KR101065708B1 - 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과, 상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키는 디퓨저와, 빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하는 평판형 엘이디 조명장치를 제공한다.

Description

평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법{LED lighting device and method for manufactureing the same}

본 발명은 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측면에서의 눈부심을 효과적으로 방지할 수 있는 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전통적으로 조명장치로서 백열등, 할로겐등, 방전등 등이 많이 사용되고 있다. 근래에는 엘이디(LED : Light Emiting Diode)를 이용한 조명장치가 주목받고 있다. 엘이디 조명장치는 엘이디 소자를 광원(light source)으로 이용하는 것이다. 엘이디 소자는 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 주입시킨 소수 캐리어를 생성시킨 후, 다시 상기 소수 캐리어들의 재결합에 의하여 발광이 되도록 하는 장치이다.엘이디 소자의 발광 파장은 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르며, 이에 따라 적색, 청색, 황색을 만들 수 있으며 이들을 적절히 조합하여 백색도 구현할 수 있다. 이러한 엘이디 조명장치는 백열등, 할로겐등과 같은 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길고, 효율이 좋으며 그리고 고속 응답이라는 이점이 있다.

엘이디 조명장치가 단순 조명으로 사용되는 경우에는 불투명한 확산 캡 등을 사용하여 빛의 방향성을 상쇄할 수 있다. 엘이디 조명장치가 특정 목적을 위하여 방향성 있는 투사광이 필요한 경우에는, 엘이디 소자에서 나오는 빛을 안내하는 렌즈 구조를 채용하여 출사되는 빛에 특정한 방향성을 제공할 수 있다.

방향성이 요구되는 엘이디 조명장치는 렌즈유닛 또는 렌즈유닛과 반사부재의 조합을 사용하는 것이 일반적이다. 즉 렌즈유닛과 반사부재를 이용하여, 엘이디 소자에서 나오는 빛에 일정한 방향성을 갖게 하고 또한 원하는 조사영역에 조사되도록 한다.

방향성이 요구되지 않는 엘이디 조명장치는 빛을 산란시키는 디퓨져를 사용하는 것이 일반적이다. 방향성이 요구되지 않는 엘이디 조명장치의 일 예가 평판형 엘이디 조명장치이다. 평판형 엘이디 조명장치에서는 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원의 위에 디퓨저를 설치하여, 상기 디퓨저에 의하여 빛을 산란시킨다. 디퓨저에 의하여, 엘이디 광원에 구비된 다수의 엘이디 소자의 발광 형태가 점광원 형태 즉 핫 스팟(hot spot) 형태로 그대로 보이지 않고, 면 광원 형태로 소비자에게 보이도록 한다. 그러나 이러한 종래의 평판형 엘이디 조명장치에서는 특히 측면에서의 눈부심이 있었다. 즉 종래의 평판형 엘이디 조명장치는, 국제조명위원회(CIE)에서 정한 눈부심의 정도를 나타내는 UGR 지수(Unified Glare Rating)이 21 이상이므로, 사용자가 수용하기가 어렵거나, 수용하는 정도라이지만 불편함을 느낄 정도이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안 중의 하나가 형광등 등에서 사용되는 루버를 사용하는 것이다. 그러나 루버를 사용하면 평판형 엘이디 조명장치가 커지고 구조가 복잡해진다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 눈부심을 저감시킨 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 눈부심을 저감시키면서도 제조가 간단한 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과; 상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키는 디퓨저와; 빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여, 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하는 평판형 엘이디 조명장치를 제공한다.

상기 눈부심 방지부는, 빛을 투과하는 투명판과; 상기 투명판에 결합되는 상기 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 투명판의 굴절율은 상기 디퓨져의 굴절율과 동일하며, 상기 투명판과 상기 디퓨저의 사이에는 다른 굴절율이 매개되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 투명판은 상기 디퓨저와 소정 거리 이격되어 위치되어, 상기 투명판과 상기 디퓨저의 사이에 에어 갭이 존재하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 마이크로 렌즈는 반구형인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 마이크로 렌즈의 피치는 20 - 100㎛ 인 것이 바람직하고, 상기 마이크로 렌즈의 피치는 29㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 투명판은 상기 디퓨저와 접촉하며, 상기 투명판의 굴절율은 상기 디퓨져의 굴절율보다 큰 것으로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈는 상기 디퓨저에 구비되며, 상기 마이크로 렌즈의 높이는 상기 마이크로 렌즈의 피치보다 큰 것으로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈는 고굴절 자외선 경화 수지에 의하여 상기 디퓨저에 결합되는 것으로 구성할 수도 있다. 이때, 상기 마이크로 렌즈는 반구형인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 엘이디 광원에서 나오는 빛을 디퓨저를 이용하여 산란시키는 단계와; 상기 디퓨저에서 나오는 빛을 마이크로 렌즈의 집합인 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 배광형태를 변화시켜, 측면으로 출사되는 빛을 줄이는 단계를 포함하는 평판형 엘이디 조명장치의 제조방법를 제공한다.

상기 마이크로 렌즈는 반구형이며 상기 디퓨저와 동일한 굴절율을 가지는 투명판에 결합되며, 상기 투명판과 상기 디퓨저의 사이에는 에어 갭이 존재하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이크로 렌즈는 반구형이며 상기 디퓨저보다 높은 굴절율을 가지는 투명판에 결합되는 것으로 구성할 수도 있다. 이때, 상기 투명판은 상기 디퓨저에 에어 갭없이 접촉하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마이크로 렌즈는 높이가 피치보다 큰 형상이며, 상기 마이크로 렌즈는 상기 디퓨저에 결합되는 것으로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈는 반구형이며 고굴절 자외선 경화 수지에 의하여 상기 디퓨저에 결합되는 것으로 구성할 수도 있다.

상술한 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 의하면, 눈부심의 정도를 나타내는 UGR 지수를 19 이하로 할 수 있어서, 소비자가 수용할 수 있고 지각하기 거의 어려운 정도로 눈부심을 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치 및 그 제조방법에 의하면, 눈부심을 저감하면서도 제조가 간단하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 바람직한 제1실시예를 개략적으로 도시한 분해 사시도
도 2는 도 1의 종단면도
도 3은 도 2의 눈부심 방지부의 일부를 확대하여 도시한 단면도
도 4a는 종래의 배광형태를 도시한 도면이며, 도 4b은 도 1의 배광형태를 도시한 도면
도 5는 도 2의 UGR 지수를 도시한 실험 데이터
도 6은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 바람직한 제2실시예를 개략적으로 도시한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 바람직한 제3실시예를 개략적으로 도시한 단면도
도 8은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 바람직한 제4실시예를 개략적으로 도시한 단면도

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 아래에서 설명하는 평판형 엘이디 조명장치는 하나의 예이며, 다른 형식의 엘이디 조명장치에 본 발명을 적용하는 것도 물론 가능하다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 제1실시예의 전체적인 구성을 설명한다.

하부 커버(7) 내부에 마련되는 수용부에는 엘이디 광원(1)이 장착된다. 엘이디 광원(1)에는 다수의 엘이디 소자(10)가 구비되며, 상기 엘이디 광원(1)의 상부에는 상기 엘이디 소자(10)들에서 출사되는 빛을 산란시키는 디퓨저(3)가 장착된다. 디퓨저(3)의 상부에는 상기 디퓨저(3)에서 나오는 빛이 특히 측면으로 출사되어 사용자가 측면에서 보았을 때 느끼는 측면 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부(5)가 설치된다. 눈부심 방지부(5)의 상부에는 상부 커버(5)가 설치되는 것이 바람직하며, 하부 커버(7)에는 엘이디 광원(1)에 공급되는 전류를 변환하는 컨버터(8)가 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 하부 커버(7)의 테두리에는 단차부들이 구비되어, 상기 단차부에 디퓨저(3), 눈부심 방지부(5)가 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 하부 커버(1)의 테두리의 단차부에 디퓨저(7)를 설치하고, 상부 커버(9)의 테두리에 단차부를 만들어 그 곳에 눈부심 방지부(5)를 설치하는 것도 물론 가능하다.

한편, 평판형 엘이디 조명장치에서는, 엘이디 광원(1), 디퓨저(3) 및 눈부심 방지부(5)는 평판형으로 구성되어, 평판원 엘이디 조명장치가 일종의 면광원 역할을 하는 것이 일반적이다.

도 2를 참조하여, 디퓨저(3) 및 눈부심 방지부(5)를 상세히 설명하면 다음과 같다.

위에서 설명한 바와 같이, 다수의 엘이디 소자(10)를 가지는 평판형 엘이디 광원(1)의 상부에는 상기 엘이디 광원(1)에서 출사되는 빛을 산란시키는 디퓨저(3)가 구비되며, 상기 디퓨저(3)의 상부에는 눈부심 방지부(5)가 구비된다.

각각의 구성요소를 상세히 설명하면 다음과 같다.

디퓨저(3)는 확산제가 혼합되어 만들어지며, 통상 요철이 없는 형태이다. 즉 디퓨저(3)에 혼합된 확산제에 의하여 엘이디 광원(1)에서 나오는 빛이 산란되어, 핫 스팟을 없애준다. 디퓨저(3)의 재질은 통상 폴리카보네이트(polycarbonate)이다. 눈부심 방지부(5)는 눈부심을 방지하기 위하여 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈(52a)를 가지는 마이크로 렌즈 어레이(52)를 포함하여 구성된다. 마이크로 렌즈(52a)는 아주 작은 크기이므로 육안으로는 구별하기 어렵지만, 도 2에서는 편의상 과장하여 도시한 것이다.

한편, 눈부심 방지부(5)는, 빛을 투과하는 투명판(54)과, 상기 투명판(54)에 결합되는 마이크로 렌즈 어레이(52)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 마이크로 렌즈 어레이(52)는 자외선 경화 수지(UV resin)을 이용하여 투명판(54)에 결합되는 것이 바람직하다.

한편, 특히 투명판(54)과 디퓨저(3)가 동일 재질 예를 들어 폴리카보네이드를 같이 사용하는 경우와 같이 투명판(54)의 굴절율과 디퓨저(3)의 굴절율과 동일한 경우에는, 투명판(54)과 디퓨저(3)의 사이에 다른 굴절율를 가지는 매개층이 존재하는 것이 바람직하다. 이렇게 하지 않으면, 디퓨저(3)를 통과한 빛이 마이크로 렌즈 어레이(52)로 가지 않고, 가장자리로 퍼지게 되기 때문이다.

바람직하게는, 투명판(54)은 디퓨저(3)와 소정 거리 이격되어 위치되어 상기 디퓨저(3)와 투명판(54)의 사이에 에어 갭(7)이 구비되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 공기의 굴절율은 1이며, 폴리카보네이트의 굴절율은 1.586이므로, 투명판(54)과 디퓨저(3)의 사이에 굴절율이 다른 매개층이 존재하게 된다.

도 3을 참조하여, 눈부심 방지부(5)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

마이크로 렌즈(52a)의 형상은 반구형인 것이 바람직하다. 그리고 마이크로 렌즈(52a)의 피치(P)는 20 - 100㎛ 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 마이크로 렌즈의 피치(P)는 58㎛ 인 것이 더욱 바람직하며, 이 경우에 마이크로 렌즈(52a)는 반구형이므로 높이(H)는 29㎛가 된다. 마이크로 렌즈(52a)의 형상과 크기를 한정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다. 연구 결과, 마이크로 렌즈(52a)의 피치(P)가 클수록 총 광량의 측면에서는 좋다. 그러나, 측면 눈부심 방지의 측면에서는 피치(P)가 작을수록 좋다. 따라서 총 광속을 크게 저하시키지 않으면서도 측면 눈부심을 효과적으로 방지하려면, 마이크로 렌즈의 피치는 20 - 100㎛ 인 것이 바람직하다. 도 3에서 미설명된 도면 부호 56은 자외선 경화제이고, 54는 투명판이다.

도 4를 참조하여, 측면 눈부심 방지의 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 4a는 종래의 기술에서 배광 형태이며, 도 4b는 본 실시예에서의 배광형태이다. 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 종래에는 배광 형태가 폭(W1)이 상대적으로 커서, 측면 방향으로 빛이 나가고 따라서 측면 눈부심 현상이 심하다. 그러나, 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 배광 형태가 폭(W2)이 상대적으로 적게 되고, 따라서 사용자가 측면에서 보았을 때 빛을 볼 수 없고 이에 따라 측면 눈부심 현상이 저감된다.

도 5는, 도 4에 도시한 마이크로 렌즈의 형상 및 크기를 사용한 경우에 눈부심을 측정한 것이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따르면 평판형 엘이디 조명장치의 전 부분에서 UGR 지수를 19 이하로 할 수 있었다.

도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 제2실시예를 설명한다.

본 실시예도 상술한 실시예와 기본 원리는 유사하다. 다만, 본 실시예에서는 눈부심 방지부(5)의 투명판(54)을 디퓨저(3)에서 이격시키지 않고 결합시키는 것이 가능하다. 다만, 이 경우에는 눈부심 방지부(5)의 투명판(54)의 굴절율을 디퓨저(3)의 굴절율보다 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉 투명판(54)을 디퓨저(3)와 결합시키되, 상기 디퓨저(3)의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 투명판(54)을 사용한다. 이렇게 구성하면, 눈부심 방지부(5)와 디퓨저(3)의 사이에 에어 갭이 없어도, 디퓨저(3)를 통과한 빛을 가장자리로 퍼지지 않게 하고 눈부심 방지부(5)로 안내하는 것이 가능하다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 제3실시예를 설명한다.

본 실시예에서는 눈부심 방지부(5)의 마이크로 렌즈 어레이(52)를 투명판을 사용하지 않고 직접 디퓨저(3)에 결합시킨다. 이 경우에는 마이크로 렌즈(52a)의 높이(H)를 피치(P)보다 크게 한다. 이때 마이크로 렌즈 어레이(52)는 자외선 경화 수지(UV resin)을 이용하여 디퓨저(3)에 결합되는 것이 바람직하다.

도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명장치의 제4실시예를 설명한다.

제3실시예와 마찬가지로, 본 실시예도 눈부심 방지부(5)의 마이크로 렌즈 어레이(52)를 직접 디퓨저(3)에 결합시킨다. 다만, 제3실시예와는 달리, 본 실시예에서는 마이크로 렌즈(52a)의 형상을 반구형을 사용하되, 마이크로 렌즈(52a)를 고굴절 자외선 경화 수지(64)에 의하여 상기 디퓨저(3)에 결합시킨다.

또한 디퓨저(3)는 확산제를 혼합하여 불투명한 디퓨저(3)를 사용하는 것도 가능하지만, 본 실시예에서는 투명한 모재(32)의 저부에 확산제(34)를 적절한 방법으로 결합시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기본 원리를 이용한 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시예에서는 평판형 엘이디 조명장치를 도시 및 설명하였으나, 다른 형식의 엘이디 조명장치에 본 발명의 원리를 이용하는 것도 가능하다.

1 : 엘이디 광원 3 : 디퓨저
5 : 눈부심 방지부 52 : 마이크로 렌즈 어레이
54 : 투명판 7 : 에어 갭

Claims (17)

1. 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과;
   상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키며, 실질적으로 요철이 없으며 확산제가 혼합되는 디퓨저와;
   빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하며,
   상기 눈부심 방지부는 빛을 투과하는 투명판과 상기 투명판에 결합되는 상기 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 투명판의 굴절율은 상기 디퓨져의 굴절율과 동일하며 상기 투명판은 상기 디퓨저와 접촉되는 평판형 엘이디 조명장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 반구형인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 피치는 20 - 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 피치는 29㎛ 인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
8. 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과;
   상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키며, 실질적으로 요철이 없으며 확산제가 혼합되는 디퓨저와;
   빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하며,
   상기 눈부심 방지부는 빛을 투과하는 투명판과 상기 투명판에 결합되는 상기 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 투명판은 상기 디퓨저와 결합되며 상기 투명판의 굴절율은 상기 디퓨져의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
9. 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과;
   상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키며, 실질적으로 요철이 없으며 확산제가 혼합되는 디퓨저와;
   빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하며,
   상기 마이크로 렌즈는 상기 디퓨저에 결합되며, 상기 마이크로 렌즈의 높이는 상기 마이크로 렌즈의 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
10. 다수의 엘이디 소자를 가지는 평판형 엘이디 광원과;
    상기 엘이디 소자에서 출사되는 빛을 산란시키며, 실질적으로 요철이 없으며 확산제가 혼합되는 디퓨저와;
    빛의 배광 형태를 변화시키는 다수의 마이크로 렌즈를 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하여 측면의 눈부심을 방지하는 눈부심 방지부를 포함하며,
    상기 마이크로 렌즈는 고굴절 자외선 경화 수지에 의하여 상기 디퓨저에 결합되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 반구형인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명장치.
12. 삭제
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