KR100955321B1 - 발광다이오드를 이용한 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 발광다이오드 소자로부터 빛이 방출되는 전면부에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 광원을 원거리에 전달하고, 조도를 향상시키며, 광 효율 향상 렌즈의 배치구조에 따라 광원을 조명장치의 측방향으로도 전달할 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 LED(110)로부터 빛이 조사되는 일방향 위치에 광 효율 향상 렌즈(120)가 설치된 조명장치(100)에 있어서, 상기 광 효율 향상 렌즈(120)는 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지며, 전체 형상이 구 형상으로 이루어지되 다수의 삼각면들이 조합된 형태로 외주면을 형성하는 다면체 구조로 이루어지고, 일단부는 다수의 삼각면들 꼭지점이 한 점으로 모이도록 배치 형성되어 빛을 집중 조사할 수 있으며, 또 다른 일단부는 LED(110)의 빛을 수광할 수 있도록 밋밋한 면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

가로등, 광 효율 향상 렌즈, 빛의 집광, 빛의 산란

Description

발광다이오드를 이용한 조명장치 {ILLUMINATING APPARATUS USING LIGHT EMITTING DIODES}

본 발명은 발광다이오드를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 발광다이오드 가로등의 구조에서 발광다이오드의 빛이 방출되는 전면부에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 빛을 원거리에 전달하고 조도를 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 가로등이나 보안등과 같은 실외 조명시설물에는 메탈할라이드 램프, 수은 램프, 나트륨 램프 등과 같은 필라멘트 및 방전 발광 방식의 램프가 주로 사용되고 있다. 이러한 기존의 램프는 빗물 등이 유입되지 않도록 외부와 차폐된 글로브의 내부에 전원 소켓이 구비되고, 이 소켓에 전구의 베이스를 삽입하여 접속하는 구조를 갖는다.

그런데, 기존의 필라멘트 및 방전 발광식 전구는 전력소모가 많고 내구성이 좋지 않은 단점이 있으며, 공급된 전력의 상당 부분이 열로 방출되기 때문에 실제 조명에 이용되는 가시광선으로 출력되는 에너지는 사용된 전력의 5 ~ 28% 정도에 불과하여 에너지 효율이 매우 떨어지는 단점이 있었다.

이에 반해, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)는 크기 및 소비전력 대비 휘도가 높고, 사용수명이 길며, 제조비용도 저렴한 등 많은 장점이 있어 기존의 전구를 대체하는 조명 또는 표시수단으로 그 사용도가 높아지고 있다. 또한, 이러한 LED는 통상 50 ~ 60% 정도의 높은 에너지 효율을 갖고 있어 보다 적은 에너지로 양질의 조명을 제공할 수 있기 때문에, 기존의 전구를 대체할 새로운 조명수단으로 각광받고 있다.

그러나, 종래의 LED를 이용한 조명장치는 조도가 높지 못하여 실외 조명장치에 적용하기에는 한계가 있었다. 특히, 가로등의 경우에는 광원이 설치되는 등기구와 지면과의 거리가 10m 내외이며, 가로등의 기둥과 기둥 사이의 거리가 통상 30m ~ 50m인데, 가로등에 발광다이오드를 적용할 경우에는 배광도가 떨어져(즉, 조명을 원하는 영역에 충분한 조도의 빛을 전달하지 못함) 효과적인 조명을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

그리고, LED는 많은 장점에도 불구하고 열에 매우 취약하다는 단점이 있어 조도 향상을 위해 출력값을 높이면 발열량 증가로 과열되어 LED소자를 포함한 각종 회로 부품의 수명이 단축되거나 손상되는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, LED 소자로부터 발광되는 빛은 직진성을 갖기 때문에 조명장치의 측방향에 빛을 조사하기 위해서는 LED가 설치된 베이스 자체를 측방향으로 설치하거나 소정 각도로 절곡해야만 했다. 이와 같이, 측방향으로 설치되거나 절곡된 베이스 내에 LED를 설치하는 구조는 부품배치 및 배선연결에 어려움이 있었고, 그로 인해 생산성이 저하되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, LED 소자로부터 빛이 방출되는 전면부에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 광원을 원거리에 전달하고, 조도를 향상시킨 LED를 이용한 조명장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 LED가 설치되는 베이스 일부분이 측방향을 향하도록 절곡하지 않아도 LED의 광원을 측방향으로 조사할 수 있는 LED 및 광 효율 향상 렌즈의 배치구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 LED로부터 빛이 조사되는 일방향 위치에 광 효율 향상 렌즈가 설치된 조명장치에 있어서, 상기 광 효율 향상 렌즈는 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지며, 전체 형상이 구 형상으로 이루어지되 다수의 삼각면들이 조합된 형태로 외주면을 형성하는 다면체 구조로 이루어지고, 일단부는 다수의 삼각면들 꼭지점이 한 점으로 모이도록 배치 형성되어 빛을 집중 조사할 수 있으며, 또 다른 일단부는 LED의 빛을 수광할 수 있도록 밋밋한 면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 광 효율 향상 렌즈는 LED의 중심으로부터 편심 배치되어 LED로부터 발광되는 빛이 조명장치의 측방향으로 조사되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 광 효율 향상 렌즈는 최소 둘 이상이 일체로 형성된 것으로, 각각의 광 효율 향상 렌즈 중심부는 유지된 채 중심으로부터 이격된 위치에 또 다른 광 효율 향상 렌즈가 부착된 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치에 의하면, LED의 전면부에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 조도 및 광 조사거리를 향상시켰으며, 적은 에너지로 높은 조도를 제공할 수 있어 에너지 효율이 향상되고, 그에 따른 조도를 높이기 위해 먼저 해결해야 했던 방열문제를 해소한 효과 등이 있다.

또한, LED가 설치된 베이스를 측방향으로 설치하거나 소정 각도로 절곡하지 않아도 광 효율 향상 렌즈의 배치구조만으로 LED의 광원을 측방향으로 조사할 수 있는 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치에 대한 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치에 대한 요부확대 사시도이다.

상기와 같이 본 발명은 실시예를 통한 조명장치로 가로등 구성을 적용하였으 며, 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치(100)는, 내부에 설치된 LED(110)로부터 광이 조사되는 일측에 광 효율 향상 렌즈(120)가 LED(110)와 인접 설치되는 것으로, 상기 광 효율 향상 렌즈(120)는 반사판(130)으로부터 고정 설치된다.

LED(110)는 최소 하나 이상이 인쇄회로기판(140)에 실장되어 전원공급시 빛을 발생시키는 것으로, 바람직하게, 상기 LED(110)가 실장된 인쇄회로기판(140)은 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어진 방열본체(150)에 설치되어 열 방출 효율을 향상시켰다.

광 효율 향상 렌즈(120)는 LED(110)로부터 광이 조사되는 일방향에 인접 설치되어 조도 및 광 조사거리를 향상시킨 것으로, 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지고, 전체의 형상은 구 형상으로 이루어지되, 보다 상세하게는, 다수의 삼각면들이 조합된 형태로 외주면을 형성하는 다면체 구조인 것이다.

또한, 광 효율 향상 렌즈(120)의 일단부는 이러한 삼각면들의 꼭지점이 한 점으로 모이도록 배치 형성되어 빛을 집중 조사할 수 있는 것이며, 광 효율 향상 렌즈(120)의 또 다른 일단부는 LED(110)의 빛을 수광할 수 있도록 밋밋한 면으로 형성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 효율 향상 렌즈에서 빛의 수광 및 방출 에 대한 동작 개념도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 효율 향상 렌즈의 발광상태를 도시한 정면사진이다. 상기와 같이, 광 효율 향상 렌즈(120) 내부로 수광된 빛은 다수의 삼각면으로 이루어진 다면체 구조 내부에서 산란과 반사를 반복하고, 빛이 수광된 일단의 반대측으로 수광된 빛이 굴절 방출되는 것이다.

이 과정에서 통상의 볼록렌즈와 구별되는 부분은, 볼록렌즈는 빛을 한 점으로 집광하는 것이나 본 발명에 따른 광 효율 향상 렌즈(120)는 다면체 구조로 이루어지기 때문에 각각의 면발광이 형성되고, 또한 각각의 발광면 또한 빛의 굴절각도가 중심을 향하기 때문에 집광효과도 이루어지는 것이다. 즉, 한 점으로 집광하는 볼록렌즈는 중심을 제외한 주위 부분의 조도는 높지 않으나, 본 발명에 따른 광 효율 향상 렌즈(120)는 빛의 굴절이 한 점을 향하는 것이 아니기 때문에 빛의 조사영역이 넓어지고 그럼에도 각각의 발광면이 중심을 향해 형성되어 집광효과가 있어 넓은 조사영역에 대한 조도 향상의 효과가 있으며, 광손실이 적어 빛의 조사거리도 길어지는 것이다. 뿐만 아니라, 다수의 삼각면이 서로 인접하여 만난 모서리 부분은 더욱 집중 발광하는 것이다.

이러한, 광 효율 향상 렌즈(120)는 조명장치(100) 내부에서 각각의 LED(110)에 대응 설치되는 것으로 그 배치상태에 따라 빛의 조사 방향이 달라진다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광 효율 향상 렌즈의 배치상태를 나타낸 구성도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광 효율 향상 렌즈의 배치상태에 대한 광 조사방향을 나타낸 동작 상태도이다.

상기와 같이, 조명장치(100)의 중심부는 LED(110)와 광 효율 향상 렌즈(120)의 중심이 상호 일치하도록 배치하였으나, 조명장치(100)의 외곽부위에 배치된 LED(110)에 대해서는 광 효율 향상 렌즈(120)를 편심 배치하여 광 조사 방향이 측방향을 향하도록 하였다. 즉, LED(110)와 광 효율 향상 렌즈(120)의 중심이 상호 일치하도록 배치하면 광 조사 방향이 직진성을 갖으나, LED(110)와 광 효율 향상 렌즈(120)의 중심이 편심되도록 이격 설치하면 광 조사 방향이 측방향으로 형성되는 것이다.

상기와 같은 구성은 LED(110)의 빛을 측방향으로 전달하기 위해 LED(110)를 별도의 베이스 프레임에 설치한 후 베이스 프레임을 절곡하던 종래의 문제점을 해소하였으며, 베이스 프레임의 절곡된 구조로 인해 각각의 LED(110)에 대응 설치되어야만 했던 방열본체(150) 또한 하나의 일체형으로 설치할 수 있는 효과 등이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 상기 광 효율 향상 렌즈(120)는 다수개가 일체로 조합 형성될 수도 있으며, 도 7은 다수개의 광 효율 향상 렌즈가 조합된 형태를 도시한 사시도이다.

상기와 같이, 광 효율 향상 렌즈는 중심부로부터 일정거리 이격된 위치에 또 다른 광 효율 향상 렌즈가 결합된 형상으로 사용될 수 있으며, 이는 하나의 LED(110) 광원을 더욱 확산된 형태로 제공하는 것이다.

반사판(130)은 빛을 광 조사방향으로 반사하기 위해 설치된 것으로, 소정의 위치에는 관통된 통공이 형성되어 광 효율 향상 렌즈(120)가 결합 고정되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치에 대한 단면도이며,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 조명장치에 대한 요부확대 사시도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 효율 향상 렌즈에서 빛의 수광 및 방출에 대한 동작 개념도이며,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 효율 향상 렌즈의 발광상태를 도시한 정면사진이며,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광 효율 향상 렌즈의 배치상태를 나타낸 구성도이며,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광 효율 향상 렌즈의 배치상태에 따른 광 조사방향을 나타낸 동작 상태도이며,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다수개의 광 효율 향상 렌즈가 일체로 조합된 형태를 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 조명장치 110 : LED

120 : 광 효율 향상 렌즈 130 : 반사판

140 : 인쇄회로기판 150 : 방열본체

Claims (3)

1. 삭제
2. LED(110)로부터 빛이 조사되는 일 방향 위치에서 빛을 집광하는 광 효율 향상 렌즈(120)가 설치된 조명장치(100)에 있어서,

   상기 광 효율 향상 렌즈(120)는 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지며, 전체 형상이 구 형상으로 이루어지되 다수의 삼각형 면들이 조합된 형태로 외주면을 형성하는 다면체 구조로 이루어지고, 일 단부는 다수의 삼각형 면들의 꼭지점이 한 점으로 모이도록 배치 형성되고, 또 다른 일 단부는 LED(110)의 빛을 수광할 수 있도록 평탄한 면으로 형성되는 것으로,

   상기의 광 효율 향상 렌즈(120)는 LED(110)의 중심으로부터 편심 배치되어 LED(110)로부터 발광되는 빛이 조명장치(100)의 측방향으로 집광 조사되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 조명장치.
3. 삭제

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