이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 제1실시 예에 따른 조명 유닛을 나타낸 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 발광 모듈의 측 단면도이며, 도 3은 도 1의 발광 모듈의 평면도이며, 도 4는 도 1의 발광 모듈의 다른 예이며, 도 5 및 도 6은 도 1의 갭 부재의 측 단면도 및 평면도이고, 도 7은 도 1의 렌즈 배면도 및 그 측 단면도이고, 도 8은 도 1의 광의 분산 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 조명 유닛(100)은 발광 모듈(101), 갭(Gap) 부재(130), 및 렌즈(140)를 포함한다. 상기 조명 유닛(100)은 일정 간격으로 배치된 가로등과 같은 실외등에 배치되어, 실외등의 정면과 가로등 사이의 영역에 대해 적절한 광 분포와 조도 분포로 조명할 수 있다.
상기 발광 모듈(101)은 기판(110) 위에 복수의 발광 다이오드(120)가 탑재되며, 상기 복수의 발광 다이오드(120)의 어레이 형태는 다양하게 변경될 수 있다.
상기 기판(110)은 알루미늄 기판, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB, 일반 PCB 등을 포함할 수 있다.
상기 복수의 발광 다이오드(120)는 백색 LED를 포함하며, 또는 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED와 같은 유색의 LED를 선택적으로 이용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 다이오드(120)의 발광 각도는 120°~ 160°또는 램버티안(Lambertian) 형태를 포함할 수 있다.
상기 발광 모듈(101)의 기판(110)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소정 직경(D1)의 원판 형상이며, 상기 직경(D1)은 상기 갭 부재(130) 아래에 수납될 수 있는 길이로 형성될 수 있다. 상기 기판(110)의 일측 외주면은 플랫부(114)가 형성되며, 상기 플랫부(114)는 조명 유닛 부품 간의 결합 위치를 식별하거나 회전 방지기능을 수행할 수 있다.
상기 기판(110) 내에는 복수의 나사 구멍(113)이 형성될 수 있으며, 상기 나사 구멍(113)은 상기 기판(110)을 가로등과 같은 기구물에 체결하기 위한 수단이다. 여기서, 상기 기판(110)은 상기 나사가 아닌, 리벳, 후크 등과 같은 다른 고정 수단을 통해 고정시켜 줄 수 있으며, 상기 체결 수단으로 한정하지는 않는다.
도 3의 발광 모듈(101)은 기판(110) 위에 12개의 발광 다이오드(120)를 어레이한 형태로서, 예컨대 기판 센터를 중심으로 십자형 패턴으로 4개씩 배치하고, 상기 십자형 패턴의 각 모서리 영역에 1개씩 추가하여, 12개로 배치할 수 있다.
도 4의 발광 모듈(101A)은 기판(110) 위에 8개의 발광 다이오드(120)를 어레이한 형태로서, 8개의 발광 다이오드를 원 형태를 일정 간격으로 배치할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 위에서의 발광 다이오 드(120)의 어레이 형태 및 그 개수는 광도, 광 분포, 조도 분포에 따라 달라질 수 있으며, 실시 예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 갭 부재(130)는 수납부(135)를 갖는 원 형상의 측벽부(131)와, 상기 측벽부(131)의 내측 센터 영역의 개구부(133) 및 상기 개구부(133)의 외측 둘레에 반사 플레이트(132)를 포함한다.
상기 갭 부재(130)는 상기 발광 모듈(101)의 외측에 배치되어, 상기 발광 모듈(101)과 상기 렌즈(140) 사이를 일정 간격(G1)으로 이격시켜 준다. 상기 간격(G1)은 상기 렌즈(140)와 상기 기판(110) 사이의 공간(105)을 형성해 주어 발광 각도 및 광 분산을 유도할 수 있다.
상기 공간(105)에는 실리콘 또는 실리콘 수지 재질이 채워질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 갭 부재(130)의 측벽부(131)의 내측 아래에 형성된 수납부(135)에는 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)이 수납되며, 상기 개구부(133)에는 상기 발광 모듈(101)의 발광 다이오드(120)가 노출된다.
상기 갭 부재(130)의 측벽부(131) 상단에는 상기 렌즈(140)의 엣지(143)가 배치된다.
상기 반사 플레이트(132)는 상기 갭 부재(130)의 상단 둘레부터 그 내측으로 소정 경사면을 갖고 연장된다. 즉, 상기 반사 플레이트(132)는 상기 갭 부재(130)의 개구부(133)의 외측 둘레에 소정 경사 각도(θ1)로 경사진다. 상기 경사 각도(θ1)는 상기 반사 플레이트(132)의 두께가 외측에서 내측 방향으로 갈수록 얇아지 는 형태로 형성되며, 상기 반사 플레이트(132)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 상기 반사 플레이트(132)의 경사 각도는 0° < θ1 < 90° 범위로 형성될 수 있다.
상기 반사 플레이트(132)는 상기 렌즈(140)의 외측 프리즘 면(142)에 대응되어 있어서, 그 경사 각도(θ1) 및 그 길이에 따라 반사 광량이 달라질 수 있다. 상기 반사 플레이트(132)의 내측 개구부(133)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 소정 직경(D3)을 갖는 원 형상으로 형성될 수 있다.
상기 갭 부재(130)의 플랫부(134)는 도 3의 기판(110)의 플랫부(114)에 대응되는 위치에 형성된다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 발광 모듈(101) 위에는 렌즈(140)가 배치된다. 상기 렌즈(140)는 입사 측에 실린더 면(141) 및 프리즘 면(142)이 형성되고, 출사 측에 광 출사면(144)이 형성된다. 상기 렌즈(140)의 입사측 둘레에는 원 형상의 엣지(143)이 형성된다.
상기 렌즈(140)는 투광성 재질을 이용하여 사출 성형될 수 있으며, 그 재질은 글래스, PMMA(Poly methyl methacrylate), PC(Polycarbonate) 등과 같은 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.
상기 실린더면(141)은 입사측 센터 영역(A1)에 광 축(Y)과 수직한 축(Z) 방향으로 형성되며, 그 형상은 볼록한 렌즈, 실린더 형상, 또는 반구 형상을 갖는 볼록 면(입사측 기준) 형태로 형성되고, 그 직경(D4)은 입사측 직경(D5)을 기준으로 1/3 ~ 1/10의 폭으로 형성될 수 있다.
상기 렌즈(140)의 실린더 면(141) 아래에는 상기 광 축에 수직한 축 방향을 따라 서로 이격된 복수의 발광 다이오드가 배열될 수 있다.
상기 프리즘 면(142)은 상기 실린더 면(141)의 양측에 복수의 돌기 패턴이 어레이된다. 상기 프리즘 면(142)은 광 축(Y)에 수직한 축(Z) 방향으로 돌기 패턴이 교대로 양측(-X, +X) 방향으로 어레이된다. 상기 프리즘 면(142)의 돌기 패턴 간격은 미리 설정된 간격으로 형성될 수 있으며, 그 단면 형상은 삼각형 형상이며, 상기 삼각형 돌기 패턴의 양 측변(S1,S2)은 길이 및 각도가 서로 동일하거나 다를 수 있다.
또한 상기 프리즘 면(142)의 돌기 패턴 간격은 일정한 간격이거나, 양측 방향(-X축, +X축)으로 갈수록 조밀하게 형성되게 형성할 수 있다. 이러한 조밀 정도는 광의 분포에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 프리즘 면(142)은 상기 실린더 면(141)과 상기 엣지(143) 사이에 배치된다. 상기 프리즘 면(142)은 상기 실린더 면(141)의 양측 예컨대, 좌/우측으로 배열됨으로써, 좌/우측 방향의 광 분포를 증가시켜 줄 수 있다.
상기 렌즈(140)는 입사측의 실린더 면(141)을 통해 센터 영역(A1)으로 입사되는 광을 굴절시켜 분산시켜 주며, 상기 프리즘 면(142)은 상기 실린더 면(141)의 양측 영역(A2,A3)으로 입사되는 광을 수평 방향으로 분산시켜 준다.
상기 광 출사면(144)은 반구 형상을 갖는 비 구면 렌즈로 형성될 수 있다. 상기 광 출사면(144)은 입사되는 광을 반사하거나 굴절시켜 외부로 출사시켜 줄 수 있다. 또한 상기 광 출사면(144)은 구면 렌즈로 형성될 수 있으며, 이러한 비 구면 렌즈 또는 구면 렌즈 형상은 광 분포 및 조도 분포를 고려하여 선택할 수 있다.
상기 광 출사면(144)은 상기 실린더 면(141) 및 상기 프리즘 면(142)을 통해 입사되는 광을 굴절시켜 투과시키거나 반사시켜 준다. 이에 따라 상기 투과된 광은 소정의 지향 분포를 형성하게 되며, 상기 반사된 광은 상기 프리즘 면(142), 상기 반사 플레이트(132), 상기 기판(110) 상면 중 적어도 하나를 경유하면서 광 방출 각도로 변환되어, 상기 광 출사면(144)을 투과하게 된다.
도 9를 참조하면, 발광 모듈(110)의 사이드측 발광 다이오드(120)로부터 방출된 광(L1,L2,L3)은 상기 렌즈(140)의 프리즘 면(142)을 통해 수평 방향으로 분산되고, 상기 분사된 광의 일부(L3)는 상기 광 출사면(144)에 의해 반사되어 상기 갭 부재(130)의 반사 플레이트(132) 및 상기 렌즈(140)의 프리즘 면(142)을 통해 광의 임계각이 변화되어 상기 광 출사면(144)을 통해 방출된다.
상기 발광 모듈(110)의 센터측 발광 다이오드(120)로부터 방출된 일부 광(L4)은 상기 렌즈(140)의 실린더 면(141)을 통해 굴절되어 분산되고 상기 광 출사면(144)을 통해 외부로 방출된다.
도 10은 도 1의 조명 유닛에 의한 광 분포를 나타낸 도면이며, 도 11은 도 1의 조명 유닛에 의한 조도분포를 나타낸 도면이다.
도9 및 도 10을 참조하면, 조명 유닛의 정면 방향의 광 분포(B1) 및 사이드 측 방향의 광 분포(B2)는 도 1의 상기 렌즈(140)의 실린더 면(141) 및 프리즘 면(142)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 광 분포(B1,B2)는 정면 조명과 더블어, 사이드 조명의 휘도 세기를 개선시켜 줄 수 있다. 이에 따라 가로등과 가로등 사이의 조명 분포를 개선시켜 줌으로써, 사각 지대를 줄이거나 제거할 수 있으며, 또한 가로등 간의 간격을 넓힐 수 있다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 렌즈 유닛(100)의 조도 분포는 상기 렌즈(140)의 거리에 따라 직사각 형상으로 형성된다. 상기 조도 분포는 상기 렌즈(140)의 실린더 면(141)과 그 양측의 실린더 면(141)에 의해 직사각형 형상의 분포로 형성시켜 줄 수 있다. 즉, 상기 프리즘 면(142)에 의한 조도 분포는 X축(-X축) 방향인 수평 방향으로의 분포도를 증가시켜 줄 수 있다.
도 12는 제2실시 예에 따른 조명 유닛을 나타낸 측 단면도이다. 상기 제2실시 예를 설명함에 있어서, 상기 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 12를 참조하면, 조명 유닛(100A)은 발광 모듈(101), 렌즈(140), 갭 부재(151)를 포함한다. 상기 갭 부재(151)는 에폭시 또는 실리콘 수지 재질을 이용하여 댐 형태로 형성될 수 있으며, 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)과 상기 렌즈(140) 사이의 외측 둘레에 형성되어, 상기 기판(110)과 상기 렌즈(140) 사이를 일정 간격으로 이격시켜 준다.
상기 갭 부재(151)에 의해 형성되는 공간(105)은 상기 발광 모듈(101)의 발 광 다이오드(120)의 광 지향 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
한편, 상기 갭 부재(151)는 상기 기판(110)과 상기 렌즈(140) 사이의 공간에 형성될 수 있으며, 필요시 형광체가 첨가될 수 있다. 이러한 갭 부재(151)는 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)과 상기 렌즈(140) 사이를 서로 결합시켜 줄 수 있다.
또한 상기 발광 모듈(101)의 기판(110) 상면에는 상기 기판(110)으로 진행하는 광을 반사시켜 주기 위해 반사 물질이 코팅될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13은 제3실시 예에 따른 조명 유닛을 나타낸 측 단면도이다. 제3실시 예를 설명함에 있어서, 상기 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 13을 참조하면, 조명 유닛(100B)은 렌즈(140)의 외주측 엣지(143A)가 입사측에 대해 하 방향으로 돌출된 구조이다. 상기 렌즈(140)의 엣지(143A)는 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)의 상면 외측에 배치될 수 있으며, 또는 상기 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)의 외주면에 배치될 수 있다.
상기 렌즈(140)의 엣지(143A)는 상기 발광 모듈(101)의 기판(110)과 상기 렌즈(140) 사이의 간격(G1)을 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.
상기 발광 모듈(101)과 상기 렌즈(140) 사이의 공간(105)에는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지물이 채워질 수 있으며, 상기 수지물에는 형광체가 첨가될 수 있다.
상기 발광 모듈(101)의 기판(110)은 상기 렌즈(140)의 엣지(143A) 아래에 배 치됨으로써, 상기 렌즈 엣지(143A)가 입사 면에 대해 단차진 형상이다. 다른 예로서, 상기 기판의 상면 외측 둘레에 돌기를 형성시켜 주어, 상기 렌즈와의 간격을 유지시켜 줄 수 있다.
도 14는 제4실시 예에 따른 조명 유닛을 나타낸 측 단면도이다. 제4실시 예를 설명함에 있어서, 상기 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 14를 참조하면, 조명 유닛(100C)은 발광 모듈(101)의 기판(110) 위에는 반사 플레이트(155)가 배치된다. 상기 반사 플레이트(155)는 다이오드 구멍(154A)을 갖고 상기 기판(110)의 발광 다이오드(120) 사이에 배치된다. 이에 따라 상기 발광 다이오드(120)로부터 방출된 광의 일부는 상기 반사 플레이트(155)에 의해 반사될 수 있어, 반사 광량을 증가시켜 줄 수 있다. 이에 따라 광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 상기 반사 플레이트(155)의 상면에는 확산제가 도포될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 렌즈(140)의 엣지(143) 아래에는 갭 부재(153)가 배치되어, 상기 렌즈(153)와 상기 기판(110) 사이의 간격(G1)을 일정하게 이격시켜 준다. 상기 렌즈(153)와 상기 기판(110) 사이에 공간(105)을 형성시켜 줌으로써, 상기 발광 다이오드(120)로부터 방출된 광은 상기 기판(110)과 상기 렌즈(120) 사이의 공간(105) 내에서 분산되고, 상기 분산된 광은 상기 렌즈(120)의 프리즘 면(142)) 및 상기 실 린더 면(143)을 통해 분산될 수 있다.
실시 예는 가로등, 옥외등과 같은 실외등의 광 분포 및 조도 분포를 개선시켜 줄 수 있으며, 가로등 간을 간격을 고려한 조도분포를 갖는 조명 유닛을 제공할 수 있다.
실시 예는 별도의 기구물을 이용하지 않고도 원하는 조도 분포를 갖는 조명 유닛을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.