が搭載され、複数のLED(120)の配列形態は、多様に変更され得る。図２乃至図６においては、発光部(101)をなす構成要素のうち、基板(110)及び複数のLED(120)を主として図示されているが、図33、図36、図37及び図39に図示されたように発光部(101)は、リード電極(170)、保護チューブ(180)、連結端子(190)を追加に含むことができる。
基板(110)は、アルミニウム基板、セラミックス基板、メタルコアPCB、一般のPCB等を含むことができる。また、基板(110)は、光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面は、光が効率的に反射する色、例えば、白色、銀色等で形成されることができる。複数のLED(120)は、白色のLEDを含み、または、赤色LED、青色LED、緑色LEDのような有色のLEDを選択的に用いることができる。LED(120)の発光角度は、120゜〜160゜、またはランベルト面 (Lambertian-完全拡散面；ランバート面ともいう。)形態を含むことができる。
発光部(101)の基板(110)は、図２及び図３に図示されたように、所定の直径(D1)の円板形状であり、直径(D1)は、ギャップ部材(130)の下に収納され得る幅で形成されることができる。基板(110)の一側の外周面には、フラット部(114)が形成されることができ、フラット部(114)は、照明ユニット(100)の部品の間の結合位置を識別する機能か、回転防止機能を備えることができる。
基板(110)上には、複数のねじ孔(113)が形成されることができ、ねじ孔(113)にねじが挿入され、基板(110)が街路灯、屋外灯のような機構物に締結されるか、基板(110)が照明ユニット(100)のケースに締結される。ここで、ねじ孔(113)にはねじではなく、リベット、フック等が挿入されてもよい。基板(110)が複数のねじ孔(113)を有しないこともあり得る。
図３の発光部(101A)は、基板(110)上に８個のLED(120)を配列した形態であって、例えば、基板(110)の中心で所定の半径を有する円柱状に一定の間隔で８個のLED(120)を配列することができる。８個のLED(120)は、円柱状ではなく、楕円状に配置されるか、方形に配置されてもよい。
図４の発光部(101B)は、基板(110)上に10個のLED(120)を配列した形態であって、例えば、基板の中心で所定の半径を有する円柱状に一定の間隔で８個のLED(120)を配列し、円柱の内側の領域に２個のLEDが配置された例を示す。
図５の発光部(101C)は、基板(110)上に12個のLED(120)を配列した形態であって、例えば、基板の中心で所定の半径を有する円柱状に一定の間隔で８個のLED(120)を配列し、前記円柱より小さい半径を有する同心円の円柱状に一定の間隔で４個のLED(120)を配列した例を示す。
図６に図示された発光部(101D)は、図５と比べた時、小さい円柱状のLED(120)全体が基板の中心を基準に45゜角度で回転した位置に配列され得る。
図３乃至図６において提示されたLED(120)の配列は、例示的なものであり、必要とする照射面の形態により円柱状に配列されたLED(120)の間の間隔が必ず一定の間隔ではないこともあり得、基板(110)上におけるLED(120)の配列形態及びその個数は必要とされる光度、光分布、照度分布により変わり得、実施例の技術的な範囲内で変更され得る。図面または明細書等において特定のLED(120)の配列を有する特定の発光部(101A、101B、101C、101D)を明示せず、発光部(101)という用語を用いる場合、このような様々な配列を有した発光部を代表する名称として用いることとする。
図７は、図１のギャップ部材(130)を示した側断面図、図８は、図１のギャップ部材(130)の斜視図、図９は、図１のギャップ部材(130)の平面図、図10は、図１のギャップ部材(130)の底面図、図11は、図１のギャップ部材(130)の他の例の斜視図、図12は、図１のギャップ部材(130)の他の例の平面図であり、図13は、図１のギャップ部材(130)の他の例の底面図である。
図１及び図７乃至図13を参照すると、ギャップ部材(130)は、中心方向に下向きの傾斜面が形成されるリング状の反射部(132)及び、反射部(132)と同心円をなし、下方に延長されるリング状の壁部(131)を含む。また、ギャップ部材(130)は、全体的に平坦なリング状を取るようになるため、反射部(132)の内径を直径とする開口部(133)を有するようになる。
反射部(132)は、LED(120)から放出された光が消滅せず、外部に反射できるようにして照明装置の光効率を向上することができる。反射部(132)の上部方へ光が放射されるため、反射部(132)は、光の上方向の出射を助けるようになる。
反射部(132)の底面は、発光部(101)の上面の周囲と接触し、壁部(131)の内周面は、発光部(101)の外周面と接触するようになり、発光部(101)は、ギャップ部材(130)に安着される。発光部(101)がギャップ部材(130)から上方向に離脱されることを防止するために反射部(132)の内径を壁部(131)の内径及び発光部(101)の外径より小さくすることが好ましい。
これと同時に、ギャップ部材(130)は、基板(110)とレンズ(140)との間を一定の間隔(G1)に離隔させる。間隔(G1)は、基板(110)上に配列されたLED(120)の厚さより大きいか、同一であるため、レンズ(140)がLED(120)を圧迫せず、レンズ(140)と基板(110)との間には、空間(105)が形成されて発光角度及び光分散を誘導することができる。
また、ギャップ部材(130)は、発光部(101)の底面を除いた他の面と照明装置のケース等の他の部材が直接接触することを防止し、ギャップ部材(130)を絶縁材料で形成すると、ギャップ部材(130)と発光部(101)は絶縁となる。これに併せて発光部(101)の底面に絶縁材質の放熱パッドまたは放熱板を密着して接触させると、結局、発光部(101)は、電気的ショート、EMI、EMS等の問題発生を防止することができ、耐電圧の特性に優れるようにできる。
空間(105)には、シリコンまたはシリコン樹脂材質が満たされ得る。開口部(133)を通じて発光部(101)のLED(120)が露出され、ギャップ部材(130)の上面には、レンズ(140)のエッジ(144)が配置される。
ギャップ部材(130)の一側面には、フラット部(134)が形成されることができ、フラット部(134)は、照明ユニット(100)の部品の間の結合位置を識別するか、回転防止機能を行うことができる。詳細に説明するために、図３乃至図６に図示された発光部(101)の基板(110)のように基板(110)の一側面にフラット部(114)が形成され、図８乃至図13に図示されたギャップ部材(130)のようにギャップ部材(130)にもフラット部(134)が形成された実施例を想定する。図10及び図13を参照すると、ギャップ部材(130)のフラット部(134)の外側面だけでなく、内側面も平坦なため、結局、二つのフラット部(114、134)が当接したまま、基板(110)がギャップ部材(130)に挟まれるようになる。壁部(131)の内周面と基板(110)の外周面は、一面が平坦なため、相対的な回転又は位置のずれが生じない。
反射部(132)は、壁部(131)の上面から開口部(133)の中心に向けて所定の傾斜を有して延長される。すなわち、反射部(132)は、ギャップ部材(130)の開口部(133)の外側周囲に所定の傾斜角度(θ1)に傾く。反射部(132)の傾斜面の上側には、レンズ(140)のプリズム面(142)が離隔されたまま配置されており、傾斜角度(θ1)及び反射部(132)の幅により反射光量が異なり得る。反射部(132)の内側の開口部(133)は、図８乃至図10に図示されたように、所定の直径(D2)を有する円形状に形成され得る。
LED(120)から出た光のうち、反射部(132)に当たる光は、反射部(132)の傾斜面で反射し、レンズ(140)を通過して外部に出射される。従って、反射部(132)を含んでいない通常のギャップ部材に比べて光効率を向上させる効果も追加に有するようになる。本実施例によるギャップ部材(130)が通常のギャップ部材に比べ、耐電圧の特性を向上させるということは既に検討したことがある。
図11乃至図13及び図37に図示されたように、ギャップ部材(130)は、基板(110)に連結される電線(図示せず)またはリード電極(170)が通過することができる電極通過部(135)を有することもできる。
図８乃至図13においては、フラット部(134)を有するギャップ部材(130)だけが図示され、フラット部(134)を有するギャップ部材(130)が好ましい実施例である。但し、フラット部(134)なしに全体的に円型であるギャップ部材(130)は、部品の間での相対的な回転又は位置のずれを生ずることがあるが、このような短所を除いては、以上にて説明した実施例のギャップ部材(130)が有する光効率向上及び耐電圧の特性向上の効果を全て有するようになる。従って、フラット部(134)のあるギャップ部材(130)を有する実施例は、それのみに限定する目的で説明したものではなく、最善の実施例を説明したものと理解されたい。
レンズ(140)の形状及び構造に関する説明に先立って、本発明に関して掲示される実施例において提示されるレンズ(140)は、一般に街路灯、屋外灯等の室外照明に装着される照明ユニット(100)に用いられるレンズ(140)であるため、このようなレンズ(140)において効率的な照度分布は、どのようなものであるか、先に検討する。
＜効率的な照度分布＞
図14は、照度分布が円型の場合の照射面を示した図面であり、図15は、照度分布が正方形の場合の照射面を示した図面である。
図14及び図15を参照すると、照明ユニット(100)から光が照射される照度分布の形態が正方形をなすようになる場合が、円型になる場合に比べ、光が重なるようになることによって浪費される光(A2)も減らすことができ、死角地帯(A3)も減らすことができ、照明を照らす必要がない領域に照射される光(A1)も減らすことができるため、効率に優れたものであることを示している。
円型の照度分布を有する照明ユニット(100)を用いる街路灯、屋外灯と、正方形の照度分布を有する照明ユニット(100)を用いる街路灯、屋外灯を比べてみる。前者に比べて後者において、隣接した街路灯の間の照度分布または隣接した屋外灯の間の照度分布を改善させることができ、死角地帯(A3)を減らすか、除くことができるため、前者より後者で街路灯または屋外灯の間の間隔を広げることができる。また、必要な照度を達成するために必要な街路灯または屋外灯の数を減らすことができるようになるため、維持・管理・運用費用を節減することもできる。
図15においては、矩形のうちでも正方形の照度分布を示した例を説明したが、道を照らす街路灯、屋外灯のように、幅は狭く、長手の照射面を照らすには、正方形ではない矩形の照度分布を有することがさらに有利である。従って、照明ユニット(100)が用いられる用途に従って、矩形または正方形の照度分布のうちいずれか一方が他方に比べ、有利であり得る。
以下においては、矩形形態の照度分布を達成するためのレンズ(140)の構造を順番どおり検討する。
＜非対称照度分布を達成するためのレンズの構造プリズム面を含んだ入射面＞
図16は、入射面(143)がプリズム面(142)だけで構成され、出射面(145)が平坦なレンズ(140)の側断面図であり、図17は、図16のレンズ(140)を含んだ照明ユニット(100)による空間上の光分布を示した図面である。
図17を参照すると、Ｘ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布は、B2のように示され、Ｙ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布はB1のように示される。ここで、B1に比べてB2がさらに広く分布されることはプリズム面(142)により光がＹ軸方向に拡散するためである。従って、このような非対称の照度分布は円型の照度分布よりは比較的矩形に近くなる。しかし、プリズム面(142)が光を外側に広がるようにするため、Ｘ軸方向で照明ユニットを見た時(B2)、中央部が他の照射面より相対的に暗くなる。また、Ｙ軸方向から見た時(B1)も、広幅が狭く、中央部が他の照射面より相対的に暗くなる。
従って、このように入射面(143)がプリズム面(142)だけで構成され、出射面(145)が平坦なレンズ(140)では、照度分布が均一ではなくなる。また、複数個の照明装置を用いる場合には、不要に光が重なる部分が多く生ずるようになり、光が重なって浪費される部分を減らそうとすると、暗い四角地帯が生ずるようになって依然として効率的に照明装置を運用し難くなる。
従って、照射面の中心部で弱化された照度を補償することができるレンズ(140)の構造であり、出射面(145)を球面レンズ(140)で形成することについて検討する。
＜照射面の中心部で弱化された照度を補償することができるレンズの構造球面の出射面を有するレンズ＞
図18は、入射面(143)がプリズム面(142)だけで構成され、出射面(145)が球面レンズ形状であるレンズ(140)の側断面図であり、図19は、図18のレンズ(140)を含んだ照明ユニット(100)による空間上の光分布を示した図面であり、図20は、図18のレンズ(140)を含んだ照明ユニット(100)による照度分布を示した図面である。
図17と19とを比べてみると、出射面(145)が平面であるレンズ(140)に比べては、Ｙ軸から見た時(B1)の光の強さの向上があり、Ｘ軸から見た時(B2)は、中心部における光の強さが明確に改善したことが分かる。しかし、依然として中心部における光の強さが弱く、図20を参照すると、依然として照射面における照度分布は、ダンベル（亜鈴）または蝶の羽根のような形態を見せている。結果的に、プリズム面(142)だけで構成された入射面(143)と球面の出射面(145)を有するレンズ(140)としては、依然として矩形に近い照射分布を達成することができないため、追加に入射面(143)に窪み面(141)が形成されているレンズ(140)について検討する。
＜入射面に窪み面が形成されているレンズ＞
入射面(143)に窪み面(141)が形成されているレンズ(140)の全体的な構成及びこのようなレンズ(140)を含んだ照明ユニット(100)の構成を先に検討する。図21は、射面(143)がプリズム面(142)と窪み面(141)で構成され、出射面(145)が球面レンズ形状であるレンズ(140)の斜視図であり、図22は、入射面(143)がプリズム面(142)と窪み面(141)で構成され、出射面(145)が球面レンズ形状であるレンズ(140)の平面図であり、図23は、入射面(143)がプリズム面(142)と窪み面(141)で構成され、出射面(145)が球面レンズ形状であるレンズ(140)の側断面図であり、図24は、図１の照明ユニット(100)のLED(120)から放出された光の光経路を示した図面である。
図１及び図21乃至図23を参照すると、発光部(101)上には、レンズ(140)が配置される。レンズ(140)は、入射面(143)と出射面(145)を含み、入射側に窪み面(141)及びプリズム面(142)が形成される。レンズ(140)の入射面(143)の周囲には円形状のエッジ(144)が形成される。
レンズ(140)は、透光性材質を用いて射出成形されることができ、その材質はガラス、PMMA(Poly methyl methacrylate)、PC(Polycarbonate)等のようなプラスチック材質で具現されることができる。
入射面(143)は、光軸に垂直し、窪み面(141)は、入射面(143)を横切り、窪み面(141)は、入射面(143)の中心を通ることが好ましい。図１及び図22を参照すると、窪み面(141)は、光軸(Ｚ)と垂直な軸(Ｘ)方向に形成されることが分かる。窪み面(141)を窪み面(141)の長手方向と垂直な平面(YZ平面)に切った断面は、円弧形状になり得、この他にも放物線、双曲線、楕円の一部の形状であり得る。結局、窪み面(141)を入射面(143)からみると、丸い形状であり、さらに詳細には、円筒を円筒の長手方向と平行な平面に切った時、切られた円筒の凹む（すなわち、窪んだ）面の形状を取るようになる。また、窪み面(141)の幅(D4)は、入射面の直径(D6)の９％〜40％幅に形成され得る。
窪み面(141)の両側にプリズム面(142)が形成される。プリズム面(142)を形成するそれぞれの凹凸は、光軸(Ｚ)に垂直な軸(Ｘ)方向に延長されて形成されており、それぞれの凹凸が窪み面(141)の長手方向(Ｘ)と垂直して光軸(Ｚ)とも垂直な方向(-Y、+Y)に沿って順に配列される。プリズム面(142)を形成する複数の凹凸を窪み面(141)の長手方向に垂直な平面(YZ)に切った時、それぞれの凹凸の断面は、三角形になる。三角形の凹凸パターンの両側辺(S1、S2)は、長さ及び角度が互いに同一であるか異なり得る。
また、プリズム面(142)のそれぞれの凹凸の間隔は、一定の間隔であるか、両側方向(-Y軸、+Y軸)に向かうにつれて密に形成されるように形成することができる。このような凹凸の間隔の密度の程度は、光の分布により変わり得る。
プリズム面(142)は、窪み面(141)とエッジ(144)との間に配置される。プリズム面(142)は、窪み面(141)の長手方向と垂直な両側方向、例えば、左/右側(-Y、+Y)に配列されることにより、左/右側(-Y、+Y)方向の光分布を増加させることができる。
出射面(145)は、入射される光を反射するか、屈折させて外部に出射させることができる。出射面(145)は、非球面レンズまたは球面レンズで形成されることができ、このような非球面レンズまたは球面レンズ形状は光分布及び照度分布を考慮して選択することができる。
出射面(145)から外部に出射されず、反射した光は、プリズム面(142)、反射部(132)、基板(110)上面のうち少なくとも一つを経由しながら光放出角度が変化し、出射面(145)を透過するようになる。
図24を参照すると、発光部(110)の最も外郭に位置したLED(120)から放出された光(L1、L2、L3)のうち、L1、L2は、プリズム面(142)及び出射面(145)を通過して出射されるが、L3は、レンズ(140)のプリズム面(142)から反射され、順に反射部(132)、プリズム面(142)、出射面(145)、プリズム面(142)等を経って結局、光の臨界角が変化され、出射面(145)を通じて放出される。
発光部(110)中央のLED(120)から放出された一部の光(L4)は、レンズ(140)の窪み面(141)を通じて屈折されて分散し、前記出射面(145)を通じて外部に放出される。
入射面(143)に窪み面(141)が形成されているレンズ(140)及びこのようなレンズ(140)を含んだ照明ユニット(100)の構造について、以下において空間上の光分布及び照度分布を検討することにする。
図25は、図21のレンズ(140)を用いた照明ユニット(100)による空間上の光分布を示した図面であり、図26は、図21のレンズ(140)を用いた照明ユニット(100)による照度分布を示した図面である。図25を参照すると、Ｘ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布は、B2のように示され、Ｙ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布はB1のように示される。ここで、B1に比べてB2がさらに広く分布されることは、プリズム面(142)により光がＹ軸方向に拡散するためである。しかし、図19とは異なり、レンズ(140)には、窪み面(141)が形成されているため、Ｘ軸とＹ軸からそれぞれ見た時、空間上の光の分布が改善していることが分かる。すなわち、光軸(Ｚ)の周囲の領域の光の分布が図19に比べて顕著に多い。また、Ｙ軸方向から見た時(B1)、図19と比べると広幅が広く、照射面にさらに多く光が照射され、Ｘ軸方向から見た時(B2)、図19と比べるとＸ軸の周囲に他の照射面より相対的に暗い区域が形成される現象が格段に減るようになる。
図26を参照すると、レンズ(140)を通じて光が照射された時、光が照らされる面の照射領域は、矩形に近い近似した矩形の形状を取るようになる。このような形状は、図20のようなダンベル（亜鈴）またはリボンのような形状とは明確に差がある。図17のように、Ｙ軸方向に光が拡散することは、プリズム面(142)による効果であり、Ｘ軸の周囲の領域が暗くないように光が照射されることは、窪み面(141)による効果である。図18に図示されたレンズ(140)に比べ、図21のレンズに追加にある窪み面(141)は、照射面の中心領域における照度を補償する照度強化面としての役割をするようになる。
図23を参照して、出射面(145)が球面レンズまたは、非球面レンズとなっている場合について詳細に説明する。ここで、h1は、プリズム面(142)の厚さ、h2は、エッジ(144)の厚さ、h3は、レンズ(140)の厚さ、D3は、隣接したプリズムの間の間隔、D4は、窪み面(141)の幅、D6は、エッジ(144)を除いたレンズ(140)の幅、ｒは、出射面(145)の曲率半径、S1は、プリズム面(142)の断面において一面、S2は、プリズム面(142)の断面において他面を示す。球面レンズ形状の出射面(145)を示す式は次の＜式１＞と同一である。
＜式１＞において、
の関係を満たし、ｚは、入射面(143)から出射面(145)までの高さ、D6は、エッジ(144s)を除いたレンズ(140)の幅、ｒは、出射面(145)の曲率半径を示す。
円錐曲面レンズ形状の出射面(145)を示す式は、次の式２と同一である。
＜式２＞において、
の関係を満たし、ｚは、入射面(143)から出射面(145)までの高さ、D6は、エッジ(144)を除いたレンズ(140)の幅、ｒは、出射面(145)の曲率半径、ｋは、円錐係数(conic constant)を示す。
非球面レンズ形状の出射面(145)を示す式は後の＜式３＞と同一である。
＜式３＞における記号は、＜式２＞と同一であり、追加に
は、非球面の係数値を示す。
＜式１＞、＜式２＞、＜式３＞を満たす出射面(145)の形状であれば、どのような球面または、非球面でも可能である。特に、＜式２＞においては、円錐係数ｋ値により変わるが、ｋ＝０である時は球、-1＜ｋ＜０である時は楕円、ｋ＝-1である時は放物線、ｋ＜-1である時は双曲線、ｋ＞０である時は平面になる。
出射面(145)がこのような数学式を満たす場合は、非常に多く、代表的にいくつの例示を挙げ、各場合により照明ユニット(100)の効率を検討することにする。照明ユニット(100)の効率を検討するために、FTE Calculatorというコンピュータープログラムを用いたシミュレーションデータを例として挙げ、本コンピュータープログラムでシミュレーションをすることの目的は、エネルギースター認証を獲得し、照明ユニット(100)の効率性も同時に検証をするためのものである。従って、以下において、エネルギースター認証及びシミュレーションデータについて検討する。
＜エネルギースター(Energy star)認証及び照射面の光効率に関する検討＞
エネルギースター(Energy star)は、米国のエネルギー効率に対する国家シンボルを示し、米国のDOE(エネルギー性)とEPA(環境保護国)の共同プログラムであり、エネルギー効率ガイドラインを満たす製品に“ENERGY STAR”マークを付与する制度である。エネルギースターマークを獲得した製品に対する米国国内消費者の選好度が高く、米国地方自治団体別にエネルギースターマーク獲得製品に対するメリットがあるためエネルギースター認証を獲得することは製品の商品性を向上するのに大きく寄与することができる。
エネルギースター認証を獲得した照明装置は、照明しようとする面積を要求される所定の照度で照明するのに、より少ない電力を用いてもよいということを意味し、必要な照明装置の個数も減らすことができるということを意味するため、効率の高い照明装置であると言える。
本発明に関連して掲示される実施例において提示されるレンズ(140)は、一般に街路灯、屋外灯等の室外照明に装着される照明ユニット(100)で用いられるレンズ(140)であるため、エネルギースター基準のうち、カテゴリーAのOutdoor Area & Parking Garageを満たさなければならない。本基準を満たすのか否かを確認するために、FTE Calculatorというコンピュータープログラムを用いるようになり、当業者であれば、本コンピュータープログラムを容易に手に入れることができることは自明である。
図27は、FTE Calculatorによる照射面の照度分布を示した図面である。
図27を参照すると、RTは、Rectangular Target、UPは、Uniform Pool、URは、Uniform Rectangle、Sidewardは、+Y、-Y方向の照度分布、Forwardは、+X方向の照度分布、Backwardは、-X方向の照度分布を示す。検討するシミュレーションデータは、いずれも光源が10mの高さにある時、照射面の照度分布を基準とし、図27において、各格子の幅は、縦横のいずれも10mを示す。例えば、Sidewardが2.5であれば、照射面で+Y方向に25m、-Y方向に25mの間の空間で照度分布が生じることを意味する。エネルギースター基準のうち、カテゴリーAのOutdoor Area & Parking GarageでもUnshieldedを基準とし、光束出力(Luminaire Output)が9000ルーメン(ｌｍ)内外の照明装置の場合を仮定したシミュレーションデータであるため、この場合には、エネルギースターを満たすためのFTE(lm/W)値は、53にならなければならない。入力電力は、120Wと測定した。実施例のうちでもUniform Rectangle(UR)が広く、照射面のRectangular Target(RT)の面積でUniform Pool(UP)の面積が占める割合(以下、Coveredという)が高く、Rectangular Target(RT)とUniform Rectangular(UR)のいずれもSidewardの幅が広いほど効率的な照明装置である。以下、Coveredについて詳細に説明することにする。例えば、照明装置から放出された光が照射される照射領域のうち、最も照度の高い最大照度値を30と仮定し、最小照度値を１と仮定する。ここで、30と１は、絶対値ではなく、二つの値の割合を示す。そして、照度値が1以上30以下を満たす領域(S1)を特定する。そして、このように特定された領域(S1)における平均照度値が最小照度値１の６倍である６を超える場合には照度値が１である領域を除く。
照度値が１である領域を除いた後、最も低い照度値が1.1となると、照射領域は、照度値が1.1以上30以下を満たす領域(S2)となる。さらに、(S2)における平均照度値が最小照度値1.1の６倍である6.6を超えると判断して6.6を超えなければ、S2をUniform Pool(UP)と特定するようになる。万一、6.6を超えると、前記のような過程を平均照度値が最小照度値の６倍を越えないまで繰り返してSnをUniform Pool(UP)と特定するようになる。このような方式で特定されたSnを取り囲む矩形をRectangular Target(RT)という。結局、Coveredは、(UP/RT)*100の値を示す。
シミュレーションデータは、このような前提と数値を基準に測定したが、照明装置の用途、設置の高さ、入力電圧、出力光度等に従って、要求されるFTE値、Covered及び効率的な形状は変わり得る。例えば、シミュレーションにおいて用いた数値は例示的なものであるため、以外にもFTE CalculatorにおいてUnshieldedタイプを基準に測定することもでき、要求されるFTE値も37、48、70等の異なる数値となり得る。
各実験において、h1は１ｍｍ、h3は14.6ｍｍ、D6は45ｍｍに統一し、出射面(145)が球面レンズの場合にｒは24.64ｍｍ、非球面レンズである場合にｒは17ｍｍとした。出射面(145)が非球面である時は、双曲線に該当する円錐係数を用い、非球面係数値は、実質的にレンズ(140)の形状を定めるのに意味のあるC4、C6、C8のみを適用した。ここで、C4は、-9.7407e-8、C6は、4.1275e-8、C8は、-4.1969e-12の値を入れて実験した。
実験例１は、出射面(145)が球面レンズ形状であり、窪み面(141)がなく、この時のCoverdは、76％、FTE(lm/W)は、53、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.9、Sidewardは2.6であり、FTE(Uniform Target)は、Forward及びBackwardは0.9、Sidewardは2.0となった。
実験例２は、出射面(145)が球面レンズ形状であり、窪み面(141)の曲率半径は５ｍｍ、窪み面(141)の幅は８ｍｍであり、この時のCoverdは84％、FTE(lm/W)は58、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは、1.7、Sidewardは2.6であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは1.3、Sidewardは2.1となった。
実験例３は、出射面(145)が非球面レンズ形状であり、窪み面(141)がなく、この時のCoverdは、81％、FTE(lm/W)は55、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.8、Sidewardは2.5であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは0.9、Sidewardは2.0となった。
実験例４は、出射面(145)が非球面レンズ形状であり、窪み面(141)の曲率半径は２ｍｍ、窪み面(141)の幅は４ｍｍであり、この時のCoverdは、85％、FTE(lm/W)は58、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.7、Sidewardは2.5であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは1.3、Sidewardは2.1となった。
実験例５は、出射面(145)が非球面レンズ形状であり、窪み面(141)の曲率半径は５ｍｍ、窪み面(141)の幅は８ｍｍであり、この時のCoverdは、88％、FTE(lm/W)は60、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.6、Sidewardは2.5であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは1.3、Sidewardは2.1となった。
実験例６は、出射面(145)が非球面レンズ形状であり、窪み面(141)の曲率半径は9.2ｍｍ、窪み面(141)の幅は12ｍｍであり、この時のCoverdは、83％、FTE(lm/W)は57、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.6、Sidewardは2.4であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは1.2、Sidewardは2.0となった。
実験例７は、出射面(145)が非球面レンズ形状であり、窪み面(141)の曲率半径は12ｍｍ、窪み面(141)の幅は16ｍｍであり、この時のCoverdは、89％、FTE(lm/W)は61、FTE(Rectangular Target)のForward及びBackwardは1.4、Sidewardは2.1であり、FTE(Uniform Target)はForward及びBackwardは1.2、Sidewardは1.7となった。
このような実験例を表で示すと、次の＜表1＞の通りである。
図28は、実験例５のレンズ(140)を用いた照明ユニット(100)による空間上の光分布を示した図面であり、図29は、実験例５のレンズ(140)を用いた照明ユニット(100)に照度分布を示した図面である。図28を参照すると、Ｘ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布はB2のように示され、Ｙ軸方向で照明ユニット(100)を正面から見た時の光の分布は、B1のように示される。図29を参照すると、Ｙ軸方向における照度分布がＸ軸方向の照度分布より非常に広く示され、矩形に近い照度分布が得られることが分かる。図28と図25とを比べると、図28及び図25のいずれも照射面の中央部分における光が不足であって暗くなる現象がないことは同一であるが、図25は、光の境界領域に比べて中央部分の光が過多であって、全体の照射面にわたって光が均一に分布されないことが分かる。それに対し、図28は、照射面の中央部分の光が図25に比べて少なくて、従って、比較的の全体の照射面にわたって均一に照度分布になることが分かる。
図28、図29及び以上にて検討した実験例５のデータ値を総合してみると、前記の実験例のうち、最も効率的な場合は、実験例５である。実験例５においてFTE(Rectangular Target)のSidewardは2.5であり、FTE(Uniform Target)のSidewardは、2.1であり、実験例のうちでも上位の数値を見せ、Coverdは、88％であり、上位の数値であり、FTE(lm/W)も60であり、極めて上位の数値を見せている。従って、実験例５に該当する数値を有するレンズ(140)を用いることが好ましいだろう。
しかし、レンズ(140)の効率を評価する基準は、以上にて検討したように、Sidewardの幅、Coverd、FTE(lm/W)値等、多様であり、実験例５が全ての基準から絶対的に優位であるというのではない。従って、実際照明装置が用いられる時は、Sidewardの幅、Coverd、TE(lm/W)値のうち、ある一つの基準が重要であり得、このような場合には、実験例５以外の他の実験例または以上にて明示された実験例２及び実験例４乃至実験例７以外のレンズ(140)がさらに優れた効率を得ることができる。但し、室外灯のうち、街路灯、屋外灯等で用いられる照明ユニット(100)の場合には、球面または、非球面レンズ形状の出射面(145)を有し、入射面(143)にプリズム面(142)と窪み面(141)が形成されており、窪み面(141)の幅は、レンズ(140)の入射側直径の９％〜40％であるレンズ(140)を有する照明ユニット(100)が一般の照明ユニットに比べて効率が高いということは明らかであり、このような特徴を有するレンズ(140)は、いずれも本発明の権利範囲に属すると見なければならないだろう。また、街路灯、屋外灯以外の用途でも矩形に近い照度分布を見せるのが好ましい照明ユニット(100)にも本実験例のレンズ(140)及びこれと均等なレンズ(140)が用いられ得る。
＜出射面が球面または、非球面レンズであり、入射面に窪み面とプリズム面を有するレンズを用いた照明ユニットの実施例＞
図30は、第２の実施例による照明ユニット(100A)を示した側断面図である。第２の実施例を説明するにおいて、第１の実施例と同一の部分については、第１の実施例を参照して重複説明は略することにする。
図30を参照すると、照明ユニット(100A)は、発光部(101)、レンズ(140)、ギャップ部材(130)を含む。ギャップ部材(130)は、エポキシまたはシリコン樹脂材質を用いて環形態に形成されることができ、発光部(101)の基板(110)上面縁と接触し、レンズ(140)のエッジ(144)の底面と接触する。従って、基板(110)とレンズ(140)との間に位置するようになり、基板(110)とレンズ(140)との間を一定の間隔(G1)に離隔させる。ギャップ部材(130)により形成される空間(105)は、発光部(101)のLED(120)の光の指向分布を改善させることができる。
一方、ギャップ部材(130)には、必要に応じて蛍光体が添加され得る。また、発光部(101)の基板(110)上面には、基板(110)で進行する光を反射させるために、反射物質がコーティングされ得る。
図31は、第３の実施例による照明ユニット(100B)を示した側断面図である。第３の実施例を説明するにおいて、第１の実施例と同一の部分については、第１の実施例を参照して、重複説明は略することにする。
図31を参照すると、照明ユニット(100B)は、発光部(101)の方に向けて下方向に突き出されたレンズ(140)のエッジ(144A)がギャップ部材(130)の代わりをするようになる。レンズ(140)のエッジ(144A)は、発光部(101)の基板(110)の上面縁と接触して配置されることができ、または発光部(101)の基板(110)の上面縁及び基板(110)の外周面に全て接触して配置されることができる。
レンズ(140)のエッジ(144A)は、発光部(101)の基板(110)とレンズ(140)との間を一定の間隔(G1)に離隔させる。
発光部(101)とレンズ(140)との間の空間(105)には、シリコンまたはエポキシのような樹脂物が満たされ得、樹脂物には蛍光体が添加され得る。
発光部(101)の基板(110)は、レンズ(140)のエッジ(144A)の下に配置され、レンズエッジ(144A)が入射面(143)に対して段差のある形状である。他の例として、基板(110)の上面外側周囲に突起を形成して、レンズ(140)との間隔を維持させることができる。
図32は、第４の実施例による照明ユニット(100C)を示した側断面図である。第４の実施例を説明するにおいて、１の実施例と同一の部分については、第１の実施例を参照して、重複説明は略することにする。
図32を参照すると、照明ユニット(100C)の発光部(101)の基板(110)上に反射プレート(155)が配置される。反射プレート(155)は、LED(120)を覆わないように、LED孔(155A)を有し、基板(110)上でLED(120)が露出した以外の領域を覆うように配置される。よって、LED(120)から放出された光の一部は、反射プレート(155)により反射することができ、反射光量を増加させ、光効率が改善することができる。必ず、反射プレート(155)が基板(110)と別途の部材である必要はなく、上面の反射率の高い基板(110)を用いて基板(110)の上面が反射プレート(155)を取り替えることもできる。また、反射プレート(155)の上面には、拡散剤が塗布され得る。
基板(110)とレンズ(140)のエッジ(144)との間には、ギャップ部材(130)が配置され、基板(110)とレンズ(140)との間は、一定の間隔(G1)に離隔される。レンズ(140)と基板(110)との間には、空間(105)が形成され、LED(120)から放出された光は基板(110)とレンズ(120)との間の空間(105)内で分散され、分散された光は、レンズ(140)のプリズム面(142)及び窪み面(141)を通じて分散することができる。
一方、残りの構成は、図32の第４の実施例と同一であり、第４の実施例のギャップ部材(130)の代わりに、第１の実施例にて説明したギャップ部材(130)を用いる第５の実施例(図示せず)もある。第５の実施例においては、第１の実施例において説明したギャップ部材(130)が有する効果と同一に耐電圧の特性と光効率を全て向上させ、また、第４の実施例において用いられた反射プレート(155)が用いられるため、光効率をさらに向上させることができる。
以下では、照明ユニット(100)を含む照明装置について説明することにする。
＜照明ユニットを含む照明装置＞
図33は、第６の実施例による照明装置の分解斜視図であり、図34は、第６の実施例による照明装置を上から見た斜視図であり、図35は、第６の実施例による照明装置を下から見た斜視図であり、図36は、第６の実施例による照明装置の断面図である。図37は、前記照明装置の発光部を示した図面である。図33乃至図36を参照すると、第６の実施例による照明装置(10)は筐体(300)、筐体(300)の内側溝に放熱板(200)、放熱板(200)上に発光部(101)、発光部(101)上にギャップ部材(130)、ギャップ部材(130)上にレンズ(140)、レンズ(140)のエッジ(144)上に第１の防水リング(600)、第１の防水リング(600)及び筐体(300)上にケースカバー(700)を含む。
筐体(300)とケースカバー(700)は、結合ねじ(800)により互いに結合及び固定されて照明装置のケース(900)をなす。
放熱板(200)は、発光部(101)で発生する熱を放出する。
発光部(101)は、基板(110)、基板(110)上に搭載された多数個のLED(120)、多数個のLED(120)に電源を伝達するリード電極(170)を含むことができる。
リード電極(170)は、筐体(300)の底面を貫通する貫通ホール(350)を通じて一部が外部に露出し、外部電源と電気的に連結されることができる。
外部に露出したリード電極(170)の一部を熱や湿気等の外部環境から保護するために、保護チューブ(180)が露出したリード電極(170)を囲むように形成されることができ、リード電極(170)の末端には、連結端子(190)が形成されて連結端子(190)を通じてリード電極(170)が外部電源と連結されることができる。
レンズ(140)は、発光部(101)で発生する光を調節して所望の配光分布を得ることができるようにする。
ギャップ部材(130)は、発光部(101)とレンズ(140)との間を一定の間隔(G1)に離隔させ、レンズ(140)と発光部(101)との間に空間を形成して所望の発光角度及び光分散を誘導することができるようにする。
第１の防水リング(600)は、ケースカバー(700)とレンズ(140)との間に配置され、照明装置(10)の内部に水分が浸透することができないようにする。
一方、筐体(300)の底面の貫通ホール(350)の周囲面の外側周囲には、照明装置(10)を外部の支持部材に結合する時、貫通ホール(350)を通じて水分等が浸透されないように第２の防水リング(650)が形成されることができる。
＜第６の実施例＞
以下、第６の実施例による照明装置(10)について構成要素を中心に詳細に説明する。
図33乃至図36を参照すると、筐体(300)は、収納空間、すなわち、内側溝を有する円型体を有することができる。また、ケースカバー(700)は、筐体(300)に対応する形態であって、開口部を有する円型のリング形態を有することができる。
筐体(300)及びケースカバー(700)は、互いに結合され、ケース(900)を形成する。ケース(900)は照明装置(10)の体をなし、放熱板(200)、発光部(101)、ギャップ部材(130)、レンズ(140)、第１の防水リング(600)等が収納されるように形成される。
すなわち、筐体(300)の収納空間、すなわち、内側溝に放熱板(200)、放熱板(200)上に発光部(101)、発光部(101)の周囲上にギャップ部材(130)、ギャップ部材(130)上にレンズ(140)、レンズ(140)のエッジ(144)上に第１の防水リング(600)、第１の防水リング(600)及び筐体(300)上にケースカバー(700)が形成される。この時、ケースカバー(700)の開口部を通じてレンズ(140)が露出するようになる。
一方、ケース(900)の形態、すなわち、筐体(300)及びケースカバー(700)の周囲面の形態は、円型に限定されず、多様に変形されて形成されることができる。
ケース(900)の材質は、良好な放熱特性を有する材質で形成されることが好ましく、金属材質、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Au)、錫(Sn)のうち少なくとも一つで形成されることができる。また、ケース(900)の表面には、メッキ等が形成されることができる。または、ケース(900)の材質は、樹脂材質等で形成されることもできる。
筐体(300)の周囲面は、内壁と外壁を有し、内壁と外壁との間には、第１のホール(310)、第２のホール(320)、第１の放熱ホール(330)が形成されることができる。
また、ケースカバー(700)の周囲面も内壁と外壁を有し、内壁と外壁との間には、突部(710)、第２の放熱ホール(730)が形成されることができる。
この時、第２のホール(320)が形成される部分には、筐体(300)及びケースカバー(700)の周囲面に外壁が形成されないこともある。
図36を参照すると、突部(710)は、ねじ溝(750)を含むことができ、突部(710)は、第１のホール(310)に挿入され、ねじ溝(750)及び第１のホール(310)には、結合ねじ(800)が挿入され、筐体(300)とケースカバー(700)が互いに堅く固定及び結合され得るようにする。
結合ねじ(800)は、頭部が下を向くように筐体(300)の第１のホール(310)からケースカバー(700)の突部(710)のねじ溝(750)に挿入されることができる。このように結合ねじ(800)を第１のホール(310)から挿入することにより、結合ねじ(800)は、ケースカバー(700)上面に露出しないこともある。但し、結合ねじ(800)が結合される方法は、多様に変形されることができる。
このように、ケース(900)は、結合ねじ(800)により結合または分離することができるため、照明装置(10)に故障が発生した場合、結合ねじ(800)を挿入またはとり除いて容易に維持保守を行うことができる。
筐体(300)の第２のホール(320)にはねじ等が挿入され、照明装置(10)を壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材に必要に応じて締結することができる。この時、第２のホール(320)にねじ等を円滑に挿入できるように、前記にて説明したように筐体(300)及びケースカバー(700)の周囲面のうち、第２のホール(320)が形成される部分には外壁が形成されないこともある。
筐体(300)の第１の放熱ホール(330)及びケースカバー(700)の第２の放熱ホール(730)は、ケース(900)の放熱ホール(930)をなす。放熱ホール(930)はケース(900)の表面積を広げ、発光部(101)で発生する熱を効果的に放出することができ、放熱ホール(930)が形成されない場合に比べて照明装置の重量を減少させることができる。
図35及び図36を参照すると、筐体(300)の底面には、貫通ホール(350)が形成されることができる。貫通ホール(350)を通じて発光部(101)のリード電極(170)の一部が外部に露出するようになって外部電源と連結されるようになる。
貫通ホール(350)は、周囲面(360)が筐体(300)の底面に突き出されるように形成されることができる。貫通ホール(350)の周囲面(360)が突き出されるため、照明装置(10)を外部の支持部材に正確に装着することができる。
また、貫通ホール(350)の周囲面(360)の外側周囲には、第２の防水リング(650)が装着されることができる。第２の防水リング(650)は、照明装置(10)を外部の支持部材に装着する時、貫通ホール(350)を通じて照明装置(10)に水分等が浸透しないようにして照明装置(10)の信頼性を向上させる。
この時、第２の防水リング(650)が円滑に装着できるように、貫通ホール(350)の周囲面(360)の外側周囲には、第２の防水リング(650)の形態に対応するリング溝(660)が形成されることができる。
図33、図34及び図36を参照すると、ケースカバー(700)の内側面(770)は、傾斜を有するように形成されることができ、よって、レンズ(140)から放出される光を効果的に放出することができる。また、ケースカバー(700)の内側面(770)は、ケース(900)の内部に収納される放熱板(200)、発光部(101)、ギャップ部材(130)、レンズ(140)、第１の防水リング(600)等を固定する。
図37は、発光部(101)を示す図面である。
図33及び図37を参照すると、発光部(101)は、基板(110)、基板(110)上に搭載された多数個のLED(120)、多数個のLED(120)に電源を伝達するリード電極(170)を含むことができる。発光部(101)は、照明装置(10)に光を提供する。
発光部(101)の形態は、ケース(900)の内に収納されるように、ケース(900)の内側溝の形態に対応するように形成され、図示されたように円板形態であり得るが、これに限定されない。
基板(110)は、絶縁体に回路が印刷されたものであり、アルミニウム基板、セラミックス基板、メタルコアPCB、一般のPCB等を含むことができる。
基板(110)の表面は、光が効率的に反射する色、例えば、白色で形成されることができる。
多数個のLED(120)は、基板(110)上にアレイ形態に搭載されることができ、多数個のLED(120)が搭載される形態と個数は必要に応じて多様に変形されることができる。
多数個のLED(120)は、発光ダイオード(LED)であり得る。発光ダイオードは、赤色LED、青色LED、緑色LEDまたは白色LEDを選択的に用いることができ、この点以外にも多様に変形されて用いられることができる。
リード電極(170)は、基板(110)に一端が連結されることができ、筐体(300)の底面を貫通する貫通ホール(350)を通じて他端が外部に露出して、外部電源と電気的に連結されることができる。
外部に露出されたリード電極(170)の他端を熱や湿気等の外部環境から保護するために、保護チューブ(180)が外部に露出されたリード電極(170)を囲むように形成されることができ、外部に露出したリード電極(170)の他端の末端には、連結端子(190)が形成されて連結端子(190)を通じてリード電極(170)が外部電源と連結されることができる。
一方、基板(110)には、交流を直流で変換して供給する直流変換装置や、照明装置(10)を静電気の放電現像(ESD)またはサージ(Surge)現象等から保護する保護素子等がさらに形成されることができる。
発光部(101)の底面には、放熱板(200)が付着し得る。放熱板(200)は、発光部(101)で発生する熱を放出してケース(900)に伝達することができる。
放熱板(200)は、熱伝導性を有する材質で形成され、例えば、熱伝導シリコンパッドまたは熱伝導テープのうちいずれか一つで形成されることができる。
レンズ(140)は、出射面(145)とエッジ(144)を含む。出射面(145)は、発光部(101)で発生された光の配光分布を調節して放出する。出射面(145)は、ケースカバー(700)の開口部を通じて露出するため、光が配光されることができるようになる。
エッジ(144)は、出射面(145)の底面の周囲に円型リング形態に形成されることができ、エッジ(144)上には、前記第１の防水リング(600)が配置される。
レンズ(140)は、透光性材質を用いて射出成形されることができ、その材質はガラスまたはPMMA(Poly methyl methacrylate)、PC(Polycarbonate)等のようなプラスチック材質で具現されることができる。レンズ(140)は、半球型で図示されたが、これまで説明した多様な形状のレンズ(140)が全て照明装置(10)に用いられることができる。
また、レンズ(140)は、筐体(300)とケースカバー(700)を分離して所望の配光分布を有するレンズで容易に入れ替ることができる。ここに照明装置を多様な用途で用いることができるようになる効果がある。
レンズ(140)のエッジ(144)上には、第１の防水リング(600)が配置される。
図36を参照すると、第１の防水リング(600)は、エッジ(144)の上面と周囲面を囲むように円型のリング形態に形成されることができる。すなわち、図示されたように、第１の防水リング(600)は、レンズ(140)のエッジ(144)とケースカバー(700)の内側面(770)との間に形成されることができる。
第１の防水リング(600)は、水分が透過されない材質で形成されることができ、例えば、防水用ゴムまたはシリコン材質等で形成されることができる。
第１の防水リング(600)は、エッジ(144)の上面と周囲面を囲んでレンズ(140)とケースカバー(700)との間の空間を満たすようになるため、空間を通じて照明装置に水分が浸透することができず、照明装置の信頼性の向上する効果がある。
図35及び図36を参照すると、筐体(300)の底面に形成された貫通ホール(350)の周囲面(360)の外側周囲には、第２の防水リング(650)が装着されることができる。第２の防水リング(650)は、照明装置(10)を外部の支持部材に付着する時、貫通ホール(350)を通じて水分等が浸透しないようにして照明装置(10)の信頼性を向上させることができる。
この時、第２の防水リング(650)が円滑に装着されることができるように貫通ホール(350)の周囲面(360)の外側周囲にはリング溝(660)が形成されることができる。
第２の防水リング(650)は、水分が透過しない材質で形成されることができ、例えば、防水用ゴムまたはシリコン材質で形成されることができる。
＜第７の実施例＞
以下、第７の実施例による照明装置(10)について構成要素を中心に詳細に説明する。第７の実施例を説明するにおいて、第６の実施例と同一の部分については、第６の実施例を参照して、重複説明は略することにする。
図38は、第７の実施例による照明装置を上から見た斜視図を示した図面である。
図38を参照すると、筐体(300)は収納空間、すなわち、内側溝を有しており上面および底面が略正方形となる所定高さの容積を有する。また、ケースカバー(700)は筐体(300)に対応する形態であって、略正方形の形態を有する。
筐体(300)及びケースカバー(700)は、互いに結合され、上面および底面が略正方形の形態を有するケース(900)を形成する。ケース(900)は、照明装置(10)の体をなし、放熱板(200)、発光部(101)、ギャップ部材(130)、レンズ(140)、第１の防水リング(600)等が収納されるように形成される。
すなわち、ケース(900)の形態は、本発明の技術的範囲内で多様に変形されることができる。例えば、ケース(900)の形態は、円型、矩形、多角形、楕円形等になり得る。
＜第８の実施例＞
以下、第８の実施例による照明装置について構成要素を中心に詳細に説明する。
第８の実施例を説明するにおいて、第６の実施例と同一の部分については、第６の実施例を参照して、重複説明は略することにする。
図39は、第８の実施例による照明装置の断面図である。
図39を参照すると、前記筐体(300)の周囲面は、内壁と外壁を有し、内壁と外壁との間には、第１のホール(310)、第２のホール(図示せず)、第１の放熱ホール(図示せず)が形成されることができる。
また、ケースカバー(700)の周囲面も内壁と外壁を有し、内壁と外壁との間には突部(710)、第２の放熱ホール(図示せず)が形成されることができる。
図39を参照すると、突部(710)はねじホール(750)を含むことができ、突部(710)は、第１のホール(310)に挿入され、ねじホール(750)及び第１のホール(310)には結合ねじ(800)が挿入され、筐体(300)とケースカバー(700)が互いに堅く固定及び結合できるようにする。
結合ねじ(800)は、頭部が上を向くようにケースカバー(700)の突部(710)のねじホール(750)から筐体(300)の第１のホール(310)に挿入されることができる。このように、結合ねじ(800)をねじホール(750)から挿入することにより、結合ねじ(800)は、ケースカバー(700)の上面に露出するようになり、よって、結合ねじ(800)を挿入またはとり除くことが容易である。
従って、照明装置(10)に故障が発生した場合、結合ねじ(800)を挿入またはとり除いて容易に維持保守を行うことができる。
一方、ケースカバー(700)及び筐体(300)を結合及び固定する方法は、第６の実施例及び第８の実施例に限定されず、以外にも多様に変形されることができる。
＜第９の実施例＞
以下、第９の実施例による照明装置(10)について構成要素を中心に詳細に説明する。第９の実施例を説明するにおいて、第６の実施例と同一の部分については、第６の実施例を参照して、重複説明は略することにする。
図40は、第９の実施例による照明装置(10)の断面図である。
図40を参照すると、筐体(300)は収納空間、すなわち、内側溝を有する体を有する。また、ケースカバー(700)は筐体(300)に対応する形態であって、リング形態を有する。
筐体(300)及びケースカバー(700)は、互いに結合され、ケース(900)を形成する。ケース(900)は、照明装置(10)の体をなし、放熱板(200)、発光部(101)、ギャップ部材(130)、レンズ(140)、第１の防水リング(600)等が収納されるように形成される。
一方、第９の実施例においては、第６の実施例において壁面等に照明装置(10)を付着するために、形成された第２のホール(320)の代わり、ケース(900)の周囲面にねじ山(320A)が形成される。照明装置(10)は、ねじ山(320A)により、壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材に必要に応じて締結されることができる。
すなわち、壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材の照明装置(10)が付着する位置には、ねじ山(320A)に対応するねじ溝(図示せず)が形成されることができ、よって、照明装置(10)は、ねじ山(320A)がねじ溝(図示せず)に挟まれて壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材に装着することができるようになる。
従って、スクリュー等を用いず、照明装置(10)を容易に壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材に装着することができるようになる。
一方、照明装置(10)を壁面、街路灯、自動車等の外部の支持部材に装着する方法は、第６の実施例及び第９の実施例において説明した方法に限定されず、以外にも必要に応じて多様に変形されることができる。
以上にて本発明についてその好ましい実施例を中心に説明したが、これは単に例示であるだけで、本発明を限定するのではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で以上にて例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かるだろう。例えば、本発明の実施例に具体的に示された各構成要素は、変形して行うことができるものである。そして、このような変形と応用に関係した差は、添付の請求の範囲において規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならないだろう。
100：照明ユニット
101：発光部
130：ギャップ部材
140：レンズ
141：窪み面
142：プリズム面
143：入射面
145：出射面
200：放熱板
300：筐体
600：第１の防水リング
650：第２の防水リング
700：ケースカバー
800：結合ねじ
900：ケース

Claims (35)

  1. 基板と前記基板上に配置された複数のＬＥＤを含む発光部；及び
    前記発光部上に配置され、前記発光部によって照らされれば近似した矩形の照度分布を生成するレンズ；を含み、
    前記レンズは、前記発光部からの光を受信する円型入射面と、前記円型入射面に入射された光を反射したり屈折させて出射する出射面とを含み 、
    前記円型入射面は、前記円型入射面を横切る窪み面及び前記窪み面の両側に形成されるプリズム面を含み、
    前記窪み面と前記プリズム面は、前記複数のＬＥＤから光を受信し、
    前記窪み面の幅は、前記円型入射面の直径の９％〜４０％の間であり、
    前記プリズム面は、複数の凹凸を含み、
    前記複数の凹凸は、前記窪み面の長手方向と垂直な方向に沿って順に配列される、照明装置。
  2. 前記レンズを前記窪み面の長手方向と垂直な平面に切る時、前記複数の凹凸のそれぞれの断面は三角形であり、
    前記凹凸の両側辺は、長さと角度が互いに同一である、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記複数の凹凸間の間隔は、一定である、請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記複数の凹凸間の間隔は、前記窪み面の長手方向と平行な方向に行くほど密である、請求項２に記載の照明装置。
  5. 前記円型入射面のプリズム面は、光を外側に広げるようにする光拡散面であり、
    前記円型入射面の窪み面は、照射面の中心領域における照度を補償する照度強化面である、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 前記窪み面は、その長手方向に垂直な方向の断面が円弧、放物線、双曲線、又は楕円の一部のいずれかの形状である、請求項２ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 前記出射面は、球面又は非球面である、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
  8. 前記レンズは、前記円型入射面の周囲に配置された円形状のエッジをさらに含む、請求項２ないし７のいずれか１項に記載の照明装置。
  9. 前記エッジは、前記発光部の基板の上面に向けて下方向に突き出て、前記基板の上面に配置された、請求項８に記載の照明装置。
  10. 前記発光部と前記レンズとの間に配置され、前記発光部の基板と前記レンズとを一定の間隔に離隔させるギャップ部材をさらに含む、請求項２ないし８のいずれか１項に記載の照明装置。
  11. 前記ギャップ部材は、前記発光部の基板を収納する、請求項１０に記載の照明装置。
  12. 前記ギャップ部材は、
    前記発光部の複数のＬＥＤが露出する開口部を有し、中心方向に下向きの傾斜面が形成されるリング状の反射部；及び
    前記反射部と同心円をなして下方に延長されるリング状の壁部；を含む、請求項１０又は１１に記載の照明装置。
  13. 前記反射部の底面は、前記基板の上面の周囲と接触し、
    前記壁部の内周面は、前記基板の外周面と接触する、請求項１２に記載の照明装置。
  14. 前記反射部の内径が前記壁部の内径より小さい、請求項１２又は１３に記載の照明装置。
  15. 前記反射部の下向きの傾斜面の上に前記レンズのプリズム面が離隔されて配置される、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の照明装置。
  16. 前記一定の間隔は、前記ＬＥＤの厚さより大きいか、同一である、請求項１０ないし１５のいずれか１項に記載の照明装置。
  17. 前記ギャップ部材の上面には、前記レンズのエッジが配置される、請求項１０ないし１６のいずれか１項に記載の照明装置。
  18. 前記ギャップ部材は、前記基板に連結される電線またはリード電極が通過することができる電極通過部を有する、請求項１０ないし１７のいずれか１項に記載の照明装置。
  19. 前記ギャップ部材の一側面と前記基板の一側面とはフラット部を含み、
    前記ギャップ部材のフラット部と前記基板のフラット部とは互いに当接する、請求項１０ないし１８のいずれか１項に記載の照明装置。
  20. 前記ギャップ部材は、蛍光体を含む、請求項１０ないし１９に記載の照明装置。
  21. 前記発光部の基板上に配置された反射プレートをさらに含み、
    前記反射プレートは、前記ＬＥＤが配置される孔を有する、請求項２ないし２０のいずれか１項に記載の照明装置。
  22. 前記反射プレートの上面には、拡散剤が塗布される、請求項２１に記載の照明装置。
  23. 前記発光部、前記レンズ及び前記ギャップ部材が収納される内側溝を有する筐体；
    前記筐体に収納され、前記レンズのエッジの上に配置された第１の防水リング；
    前記レンズが露出する開口部を有し、前記第１の防水リング上に配置され、前記筐体と結合されるケースカバー；
    をさらに含む、請求項２ないし２２のいずれか１項に記載の照明装置。
  24. 前記第１の防水リングは、前記レンズのエッジの上面と周囲面を囲むように形成され、
    前記レンズのエッジと前記ケースカバーの内周面との間に配置される、請求項２３に記載の照明装置。
  25. 前記筐体は、底面に形成された貫通ホールを有し、
    前記基板に電気的に連結され、前記貫通ホールを通じて外部に露出するリード電極をさらに含む、請求項２３又は２４に記載の照明装置。
  26. 前記貫通ホールの周囲面の外側周囲に配置された第２の防水リングをさらに含む、請求項２５に記載の照明装置。
  27. 前記第１の防水リングまたは前記第２の防水リングは、防水用ゴムまたはシリコン材質で形成された、請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の照明装置。
  28. 前記筐体は、内壁と外壁を有し、前記内壁と外壁との間に形成された少なくとも一つの第１のホールを有し、
    前記ケースカバーは、前記第１のホールに挿入され、ねじ溝を含む突部を含み、
    前記照明装置は、前記第１のホールを通じて前記ねじ溝に挿入されて締結される結合ねじをさらに含む、請求項２３ないし２７のいずれか１項に記載の照明装置。
  29. 前記筐体は、内壁と外壁を有し、前記内壁と外壁との間に形成された少なくとも一つの第１の溝を有し、
    前記ケースカバーは、前記第１の溝に挿入され、ねじホールを含む突部を含み、
    前記照明装置は、前記ねじホールを通じて前記第１の溝に挿入されて締結される結合ねじを含む、請求項２３ないし２７のいずれか１項に記載の照明装置。
  30. 前記筐体の周囲には、外部の支持部材にねじ締結される少なくとも一つの第２のホールを含む、請求項２３ないし２９のいずれか１項に記載の照明装置。
  31. 前記筐体の周囲面には、外部の支持部材と締結されるねじ山を含む、請求項２３ないし３０のいずれか１項に記載の照明装置。
  32. 前記筐体及び前記ケースカバーは、前記発光モジュールから発生された熱を放出する少なくとも一つの放熱ホールを有する、請求項２３ないし３１のいずれか１項に記載の照明装置。
  33. 前記ケースカバーの内側面は、傾斜を有する、請求項２３ないし３２のいずれか１項に記載の照明装置。
  34. 前記筐体及びケースカバーは、周囲面の形態が円型、方形、多角形、楕円形のうちのいずれか１つである、請求項２３ないし３３のいずれか１項に記載の照明装置。
  35. 前記発光部の基板の下に配置された放熱板を含む、請求項２３ないし３４のいずれか１項に記載の照明装置。
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