KR100784352B1 - 광섬유 조명장치 - Google Patents

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KR100784352B1
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손원국
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Abstract

본 발명은 광섬유 조명장치에 관한 것으로, 특히 LED 모듈이 장착된 광섬유 조명장치에 관한 것이다. 본 발명은 광섬유 조명장치의 광원으로 LED 모듈을 사용하여 광섬유 조명장치의 구조를 간소화하여 부피를 줄일 수 있는 광섬유 조명장치를 제공할 수 있으며, 사용자가 원하는 다양한 색재현이 가능하고, 저발열 및 내충격이 우수한 광섬유 조명장치를 제공할 수 있다.
광섬유, LED, 조명, 색 변환부, 타이밍부

Description

광섬유 조명장치{OPTICAL FIBER LIGHTING DEVICE}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 개략 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유와 LED 모듈의 배치 관계를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 개략 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: LED 모듈 200: 제어부
220: 색 변환부 300: 수납부재
320: 광섬유 장착부 400: 광섬유
420: 광섬유 고정부
본 발명은 광섬유 조명장치에 관한 것으로, 특히 LED 모듈이 장착된 광섬유 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 PMMA(Polymethyl Methacrylate)등의 소재를 이용한 광섬유 조명 장치는 경관조명이나 장식조명, 수영장 조명, 전시장 조명 등으로 많이 활용된다. 광섬유 조명장치는 광을 발생시키는 하나의 광원장치(Illuminator)로부터 발생된 광을 인입구로 전달받아 각기 다른 광섬유에 광을 전송하고, 이 전송된 광은 광섬유의 사용목적과 조사특성, 길이 등의 기준에 따라 적합한 조명으로 사용된다. 이러한 광섬유 조명장치는 광원장치로부터 열을 제외하고 광만 전송할 뿐만 아니라 감전의 위험이 없어 수중 조명용으로 손쉽게 사용할 수 있어 습기가 많아 통상의 전기제품을 활용한 조명기기를 적용하지 못하는 곳 등에 많이 사용되고 있으며 사람의 유지보수가 어려운 곳에서도 사용된다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 광섬유 조명장치는 광의 전송에 있어서 다색필터(Color Wheel Filter)를 채용하여 광원이 발생시키는 광의 색을 변환시켜주기도 하는데 이러한 색 변환을 위해 부가적인 기구물과 시간제어기 등의 부속물이 추가된다.
또한, 종래 기술에 따른 광섬유 조명장치에는 할로겐램프, 메탈할라이드 램프 등이 주 광원으로 사용되고 있다. 이러한 두 가지 광원의 특징은 순시점등이 잘 될 뿐만 아니라 색온도 특성이 뛰어나서 광섬유를 이용한 조명에 유리하기 때문이다. 또한, 다양한 색을 연출하기 위해서는 옵션으로 다색필터라는 기구물을 추가하여 색을 변동시켜 주기도 한다. 상기와 같이 기존의 광섬유 조명장치에 사용되는 광원은 그 수명이 할로겐 램프의 경우 2000시간, 메탈할라이트 램프의 경우 5000 내지 6000시간 정도이다. 또한, 가로*세로*높이가 약 300mm*250mm*150mm 정도의 광원장치에 1Kw급의 발광 광원램프와 방전 광원램프가 들어가 있어 상당한 발열을 일 으킨다. 또한, 내부 반사경을 이용하는 등 에너지 효율이 그리 높지 않고, 많은 부품에 의해 광원장치의 구조물이 무겁고 부피가 크며, 주 광원 자체가 유리로 제작되어 외부의 진동에 취약한 문제점이 있다.
또한, 기존의 광원은 봉입가스가 함입되어 있는 고전압 광원들이므로 앞으로의 환경문제 제기 혹은 에너지 절감 정책에 따른 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조를 간소화하여 그 부피를 줄일 수 있는 광섬유 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용자가 원하는 다양한 색재현이 가능하고, 저발열 및 내충격이 우수한 광섬유 조명장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하나의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈을 작동시키기 위한 제어부와, 상기 LED 모듈에서 방출된 광을 전달시키기 위한 다수의 광섬유를 포함하고, 상기 LED 모듈에서 방출되는 광은 상기 광섬유에 의해 외부로 출사되도록 상기 하나의 LED 모듈의 출광부와 다수의 광섬유의 입광부는 서로 대응되도록 접하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치를 제공한다.
상기 LED 모듈은 백색광 LED 모듈, 다색 발광 LED 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 LED 모듈의 색을 변환시키기 위한 색 변환부 또는 LED 모듈의 색변환 시간을 조절하기 위한 타이밍부 중 어느 하나를 포함하거나, 색 변환부 및 타이밍부를 포함할 수 있다.
상기 LED 모듈에서 방출되는 광은 상기 광섬유에 의해 외부로 출사되도록 상기 LED 모듈의 출광부와 광섬유의 입광부는 서로 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 LED 모듈과 제어부를 수납하며 개구형상의 광섬유 장착부가 형성된 수납부재와, 상기 광섬유에 장착되어 상기 광섬유 장착부에 삽입 고정되는 광섬유 고정부를 더 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 개략 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유와 LED 모듈의 배치 관계를 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 조명장치는 도 1에 도시된 바와 같이 광원인 LED 모듈(100)과, 상기 LED 모듈(100)을 작동하기 위한 제어부(200)와, LED 모듈(100)에서 방출된 광을 전달하기 위한 광섬유(400)를 포함한다. 이때, 상기 LED 모듈(100), 제어부(200)를 수납하기 위한 수납부재(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 LED 모듈(100)은 본 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 광원으로서, 그 내부에는 발광칩이 실장된다. 즉, 상기 LED 모듈(100)은 발광칩이 실장되어 외부 전원에 의해 발광될 수 있는 구조, 예를 들어 전극패턴이 형성된 기판 상에 전극패턴과 전기적으로 연결된 발광칩이 실장된 구조를 갖는다. 상기와 같은 발광칩은 반 도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고 이들의 재결합에 의하여 발광된다. 또한, LED 모듈(100)은 이러한 발광칩 및 형광체의 종류에 따라 여러 가지 색이 발광될 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 LED 모듈(100)을 작동시키기 위한 것으로서, 그 내부에 전원부를 포함한다. 상기 제어부(200)는 외부에서 인가된 전원을 LED 모듈(100)에 선택적으로 공급하여 작동시키며, 상기와 같이 외부 전원을 LED 모듈(100)에 선택적으로 공급하기 위해 온-오프(on-off)스위치가 마련될 수 있다. 또한, 이러한 스위치는 광섬유 조명장치의 설치 위치 및 사용자의 위치에 따라 본체 즉, 수납부재(300)에 마련되거나 전선에 의해 연장되어 그의 기단에 마련될 수도 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자가 광섬유 조명장치의 본체에 접근하기 용이하지 않은 위치에 설치된다면, 상기 스위치는 무선으로 제작될 수도 있다.
상기 광섬유(400)(Fiber Optics)는 빛의 전송을 목적으로 하는 섬유 모양의 도파관으로서, 광학섬유라고도 한다. 이러한 광섬유(400)는 석영계 광섬유와 비석영계 광섬유로 구분될 수 있으며, 상기 석영계 광섬유는 일반적으로 규소계열인 유리 섬유를 포함하고, 비석영계 광섬유는 플라스틱 계열 예를 들어, PMMA 수지와 같은 플라스틱 수지를 포함한다. 즉, 광섬유(400)는 석영 유리나 플라스틱 등의 투명한 유전체를 가늘고 길게 뽑아서 만든 섬유로 그 중심 부분에 빛을 통과시킨다. 현재 가장 많이 쓰이는 것은 규소 산화물(SiO₂:실리카) 광섬유인데, 머리카락 굵기의 유리 섬유에 불과하지만 그 기능은 지극히 정교하고 치밀한 광도파로(Optical Waveguide)이다. 중심부에 빛을 가두어 넣고 조금씩 구부려도 빛이 새어 나가지 않도록 하여 빛이 감쇠되지 않고 원거리까지 전파되도록 한 것이다.
상기 광섬유(400)는 통상 중앙의 코어(Core)를 클래딩(Cladding)이 주변에서 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 즉, 빛을 통과하는 핵심 부분인 코어의 굴절률보다 빛이 밖으로 나가지 못하게 하는 차단층인 클래드의 굴절률을 약간 작게 하여 코어에 입사된 빛이 굴절률이 다른 코어와 클래드의 경계면에서 전반사를 반복하면서 전파된다. 또한, 상기 클래딩의 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복이 단층 또는 다층으로 형성된다. 즉, 광섬유(400)는 유리로 제작된 코어 및 클래드와 이와 같은 유리 섬유를 보호하는 피복층으로 구성된다. 이때, 피복층을 제외한 전체 크기는 지름이 백 내지 수백㎛이며, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다. 상기 코어의 지름이 수㎛인 것을 단일모드 광섬유(400), 수십㎛인 것을 다중 모드 광섬유(400)라 하고, 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형, 언덕형 광섬유(400) 등으로 나눠진다.
이러한 광섬유(400)는 외부의 전자파에 의한 간섭이나 혼신(Interference)이 없고 도청이 힘들며, 소형ㅇ경량으로서 굴곡에도 강하며, 하나의 광섬유(400)에 많은 통신회선을 수용할 수 있고 외부환경의 변화에도 강하다. 더구나 재료인 유리의 원료는 대단히 풍부하므로 효용도가 높다. 본 발명에서는 상기와 같은 광섬유(400)의 기단 즉, 입광부에 LED 모듈(100)이 위치하며, 그의 선단으로 상기 LED 모듈(100)의 광이 출사된다. 또한, 상기 광섬유(400)의 기단에는 광섬유 고정부(420) 가 마련된다.
상기 광섬유 고정부(420)는 다수개의 광섬유(400)를 고정하여 하나의 다발로 만들기 위한 것으로서, LED 모듈(100)이 위치하는 광섬유(400)의 기단에 마련된다. 또한, 상기 광섬유 고정부(420)는 광섬유(400)를 고정하는 기능 외에 상기 광섬유(400)를 상기 수납부재(300)에 장착하여 고정시키는 기능도 하게 된다.
상기 수납부재(300)는 상기 LED 모듈(100) 및 제어부(200)를 수납하고 보호하기 위한 것으로서, 소정위치에 상기 광섬유(400)와 결합될 수 있는 광섬유 장착부(320)가 형성된다.
상기 광섬유 장착부(320)는 상기 수납부재(300)의 소정위치에 개구부를 마련하여 형성하며, 이러한 광섬유 장착부(320)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 광섬유 고정부(420)가 삽입되어 고정된다. 이때, 상기 광섬유 고정부(420)에 의해 고정된 광섬유 다발은 상기 LED 모듈(100)의 출광부에서 방출된 광이 유입될 수 있도록 LED 모듈(100)의 출광부에 위치하게 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 LED 모듈(100) 출광부의 지름(r1)과 광섬유 다발의 지름(r2)은 서로 같거나, 출광부의 지름(r1)이 광섬유 다발의 지름(r2)보다 큰 것이 바람직하며 , 광섬유 다발의 지름(r2)의 변화에 따라 상기 LED 모듈 출광부의 지름(r1)을 변화시켜 서로 대응되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 광섬유 조명장치에 LED 모듈을 사용함으로써, 기존의 다색필터를 회전시키는 모터가 필요 없고, 이로 인해 모터에서 발생되는 열에 대한 문제점 도 발생하지 않는다. 또한, 상기와 같이 광섬유 조명장치의 구성요소가 간소화됨에 따라 광섬유 조명장치의 크기를 대폭 감소시킬 수 있다. 즉, 광원 자체를 LED 모듈을 사용하여 종래 광섬유 조명장치의 다색필터 및 이를 회전시키기 위한 모터와, 광섬유 조명장치의 내부에 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 팬과 같은 부가적인 장치를 제거할 수 있으며, LED 모듈이 할로겐 램프 또는 메탈할라이드 램프보다 소형이므로 광섬유 조명장치의 크기 및 무게를 크게 줄일 수 있다. 또한, 고장의 주된 요인인 모터와 같은 구성요소를 제거하여 고장에 대한 문제도 최소화할 수 있다.
또한, 광섬유 고정부(420)에 접합되는 면이 LED 모듈과 일정각도로 배치되도록 구성하여 광 에너지 손실도 최소화할 수 있다. 더욱이, LED 모듈을 사용하여 종래보다 내충격 및 저전력, 저발열의 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 모듈은 기존의 광원과 비교해 볼 때, 수명이 매우 길어 유지보수 비용 또한 절감된다. 기존의 광섬유 조명장치는 부피가 커 취급이 불편하고 고전압을 사용하는 광원으로 인해 안전상의 유의가 많이 요구되었던 것에 반해 본 발명에 따른 광섬유 조명장치는 사용자가 손쉽게 운용할 수 있다. 또한, 박물관의 경우 전시물품의 종류에 따라 연간 일조량(인공조명, 자연조명)이 정해져 있어 자외선과 적외선의 입사량이 제한되는데, 이러한 광해(빛의 피해)를 해결하기 위해서 광섬유 조명장치와 같은 간접조명의 활용을 많이 하고 있다. 이와 같은 박물관에 본 발명과 같은 방식의 시스템을 적용한다면 보다 적은 비용으로 더욱 효과적인 조명을 연출할 수 있다.
다음은 본 발명의 제 2 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 하술할 내용 중 상술한 실시예와 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 개략 사시도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 조명장치는 도 3에 도시된 바와 같이 광원인 LED 모듈(100)과, 상기 LED 모듈(100)을 작동하기 위한 제어부(200)와, 상기 LED 모듈(100)에서 방출된 광을 외부로 출사시키기 위한 광섬유(400)를 포함한다. 이때, 상기 LED 모듈(100), 제어부(200)를 수납하기 위한 수납부재(300)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 LED 모듈(100)은 여러 가지 색 예를 들어, 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 발하는 다수개의 LED 모듈을 사용하거나, 하나의 LED 모듈에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발하는 발광칩이 실장된 LED 모듈을 사용할 수 있다. 또한, 하나의 LED 모듈이 백색을 포함하는 모든 색(Full Color)을 발하는 다색 발광 LED 모듈을 사용할 수도 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 LED 모듈 내에 청색광을 발하는 발광칩과, 상기 발광칩에서 방출되는 청색광을 여기하여 백색광을 발할 수 있는 형광체가 형성된 LED 모듈을 사용할 수도 있다. 상기와 같이 여러 가지 색을 발할 수 있는 LED 모듈(100)을 사용함으로써 사용자가 원하는 색을 선택적으로 나타낼 수 있다.
하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자가 필요한 색을 발하는 LED 모 듈(100)만을 사용할 수도 있다. 즉, 각각 적색(R), 녹색(G)을 발하는 두개의 LED 모듈(100)만을 광원으로 사용할 수도 있으며, 백색(W), 핑크색(P)을 발하는 두개의 LED 모듈(100)을 사용할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 하나 내지 세개의 LED 모듈(100) 조합만을 예로 들었으나, 그 이상의 LED 모듈(100)을 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 제어부(200)는 상술한 제 1 실시예와 동일하게 LED 모듈(100)의 온-오프(on-off)기능을 할 수 있다. 하지만 본 실시예에서는 단순히 LED 모듈(100)의 온-오프기능 외에 원하는 색을 발할 수 있도록 색 변환부(220)를 마련할 수 있다. 예를 들어, 색 변환부(220)로 스위치를 마련하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발하는 3개의 LED 모듈(100)을 광원으로 사용할 경우 상기 스위치로 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 이용하여 사용자가 원하는 색을 발하도록 할 수 있다. 이러한 색 변환부(220)는 사용자가 조작할 수 있도록 상기 수납부재(300)의 외부에 노출될 수 있다.
더욱이, 본 실시예는 제어부(200)에 타이밍부(미도시)를 추가하여 LED 모듈(100)의 온-오프를 프로그램에 의해 자동으로 수행하게 할 수도 있다. 즉, 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발하는 3개의 LED 모듈(100)을 광원으로 사용할 경우 처음 5초 동안은 적색(R)을 발하게 하고, 다음 5초 동안은 녹색(G)을 발하게 하고, 다음 5초 동안은 청색(B)을 발하게 할 수 있다. 이러한 제어부(200)의 시간 제어 타이밍 및 그에 따른 발광 색 역시 사용자의 요구에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 이때, 상기 색 변환부(220)와 타이밍부는 필요에 따라 각각 따로 마련되거 나, 같이 마련될 수 있다. 즉, 타이밍부에 의해 자동으로 색이 변화되더라도 사용자가 색 변환 스위치(220)을 누름으로써 필요한 색이 발광되도록 할 수 있다. 이때, 상기 색 변환부(200) 및 타이밍부는 제어부(200) 내에 마련되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 제어부(200)와 따로 배치되어 마련될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 조명장치는 다양한 색상을 발할 수 있는 LED 모듈(100)을 사용하여 상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 조명장치의 장점을 가짐과 동시에 다양한 컬러의 연출과 색재현을 실현할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 광섬유 조명장치의 광원으로 LED 모듈을 사용하여 광섬유 조명장치의 구조를 간소화하여 부피 및 무게를 줄일 수 있는 광섬유 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 원하는 다양한 색재현이 가능하고, 저전력, 저발열 및 내충격이 우수한 광섬유 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 고장의 주된 요인인 모터와 같은 구성요소를 제거하여 고장을 최소화할 수 있는 광섬유 조명장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 하나의 LED 모듈과,
    상기 LED 모듈을 작동시키기 위한 제어부와,
    상기 LED 모듈에서 방출된 광을 전달시키기 위한 다수의 광섬유를 포함하고,
    상기 LED 모듈에서 방출되는 광은 상기 광섬유에 의해 외부로 출사되도록 상기 하나의 LED 모듈의 출광부와 다수의 광섬유의 입광부는 서로 대응되도록 접하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광섬유는 유리섬유 또는 플라스틱 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 모듈은 백색광 LED 모듈, 다색 발광 LED 모듈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 LED 모듈의 색을 변환시키기 위한 색 변환부 또는 LED 모듈의 색변환 시간을 조절하기 위한 타이밍부 중 어느 하나를 포함하거나,
    색 변환부 및 타이밍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 모듈과 제어부를 수납하며 개구형상의 광섬유 장착부가 형성된 수납부재와,
    상기 광섬유에 장착되어 상기 광섬유 장착부에 삽입 고정되는 광섬유 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명장치.
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