KR100977750B1 - 냉장고용 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고용 조명장치에 관한 것으로, 빛을 발산하는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 후방, 상부 및 하부를 감싸는 제1 반사판; 상기 도광판의 양측 측면들과 배면에 대향하는 제2 반사판; 상기 LED 모듈로부터 입사되는 빛의 진행경로를 변경하기 위한 다수의 미세 음각 패턴들이 형성되는 도광판; 및 상기 도광판의 광출사면에서 상기 제1 반사판의 끝단 근방 부분에 형성되는 광흡수체를 구비한다. 상기 미세 음각 패턴들의 간격은 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈과 가까울수록 커지고 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈로부터 멀어질수록 작아진다.

냉장고, 조명, 도광판, 미세 패턴

Description

냉장고용 조명장치{Lighting Apparatus for Refrigerator}

본 발명은 냉장고용 조명장치에 관한 것으로 특히, 발광다이오드(Light emitting diode, LED)를 광원으로 이용하고 그 광원으로부터의 빛을 도광판을 이용하여 면광원으로 변환하는 냉장고용 조명장치에 관한 것이다.

냉장고의 저장실과 제빙실 각각에는 도어 스위치에 연동하여 점등하는 조명장치가 설치된다. 일반적으로, 냉장고용 조명장치는 도 1과 같이 저장실과 제빙실의 일측에 설치되는 할로겐 전구(10)를 포함한다. 전구(10)는 필라멘트를 감싸는 벌브타입(Bulb type)의 광원이다. 이러한 전구(10)는 광양이 충분하지 않기 때문에 저장실이나 제빙실 전체를 균일하게 조사할 수 없고 또한 3800(Kelvin) 이하의 낮은 색온도로 인하여 감성 조명 구현이 불가능하다. 또한, 전구(10)는 그 수명이 대략 2000 시간 이내로 짧고 큰 부피로 인하여 냉장고 내부 벽 구조물의 두께 제약을 받아 설치공간을 확보하기가 어려운 문제점이 있다. 이러한 전구(10)의 문제점을 개선하기 위하여, 최근에는 일부 냉장고용 조명장치로써 도 2와 같이 발광다이 오드 어레이(LED Arragy)(20)가 적용되고 있다.

냉장고용 조명장치에 적용되는 발광다이오드 어레이(20)는 다수의 발광다이오드들(LEDs)로 구성된다. 발광다이오드 어레이(20)는 전구(10)에 비하여 작고 발광효율이 높으며 수명이 반영구적으로 길기 때문에 기존의 전구(20)를 이용한 냉장고용 조명장치의 문제점을 개선할 수 있으나, 다수의 점광원이 직접 조명하므로 핫 스판(hot spot)과 같은 눈부심을 초래하고 실내를 고른 광양으로 조사할 수가 없으며, 고가의 발광다이오드들을 많이 사용하여야 하기 때문에 재료비를 높이고 소비전력을 높이는 다른 문제점을 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 필요한 광원의 개수를 줄이고 실내에 전체에 고르고 부드러운 빛을 조사할 수 있는 냉장고용 조명장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치는 빛을 발산하는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 후방, 상부 및 하부를 감싸는 제1 반사판; 상기 도광판의 양측 측면들과 배면에 대향하는 제2 반사판; 상기 LED 모듈로부터 입사되는 빛의 진행경로를 변경하기 위한 다수의 미세 음각 패턴들이 형성되는 도광판; 및 상기 도광판의 광출사면에서 상기 제1 반사판의 끝단 근방 부분에 형성되는 광흡수체를 구비한다. 상기 미세 음각 패턴들의 간격은 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈과 가까울수록 커지고 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈로부터 멀어질수록 작아진다.
상기 미세 음각 패턴들의 좌우 측면 각도는 대칭이다.

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상기 미세 음각 패턴들의 좌우 측면 각도는 비대칭이다.

상기 미세 음각 패턴들의 측면 각도는 상기 도광판의 평탄한 표면 대비 40°~55°사이의 각도이다.

상기 미세 음각 패턴들의 깊이는 7㎛~13㎛ 사이의 깊이이다.

상기 미세 음각 패턴들의 깊이는 서로 동일하고 상기 미세 음각 패턴들의 측면 각도는 서로 동일하다.

상기 미세 음각 패턴들의 최대 간격은 850㎛~950㎛ 사이의 거리이고, 상기 미세 음각 패턴들의 최소 간격은 150㎛~250㎛ 사이의 거리이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치는 도광판을 채용하여 발광다이오드의 개수와 발광다이오드 드라이브 회로를 줄이고 도광판에 형성되는 미세 음각 패턴들의 측면 각도, 깊이, 패턴 간 간격 등을 최적화하여 핫 스팟없이 실내 전체에 균일하게 조명할 수 있으며 나아가, 감성 조명에 적합한 색온도로 빛을 발산하는 발광다이오드를 선택하여 감성 조명을 구현할 수 있다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면들을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 3 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치는 LED 모듈(1A, 1B), 제1 반사판(2A, 2B), 도광판(3), 제2 반사판(4), 및 광흡수체(5A, 5B)를 구비한다.

LED 모듈(1A, 1B)은 도광판(3)의 일측 광입사면에 대향하는 제1 LED 모듈(1A)과 도광판(3)의 타측 광입사면에 대향하는 제2 LED 모듈(1B)을 포함하거나, 그 중 하나로만 구성될 수 있다. LED 모듈들(1A, 1B) 각각은 발광다이오드(LED)와, 발광다이오드(LED)가 실장된 메탈 PCB(Printed Circuit Board)로 구성되어 구동 전류에 따라 점등하여 도광판(3)에 빛을 조사한다.

제1 반사판(2A, 2B)은 일정한 공극을 사이에 두고 제1 LED 모듈(1A)의 후방과 상/하부를 감싸도록 "ㄷ"자 형태로 절곡된 반사판(2A)과, 일정한 공극을 사이에 두고 제2 LED 모듈(1B)의 후방과 상/하부를 감싸도록 "ㄷ"자 형태로 절곡된 반사판(2B)를 포함한다. 제1 반사판(2A, 2B)의 후방에는 도시하지 않은 힛싱크(heat sink)가 취부될 수 있다. 힛싱크는 제1 반사판(2A, 2B)을 경유하여 전달되는 LED 모듈(1A, 1B)의 열을 외부로 발산하여 LED 모듈(1A, 1B)의 온도를 낮춤으로써 LED 모듈(1A, 1B)의 구동 신뢰성을 높인다.

도광판(3)은 LED 모듈(1A, 1B)로부터의 빛을 면광원으로 변환하는 역할을 한 다. 이 도광판(3)은 사출성형이 용이한 투명 플라스틱 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 메타스틸렌(MS) 등으로 제작된다. 이 도광판(3)의 전면과 양측면은 평탄하고, 도광판(3)의 배면에는 도 4 및 도 5와 같이 다수의 미세 음각 패턴들(3P)이 형성된다. 미세 음각 패턴들(3P)은 도광판 매질을 경유하여 입사되는 LED 모듈(1A, 1B)로부터의 빛을 전면에 대하여 거의 수직으로 반사시켜 냉장고의 저장실이나 제빙실 내로 조사되는 빛의 광효율을 높이고 빛의 면 균일도를 높이는 역할을 한다. 이를 위하여, 후술하는 바와 같이 미세 음각 패턴들(3P)의 측면 각도, 깊이, 및 패턴간 간격이 최적화되어야 한다. 미세 음각 패턴들(3P)은 도 4, 도 5 및 도 11과 같이 좌/우 대칭적인 V 형상의 단면, 도 6과 같이 좌/우 비대칭적인 V 형상의 단면 또는, 도 8과 같이 좌/우 대칭적인 V 형상의 단면으로 패터닝될 수 있다. 이 중에서 좌/우 대칭적인 미세 음각 패턴들(3P)은 LED 모듈(1A, 1B)이 도 3과 같이 도광판(3)의 양측에 분리 배치되는 경우에 적합하며, 좌/우 비대칭적인 미세 음각 패턴들(3P)은 LED 모듈(1A, 1B)이 도광판(3)의 일측에만 배치되는 경우에 적합하다. 미세 음각 패턴들(3P)은 레이저가공이나 에칭(etching) 방법으로 패터닝될 수 있다.

도광판(3)의 광출사면 즉, 전면에서 제1 반사판(2A, 2A) 근방의 부분에는 광흡수체(5A, 5B)가 인쇄 또는 접착된다. 이렇게 광흡수체(5A, 5B)가 형성된 부분은 LED 모듈(1A, 1B)과 가깝기 때문에 다른 부분보다 밝게 보이는 즉, 휘선(bright line)이 보일 수 있다. 광흡수체(5A, 5B)는 빛을 흡수할 수 있는 흑체(Black body)를 포함하여 도광판(3)의 전면 가장자리에서 빛을 흡수하여 휘선이 관찰되는 것을 방지한다.

제2 반사판(4)은 도광판(3)의 양측 측면에 대향하도록 배치되고 도광판(3)의 배면에 대향하게 배치된다. 이 제2 반사판(4)은 도광판(3)의 측면과 배면을 통해 누설되는 빛을 도광판(3) 쪽으로 반사시킨다. 제1 반사판(2A, 2B)과 제2 반사판(4)은 도광판(3)으로부터 누설되는 빛을 도광판(3) 쪽으로 반사시켜 도광판(3)으로부터 출사되는 빛의 효율을 높인다.

도 5를 참조하면, LED 모듈(1A, 1B)로부터 발산되는 빛은 도광판(3)의 측면인 광입사면을 통해 도광판 매질로 입사되고, 미세 음각 패턴들(3P)의 경사면에서 매질간 굴절율차로 인하여 반사 또는 굴절되어 그 진행경로가 도광판(3)의 전면 쪽으로 꺾이게 된다.

도광판(3)에 형성된 미세 음각 패턴들(3P)에 입사되는 빛의 입사각(α), 굴절각(α-γ) 및 출사각(β)은 도 6 및 도 8과 같이 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 정의될 수 있다. 도 6 및 도 8에서 "n1"은 공기의 굴절율이고, "n2"는 도광판 매질의 굴절율이다. 도 7은 도 6 및 도 8에 정의된 스넬의 법칙에서 각도 "γ"를 변화시킬 때 입사각(α)과 출사각(β)의 변화를 나타낸다.

도 9는 도광판(3)으로부터 출사되는 빛의 면균일도를 높이기 위한 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 도광판(3)에서 미세 음각 패턴들(3P)이 없거나 동일한 미세 음각 패턴들(3P)이 동일한 간격으로 배치되면 도광판(3)으로부터 출사되는 빛은 유효 광세기(available power)를 따라 LED 모듈(1A, 1B)로부터 멀수록 그 세기가 낮아진다. 도광판(3)의 전면 전체에서 균일한 빛의 세기를 얻기 위해서는 유효 광세기 곡선과 반대 기울기를 갖는 추출효율(extraction efficiency)을 설계하여야 한다. 여기서, 추출효율은 유효 광세기와는 반대로 즉, 광원으로부터 멀수록 높아야 한다. 본 발명은 추출효율을 최적화하기 위하여, 미세 음각 패턴들(3P)의 간격을 결정하는 패턴 간격 함수를 최적화한다. 패턴 간격 함수는 폴리노미얼(polynomial) 함수이다.

도 10은 패턴 간격 함수에 따른 추출효율의 조정 예를 나타낸다. 도 11은 패턴 간격 함수를 이용하여 최적화된 미세 음각 패턴들(3P)의 간격과, 스넬의 법칙에 기초하여 최적화된 미세 음각 패턴들(3P)의 형상을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 11을 참조하면, 스넬의 법칙에 근거하여, 도광판(3)으로부터 출사되는 빛의 각도가 도광판(3)의 전면에 대하여 대략 수직으로 되기 위한 미세 음각 패턴들(3P)의 측면 각도(θ)는 40°~55°이다. 미세 음각 패턴들(3P)의 측면 각도(θ)는 도광판(3)의 저면 연장선과 미세 음각 패턴의 측면 사이의 각도이다. 그리고 미세 음각 패턴들(3P)의 깊이(d)는 7㎛~13㎛이다. 모든 미세 음각 패턴들(3P)에서 측면 각도(θ)와 깊이(d)는 동일하다.

패턴 간격 함수에 의해 결정되는 미세 음각 패턴들(3P)의 간격은 LED 모듈(1A, 1B)로부터 가까울수록 커지고 LED 모듈(1A, 1B)로부터 멀수록 작아진다. 도광판(3)의 길이가 대략 40cm~50cm 일 때, 미세 음각 패턴들(3P)의 최대 간 격(lmax)은 850㎛~950㎛이고 미세 음각 패턴들(3P)의 최소 간격(lmin)은 150㎛~250㎛이다. 실험을 통해 검증한 결과, 도광판(3)의 길이가 대략 40cm~50cm 일 때 미세 음각 패턴들(3P)의 최대 간격(lmax)이 950㎛ 이상으로 커지면 LED 모듈(1A, 1B) 근방의 휘도가 다른 부분보다 높게 보일 수 있고 850㎛ 미만으로 작아지면 LED 모듈(1A, 1B) 근방의 휘도가 다른 부분보다 작게 보일 수 있다. 미세 음각 패턴들(3P)의 최소 간격(Lmin)은 패턴 간격 함수에 의해 최대 간격이 정해지면 그 최대 간격에 의해 종속적으로 결정된다.

도 12는 도 11과 같이 최적화된 미세 음각 패턴들이 형성된 도광판에서 조사되는 빛의 방향 분포를 보여 주는 실험 결과 도면이다. 미세 음각 패턴들(3P)의 측면 각도를 달리하면, 도 12의 방향 분포는 조정될 수 있다.

도 13은 LED 모듈의 광세기를 조정하면서 실험한 결과 얻어진 암실 환경에서의 도광판 이미지를 나타내는 사진이다. LED 모듈(1A, 1B)의 입력 전류를 조정하면 도광판(3)에서 조사되는 빛의 세기를 조정할 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치의 응용예를 보여 주는 도면이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치는 냉장고의 저장실과 제빙실 내에서 후면 측벽 및/또는 측면 측벽에 설치될 수 있고 경사조정이 가능한 기구물을 이용하면 사용자가 원하는 각도로 조정될 수도 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아 니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 전구를 이용한 냉장고용 조명장치를 보여 주는 도면이다.

도 2는 발광다이오드 어레이를 이용한 냉장고용 조명장치를 보여 주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치를 보여 주는 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치를 보여 주는 단면도이다.

도 5는 도광판의 배면에 형성된 미세 음각 패턴들에 의해 굴절되는 빛의 경로를 개략적으로 보여 주는 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 음각 패턴을 나타내는 단면도.

도 7은 도 6과 같은 미세 음각 패턴에서 입사각, 출사각 및 굴절각의 관계를 보여 주는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 음각 패턴을 나타내는 단면도.

도 9는 도광판에서 조사되는 빛의 세기를 출사면 전체에서 균일하게 하기 위한 추출 효율을 보여 주는 그래프이다.

도 10은 패턴 간격 함수에 따라 조정되는 추출 효율의 일예를 보여 주는 그래프이다.

도 11은 미세 음각 패턴들 간의 간격, 미세 음각 패턴의 측면 각도 및 미세 음각 패턴의 깊이의 최적치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 12는 도 11과 같이 최적화된 미세 음각 패턴들이 형성된 도광판에서 조사되는 빛의 방향 분포를 보여 주는 실험 결과 도면이다.

도 13은 LED 모듈의 광세기를 조정하면서 실험한 결과 얻어진 암실 환경에서의 도광판 이미지를 나타내는 사진이다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 조명장치의 응용예를 보여 주는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1A, 1B : LED 모듈 2A, 2B, 4 : 반사판

3 : 도광판 5A, 5B : 광흡수체

Claims (11)

1. 빛을 발산하는 LED 모듈;

   상기 LED 모듈의 후방, 상부 및 하부를 감싸는 제1 반사판;

   도광판의 양측 측면들과 배면에 대향하는 제2 반사판;

   상기 LED 모듈로부터 입사되는 빛의 진행경로를 변경하기 위한 다수의 미세 음각 패턴들이 형성되는 도광판; 및

   상기 도광판의 광출사면에서 상기 제1 반사판의 끝단 근방 부분에 형성되는 광흡수체를 구비하고,

   상기 미세 음각 패턴들의 간격은 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈과 가까울수록 커지고 상기 미세 음각 패턴들의 위치가 상기 LED 모듈로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 좌우 측면 각도는 대칭인 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 좌우 측면 각도는 비대칭인 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 측면 각도는 상기 도광판의 평탄한 표면 대비 40°~55°사이의 각도인 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 깊이는 7㎛~13㎛ 사이의 깊이인 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 깊이는 서로 동일하고 상기 미세 음각 패턴들의 측면 각도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 미세 음각 패턴들의 최대 간격은 850㎛~950㎛ 사이의 거리이고, 상기 미세 음각 패턴들의 최소 간격은 150㎛~250㎛ 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉장고용 조명장치는 냉장고의 저장실 및 제빙실 내에서 후면 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉장고용 조명장치는 냉장고의 저장실 및 제빙실 내에서 후면과 측면 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 냉장고용 조명장치는 냉장고의 저장실 및 제빙실 내에서 측면 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 조명장치.
11. 삭제

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