KR100884628B1 - 발광다이오드를 이용한 조명기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명기구에 관한 것으로 특히, 천정이나 벽체 또는 등기구 고정용 기둥 등에 체결부재를 통해 결합되는 케이스와; 하나 또는 수개의 발광다이오드를 구비하고 상기 케이스 내에 수납 설치되는 발광다이오드 전등 확장판과; 상기 발광다이오드의 설치 개수에 부응하여 하나의 단위 유니트로 형성되는 렌즈 자체로 구성되거나, 발광다이오드들에 일대일 대응되게 수개의 렌즈를 일체로 구비하고 상기 케이스 내에 수납되어 발광다이오드에서 발생되는 빛을 고르게 확산시켜 주는 빛 확산 플레이트와; 상기 케이스에 결합되는 커버;를 포함시키되, 상기 단위 유니트형 렌즈를 포함하는 상기 빛 확산 플레이트에 형성된 렌즈들은 상기 발광 다이오드와 근접되는 내측이 오목하게 형성되고, 외측에는 지름이 큰 볼록부의 중앙부에 지름이 작은 오목부가 일체로 구비되되, 내측의 오목부 곡률은 외측의 볼록부 곡률보다 작게 형성하고, 외측의 오목부 곡률과 지름은 내측의 오목부 곡률과 지름보다 각각 작게 형성한 것을 특징으로 한다.

따라서, 빛 확산 플레이트의 제조 공정 중에서 후처리 공정을 생략할 수 있어 저렴하게 제작할 수 있음은 물론 렌즈 자체가 두 개의 오목부(오목형상)와 볼록부(볼록형상)를 동시에 가짐으로써 빛이 비교적 일정하게 확산 및 분산되므로 발광다이오드를 이용한 조명기구 자체의 상품성을 대폭 증대시킬 수 있고, 조명기구 자체가 천정 마감 플레이트와 동일한 크기로 이루어지거나 또는 그 배율의 크기로 이루어져 단지 필요한 수만큼 천정 마감 플레이트를 탈거하고 이에 본 발명의 조명기 구를 장착하면 되므로 작업이 편리하고 작업 공수를 줄일 수 있으며, 다양한 크기로 이루어져 외관의 미려함을 증대시키는 효과가 있고, 발광다이오드 전등 확장판을 서로 연결하여 확장시켜 사용함으로써 확장성이 용이하여 다양한 크기로 제작할 수 있으면서도 제조비용을 줄이는 효과가 있는 것이다.

발광다이오드, 조명기구, 확산, 확장, 천정

Description

발광다이오드를 이용한 조명기구{Illuminator of using light emitting diode}

본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광다이오드를 광원으로 사용하여 기존의 전구를 대신할 수 있고, 실내,외에 설치되는 각종 일반 조명기구는 물론 가로등이나 장식용 조명기구로도 사용이 가능하며, 확장성을 가지며 설치 작업이 용이하며, 시공 후 심미감을 증대시킬 수 있고, 특히 빛 확산을 위한 단위 렌즈를 포함하여 빛 확산 플레이트에 수개의 렌즈를 형성시킬 때 내측은 오목하게 형성하고 외측은 볼록부와 오목부를 동시에 구비시켜 발광다이오드에서 발생되는 빛을 일반 전등과 같이 중심부와 주변이 고르게 분산 및 확산시킨 상태로 조사시켜 줄 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 가정이나 사무실 등에서 천정에 설치되는 백열전구 또는 형광등을 이용한 조명기구가 널리 사용된다.

그런데, 이러한 조명기구 중 형광등 조명기구는 천정에 일부가 수납되는 케이스와, 상기 케이스에 결합되는 복수의 형광등을 포함한다. 이러한 형광등 조명기 구는 형광등의 크기가 표준 규격으로 정해짐으로써 케이스의 크기도 정해지게 된다.

따라서 형광등 조명기구를 천정에 시공할 때 천정에 고정되는 천정 마감 플레이트들을 일부는 탈거하고 다른 일부는 잘라내어 설치하게 된다. 그리고 상술한 천정 마감 플레이트들을 제거한 후 케이스를 설치하고 천정에 설치된 케이스의 사이드 부분과 천정에 설치된 천정 마감 플레이트들 사이에 발생할 수 있는 틈이 외부에서 보이지 않도록 하기 위하여 케이스의 사이드 측에 별도의 스트립부재들을 고정하게 된다.

이와 같이 규격화된 형광등 조명기구는 시공이 불편하여 작업성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 시공의 편리함은 물론 외관의 미려함을 향상시키기 위하여 다양한 크기로 이루어진 조명기구를 설치할 필요가 있으나 이에 충분하게 대응하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 종래의 가로등 또는 보안등 등은 주로 수은등이나 나트륨등을 광원으로 사용하여 조명을 하게 함으로써 밝기에 비하여 에너지 소비가 크다는 문제점과 수명이 짧아 시간경과에 따라 광량이 급격하게 저하되어 주기적인 관리가 필요하게 되었다.

특히 위에 열거한 등은 수은가스를 이용하고 있으므로 폐기시 환경오염의 원인으로 작용하는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 최근 들어 삶의 질이 향상되면서 쾌적한 주거 환경은 물론 도시 미관에 많은 관심이 집중되고 있다.

이와 같은 상황에서 고층건물은 물론 강을 횡단할 수 있도록 설치된 다리를 포함하여 도심을 흐르는 강가에 다양한 편의시설들이 설치되고 있으며, 편의시설을 이용하는 사용자들에게 보다 분위기 있는 도시의 야경을 연출하기 위해 각종 조명을 다리의 주요 부분에 설치하여 다리의 주요 부분을 조명함으로써, 신비스럽고 미려한 분위기의 야경을 연출하고 있다.

또한, 고층고물의 조명하기 위한 조명장치는 포함한 다리의 주요 부분에 설치되는 조명장치의 조명등은 색상과 모양 형상이 매우 다양하게 이루어져 다리의 주변을 보행하는 보행자는 물론 운전자들에게도 멋진 분위기를 야경을 연출하고 있다.

그러나 건물 및 다리의 길이와 넓이 및 조형물의 높이에 비례하여 많은 양의 조명등이 설치되며, 설치된 조명등의 갯 수에 따라 전력소모가 많고, 초기 설치비는 물론 유지보수 비용이 많이 들게 되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 도심 교통의 흐름을 원활하게 하기 위하여 도로 위에 일정높이로 설치되는 육교는 보행자의 안전을 도모하기 위해 양측에 난간이 설치된다.

이와 같은 난간에도 다양한 형상의 이미지를 나타내는 난간 살 및 조형물이 설치되고 있으며, 최근에는 난간 살 및 조형물에 해당 도시를 상징하는 캐릭터 및 이미지를 형상화시켜 설치함으로써, 도시의 특성 및 상징물을 사람들에게 효과적으로 알려줄 수 있게 된다.

그러나 상기한 효과는 주간에 얻을 수 있으나, 야간인 경우에는 주위가 어두운 관계로 육교의 난간에 설치되어 있는 난간 살 및 조형물을 식별하기가 어려워 별도의 조명등을 설치하여 육교의 주요부분을 조명하게 되는 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 널리 사용되고 있는 네온등은 일반 형광등에 비해 그 밝기 조절이 자유로울 뿐만 아니라 점멸기능이 있어 사용이 점차 증가되고 있는데, 이와 같은 네온(neon)은, 주기율표 제0족에 속하는 비활성 기체로써, 대기중에 약간 함유되어 있기는 하나 그 존재량은 0.00182용량％(클라크수 제76위)이다.

이와 같은 네온은 액체공기의 분류시 스펙트럼에서 발견되었으며, 무색, 무취의 기체로, 20℃에서 100㎖의 물에 15㎖녹는다.

액체공기를 증발시킨 부분을 저온에서 액화하고, 이것을 되풀이하여 헬륨과 함께 모아, 액체수소로 네온을 고체화하여 헬륨에서 분리시켜 얻으며 방전 때에 적색부분에 현저한 휘선 스펙트럼을 보이고, 다른 기체에 비해서 그다지 저압이 아니라도 가이슬러관에서 방전하여 적색으로 빛나므로 네온관등에 이용된다.

이러한 네온등을 이용하여 간판 또는 광고 보드 또는 조명기구를 구성하고자 한다면, 우선 각각의 네온등에 하나씩의 트랜스를 결합하고, 각 트랜스는 점멸기에 연결한다.

그런 다음, 점멸기에 전원을 연결하게 되는데, 이때에는 통상의 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터가 더 장착된다.

그런데, 이처럼 네온등을 이용하여 다리 또는 육교 등의 조명등을 제조할 경우, 전술한 바와 같이 트랜스 등이 많이 소요되기 때문에 실제로 그 제조 비용이 너무 많이 들게 될 뿐만 아니라 트랜스로 인해 화재의 위험도가 높은 단점이 있고, 또한 통상의 네온등은 그 수명이 약 1년 정도이기는 하나 파손이 쉽기 때문에 빈번 히 네온등을 교체해야 하는 단점이 있다.

또한, 전술한 바와 같은 형광등이나 네온등의 경우 그 빛의 칼라를 다양하게 변화시킬 수 없어 다양한 조명 또는 광고 간판 자체를 포함하여 광고 내용을 미려하게 창출시킬 수 없는 문제점도 있다.

따라서, 최근에는 전력소모가 적고 수명이 긴 발광다이오드(LED)를 광원으로 사용하는 조명등이 개발 출시되고 있다.

상기 발광다이오드(LED)는 P형과 N형 반도체의 접합구조를 가지고, 전압을 인가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭(bandgap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전자 소자이며, 반응시간이 일반 전구에 비하여 빠르고, 소비전력이 20% 수준으로 낮아 최근 들어 고 효율의 조명수단을 포함하여 다방면에 활용되고 있다.

이와 같은 발광다이오드를 이용한 투광조명은 다수의 고휘도 발광다이오드 또는 파워 발광다이오드를 기판에 조립한 모듈을 광원으로 활용하고 있으며, 일반 실,내외 조명은 물론 가로등이나 간판 및 구조물 조명, 다리 등의 장식 또는 음악분수와 같은 분수 등의 조명수단으로 활용되고 있는 실정이다.

또한, 상기와 같은 발광다이오드를 이용한 조명등은 원판형 또는 다양한 모양으로 형성한 인쇄회로기판에 다수개의 발광다이오드를 배치시켜 일반적인 조명램프와 같이 사용할 수 있도록 하는 방식과, 띠 형상을 갖는 고형 또는 플랙시블한 인쇄회로기판에 다수개의 발광다이오드들을 일정간격으로 배열시킨 라인 바형 방식 등 다양하게 형성하여 사용하고 있다.

상기에 있어서 전자의 경우는 일반 조명등이나 신호등 등에 널리 사용되고 있고, 후자의 경우는 고층건물이나 다리, 육교 또는 광고물 등의 조명에 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 발광다이오드의 빛은 직진성을 가지고 있어 이를 조명기구로 사용하기 위해서는 빛을 분산시켜 주는 렌즈를 필요로 하고 있다. 그런데 종래 대부분의 발광다이오드형 조명기구에서 사용되고 있는 렌즈는 단순히 내면은 평면이고 외주면은 볼록하거나, 내,외주면이 모두 볼록한 경우 또는 내면은 오목하고 외주면은 볼록한 구성으로 되어 있다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 렌즈들은 발광다이오드에서 발생되는 빛을 전체적으로 고르게 확산 또는 분산 조사시키지 못하고 중앙에 집중하는 단점을 그대로 지니고 있으며, 이와 같은 구성은 단지 조사 거리만을 조절하기 위한 구조로써 그 조사거리는 내면이 오목하고 외주면은 볼록한 렌즈가 제일 멀고, 그 다음 내면은 평면이고 외주면은 볼록한 경우이며, 빛의 조사 거리가 가장 짧은 거리는 갖는 렌즈는 내,외주면이 모두 볼록한 경우이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 직광선을 갖는 발광다이오드의 빛 확산을 위한 단위 렌즈를 포함하여 빛 확산 플레이트에 수개의 렌즈를 형성시킬 때 내측은 오목하게 형성하고 외측은 볼록부와 오목부를 동시에 구비시켜 발광다이오드에서 발생되는 빛을 일반 전등과 같이 중심부와 주변이 고르게 분산 및 확산시킨 상태로 조사시켜 줄 수 있도록 하여 상품성을 증대시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공하는데 주된 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 천정에 설치할 때 작업을 편리하게 하여 작업 공수를 줄일 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 크기로 이루어져 시공의 편리함은 물론 외관의 미려함을 증대시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 확장성이 용이하여 다양한 크기로 제작할 수 있으면서도 제조 비용을 줄일 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 천정이나 벽체 또는 등기구 고정용 기둥 등에 체결부재를 통해 결합되는 케이스와; 하나 또는 수개의 발광다이오드를 구비하고 상기 케이스 내에 수납 설치되는 발광다이오드 전등 확장판과; 상기 발광다이오드의 설치 개수에 부응하여 하나의 단위 유니트로 형성되는 렌즈 자체로 구성되거나, 발광다이오드들에 일대일 대응되게 수개의 렌즈를 일체로 구비하고 상기 케이스 내에 수납되어 발광다이오드에서 발생되는 빛을 고르게 확산시켜 주는 빛 확산 플레이트와; 상기 케이스에 결합되는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 단위 유니트형 렌즈를 포함하는 상기 빛 확산 플레이트에 형성된 렌즈들은 상기 발광 다이오드와 근접되는 내측이 오목하게 형성되고, 외측에는 지름이 큰 볼록부의 중앙부에 지름이 작은 오목부가 일체로 구비되되, 내측의 오목부 곡률은 외측의 볼록부 곡률보다 작게 형성하고, 외측의 오목부 곡률과 지름은 내측의 오목부 곡률과 지름보다 각각 작게 형성한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 발광다이오드 전등 확장판은 서로 끼움 결합되어 확장되는 연결부가 구비된 인쇄회로기판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광다이오드 전등 확장판에는 상기 발광다이오드들 사이에 상기 발광다이오드들을 구동하는 구동 회로부가 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기 커버는 사이드 측에 다수의 자성체가 결합되고, 이 자성체에 의하여 상기 케이스에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스를 고정하는 체결부재는 나사못으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 상기 발광다이오드 전등 확장판과 상기 빛 확산 플레이트를 수용하는 수용부, 상기 수용부에서 측면으로 연장되어 천정에 체결되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연장부는 그 두께가 3 ~ 24mm의 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 296mm~300mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 596mm~600mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 1196mm~1200mm 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 케이스는 가로와 세로의 크기가 각각 596mm~600mm 와 596mm~600mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 천정 마감 플레이트와 동일한 크기로 이루어지나 또는 상기 천정 마감 플레이트와 같은 배율의 크기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 빛 확산 플레이트의 제조 공정 중에서 후처리 공정을 생략할 수 있어 저렴하게 제작할 수 있음은 물론 렌즈 자체가 두 개의 오목부(오목형상)와 볼록부(볼록형상)를 동시에 가짐으로써 빛이 비교적 일정하게 확산 및 분산되므로 발광다이오드를 이용한 조명기구 자체의 상품성을 대폭 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 조명기구 자체가 천정 마감 플레이트와 동일한 크기로 이루어지거나 또는 그 배율의 크기로 이루어져 단지 필요한 수만큼 천정 마감 플레이트를 탈거하고 이에 본 발명의 조명기구를 장착하면 되므로 작업이 편리하고 작업 공수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다양한 크기로 이루어져 외관의 미려함을 증대시키는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 발광다이오드 전등 확장판을 서로 연결하여 확장시켜 사용함으로써 확장성이 용이하여 다양한 크기로 제작할 수 있으면서도 제조비용을 줄이는 효과가 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위하여 천정에 설치된 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 천정과 분리된 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 주요부를 분해하여 도시한 도면으로, 발광다이오드를 이용한 조명기구(1)를 도시하고 있다.

본 발명의 조명기구는 부착 형태에 따라 매달림형, 천정 매입형, 천정 부착형, 벽 부착형, 벽 매입형 등에 적용될 수 있다.

본 발명의 발광다이오드를 이용한 조명기구(1) 중 천정 매립형 등기구의 경 우, 천정 마감 플레이트(P)들의 일부를 탈거하고 천정 마감 플레이트 고정부재(R)에 고정된다.

이와 같이 발광다이오드를 이용한 천정 매립형 조명기구(1)는 기본적으로 케이스(3)와, 케이스(3)에 수납되는 발광다이오드 전등 확장판(5), 발광다이오드에서 조사되는 빛을 확산시키는 빛 확산 플레이트(7) 및, 케이스(3)에 결합되는 커버(9)로 구성된 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 케이스(3)는 자석에 붙는 금속재로 성형하는 것이 바람직하게 되는데, 상기 케이스(3) 자체는 발광다이오드 전등 확장판(5)과 빛 확산 플레이트(7)를 수용하는 수용부(3a)와 천정 마감 플레이트 고정부재(R)에 고정되는 부분인 연장부(3b)로 이루어진다.

상기 케이스(3)의 수용부(3a)는 발광다이오드 전등 확장판(5)과 빛 확산 플레이트(7)가 수용됨으로써 천정에 설치될 때 천정 내부에 매립될 수 있는 공간이 된다.

또 상기 연장부(3b)는 수용부(3a)에서 측면으로 연장되어 절곡 형성되고, 천정 마감 플레이트 고정부재(R)에 나사 못 등을 통하여 고정되며, 이러한 연장부(3b)의 두께(t)는, 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 상술한 천정 마감 플레이트(P)의 두께와 동일하게 형성하는 것이 좋다.

즉, 상기 연장부(3b)의 두께(t)는 천정 마감 플레이트(P)의 두께와 조화를 이룰 수 있도록 약 3mm~24mm 사이의 범위 내에서 어느 한 두께를 갖도록 형성시키는 것이 바람직하다.

상기에 있어서 연장부(3b)의 두께(t)가 이러한 범위를 만족하는 것은 발광다이오드를 이용한 조명기구를 천정에 설치한 경우 심하게 외측으로 돌출되지 않고 외관의 미려함을 향상시킬 수 있기 때문이며, 또한 연장부(3b)의 두께가 상술한 범위를 만족하는 경우에 발광다이오드를 이용한 조명기구(1)와 천정 마감 플레이트(P)의 사이에 별도의 스트립부재를 설치하지 않아도 되므로 작업 공수를 더욱 줄일 수 있다.

한편, 상술한 케이스(3)에 수용되는 발광다이오드 전등 확장판(5)은 통상의 인쇄회로기판으로 이루어진다. 발광다이오드 전등 확장판(5)는 일정한 간격으로 배치되는 다수의 발광다이오드(11)가 설치되며, 그 사이에 발광다이오드(11)를 구동하는 구동회로부(13)가 설치된다.

이때, 상기 발광다이오드(11)와 구동회로부(13)는, 도시는 생략하였으나, 교번으로 반복하여 설치될 수 있는데, 이와 같이 발광다이오드(11)와 구동회로부(13)가 교번으로 설치되는 것은 사용되는 조명기구의 용도 등에 부응하여 필요에 따라 발광다이오드의 수를 넓게 및 많게 설치할 수 있도록 하는 것이다.

그리고 발광다이오드 전등 확장판(5)은, 도 3과 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 일측에 연결부(5a)를 구비시켰는데, 이와 같은 연결부(5a)는 서로 대응하는 다른 발광다이오드 전등 확장판(6)에 대향되게 구비된 콘넥터형 삽입부(6a)에 끼워질 수 있다.

상술한 연결부(5a)와 콘넥터형 삽입부(6a)는 발광다이오드들을 병렬로 연결하는 등의 전기적인 연결을 하기 위한 것이며, 이러한 구조는 발광다이오드 전등 확장판(5, 6)을 서로 연결하여 필요한 길이 만큼 확장하여 사용할 수 있는 것이다.

따라서 기본 구조의 발광다이오드 전등 확장판을 제작해 놓으면 필요에 따라 그 크기를 확장하여 적용할 수 있는데, 이는 발광 다이오드가 설치되는 플레이트를 다양한 종류로 제작할 필요가 없어 제조 비용을 절감시킬 수 있음은 물론 이러한 경우 케이스 등은 필요한 크기에 맞게 별도로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 빛 확산 플레이트(7)는 발광다이오드 전등 확산판(6)에 설치되는 발광다이오드의 수에 대응하여 도 10과 같이 하나의 단위 유니트로 형성되는 렌즈(7a) 자체로 형성하거나, 또는 도 11과 같이 수개의 렌즈(7a)를 빛 확산 플레이트(7) 자체에 일체로 구비시켜 주는 것이 바람직하다.

이때, 상기 렌즈(7a)는 발광다이오드에서 조사되는 빛이 직진성을 가지므로 비교적 조사되는 각도를 넓혀 실내,외 조명기구로 사용하기 적합하기 위하여 본 발명에서는 상기 빛 확산 플레이트(7) 자체가 하나의 발광다이오드에 대응하여 단위 유니트인 렌즈(7a)로 성형 또는 상기 빛 확산 플레이트(7)에 일체로 성형되는 수개의 렌즈(7a)들을 성형할 때 도 10 및 도 11과 같이 발광다이오드(11)가 배치되는 내측에는 오목 형상으로 이루어지는 오목부(8a)로 형성하고, 그 반대 측인 외측에는 볼록 형상으로 이루어지는 볼록부(8b)를 형성하되, 상기 볼록부(8b)의 중심부에는 볼록부의 지름에 대해 대략 1/2 지름을 갖고 오목 형상으로 이루어지는 오목부(8c)를 형성하였다.

상기에 있어서 렌즈(7a)의 내측 오목부(8a) 곡률은 외측의 볼록부(8b) 곡률보다 작게 형성하고, 외측의 오목부(8c) 곡률과 지름은 내측의 오목부(8a) 곡률과 지름보다 각각 작게 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 렌즈(7a)를 형성할 때 내측에는 오목부(8a)가, 외측에는 볼록부(8b) 및 오목부(8c)가 일체로 구비된 복합 렌즈로 형성하게 되면 종래 렌즈와 같이 렌즈의 중심에서 발산각의 1/2 각도 이내에 집중적으로 조사되고 주변으로 갈수록 급격하게 밝기가 어두어지는 현상을 막을 수 있다. 즉 직광성을 갖는 발광다이오드(11)에서 조사되는 빛을 내측의 오목부(8a)와 외측의 볼록부(8b) 및 오목부(8c)를 통해 전체적으로 균일하게 확산시킬 수 있어 조명이 이루어지는 부분을 고른 빛의 조사에 의해 따른 미려함을 구현할 수 있다.

다시 말해서 본 발명에서는 렌즈(7a)를 형성할 때 내측에는 오목부(8a)를 형성해 주고 외측에는 볼록부(8b)와 오목부(8c)를 동시에 형성시켜 줌으로써 렌즈(7a)의 중심에서 발광다이오드(11)의 빛에 대한 발산각의 1/2 각도에 해당하는 영역에서는 빛을 외곽 쪽으로 굴절시키고, 그 이외의 각도에 대해서는 발광다이오드(11)의 발산각으로 그대로 발산하도록 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 중심에서부터 발광다이오드 발산각의 1/2 각도에 해당하는 부분으로 들어오는 빛은 오목부의 빛을 발산시키는 특성을 이용하여 오목부의 최외각 발산각에 발광다이오드 발산각과 같은 각도가 되도록 하였다.

이러한 각도로 발산하기 위해서는 식(1)의 조건에 맞게 오목부(8a)의 렌즈 초점거리를 결정할 필요가 있는데, 이와 같이 발광다이오드의 광원 앞에 놓이는 렌즈의 초점거리는 다음과 같은 식으로 얻어질 수 있다.

f=-l₀(1-tan²θ_l)/(1-tan²θ_l) --- (식 1)

도 12의 (a)(b)와 같이 발광다이오드 광원과 렌즈 첫 번째 면(즉, 내측 오목부(8a) 면)까지 거리 l₀와 렌즈 첫 번째 면의 곡률 반경을 같이하여 렌즈의 첫 번째 면에 입사하는 발광다이오드의 빛이 면에 수직 입사하도록 했다.

첫 번째 내측 오목부(8a) 렌즈 면의 곡률 반경 = l₀

이렇게 하는 이유는 발광다이오드에서 발사된 빛이 렌즈(7a)의 첫 번째 면을 통과하면서 굴절되지 않고 그대로 발산시키기 위한 것이다.

렌즈의 두 번째 면은 발광다이오드 발산각의 1/2 각도 이내는 외측 오목부(8c)의 영향으로 빛 발산하여 퍼지게 하고, 나머지 각도 범위로 들어오는 빛을 발광다이오드 발산각 그대로 나가도록 하기 위해서 외측 오목부(8c)의 곡률 반경을 다음과 같은 조건으로 설정해 주었다.

두 번째 면의 외측 오목부(8c) 렌즈의 곡률 반경 = l₀ + 렌즈의 중심 두께

이렇게 한 조건에 맞게 렌즈 제작하여 구성할 경우 발광다이오드인 광원에서 나오는 빛이 중심에서는 외곽 쪽으로 퍼져 중심의 빛의 밝기를 낮추고 외곽 쪽으로 더 많은 빛을 보내서 전체적인 빛의 균일도를 향상시키는 역할을 하게 되는 것이다.

예를 들어 만약에 발산각이 120°인 발광다이오드의 광원을 렌즈(7a)로부터 4mm 떨어진 곳에 설치하고, θ는 60°(발산각의 반각을 의미함)이고, 외측 오목 부(8c)에 대한 광축 각 θ_l=30°일 때 렌즈에 의해 굴절 후 광축이 이루는 각θ_i=60°으로 하고 싶으면 물체거리 l₀=4mm, θ_l=30°이므로 렌즈 첫 번째 면의 곡률 반경 = 4mm

식 1에 의해서 렌즈의 초점 거리 f=-2.02mm가 된다.

그러므로 가운데 외측 오목부(8c)의 초점거리가 위 식에 의해 결정된 값을 갖도록 렌즈 재질의 굴절률, 중심 두께 및 외측 오목부(8c)에 대한 곡률 반경을 결정하면 된다.

한편, 상기한 바와 같이 단위 유니트로 된 렌즈(7a) 자체 또는 수개의 렌즈(7a)를 일체로 구비한 빛 확산 플레이트(7)는 유리로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 빛 확산 플레이트(7)는, 도 13에 도시하고 있는 바와 같이, 렌즈의 형상 자체 또는 수개의 렌즈 형상과 더불어 빛 확산 플레이트(7)의 형상이 구비된 상, 하부 금형(10, 12) 사이에 용융된 유리를 채워 넣고 상부 금형(10)과 하부 금형(12)을 밀착시켜 제작한다.

이러한 빛 확산 플레이트(7)의 제작방법은 단지 하부금형에 용융된 유리를 채워 넣고 상면을 평편하게 제작하는 종래의 기술에 비하여 후처리 공정이 생략될 수 있으며, 또한 상부(발광다이오드측)에 오목부(8a)가 하부(발광다이오드 반대측)에 볼록부(8b) 및 오목부(8c)가 동시에 만들어져 빛의 확산분포를 전체적으로 골고루 일정하게 유지할 수 있다.

따라서 이와 같이 제작되는 빛 확산 플레이트(7)는 발광 다이오드의 빛을 균일하게 확장시켜 더욱 상품성을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예는 빛 확산 플레이트(7)가 유리로 이루어지는 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 합성수지재를 이용하여 상술한 구조로 이루어지도록 제작하는 것도 가능하다.

한편, 상기 커버(9)는 투명 또는 반투명의 합성수지재 또는 유리로 이루어지는 것이 바람직한데, 이와 같은 커버(9)는 발광다이오드에서 조사된 빛이 직접 사용자의 눈으로 전달되지 않으면서 빛을 조사할 수 있는 기능을 가지는 것이다.

이러한 커버(9)는 모서리 또는 사이드 측에 자성체(21)들이 접착제 등으로 체결수단에 의하여 결합되어 있다.

따라서, 상기 커버(9)는 이러한 자성체(21)에 의하여 케이스(3)에 결합할 때 작업자가 단지 커버(9)를 케이스(3)에 접촉시키는 것에 의하여 결합될 수 있다.

이러한 구성은 케이스(3)에 커버(9)를 결합하는 작업을 할 때 매우 편리하여 작업 공수를 줄일 수 있다.

물론, 본 발명의 실시 예에서는 자성체(21)들을 이용하여 커버(9)를 케이스(3)에 고정하는 예를 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 나사못 또는 볼트와 너트 등의 체결부재로 고정하는 것도 가능하다.

도 6은 천정 마감 플레이트와 동일한 크기의 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기의 범위를 도시하고 있는데, 이때 상기 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기의 범위가 각각 296mm~300mm 와 296mm~300mm로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 예는 천정 마감 플레이트(P)의 최소 규격과 동일하거나 약간 작게 이루어져 단지 천정 마감 플레이트(P)를 하나만 천정에서 탈거하고 본 발명의 실시 예의 발광다이오드를 이용한 조명기구를 설치할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기의 범위가 다른 예를 나타내고 있다.

도 7은 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기가 각각 296mm~300mm 와 596mm~600mm 범위로 이루어지고, 도 8은 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기가 각각 296mm~300mm 와 1196mm~1200mm 범위로 이루어지고, 도 9는 케이스(3)의 가로(X)와 세로(Y)의 크기가 각각 596mm~600mm 와 596mm~600mm의 범위로 이루어지는 예를 도시하고 있다.

즉, 케이스(3)는 천정 마감 플레이트(P)와 동일한 크기로 이루어지나 또는 천정 마감재의 배율의 크기로 이루어지는 구조를 가진다.

따라서 작업자는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 천정에 시공할 때 단지 원하는 사이즈를 선택하고 그 해당하는 천정 마감 플레이트(P)들을 탈거하고, 천정 마감 플레이트(P)가 탈거된 부분에 결합수단을 이용하여 설치할 수 있음에 따라 작업자는 발광다이오드를 이용한 조명기구를 설치하기 위하여 설치된 상태의 천정 마감 플레이트(P)를 절단하는 일이 없어 작업이 간단하여 작업 공수를 줄일 수 있는 것이다.

본 발명은 발광 다이오드로 이루어짐으로써 기존의 전구로 이루어진 조명에 비하여 최소 50%에서 최대 90%까지 절전이 가능하여 절전 효과를 가질 수 있는데 이와 같은 사실은 기 알려진 바 있다.

한편, 본 발명이 적용된 조명기구는 전술한 바와 같이 부착 형태에 따라 매달림형, 천정 매입형, 천정 부착형, 벽 부착형, 벽 매입형 등에 적용될 수 있으며, 이외에도 사용장소에 따라 가로등기구, 방범기구용 등기구, 투광기, 인체감지등기구, 사무실등기구, 주택용등기구, 방진등기구, 방습등기구, 터널등기구, 직접조명등기구, 벽부착등기구, 잔디등기구, 경관등기구, 비상등기구, 공원용등기구, 수중등기구, 보행등기구 등에 적용될 수 있다.

지금까지의 설명은 주로 천정 매입형 등기구를 중심으로 설명하였는데, 이 밖에도 실내 조명기구로써 도 14 (a)(b)와 같이 1렬 또는 3렬로 발광다이오드들이 설치되는 갓등에 적용할 수도 있고, 도 15 (a)(b)와 같이 직갓등, 도 16 (a)(b)와 같은 삼각등 및 도 17 (a)(b)와 같은 코너등에 적용할 수도 있다.

또한, 도 18과 같은 칠판등에 적용할 수도 있고, 도 19와 같이 방습등에 적용할 수도 있으며, 도 20 (a)-(d)와 같이 일반 다운라이트나 인체감지형 다운라이트, 매입형 다운라이트 및 부착형 다운라이트에 적용할 수도 있다.

또, 도 21 (a)-(c)와 같은 메달림형 투광기를 포함하여 도 22 (a)-(c)와 같은 부착형 투광기에 적용할 수도 있고, 도 23 (a)-(f)와 같이 방이나 거실등에 적용할 수도 있으며, 도 24 (a)-(i)와 같이 다양한 형태의 직부등이나 벽부등에 적용할 수도 있다.

뿐만 아니라, 실외 조명기구로써 도 25 (a)(b)와 같은 지중등을 포함하여 도 26 (a)-(d)와 같이 잔디등에 적용할 수도 있고, 도 27 (a)-(c)와 같은 외등을 포함 하여 도 28a-도 28c와 같이 가로등에 적용할 수도 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위하여 천정에 설치된 상태를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에서 천정과 분리된 상태를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 분해 사시도.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ부를 잘라서 도시한 도면.

도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ부를 잘라서 개략적으로 도시한 도면.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면.

도 10은 본 발명 중 빛 확산 플레이트가 단위 유니트의 렌즈로 구성된 예시 단면도.

도 11은 도 3의 빛 확산 플레이트에 대한 Ⅹ-Ⅹ선 단면도.

도 11은 본 발명의 실시 예의 빛 확산 플레이트를 제조하는 예를 설명하기 위한 단면도.

도 14 (a)(b) 내지 도 28a-도 28c는 본 발명이 적용된 각종 조명기구의 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 조명기구 3 : 케이스

3a : 수용부 3b : 연장부

5,6 : 발광다이오드 전등 확장판 5a : 연결부

6a : 콘넥터형 삽입부 7 : 빛 확산 플레이트

7a : 렌즈 8a, 8c : 오목부

8b : 볼록부 9 : 커버

10, 12 : 상, 하부 금형 11 : 발광다이오드

21 : 자성체 P : 천정 마감 플레이트

R : 천정 마감 플레이트 고정부재

Claims (15)

1. 천정이나 벽체 또는 등기구 고정용 기둥에 체결부재를 통해 결합되는 케이스와; 하나 또는 수개의 발광다이오드를 구비하고 상기 케이스 내에 수납 설치되는 발광다이오드 전등 확장판과; 상기 케이스 내에 수납되어 발광다이오드에서 발생되는 빛을 고르게 확산시켜 주는 빛 확산 플레이트와; 상기 케이스에 결합되는 커버;를 포함하여 구성하고,

   상기 빛 확산 플레이트는, 상기 발광다이오드의 설치 개수에 부응하여 하나의 단위 유니트로 형성되는 렌즈 자체로 구성되거나, 발광다이오드들에 일대일 대응되게 수개의 렌즈를 일체로 구비하되,

   상기 단위 유니트형 렌즈를 포함하는 상기 빛 확산 플레이트에 형성된 렌즈들은, 상기 발광 다이오드와 근접되는 내측에는 오목부가 형성되고, 외측에는 지름이 큰 볼록부의 중앙부에 지름이 작은 오목부가 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 렌즈의 내측 오목부 곡률은 외측의 볼록부 곡률보다 작게 형성하고, 외측의 오목부 곡률과 지름은 내측의 오목부 곡률과 지름보다 각각 작게 형성한 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 발광다이오드 전등 확장판은,

   서로 끼움 결합되어 확장되는 연결부가 구비된 인쇄회로기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 발광다이오드 전등 확장판에는,

   상기 발광다이오드들 사이에 발광다이오드들을 구동하는 구동회로부가 제공되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 커버는,

   사이드 측에 다수의 자성체가 결합되고, 이 자성체에 의하여 상기 케이스에 결합되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이스를 고정하는 체결부재는,

   나사못으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이스는,

   상기 발광다이오드 전등 확장판과 상기 빛 확산 플레이트를 수용하는 수용부와;

   상기 수용부에서 측면으로 연장되게 절곡 형성되어 천정에 체결되는 연장부를 구비한 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 연장부는,

    그 두께가 3 ~ 24mm의 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스는,

    가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 296mm~300mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스는,

    가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 596mm~600mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
13. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스는,

    가로와 세로의 크기가 각각 296mm~300mm 와 1196mm~1200mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스는,

    가로와 세로의 크기가 각각 596mm~600mm 와 596mm~600mm 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.
15. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스는,

    천정 마감 플레이트와 동일한 크기로 이루어지나 또는 상기 천정 마감 플레이트와 같은 배율의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명기구.

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