KR101062839B1 - 넓고 균일한 배광을 가지는 led 조명 - Google Patents

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Abstract

넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명이 개시된다. 본 발명의 일측에 따르면, 광을 방출하는 복수의 LED가 실장되는 PCB, PCB의 LED가 실장된 면에 대향되고, 소정의 각이 형성되어 LED에서 출사되는 광을 소정의 각에 상응하는 서로 다른 주 배광 방향으로 확산시키는 평판형의 투광부, PCB를 지지하는 PCB 지지부, LED에 전원을 공급하는 전원 공급 수단을 포함하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명은 넓은 영역을 균일하게 조사할 수 있으므로, 가정, 사무실과 같은 실내뿐만 아니라 실외에서 종래의 조명을 대체하여 사용될 수 있는 효과가 있다.

Description

넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명{LED lighting with broad and uniform light distribution}
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로, 특히 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 조명은 전기의 공급에 의해 소정의 파장을 가지는 광을 발광하는 LED를 이용한 조명 장치이다. 현재 LED는 그 발광 수명이 증가하면서 종래 조명등을 대체하여 광고를 위한 사인, 실내외 인테리어 등에 사용되고 있다. 특히, 실내 조명으로 많이 활용되고 있는 형광등을 대체하기 위한 LED 조명 장치가 많이 개발되고 있다. 하지만, 현재 개발된 LED 조명 장치는 아직도 조명으로서 적합한 배광 특성을 보여주지는 못하고 있는 실정이다.
도 1a는 조명 장치에서 활용가능한 바람직한 배광 곡선을 나타낸 도면이다. 배광 곡선은 광원을 포함하는 어떤 면 안의 광도를 방향의 함수로 나타낸 곡선으로, 보통 광원을 원점으로 하는 극좌표계를 사용하여 나타내며, 조명 장치의 특성을 잘 드러낸다. 개방형 형광등의 경우 도 1a에 도시된 것과 같이 넓고 균일한 좋은 배광이 이루어지고 있다.
도 1b는 종래 기술에 따른 평판 LED 조명의 사시도 및 방출되는 광 경로를 나타낸 도면이고, 도 1c는 도 1b에 도시된 LED 조명의 배광 곡선을 나타낸 도면이다.
LED 조명(1)은 등박스(5) 내에 수용되며 LED(3)가 실장되는 PCB(Printed Circuit Board)(2)와 LED(3)에 방출되는 광이 경유하여 확산되는 투광부(4)를 포함한다.
도 1b에는 광원인 LED(3)로부터 방출되는 광의 방향을 나타내는 화살표의 길이가 LED(3)로부터 방출되는 광의 세기에 상응하여 도시되어 있다. LED(3)로부터의 광은 방사상으로 방출된다. 아래 방향으로의 광(L1)이 그 세기가 가장 세며, 측면 또는 등박스(5) 부근으로의 광(L2)은 LED(3)로부터의 빔 각도 및 등박스(5)가 차지하는 영역으로 인해 LED(3)의 발광 면적에 한계가 있어 그 세기가 상대적으로 약하다.
일반적으로 광원인 LED(3)의 배광을 분석하면, 조사면의 조도는 광원과 조사면의 거리에 따라 결정되며, 조사면의 조도는 거리의 제곱에 비례하여 감소하게 된다. 따라서 광원에서 일정 간격 이격된 면을 고려하면, 광원으로부터의 수선에 위치한 지점과 기타 지점은 광원과의 거리가 다르므로, 조도가 서로 다르다.
도 1c에 도시된 바와 같이 일반적인 LED 조명(1)의 배광은 0도를 기준으로 높은 광도를 가지고 있고 발산각에 따라 광원과의 거리가 크기 때문에 발산각의 각도에 따라 조사되는 광의 조도가 달라져서, 조사면의 조도가 불균일하게 된다. 즉, LED 조명(1)로부터의 출사광은 전체적으로 LED(3)를 중심으로 수직 방향의 광도가 가장 크면서 공간적으로 구 형태를 띠는 배광을 가질 수 밖에 없다.
또한, 종래의 평판 LED 조명(1)은 PCB(2)가 평면으로 구현되어 이에 실장되는 LED(3)도 PCB(2)의 면에 따라 수평 배치된 상태에서 발광한다. 따라서 종래의 LED 조명은 출력 광이 확산부재를 포함하는 투광부(4)를 통과하게 되더라도 전체적인 배광은 상술한 바와 같이 평판 LED 조명(1)을 중심으로 수직 방향의 광도가 가장 크면서 공간적으로 구 형태를 가지는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 넓은 영역을 균일하게 조사할 수 있도록 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 가정, 사무실과 같은 실내에서 종래의 등박스에 탈부착가능하므로 종래 시설을 간편하고 저렴하게 이용할 수 있는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 원리는 평판형 LED 조명에서 투광부를 통과하여 퍼져나가는 확산된 빛의 평균출사 방향이 투광면의 법선방향으로 향하려는 성질을 이용하여 투광부에 소정의 각을 형성함으로써 배광을 넓고 균일하게 하며, 이를 더욱 강화하기 위해서 투광면 방향으로 LED가 실장된 PCB의 각도를 조절하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광을 방출하는 복수의 LED가 실장되는 PCB, PCB의 LED가 실장된 면에 대향되고, 소정의 각이 형성되어 LED에서 출사되는 광을 소정의 각에 상응하는 서로 다른 주 배광 방향으로 확산시키는 평판형의 투광부, PCB를 지지하는 PCB 지지부, LED에 전원을 공급하는 전원 공급 수단을 포함하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명이 제공된다.
투광부의 단면의 측면이 서로 형성하는 각도는 45도 내지 175도이며, PCB는 LED가 서로 다른 방향으로 광을 방출하도록 소정의 각이 형성될 수 있다.
여기서, PCB의 서로 다른 면에 실장되는 복수의 LED는 서로 지그재그 형태로 배열되며, PCB 지지부는 PCB와 평행하도록 소정의 각이 형성되고, 전원 공급 수단은 PCB 지지부가 절곡되어 형성한 그루브에 위치하며, PCB가 형성하는 각 중 작은 각은 45도 내지 180도일 수 있다.
또한, PCB 지지부는 서로 다른 PCB가 결합하는 복수의 면이 형성되거나 또는 PCB 지지부의 단면은 서로 다른 PCB가 양측부에 결합하는 원호(圓弧)이거나 PCB 지지부는, 투광부에 수용되고, 일방향으로 돌출되어 PCB를 지지하는 제1 지지암과 투광부에 수용되고, 타방향으로 돌출되어 PCB를 지지하는 제2 지지암을 포함할 수 있다.
또한, 투광부의 일면은 원호(圓弧)이거나 투광부의 단면의 측면 간 결합 부분은 원호 형상이거나 투광부의 단면의 측면은 PCB에 대향하는 방향이 오목한 원호 형상일 수 있으며, 투광부의 단면은 삼각형, 사다리꼴, 직사각형 및 오각형을 포함하는 다각형일 수 있다.
또한, LED는 청색 스펙트럼을 포함하고, 투광부는 LED의 광의 파장을 변환하여 색온도를 조절하는 형광체를 포함하며, PCB가 세면 이상을 포함하는 경우 양 측방향의 PCB에 실장되는 LED의 휘도는 양 측방향의 PCB 사이에 위치하는 전방향의 PCB에 실장되는 LED의 휘도보다 클 수 있다.
투광부는 고분자 재료 또는 유리로 형성되며, 투광부의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면은 조도가 거칠거나 투광부는 LED 광을 확산하는 확산부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 투광부는 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면과 결합하는 하나 이상의 확산 시트 또는 프리즘 시트를 더 포함하거나 또는 투광부의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면은 LED 광의 확산을 유도하는 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 투광부는, 고분자 재료 또는 유리로 형성되며, 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면이 엠보싱 처리된 베이스면 및 베이스면의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면과 결합하는 하나 이상의 확산 시트를 포함할 수 있다.
여기서, 투광부의 투과도는 30% 내지 88%가 될 수 있고, 투광부의 헤이즈는 42% 내지 99.8%가 될 수 있으며, 복수의 LED의 인접 LED간 거리는 1mm 내지 125mm가 될 수 있다.
또한, LED의 일변의 길이는 2mm 내지 9mm이거나 또는 LED의 지름의 길이는 2mm 내지 25mm가 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정의 파장을 가지는 광을 방출하는 복수의 LED가 일면에 실장되는 PCB, PCB를 지지하며 PCB를 수용하는 하우징과 착탈가능하도록 결합하는 PCB 지지부, LED에서 방출된 광이 투과하도록 PCB의 LED가 실장된 면에 대향하며 평판형인 투광부 및 LED에 전원을 공급하는 전원 공급 수단을 포함하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명이 제공된다.
여기서, PCB 지지부는 하우징과 체결가능한 체결부에 의해 결합할 수 있고, PCB는 LED가 서로 다른 방향으로 광을 방출하도록 소정의 각이 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예는 PCB 지지부 및 투광부와 외부에 노출되도록 하우징의 테두리에 결합하는 스킨부를 더 포함하고, 스킨부와 투광부는 일체로 형성되어 하우징과 착탈가능하도록 결합할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명은 종래의 평판형 LED 조명이 가지는 일그러진 원형 배광의 단점을 극복하기 위해 LED가 실장되어지는 PCB가 등기구의 부착면에 부착 또는 다른 형태의 고정물로 장착되었을 때 그 PCB들 간에 소정의 각이 형성될 수 있도록 하며, 그 PCB가 이러한 형태로 등기구내에 배치되어 점등이 되었을 때 등기구의 배광형태가 넓고 균일한 조도를 형성할 수 있고, 투광부의 단면이 PCB에 대향하도록 하여 보다 넓고 균일한 배광을 형성하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명은 LED 모듈을 착탈식으로 구현하여 종래에 설치된 등기구에 용이하게 탈부착함으로써 LED 모듈의 교체를 편리하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 조명 장치에서 활용가능한 바람직한 배광 곡선을 나타낸 도면.
도 1b는 LED 조명의 사시도 및 방출되는 광 경로를 나타낸 도면.
도 1c는 도 1b에 도시된 LED 조명의 배광 곡선을 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도.
도 2b는 도 2a에 도시된 LED 조명의 배광 곡선을 도시한 도면.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 평면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명에 사용되는 PCB 상의 LED 실장 모습을 나타낸 도면.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명의 다양한 형태를 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명을 개략적으로 도시한 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 LED 조명의 배광 곡선을 도시한 도면이다. 도 2a를 참조하면, PCB 지지부(210), 투광부 홀더(213), PCB(220), LED(230), 투광부(240), 전원 공급 수단(260)이 도시된다.
본 실시예는 평판형 LED 조명이 균일한 배광을 가지도록 PCB(220)와 투광부(240) 중 어느 하나 이상이 절곡되어 형성되는 특징이 있다. 본 실시예에 따른 LED 조명은 종래의 형광등, 백열등 등이 사용되는 등박스를 대체하여 내부에 마련된 PCB(220) 또는 광을 투과시키는 투광부(240)가 소정의 각도를 형성하도록 부착되거나, 절곡 또는 휘어져서 배광을 넓고 균일하게 가질 수 있는 특징이 있다. 즉, 본 실시예에 따른 LED 조명은 LED(230)가 서로 다른 방향을 조사하여 넓은 배광을 가지도록 PCB(220) 및/또는 투광부(240)가 소정의 각도를 유지하여 구비된다.
여기서, 평판형 조명은 평판과 같이 전체적으로 평면 형상을 가진 조명을 지칭한다. 예를 들면, 평판형 조명은 가정의 실내 조명으로 사용되는 조명등과 같이 등박스가 전체적으로 평판형으로 형성된 조명이 될 수 있다.
PCB 지지부(210)는 PCB(220)를 지지하는 프레임이며, PCB(220)가 소정의 각도를 이루고 지지되기 위해 PCB(220)가 구비되는 각 면이 상술한 소정의 각도를 형성할 수 있다. PCB(220)는 소정의 체결부를 이용하여 PCB 지지부(210)에 결합가능하며, 체결부는 예를 들면, 나사, 클립, 접착제(방열 접착제 포함), 스프링, 접착 패드 등을 포함할 수 있다.
PCB(220)는 PCB 지지부(210)의 각 면에 개별적으로 결합하는 복수의 PCB를 포함하거나 또는 PCB 지지부(210)의 면에 상응하여 절곡된 하나의 PCB가 될 수 있다. 이하에서는 전자의 경우를 중심으로 설명한다. 또한, 본 실시예에 적용되는 PCB(220)는 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
여기서, PCB(220)가 형성하는 각도는 45도 내지 175도일 수 있다. 즉, 복수의 PCB(220) 면이 서로 만나서 형성하는 각도 중 작은 각도(예를 들면, LED(230)가 실장된 면의 배면 간의 각도)가 45도 내지 175도일 수 있다. PCB(220) 면 간 형성된 이러한 각도에 의해 LED(230)에서 출사된 광은 LED 조명의 측면으로 조사되어 넓고 균일한 배광이 형성될 수 있다.
PCB(220)가 형성하는 각도가 180도인 경우 PCB(220)는 평면이며, 이 경우 투광부(240)가 형성하는 각에 의해 배광이 넓게 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예는 PCB(220)가 평면이며, 투광부(240)는 후술할 바와 같이 절곡되는 구조를 포함한다.
투광부(240)는 전체적으로 평판형으로 형성되며, PCB(220)의 각면에 대향하도록 절곡될 수 있다. 투광부(240)는 LED(230)에서 출사되는 광이 통과하여 외부로 조사되는 영역이므로, 광을 확산시키는 확산부재를 포함할 수 있다. 확산부재는 광 확산 비드(light diffusive bead)가 될 수 있으며, 투광부(240)는 광 확산 비드가 첨가된 플라스틱(고분자 재료), 예를 들면, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴(poly methyl methacrylate, PMMA), 스티렌 아크릴로니트릴 코폴리머(styrene-acrylonitrile copolymer, SAN) 등으로 형성되거나 유리로 형성될 수 있다.
투광부(240)의 일면 및/또는 타면은 조도(roughness)가 거칠게 형성될 수 있다. 즉, 투광부(240)의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면은 헤이즈(haze) 처리됨으로써 투광부(240)는 확산 기능을 수행할 수 있다. 이 경우 투광부(240)는 상술한 확산부재를 포함하거나 또는 포함하지 않은 상태에서 헤이즈 처리될 수 있다.
또한, 투광부(240)의 일면 및/또는 타면은 확산 시트와 결합할 수 있다. 확산 시트는 LED(230)에서 방출되는 광이 고르게 확산되며 면에 수직이 되는 방향을 향해 광이 진행하도록 하는 기능 시트이다. 투광부(240)에 결합하는 확산 시트의 개수는 한정되지 않으며, 예를 들면, 1 ~ 3장 정도가 될 수 있다. 확산 시트는 투광부(240)의 주요 성분인 상술한 플라스틱 또는 유리의 양면에 샌드위치 형태로 결합할 수도 있다. 여기서, 확산 시트는 두께가 수십 내지 수백 ㎛이며, 외면 또는 내부에 상술한 확산부재가 포함된 시트이다. 본 실시예에 따르면, 투광부(240)에 이러한 복수의 확산 시트가 포함되는 경우 상술한 바와 같이 넓고 균일한 배광이 구현될 수 있는 효과가 있다.
이 경우 투광부(240)는 상술한 바와 같이 고분자 재료 또는 유리로 형성되며, 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면이 엠보싱 처리된 베이스면과, 베이스면의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면과 결합하는 하나 이상의 확산 시트를 포함할 수 있다.
또한, 투광부(240)는 확산부재를 내부에 포함하는 확산판으로 형성될 수 있다. 확산판은 유백색이 될 수 있으며, 두께가 수 mm 내지 수십 mm이고, 내부에 상술한 확산부재를 포함한다. 본 실시예에 따른 확산판의 두께는 예를 들면, 0.5 내지 15mm가 될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 투광부(240)의 투과도는 30% 내지 88%이고, 헤이즈는 42% 내지 99.8%가 될 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서 본 실시예는 상술한 바와 같이 측면광의 세기가 커져서 넓고 균일한 배광을 가지는 특징이 있다.
또한, 상술한 확산부재는 옥사이드(oxide) 계열로 형성되거나 또는 발포 형태의 마이크로 셀이 포함된 발포형 확산 구조로 형성될 수도 있다. 여기서, 전자의 경우 확산부재로 사용되는 옥사이드 계열의 물질은, 예를 들면, Si 파우더(Si base powder), TiO, TiO2, SiO, SiO2, ZnOk, ZrO2 등이 될 수 있다. 또한, 후자의 경우 확산부재는 별도의 유기 또는 무기 확산제로 구성되지 않고, 투광부(240) 자체가 연속되고 불규칙한 발포형 마이크로셀로 구현되며, 이러한 마이크로 셀에 의해 투광부(240)내부를 통과하는 빛이 확산된다.
또한, 투광부(240)의 일면 및/또는 타면은 프리즘 시트와 결합할 수도 있다. 프리즘 시트는 흩어진 광을 특정 방향으로 진행하도록 모아주는 역할을 하는 시트이다. 프리즘 시트의 개수도 특별히 한정되지 않는다.
또한, 투광부(240)의 일면 및/또는 타면은 LED(230) 광의 확산을 유도하는 패턴이 형성될 수 있다. 패턴은 규칙적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 사각형이 배열되는 바둑판 모양의 패턴이 투광부(240)에 형성되어 광의 확산을 유도할 수 있다.
투광부(240)의 단면의 측면은 PCB(220)에 대향되도록 형성될 수 있다. 즉, 투광부(240)의 단면의 측면은 PCB(220)에서 출사된 광을 수직으로 입사하는 면이므로, 이 면이 PCB(220)에 대향되게 형성되는 경우 측면 배광이 세질 수 있는 효과가 있다. PCB(220)에 대향하는 투광부(240)의 단면의 측면은 평면 또는 곡면이 될 수 있다. 여기서, 대향되도록 형성된다는 의미는 수학적으로 엄밀하게 평행한 경우를 포함하여 대략적으로 평행하게 형성된다는 의미이다.
투광부(240)의 단면은 절곡된 횟수에 따라 하나의 곡을 가지는 V자형, 두 개의 곡과 하나의 골을 가지는 W자형 등 다양한 형상일 수 있다. 또한, 절곡된 부분에서의 둥근 모서리 처리 여부에 따라 U자형 등의 형상일 수도 있다. 또한, V자형이 반복되는 V자 반복형(W자형 포함), U자형이 반복되는 U자 반복형 등의 형상일 수도 있다.
또한, 투광부(240)는 절곡된 일체의 부재로 형성되거나 또는 서로 다른 부재의 결합 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 전자의 경우 투광부(240)는 서로 연결되는 하나의 평면 부재를 절곡하여 형성될 수 있다. 후자의 경우 투광부(240)는 서로 다른 복수의 평면 부재를 서로 결합하여 형성될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 투광부(240)는 PCB 지지부(210)에 결합되는 투광부 홀더(213)에 결합 및 고정된다. 투광부(240)의 단면의 측면은 V자형이 될 수 있다. 투광부(240)는 그 단면의 측면이 서로 소정의 각 θ1을 형성하고 있다. 투광부(240)의 단면의 측면은 PCB(220)에 각각 대향되며, 그 측면 사이의 각 θ1은 45도 내지 175도일 수 있다.
PCB 지지부(210)는 PCB(220)가 소정의 각을 형성하도록 소정의 각을 포함하는 평판형으로 형성될 수 있다.
또한, 투광부(240)는 LED 조명의 색상을 조절하기 위한 형광물질을 포함할 수 있다. 즉, 투광부(240)는 LED(230)가 청색 스펙트럼을 포함하는 경우 해당 색을 변환하여, 백색광을 구현하거나 또는 색온도를 변화시키기 위한 형광체, 예를 들면, 적색, 녹색 및 황색 형광체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 위 형광체들은 LED(230)에서 방출되는 광의 파장을 변환시켜서 그 색온도를 변화시키고 또한 백색광을 구현할 수 있다.
여기서, LED(230)와 투광부(240)의 이격 거리인 간격은 5mm 내지 175mm가 될 수 있다. 이격 거리가 이러한 간격 범위보다 작은 경우 LED(230)가 점광원으로 외부에 표시될 수 있으며, 간격 범위보다 큰 경우 전체적인 조명 기구가 커지는 문제점이 있다.
또한, 복수의 LED(230)에서 인접 LED(230)간의 거리는 1mm 내지 125mm가 될 수 있다. 여기서, 인접 LED(230)간의 거리는 LED(230)의 중심간 거리 또는 LED(230)의 끝단간 거리가 될 수 있다. LED(230)가 사각형인 경우 그 일변의 길이, 즉, 가로 길이와 세로 길이는 각각 2mm 내지 9mm가 될 수 있다. 또한, LED(230)가 원형인 경우 그 지름 또는 타원인 경우 그 장축의 길이는 2mm 내지 25mm가 될 수 있다. 여기서, LED(230)의 길이 및 지름은 리드 프레임을 제외하고 측정된 것이 될 수 있다. LED(230)가 위와 같은 크기를 가지며, 상술한 거리를 유지하는 경우 상술한 투광부(240)의 투과도와 헤이즈에 상응하여 LED(230)는 점광원으로 표시되지 않으며 외부에 균일한 광을 방출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예는 방열부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 방열부는 PCB 지지부(210) 및/또는 투광부(240)와 결합하여 상기 LED(230)에서 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있다. 이를 위해 방열부는 복수의 방열핀을 포함하는 등 다양한 방열 구조로 구현될 수 있다. 예를 들면, 방열부의 단면은 곡선, 직선 또는 이들이 혼합된 형상 등이 될 수 있다.
방열부는 PCB 지지부(210)와 일체로 형성되거나 또는 별도로 마련될 수 있다. 후자의 경우 방열부는 소정의 체결방식, 예를 들면, 나사 결합에 의해 PCB 지지부(210) 및 투광부(240)와 결합할 수 있다.
전원 공급 수단(PSU : Power Supply Unit, PSU 기판과 PSU 부품을 포함함)(260)은 LED(230)에 전류를 공급하기 위한 구성요소로서 외부 교류 전류를 직류 전류로 변환하여 LED(230)에 직류 전류를 공급하기 위한 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 전원 공급 수단(260)의 위치는 다양하게 구현될 수 있으며, 예를 들면, 전원 공급 수단(260)은 PCB 지지부(210)가 절곡되어 형성하는 공간(그루브)에 위치함으로써 공간 활용 및 방열을 보다 효율적으로 할 수 있다. 이 경우 전원 공급 수단(260)은 PCB(220)와 일체로 형성되거나 또는 이와 별도로 분리되는 장치가 될 수 있다.
상술한 구조의 LED 조명은 도 2b에 도시된 배광 곡선을 가진다. 도 2b를 도 1c와 비교하여 참조하면, 배광 곡선이 측면으로 퍼지는 형상을 가지므로 넓고, 균일한 배광 곡선이 구현된다. 본 실시예에 따른 배광 곡선은 LED(230) 광이 주 배광 방향인 측면으로 세기 때문에 넓게 분포한다. 또한, 측면 방향의 광은 중심의 수평선보다 위쪽으로 분포되어 본 실시예의 LED 조명이 실내 천정에 설치되는 경우 천정에도 광을 방출하여 간접 조명의 효과도 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 LED 조명의 평면도이다. 도 3a와 도 3b를 참조하면, PCB 지지부(210), 걸림턱(215), PCB(220), 반사판(225), 체결부(227), LED(230), 투광부(240), 전원 공급 수단(260)이 도시된다.
도 3a를 참조하면, PCB 지지부(210)의 양단은 도시된 바와 같이 돌출 형성되어 용이하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 이러한 돌출부는 천정에 걸림으로써 본 실시예의 조명이 천정에 설치될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예는 PCB(220) 상에 결합하는 반사판(225)을 더 포함할 수 있다. 즉, 반사판(225)은 LED(230)에서 방출되는 광이 PCB(220)에 입사되지 않도록 하며, 반사물질이 도포된다. 반사판(225)은 PCB 지지부(210)에 돌출 형성된 걸림턱(215)에 의해 지지되어 PCB 지지부(210)와 결합할 수 있다. 또한, PCB 지지부(210), PCB(220) 및 반사판(225)은 각각 서로 체결부(227)에 의해 체결될 수 있다. 예를 들면, 체결부(227)는 볼트가 될 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명의 단면도이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 하우징(405), PCB 지지부(410), 스킨부(415), PCB(420), 체결부(427), LED(430), 투광부(440), 전원 공급 수단(460)이 도시된다. 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다.
본 실시예들은 하우징(405)을 PCB 지지부(410), PCB(420), LED(430) 및 투광부(440)와 분리 가능하도록 결합할 수 있는 특징이 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 종래에 형광등 또는 백열등의 등기구로 사용되는 하우징(405)에 LED 모듈을 착탈가능하도록 결합함으로써, 교체가 간편한 구조를 가지는 특징이 있다.
도 4를 참조하면, PCB(420)와 투광부(440)는 서로 대향되도록 절곡된다. PCB(420)는 PCB 지지부(410)에 결합 고정되고, 투광부(440)는 스킨부(415)에 결합 고정된다. 스킨부(415)는 하우징(405)의 테두리에 결합하여 미감을 불러일으키는 재질, 형상 등을 가질 수 있다. PCB 지지부(410)와 스킨부(415)는 서로 다른 부재이거나 또는 일체로 형성될 수 있다.
PCB 지지부(410)는 상술한 바와 같이 나사와 같은 체결부(427)에 의해 하우징(405)에 결합한다. 체결부(427)는 용이하게 조작가능하므로 사용자는 LED(430)의 수명이 다하거나 별도의 수리가 필요한 경우 PCB 지지부(410)를 하우징(405)으로부터 분리함으로써 조치를 취할 수 있다.
하우징(405)은 종래 설치되거나 새로 설치될 수 있다. 예를 들면, 사용자의 선택에 따라 종래 천장에 설치되어 있는 조명의 하우징(405)에 본 실시예에 따른 LED 모듈만을 교체하여 설치하거나 또는 하우징(405)을 포함한 조명 전체를 교체할 수 있다.
여기서, PCB 지지부(410), 스킨부(415), PCB(420) 및 투광부(440)는 일체로 형성될 수 있다. 즉, PCB 지지부(410), 스킨부(415), PCB(420) 및 투광부(440)는 서로 분리된 상태에서 조립될 수도 있지만, 일체로 형성된 상태에서 하우징(405)에 체결될 수도 있다. 또한, PCB 지지부(410)는 외부에 노출되는 부위로서 조명의 스킨으로서 기능할 수도 있으며, 이 경우 PCB 지지부(410)는 다양한 색상, 다양한 질감을 가지는 소재로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, PCB 지지부(410)는 체결부(427)에 의해 하우징(405)에 결합하면서, PCB(420)와 투광부(440)는 절곡되지 않고 평평하게 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예는 PCB 지지부(410), 절곡되지 않은 PCB(420), LED(430) 및 절곡되지 않은 투광부(440)가 하우징(405)과 분리가능하도록 결합할 수 있는 특징이 있다.
또한, 도 6a를 참조하면, PCB(220)의 일면에는 다수의 LED(230)가 일렬로(도 6a의 (A) 참조) 혹은 둘 이상의 열(도 6a의 (B) 참조)에 따라 실장된다. 둘 이상의 열로 실장되는 경우에 평행하게 배열되거나 혹은 지그재그로 배열될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, PCB(420)가 상술한 바와 같이 절곡되어 형성되는 경우 각 면에 실장되는 복수의 LED(230)는 다른 면에 실장되는 LED(230)에 대해 서로 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, PCB(420)가 절곡되어 인접한 제1 면 및 제2 면을 포함하는 경우, 제1 면에 일렬로 복수의 LED(230)가 실장되고, 제2 면에 도 6a의 (B)와 같이 제1 면의 LED(230)에 대해 지그재그 형태로 배열되는 복수의 LED(230)가 실장될 수 있다. 여기서, 지그재그 형태로 배열되는 LED(230)는 하나 또는 복수의 LED(230)를 포함하는 집합이 될 수 있다. 후자의 경우 10개 이하로 이루어진 복수의 LED(230)가 집합을 형성하고 서로 다른 집합들이 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 복수의 LED(230)가 지그재그 형태로 배열되므로, 전체적으로 외부에 균일한 광을 조사할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 6b를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명은 좌우 양방향뿐만 아니라 4방향 또는 원형(타원형 포함)의 넓고 균일한 배광분포를 가지는 구조를 가질 수 있다. 즉, PCB(220) 및/또는 투광부(240)의 절곡 형태가 좌우뿐만 아니라 4방향 또는 원형에 대해서도 형성될 수 있다. (A)는 양방향으로 광이 확산되는 구조이며, (B)는 원형으로 광이 확산되는 구조이고, (C)는 4방향으로 광이 확산되는 구조이다.
본 실시예에 따른 조명의 평면이 원형(B)인 경우 중심으로부터 원주로 향하는 방향에 대해 PCB(220) 및/또는 투광부(240)가 절곡되어 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 조명의 평면이 4각형(C)인 경우 중심으로부터 각변으로 향하는 방향에 대해 PCB(220) 및/또는 투광부(240)가 절곡되어 형성될 수 있다.
이상에서 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명을 일반적으로 도시한 단면도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명을 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 이하에서 실시예를 차례대로 설명하며, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되지 않음은 당연하다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명의 단면도이다. 도 7 내지 도 9를 참조하면, PCB 지지부(210)는 서로 다른 PCB(220)가 결합하는 복수의 면이 형성되거나 또는 PCB 지지부(210)의 단면은 서로 다른 PCB(220)가 양측부에 결합하는 원호(圓弧) 형상을 가지는 등 다양한 실시예가 제시된다. 점선은 배광 곡선을 나타낸다. 이하에서는 설명의 편의상 투광부(240)에 수용되는 PCB 지지부(210), PCB(220), LED(230) 및 투광부(240)의 배치 및 구조를 중심으로 설명한다.
도 7(A)를 참조하면, 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)는 상술한 각도를 형성하여 서로 결합된다. 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)에 각각 결합된 PCB(220)에 실장된 LED(230)는 상기 각도만큼 기울어져 양 측면에 광을 조사하기 때문에 본 실시예에 따른 LED 조명의 배광은 넓은 분포를 형성한다.
도 7(B)를 참조하면, 제1 PCB 지지부(210a), 제3 PCB 지지부(210c) 및 제2 PCB 지지부(210b)가 서로 순차적으로 연결된 상태가 도시된다. PCB(220) 및 LED(230)는 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)에 결합하여 양 측면에 광을 보다 세게 조사할 수 있다. 또한, 제3 PCB 지지부(210c)에도 PCB(220) 및 LED(230)가 결합할 수 있다. 이 경우 전체적인 배광이 넓고 균일한 형태로 형성될 수 있도록 제1 PCB 지지부(210a), 제3 PCB 지지부(210c) 및 제2 PCB 지지부(210b)에 결합하는 LED(230)의 휘도를 조절할 수도 있다.
예를 들면, 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)에 결합하는 LED(230)의 휘도를 제3 PCB 지지부(210c)에 결합하는 LED(230)의 휘도보다 크게 함으로써, 배광이 넓고 균일하도록 할 수 있다. 즉, PCB(220)가 세면 이상을 포함하는 경우 양 측방향의 PCB(220)에 실장되는 LED(230)의 휘도는 양 측방향의 PCB(220) 사이에 위치하는 전방향의 PCB(220)에 실장되는 LED(230)의 휘도보다 클 수 있다. 여기서, LED(230)의 휘도는 입력되는 전류를 제어하거나 또는 LED(230)의 개수를 달리하여 조절할 수 있다.
또한, LED(230)의 휘도는 투광부(240)의 단면에 상응하여 조절될 수도 있다. 즉, PCB(220)가 세면 이상을 포함하고, 투광부(240)의 단면이 PCB(220)에 대향하는 경우, 투광부(240)의 단면의 측면과 대향되는 PCB(220)의 면에 실장되는 LED(230)의 휘도는 투광부(240)의 단면의 정면과 대향되는 PCB(220)의 면에 실장되는 LED(230)의 휘도 보다 클 수 있다.
또한, 투광부(240)가 사다리꼴 단면을 가지는 경우에 사다리꼴의 밑면에 해당하는 부분에 패턴을 형성하거나 반투명 혹은 불투명하게 하여 직하 방향으로의 배광을 줄이고, 사다리꼴의 옆면을 통해 양측으로 경사진 배광이 형성되도록 하여 LED 조명의 전체적인 배광이 넓고 균일하도록 할 수도 있다.
도 8(A)를 참조하면, 제1 PCB 지지부(210a), 제2 PCB 지지부(210b), 제4 PCB 지지부(210d) 및 제5 PCB 지지부(210e)가 순차적으로 결합하고 있다. 각 PCB 지지부간 형성되는 각도는 서로 동일하거나 또는 다를 수 있다. 예를 들면, 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)가 형성하는 각도가 제2 PCB 지지부(210b)와 제4 PCB 지지부(210d)가 형성하는 각도보다 작은 경우 제1 PCB 지지부(210a)에 결합된 LED(230)는 도면의 측면 방향으로 기울어져 광을 방출하므로 전체적으로 본 실시예에 따른 LED 조명은 넓고 균일한 배광을 가질 수 있다. 따라서 본 실시예에 다르면, 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)가 형성하는 각도 및 제2 PCB 지지부(210b)와 제4 PCB 지지부(210d)가 형성하는 각도를 상대적으로 조절하여 전체적인 배광 곡선을 조절할 수 있다.
도 8(B)를 참조하면, 하나의 PCB 지지부(210)가 원호(圓弧) 형상으로 휘어지며, 서로 다른 PCB(220)가 PCB 지지부(210)의 양측부에 결합되는 LED 조명이 도시된다. 여기서, 원호(圓弧) 형상은 원, 타원, 곡선 등 다양하게 휘어지는 형상을 포함한다. 이러한 실시예에 따르면, 하나의 PCB 지지부(210)를 휘게 하는 간편한 공정에 의해 본 실시예에 따른 LED 조명이 제작될 수 있는 장점이 있다.
도 9(A)를 참조하면, 제1 PCB 지지부(210a)와 제2 PCB 지지부(210b)는 상술한 바와 반대 방향으로 절곡되어 형성된다. 따라서 제1 PCB 지지부(210a)에 결합된 LED(230)는 도 9(A)의 좌측으로 광을 방출하며, 제2 PCB 지지부(210b)에 결합된 LED(230)는 도 9(A)의 우측으로 광을 방출하기 때문에 배광이 넓어지는 효과가 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 복수의 PCB(220) 면이 서로 만나서 형성하는 각도 중 작은 각도(예를 들면, LED(230)가 실장된 면 간의 각도)가 45도 내지 180도일 수 있으며, 이러한 각도에 의해 LED(230)에서 출사된 광은 LED 조명의 측면으로 조사되어 넓고 균일한 배광이 형성될 수 있다.
도 9(B)를 참조하면, PCB 지지부(210)는 소정의 구조물, 예를 들면, 복수의 지지암을 구비하여 PCB(220)를 지지한다. PCB 지지부(210)는 서로 이격되어 돌출되는 복수의 지지암(support arm) 형태로 형성된다. 예를 들면, PCB 지지부(210)는 몸체(즉, 상부 지지대)와 몸체로부터 일방향으로 돌출되어 형성되며 PCB(220)를 지지하는 제1 지지암(210f) 및 몸체로부터 타방향으로 돌출되어 형성되며 PCB(220)를 지지하는 제2 지지암(210g)을 포함할 수 있다. 제1 지지암(210f)과 제2 지지암(210g)은 투광부(240)가 연장된 방향으로 연속되어 일체로 형성되거나 또는 부분적으로 돌출 형성되어 PCB(220)를 지지할 수 있다. 제1 지지암(210f)과 제2 지지암(210g)은 PCB(220)의 특정 부위를 홀딩(예를 들면, 부착, 나사결합 등)하거나 또는 PCB(220) 전체를 삽입하여 PCB(220)를 지지할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다양한 LED 조명을 개략적으로 도시한 단면도이다. 설명의 편의상 PCB(220), LED(230) 및 투광부(240)만을 도시하여 본 실시예에 따른 LED 조명의 단면도를 설명한다. 주 배광을 형성하는 광의 진행 방향은 점선의 화살표로 도시한다.
도 10을 참조하면, PCB(220)는 평면이며, 투광부(240)의 단면은 소정의 각이 형성됨으로써 측면 광의 세기를 크게 할 수 있다. 투광부(240) 단면의 측면은 PCB(220)에 대하여 비스듬하게 형성된다. 또한, 투광부(240)의 단면은 삼각형, 사다리꼴, 오각형을 포함하는 다각형(a, b, c, g)이 될 수 있다. 또한, 투광부(240)의 일면은 원호(圓弧)(d, e, f)가 될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 각 PCB(220)는 외부 방향을 향하는 외부 지향형이며, 투광부(240)의 단면은 다양한 형상이 될 수 있다. 이를 보다 구체적으로 분류하면, 투광부(240) 단면의 측면은 상술한 바와 같이 PCB(220)와 대향되도록 형성(a 내지 h)될 수 있다. 또한, 투광부(240)의 단면은 삼각형, 사다리꼴, 직사각형 및 오각형을 포함하는 다각형(a, b, c, g, h)이 될 수 있다. 또한, 투광부(240)의 일면은 상술한 바와 같은 원호(圓弧)(d, e, f)가 될 수도 있다. 여기서, 투광부(240)의 일면이 원호인 경우는 투광부(240)의 전체 또는 그 일부분의 단면이 원호인 경우를 포함한다.
도 12를 참조하면, 각 PCB(220)는 내부 방향을 향하는 내부 지향형이며, 투광부(240)의 단면은 다양한 형상이 될 수 있다. 구체적으로, 투광부(240) 단면의 측면은 상술한 바와 같이 PCB(220)와 대향되도록 형성(a 내지 h)될 수도 있다. 또한, 투광부(240)의 단면은 삼각형, 사다리꼴, 직사각형, 오각형 및 팔각형을 포함하는 다각형(a, b, c, g, h)이 될 수 있으며, 투광부(240)의 일면은 상술한 바와 같은 원호(圓弧)(d, e, f)가 될 수도 있다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210 : PCB 지지부
210a 내지 210e : 제1 PCB 지지부 내지 제5 PCB 지지부
210f : 제1 지지암 210e : 제2 지지암
213 : 투광부 홀더 215 : 걸림턱
220 : PCB 225 : 반사판
227 : 체결부 230 : LED
240 : 투광부 260 : 전원 공급 수단
405 : 하우징 410 : PCB 지지부
415 : 스킨부 420 : PCB
427 : 체결부 430 : LED
440 : 투광부 460 : 전원 공급 수단

Claims (4)

  1. 광을 방출하는 복수의 LED가 실장되는 PCB;
    상기 PCB의 LED가 실장된 면에 대향되고, 단면의 측면이 서로 형성하는 각도는 45도 내지 175도이며, 상기 LED에서 출사되는 광을 상기 단면의 측면이 서로 형성하는 각도에 상응하는 서로 다른 주 배광 방향으로 확산시키는 투광부-여기서, 상기 투광부의 투과도는 30% 내지 88%이고, 상기 투광부의 헤이즈는 42% 내지 99.8%임-;
    상기 PCB를 지지하는 PCB 지지부; 및
    상기 LED에 전원을 공급하는 전원 공급 수단을 포함하되,
    상기 투광부는,
    고분자 재료 또는 유리로 형성되는 베이스면; 및
    상기 베이스면의 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면과 결합하는 하나 이상의 확산 시트를 포함하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 면은 일면과 타면 중 어느 하나 이상의 면이 엠보싱 처리되거나 조도(roughness)가 거칠게 형성된 것을 특징으로 하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PCB는 상기 LED가 서로 다른 방향으로 상기 광을 방출하도록 소정의 각이 형성되며, 상기 PCB의 서로 다른 면에 실장되는 상기 복수의 LED는 서로 지그재그 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 확산 시트의 개수는 1 내지 3이며, 상기 확산 시트는 외면 또는 내부에 확산부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 넓고 균일한 배광을 가지는 LED 조명.
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