KR101103350B1 - 조명기구의 광확산 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 발광소자가 구비된 조명기구에 있어서, 발광소자로부터 발산되는 빛을 효과적으로 확산하여 조명 효과를 높일 뿐만 아니라, 발광소자에서 배출되는 열을 효과적으로 외부로 배출하도록 하는 조명기구의 광확산 장치에 관한 것으로, 다수의 발광장치가 소정의 간격을 두고 실장되어 있는 기판과 상기 기판을 수납하는 케이스를 포함하는 조명기구 광확산 장치는 소정 두께를 가지는 투명 재질로 이루어지며 소정 개수의 통공부를 가지는 광확산 장치를 상기 케이스 하부에 체결되는 것을 특징으로 한다.

Description

조명기구의 광확산 장치{Apparatus for diffusing light in light lamp}

본 발명은 조명기구의 광확산 장치에 관한 것으로, 구체적으로 발광 소자에서 발산되는 빛을 확산시켜 균일한 조도를 가지게 할 뿐만 아니라 발광 소자에서 방출되는 열을 효과적으로 배출할 수 있는 조명기구용 광확산 및 방열 기능을 가지는 조명기구의 광확산 장치에 관한 것이다.

일반적으로 형광등은 우리 주변에서 가장 많이 사용되는 것으로 우리에게 가장 친숙한 광원이라고 할 수 있으며, 이러한 형광등은 형광램프와 안정기 등이 별도의 부품으로 구성되어 있다.

이러한 형광램프는 형광물질을 바르고 그 속에 아르곤 가스와 수은증기를 넣고 밀봉한 관 형상이며, 전기가 공급되면 그 전기로 인하여 점등관(바이메탈)이 뜨겁게 달구어져 붙게 되고, 또 형광등은 방전이 시작되면 관전류가 점점 증가하여 전극을 파괴하여 버리므로, 전류를 어느 값 이하로 제한하기 위하여 초크코일 등의 안정기를 사용한다.

상기와 같은 형광등을 조명등으로 대부분 사용하고 있으며, 이러한 종래의 형광등은 주파수가 60Hz를 사용하여 구동하므로 형광등의 빛이 1초에 60회의 깜빡거림으로 인하여 장시간 사용시 사용자가 눈의 피로감을 많이 느끼고, 장시간 사용시 자체의 발열로 인해 주변온도를 상승시킴에 따라 높은 전력손실을 초래하며, 과열 시에는 형광램프가 쉽게 파손되는 단점이 있다.

결국, 종래의 형광등과 같은 조명등은 온도상승 및 높은 전력손실로 인해 사용 수명이 단축되고, 사용되는 부품이 많아 교체 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

이러한 형광등의 대체용으로 사용되는 LED 형광등은 전력을 빛으로 변환시키는 효율이 뛰어나고, 현재 사용되고 있는 일반적 조명기구인 백열등이나 형광등에 비해 단위 전력대비 빛의 효율이 월등히 높아 경제성이 뛰어나며, 또한 저전압으로도 원하는 만큼의 광량을 얻을 수 있어 안정성이 뛰어나므로 조명등으로 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

이에 따라 대부분의 가정이나 사무실 등에서 사용되는 기존의 형광등이 갖고 있는 문제점을 해소하기 위해 개발된 LED 형광등은 형광물질을 사용하는 형광등보다 전력 소비량이 20%에 불과하다. 또한, 10년에 달하는 수명과 납이나 수은 같은 중금속을 사용하지 않아 환경을 파괴하지 않는다는 장점을 갖는다.

상기 LED 형광등에 사용되는 LED는 불순물의 종류와 반도체 재료의 종류에 따라 고유의 빛을 발생한다. 예를 들어, 반도체 재료가 인화갈륨인 경우, 불순물이 아연 및 산소 원자일 때는 적색광(파장 700nm)을 내고, 불순물이 질소 원자일 때는 녹색광(파장 550nm)을 낸다.

상기 LED는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명이 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높음과 동시에 낮은 동작전압을 갖는다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 LED 조명등을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

종래 기술에 의한 LED 조명등(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, PCB 기판(11)상에 일정한 간격으로 배치된 다수의 LED(12)와, 상기 PCB 기판(11)을 탑재하는 케이스(13)를 구비한다.

여기서, 상기 LED(12)에서 방출된 빛 중 하부로 향하는 빛은 상기 PCB 기판(11)에 코팅되어 있는 반사체(도시되지 않음)에 반사되어 상부로 방출된다.

또한, 상기 LED(11)의 측면으로 방출되는 빛은 상기 케이스(13)의 표면에 코팅된 반사체(도시되지 않음)에 반사되어 상부로 방출된다.

이후 도면에 도시하지 않았지만, 상기 케이스(13)의 상부에 확산판을 설치하고, 커버를 덮어 조명장치(10)를 조립한다.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 LED 조명등은 다음과 같은 문제점이 있었다. 즉, PCB 기판과 케이스의 표면에 반사체를 코팅하여 LED로부터 방출된 빛을 상부로 방출시킴으로써 빛의 손실에 의한 휘도 저하와 함께 충분한 휘도를 확보하기 위해 LED 수량을 늘림으로써 제조 비용이 상승하게 된다.

한편 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 각각의 발광소자에 대응하는 확산부를 형성하여 빛을 효과적으로 확산시킬 수 있는 광 확산 렌즈를 조명기구가 있다.

도 2는 종래 기술에 의한 조명기구의 광확산 렌즈에 관한 것으로, 광 확산렌즈는 광투과성이 높은 투명한 소재 즉 유리나 아크릴 등으로 구성되는 판상의 몸체(10)와, 상기 몸체의 전면에 일정한 간격으로 형성되는 다수개의 확산부(20)로 구성되며, 상기 몸체는 다수 개의 발광소자(60)가 일정한 간격으로 구비된 조명기구(50)에 장착되어 상기 발광소자를 커버한다.

상기 확산부(20)는 각 발광소자(60)의 상부에 위치되어 상기 발광소자에서 발산된 빛을 확산시켜 외부로 조사하는데, 라운드형의 단면을 가지며 몸체(10)상에 가로방향으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 각각의 발광소자에서 발산된 빛이 그와 대응되는 확산부를 통해 확산되어 외부로 조사됨으로써, 보다 넓은 지역을 균일한 휘도로 조사할 수 있게 된다.

또한, 확산부(20)의 양측에는 집광턱(30)이 상호 대칭되게 형성되는데, 상기 집광턱은 상기 확산부의 측방으로 발산된 빛을 굴절시켜 집광하는 기능을 수행한다.

이때, 집광턱(30)의 일측에는 확산부(20)측으로 수광면(31)이 형성되고, 그 타측에는 경사면(32)이 형성되는데, 상기 수광면은 상기 확산부의 측방으로 발산되는 빛을 반사 및 굴절하는 기능을 수행하는 것으로, 그 각도는 필요에 따라 다양하게 형성할 수 있다.

상기 확산부(20)의 측방에서 발산된 빛 중 수광면(31)에 입사된 빛은 대부분 반사되어 상기 확산부측으로 집광되며, 상기 수광면으로 투과된 빛은 경사면(32)에 의해 굴절되어 산란이 이루어진다.

이에 따라, 확산부의 측방으로 발산되는 빛이 집광턱에 의해 굴절 및 집광됨으로써, 각 확산부에서 발산된 빛이 상호간섭되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 상기 집광턱(30)을 다수개 형성하되, 그 높이가 확산부(20)에서 멀어질수록 점차적으로 높게 형성하면, 상기 확산부의 측방으로 발산되는 빛을 더욱 효과적으로 반사 및 굴절시킬 수 있다.

그러나 상기와 같은 확산 렌즈를 커버에 형성하는 방법은 발광장치와 렌즈 사이의 거리가 가까운 경우 확산 범위가 줄어들게 되어 충분한 확산 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 렌즈를 별도로 형성하여야 하므로 커버의 무게가 증가되고 제조상의 곤란이 예상된다.

또한 상기와 같은 조명기구는 방열에 대한 고려가 없어 별도의 방열기구를 설치해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 다수개의 발광소자가 구비된 조명기구에 있어서, 발광소자로부터 발산되는 빛을 효과적으로 확산하여 조명 효과를 높일 뿐만 아니라, 발광소자에서 배출되는 열을 효과적으로 외부로 배출하도록 하는 조명기구의 광확산 장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다수의 발광장치가 소정의 간격을 두고 실장되어 있는 기판과 상기 기판을 수납하는 케이스를 포함하는 조명기구 광확산 장치는 소정 두께를 가지는 투명 재질로 이루어지며 소정 개수의 광확산 통공부를 가지는 광확산 장치를 상기 케이스 하부에 체결하는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 광확산 통공부는 상하부의 개구면이 서로 다른 크기를 가질 수 있으며, 상기 광확산 장치의 두께보다 같거나 작을 수 있다.

또한 상기 광확산 통공부는 그 단면이 원형이나 다각형의 형상을 가지며, 상기 광확산 통공부의 상부 개구면으로부터 하부 개구면까지 소정 각도의 기울기를 가지며, 상기 상기 확산 통공부의 종단면에서 상기 광확산 장치의 종단면까지 소정 각도의 기울기를 가지고 통공되어 있는 직하 통공부가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 조명기구 광확산 장치는 발광 소자로부터 발산되는 빛을 별도의 광확산 렌즈를 구비하지 않아도 넓은 영역에 확산되도록 하여 발광 소자의 조명등으로서 기능을 극대화 시킬 뿐만 아니라, 발광 소자로부터 배출되는 열을 외부로 배출함에 있어 별도의 방열장치를 구비하지 않아도 되며, 방열장치를 구비하여도 최소한의 크기와 무게로 설치할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 엘이디 조명등을 개략적으로 나타내는 사시도이다
도 2는 종래 기술에 따른 광확산 렌즈가 커버에 형성된 엘이디 조명등 기구의 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광확산 장치가 구비된 조명기구의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조명기구 단면도 및 광확산 부재의 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광확산 커버 및 광확산 부재의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 다른 광확산 구조에 따라 빛이 확산되는 원리를 설명하기위한 광확산 부재의 단면도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 광확산 장치가 구비된 조명기구에 대하여 도면을참고하여 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 광확산 장치가 구비된 조명기구의 분해사시도이다.

도 3에 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 조명기구는 통상의 조명기구의 본체와 같이 발광 소자 및 발광 소자가 장착되는 PCB기판 및 상기 발광 소자에서 발산된 빛을 반사하는 반사판등을 포함하는 조명 기구 몸체(310)와 상기 조명 기구 몸체(310)를 보호하고 상기 발광 소자로부터 발산된 빛을 확산하는 광확산 커버(320)와 상기 광확산 커버(320)를 조명 기구 몸체에 부착하기 위한 체결기구(340)을 포함하고 있다.

한편 본 발명에 따른 광확산 장치는 하기에서 설명하는 광확산 부재(330)가 상기 광확산 커버(320)에 다수 개 형성되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 조명기구 단면도 및 광확산 부재의 확대도이다.

본 발명에 따른 광확산 커버(410)는 광확산 부재(420)의 확대도에서 보는 바와 같이 투명한 재질로 이루어지는 광확산 커버(410)에 통공 및 확산 구조를 상기 광확산 커버(410)에 다수 개 형성하는 것으로, 상기 통공은 확산 통공부(430)와 직하 통공부(440)로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성에 따라 조명 기구 몸체(미도시)에 구비된 발광장치로부터 발산된 빛은 상기 광확산 커버(410)를 통해 하부로 조사되는데, 상기 발산된 빛은 투명 재질로 형성된 확산 통공부(430)로 입사된 후 굴절된 빛은 소정각도의 기울기를 가지는 확산면을 통해 굴절 확산되어 조사되고, 상기 직하 통공부(440)로 입사된 빛은 장애물이 전혀 없으므로 하부로 직진하여 조사된다.

상기와 같은 구성에 따라 통상적인 발광장치에서 발산된 빛, 특히 직진성이 높은 빛의 경우 발광장치 하부에만 빛이 집중되어 그 이외의 지역에는 광량이 충분하지 않아 조명이 필요한 영역의 전반에 걸쳐 휘도가 불균일해지는 문제점이 발생하나 본 발명에 따른 상기와 같은 확산 통공부(430)를 광확산 커버(410)에 추가하므로써 조명이 필요한 영역의 전반에 걸쳐 휘도의 개선효과를 가질 수 있다.

한편 발광장치가 포함된 조명기구 몸체를 커버로 밀폐하는 경우, 발광장치에서 생성되는 열을 효과적으로 배출하여야 하는 문제점이 있다.

특히 상기 발광장치로서 최근에 각광받고 있는 엘이디의 경우, 온도가 높아질수록 광량 즉, 휘도가 저하되는 문제점이 있어 엘이디에서 생성되는 열을 배출하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있으며 이를 위해 다양한 구조의 냉각수단이 제시되고 있으며 대표적인 예로 방열핀을 다수개 부착한 방열판 등이 있다.

그러나 상기의 방열판은 통상 금속판으로 이루어져서 있어 조명기구의 크기가 커질수록 무거워져 실제 조명기구를 설치 시 무게를 고려하여 조명기구 몸체가 부착면에 견고히 부착할 수 있도록 고려되어야 하는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 별도의 방열기구가 없어도 또는 방열기구를 구비하여도 최소한 크기나 무게만을 가지도록 하는 방안을 제시하고 있다.

즉, 종래 기술에서 광확산 커버는 밀봉된 구조로 되어 있으나, 본 발명에서는 광확산 커버(410)에 직하 통공부(440)를 형성하여 상기 직하 통공부(440)를 통해 외부의 공기가 조명기구 몸체 내부로 순환될 수 있도록 하여 발광 장치에서 생성된 열을 외부의 공기를 통해 자연순환에 의하여 냉각되도록 하였다.

도 5는 본 발명에 따른 광확산 부재의 세부 구성도에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광확산 커버(510)는 투명한 재질로 이루어져 있으며 다수의 광확산 부재(520)가 포함되어 있으며 상기 광확산 부재(520)는 세부적으로 확산 통공부(530)와 직하 통공부(540)으로 구성된다.

상기 확산 통공부(530)는 상하부 개구면의 크기가 서로 다른 것을 특징으로 한다. 예를 들어 상부측 즉, 발광장치측으로 형성된 개구면과 광확산 장치(510)의 하부측으로 형성된 개구면의 크기가 서로 다르도록 형성할 수 있다.

또한 상기 확산 통공부(530)는 두께는 상기 광확산 커버(510)의 두께보다 작게 형성할 수 있다. 상기 확산 통공부(530) 이하의 부분은 직하 통공부(540)로 연장되도록 한다.

한편 상기 확산 통공부(530)의 상부 개구면으로부터 하부 개구면까지는 소정의 각도의 기울기를 가지도록 할 수 있다. 상기와 같이 기울기를 가지도록 하는 것은 상기 확산 통공부(530) 외부면에 입사된 빛이 굴절되어 상기 광확산 부재(520)의 매질 내부로 입사된 후 다시 하부 경계면(S3)에서 재굴절되어 다양한 각도로 확산되는 것에 의해 균일한 광량을 얻을 수 있다.

다른 한편으로 상기 직하 통공부(540)를 통해 외부의 공기가 조명기구 몸체 측으로 유입되어 발광장치에서 발생된 열을 흡수한 다음 순환되어 상기 직하 통공부(540)배출되거나 또는 상기 조명기구 몸체의 일부에 형성되는 구멍(미도시)을 통해 배출될 수 있다.

도 6은 본 발명에 다른 광확산 구조에 따라 빛이 확산되는 원리를 설명하기위한 광확산 부재의 단면도로 발광장치(미도시)에서 발산된 빛(A)은 광확산 커버에 형성된 확산 통공부(610) 경계면(S1)에 입사되어 굴절된 후 직하 통공부(620)는 재질의 경계면(S2)에서 다시 굴절된 후 외부 공기와의 경계면(S3)에서 굴절된 후 확산된 빛(B)이 되어 외부에 조사된다.

이에 따라 종래 빛의 직진성이 우수한 빛을 발산하는 발광장치의 경우 조명기구 하부에만 빛이 집중됨에 따라 조명기구가 설치 있지 않은 영역에서는 빛이 충분하게 조사되지 않게 되고 이에 따라 수광영역에서 휘도의 불균형이 발생하게 되는데 본 발명에 따른 상기와 같은 구성에 따르면 빛의 굴절되는 각이 크게 되어 다양한 각도로 굴절된 빛이 조사되므로 조명기구가 설치되어 있지 않은 영역에까지 빛이 조사되므로 수광영역에서 휘도의 불균형을 해소할 수 있게 된다.

한편 상기와 같이 빛이 다양한 각도로 확산되게 함에 있어 별도의 렌즈를 커버에 구비하지 않아도 되므로 커버의 제작이 용이해지며 광확산 통공부를 다양한 형상으로 제작할 수 있는 장점이 있다.

도면에서는 광확산 통공부의 단면이 사각형인 구조만을 예시하였으나 필요에 따라 원형으로 형성할 수도 있으며, 이외에도 다각형의 구조로도 할 수 있음은 당업자에게 자명한 것으로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

310: 조명기구 몸체 320: 광확산 커버
330: 광확산 부재 340: 커버 체결 기구
410: 광확산 커버 420: 광확산 부재
430: 확산 통공부 440: 직하 통공부
510: 광확산 커버 520: 광확산 부재
530: 확산 통공부 540: 직하 통공부
610: 확산 통공부 620: 직하 통공부

Claims (6)

1. 다수의 발광장치가 소정의 간격을 두고 실장되어 있는 기판과 상기 기판을 수납하는 케이스를 포함하는 조명기구 광확산 장치에 있어서,
   소정 높이를 가지는 투명 재질로 이루어지며 소정 개수의 확산 통공부를 가지는 광확산 장치를 상기 케이스 하부에 체결하는 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 확산 통공부는 상하부의 개구면이 서로 다른 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 확산 통공부는 상기 광확산 장치의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 확산 통공부는 그 단면이 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,
   상기 확산 통공부의 상부 개구면으로부터 하부 개구면까지 소정 각도의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 확산 통공부의 종단면에서 상기 광확산 장치의 종단면까지 소정 각도의 기울기를 가지고 통공되어 있는 직하 통공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구 광확산 장치.

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