KR101240780B1 - LED face lighting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 패턴이 형성된 도광판을 이용한 LED 면조명 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는 복수의 LED 광원과 격자 구조로 배열된 복수의 패턴이 형성된 도광판을 포함한다. 복수의 패턴의 형상은 사각뿔, 사각뿔대, 구면 형상일 수 있으며, 도광판에 음각으로 형성된다.
본 발명에 따르면 도광판에 패턴이 형성됨으로써 LED 광원으로부터의 광이 균일하게 확산되어 LED 면조명 장치의 효율이 좋고, 금형을 이용하여 패턴을 형성하기 때문에 도광판의 제작이 용이하다.The present invention relates to an LED surface lighting apparatus using a light guide plate on which a plurality of patterns are formed. The LED surface lighting apparatus according to the present invention includes a light guide plate having a plurality of LED light sources and a plurality of patterns arranged in a lattice structure. The shapes of the plurality of patterns may be square pyramids, square pyramids, spherical shapes, and are formed intaglio on the light guide plate.
According to the present invention, the pattern is formed on the light guide plate so that the light from the LED light source is uniformly diffused, so that the efficiency of the LED surface lighting device is good and the pattern is formed using a mold, so that the production of the light guide plate is easy.
Description
본 발명은 패턴이 형성된 도광판을 이용한 LED 면조명 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 LED 광원과, 입사면에 사각뿔, 사각뿔대, 구면 형상 중 하나의 형상을 갖는 복수의 패턴이 격자 구조로 음각 형성된 도광판을 포함함으로써, LED 광원으로부터 입사된 광이 균일하게 분산되어 핫스팟이 없고 조도가 균일한 LED 면조명 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an LED surface lighting apparatus using a light guide plate having a pattern. More specifically, a plurality of LED light sources and a plurality of patterns having one of square pyramids, square pyramids, and spherical shapes on the incident surface are arranged in a lattice structure. By including the engraved light guide plate, the light incident from the LED light source is uniformly distributed, so that there is no hot spot and the illumination is uniform.
LED는 가정용, 실내용 조명으로 많이 이용되고 있다. LED를 이용한 조명은 기존 형광등에 비해 에너지 소비가 적어 전기료를 절감 할 수 있으며 이산화탄소 발생을 감축시키는 효과를 내는 등 환경 친화적이다. 또한, LED를 이용한 조명은 수명도 길어 유지 관리 비용도 절감할 수 있다. 이러한 이유로 기존의 형광등, 백열등 등의 조명을 대체하는 조명기기로서 연구, 개발 및 상품화가 진행중이다. LED is widely used for home and indoor lighting. Lighting using LEDs has less energy consumption than existing fluorescent lamps, which saves electricity costs and is environmentally friendly. In addition, LED-based lighting has a long life, which can reduce maintenance costs. For this reason, research, development and commercialization are underway as a lighting device that replaces existing fluorescent and incandescent lighting.
LED 조명은 주로 전구형으로 많이 이용되지만, 이러한 LED를 복수개 사용하여 대형화된 면조명에도 이용하고 있다. LED 광원을 면조명에 이용하기 위해서 광을 분산시키는 도광판(LGP, Light Guide Panel)을 사용한다. 종래의 LED 면조명은 광원을 도광판의 에지에 배열하여 확산판 및 도광판에 의해 광을 확산시키는 에지 방식으로 개발되었다. 하지만, 에지 방식 특성상 광원의 조도와 광효율이 낮아 직접조명 장치로 이용하기에는 기술적 한계가 있어 주로 간접 조명으로 사용되고 있다. LED lighting is mainly used as a bulb type, but a plurality of such LEDs are used to enlarge the surface lighting. In order to use an LED light source for surface lighting, a light guide panel (LGP) for dispersing light is used. Conventional LED surface lighting has been developed in an edge manner in which a light source is arranged at the edge of the light guide plate to diffuse light by the diffuser plate and the light guide plate. However, due to the edge characteristics, there is a technical limitation to use it as a direct lighting device due to low illuminance and light efficiency of the light source.
이러한 문제를 해결하기 위해 LED 광원을 PCB 기판에 격자 구조로 배열하여 직접적으로 도광판을 통과시켜 광을 확산시키는 직하방식의 조명이 등장하였지만, 기존의 도광판을 이용한 LED 면조명 장치는 복수의 LED의 광이 균일하게 분산되지 않아 핫스팟이 생기고, 조도가 불균일해진다는 문제가 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 도광판을 이용한 LED 면조명 장치는 LED 광이 도광판을 통과할 때 광이 통과하지 못하는 암부(D)가 생기고 암부(D)를 없애기 위해 LED 광원을 더 작은 간격으로 배치해야 한다. 이에 따라 제작 비용이 높아지게 되고 LED 광원을 효율적으로 이용할 수 없다는 문제가 있다.In order to solve this problem, a direct lighting method in which an LED light source is arranged in a lattice structure on a PCB board and diffuses light by directly passing through a light guide plate has appeared, but an LED surface lighting apparatus using a conventional light guide plate has a plurality of LED lights. This uniform dispersion does not occur, resulting in hot spots and uneven illumination. As shown in FIG. 1, a conventional LED surface lighting apparatus using a light guide plate has a dark portion (D) where light does not pass when the LED light passes through the light guide plate, and a smaller distance from the LED light source to eliminate the dark portion (D). Should be placed. As a result, manufacturing cost increases and there is a problem in that the LED light source cannot be efficiently used.
따라서 LED 광원의 광을 고르게 분산시켜 핫스팟이나 암부가 생기지 않고, 조도가 균일하여 안정적인 밝기를 내는 LED 광원을 이용한 면조명의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a surface light using an LED light source that evenly distributes the light of the LED light source and does not generate hot spots or dark areas, and has uniform illumination and stable brightness.
본 발명의 목적은 핫스팟이나 암부가 생기지 않고 조도가 균일한 LED 면조명장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an LED surface lighting apparatus with uniform illuminance without hot spots or dark areas.
또한 도광판의 패턴을 저렴하고 간단하게 형성할 수 있는 LED 면조명 장치를 제공하는 것이다. In addition, it is to provide an LED surface lighting device that can be formed at a low cost and simple pattern of the light guide plate.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치는 복수의 LED 광원, 입사면과 출사면을 구비한 도광판을 포함한다. 복수의 LED 광원은 격자 구조로 배열된다. 도광판의 입사면을 통하여 복수의 LED 광원으로부터 광이 입사된다. 입사면에는 복수의 패턴이 격자 구조로 형성되어 입사된 광을 확산시켜 조사면의 조도를 균일하게 한다. 도광판의 출사면은 입사된 광을 출사시킨다. In order to achieve the above object, the LED surface lighting apparatus according to the embodiment of the present invention includes a light guide plate having a plurality of LED light source, the incident surface and the exit surface. The plurality of LED light sources are arranged in a lattice structure. Light is incident from the plurality of LED light sources through the incident surface of the light guide plate. A plurality of patterns are formed in a lattice structure on the incident surface to diffuse the incident light to make the illumination of the irradiation surface uniform. An exit surface of the light guide plate emits incident light.
본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치에서 복수의 패턴은 음각으로 형성되며, 사각뿔, 사각뿔대, 구면 형상 중 하나의 형상으로 형성된다.In the LED surface lighting apparatus according to the embodiment of the present invention, a plurality of patterns are formed in an intaglio, and are formed in one of a square pyramid, a square pyramid, and a spherical shape.
본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치는 복수의 패턴의 간격을 조절함으로써 조사면의 조도의 균일도를 조절한다.LED surface lighting apparatus according to an embodiment of the present invention adjusts the uniformity of the illuminance of the irradiation surface by adjusting the interval of the plurality of patterns.
본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치는 복수의 패턴의 간격을 작게 할수록 조사면의 조도의 균일도가 높아진다.In the LED surface lighting apparatus according to the embodiment of the present invention, the smaller the interval between the plurality of patterns, the higher the uniformity of illuminance of the irradiation surface.
본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치에서 복수의 LED 광원과 도광판은 적어도 30mm 이격될 수 있다.In the LED surface lighting apparatus according to the embodiment of the present invention, the plurality of LED light sources and the light guide plate may be separated by at least 30 mm.
본 발명의 실시예에 따른 LED 면조명 장치는 LED 광원과 도광판을 수용하는 하우징을 더 구비할 수 있다. LED surface lighting apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a housing for receiving the LED light source and the light guide plate.
본 발명의 LED 면조명 장치는 도광판에 패턴을 간단한 방법으로 형성할 수 있다.The LED surface lighting apparatus of the present invention can form a pattern on the light guide plate by a simple method.
본 발명의 LED 면조명 장치는 도광판에 패턴이 형성됨으로써 LED 광원의 광이 균일하게 확산되어 조도가 균일하다. In the LED surface lighting apparatus of the present invention, a pattern is formed on the light guide plate so that the light of the LED light source is uniformly diffused so that the illuminance is uniform.
본 발명의 LED 면조명 장치는 LED 광원을 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있으며 유지 및 보수가 간편하다.LED surface lighting apparatus of the present invention can save energy by using the LED light source and is easy to maintain and repair.
도 1은 종래의 직하 방식 면조명을 나타내는 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 볼록 렌즈 및 오목 렌즈에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 패턴 및 사각뿔 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이다.
도 4는 LED 광이 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔대 형상의 패턴 및 사각뿔대 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이다.
도 6은 LED 광이 본 발명의 다른 실시예에 따른 사각뿔대 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구면 형상의 패턴 및 구면 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이다.
도 8은 LED 광이 본 발명의 다른 실시예에 따른 구면 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 종래의 도광판 및 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 이용한 조명 장치의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)와 (b)는 패턴의 간격에 따른 조도의 균일도를 나타내는 도면이다.
도 11은 패턴의 간격과 조도의 균일도와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 면조명 장치를 나타내는 도면이다.
도 13의 (a) 내지 (d)는 복수의 LED 광원과 도광판과의 거리에 따른 핫스팟 발생 정도를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a conventional direct system surface lighting.
2A and 2B are diagrams showing the refraction of light according to the convex lens and the concave lens.
3A to 3D are diagrams illustrating a light guide plate having a square pyramid-shaped pattern and a square pyramid-shaped pattern according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the diffusion of light when the LED light passes through the light guide plate formed with a square pyramid pattern according to an embodiment of the present invention.
5A to 5D are diagrams illustrating a light guide plate on which a square pyramid-shaped pattern and a square pyramid-shaped pattern according to an embodiment of the present invention are formed.
FIG. 6 is a view illustrating the diffusion of light when LED light passes through a light guide plate having a square pyramid-shaped pattern according to another embodiment of the present invention.
7A to 7D are diagrams illustrating a light guide plate on which a spherical pattern and a spherical pattern according to another embodiment of the present invention are formed.
FIG. 8 is a diagram illustrating the diffusion of light when LED light passes through a light guide plate having a spherical pattern according to another exemplary embodiment of the present invention.
9A to 9D are diagrams illustrating illuminance distributions of a conventional light guide plate and a lighting device using the light guide plate according to the embodiment of the present invention.
10 (a) and 10 (b) are diagrams showing the uniformity of roughness according to the spacing of patterns.
It is a figure which shows the correlation between the spacing of a pattern, and the uniformity of roughness.
12 is a view showing a surface lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
13A to 13D are diagrams illustrating a hot spot generation degree according to a distance between a plurality of LED light sources and a light guide plate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 2의 (a) 및 (b)는 볼록 렌즈 및 오목 렌즈에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면이다.2A and 2B are diagrams showing the refraction of light according to the convex lens and the concave lens.
LED는 백열등이나 형광등에 비해 직진성이 강하고 광의 확산이 적다. 따라서 LED 조명 장치는 LED 광원의 중심에서 벗어나면 어둡게 보이며 조사면에서의 조도가 일정하지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 광이 입사면의 형태에 따라 다르게 굴절되는 성질을 이용한다.LEDs have a higher straightness and less light diffusion than incandescent and fluorescent lamps. Therefore, the LED lighting device appears dark when it is out of the center of the LED light source, and the illuminance on the irradiation surface is not constant. In order to solve this problem, the present invention uses the property that the light is refracted differently according to the shape of the incident surface.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 광이 볼록 렌즈를 통과하는 경우 광은 렌즈가 두꺼운 쪽으로 굴절되기 때문에 광이 렌즈의 중심 방향으로 집중을 하게 되고, 즉 좁은 영역을 비추게 된다. 반면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 광이 오목 렌즈를 통과하는 경우에는 렌즈가 두꺼운 쪽으로 굴절하여 광이 확산된다. 따라서 광은 넓은 영역을 비추게 된다. As shown in FIG. 2A, when the light passes through the convex lens, the light is concentrated toward the center of the lens because the light is refracted toward the thick side, that is, the narrow area is illuminated. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the light passes through the concave lens, the lens is refracted toward the thick side and light is diffused. Therefore, the light shines in a large area.
따라서 광을 확산시키기 위하여 도광판에 오목한 형태의 패턴을 형성하여야 하며 광이 확산하는 정도는 패턴의 형태에 따라 달라진다. 본 발명에서는 도광판이 광을 균일하게 확산시키는 조도의 균일도, 도광판의 설계 및 가공성을 고려하여 사각뿔, 사각뿔대 및 구면 형상의 패턴을 도출하였다.
Therefore, in order to diffuse the light, a concave pattern must be formed in the light guide plate, and the degree of light diffusion varies depending on the shape of the pattern. In the present invention, the pattern of square pyramid, square pyramid and spherical shape is derived in consideration of the uniformity of illuminance in which the light guide plate uniformly diffuses light, the design and processability of the light guide plate.
도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 패턴 및 사각뿔 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이고, 도 4는 LED 광이 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다. (A) to (d) is a view showing a light guide plate formed with a square pyramid-shaped pattern and a square pyramid-shaped pattern according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a square pyramid shape according to the embodiment of the present invention the LED light It is a figure which shows the spread of the light at the time of passing through the light guide plate in which the pattern of the is formed.
도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 사각뿔 형상의 패턴이 도광판에 음각으로 형성된다. 사각뿔은 밑면의 길이가 1mm이며 높이가 0.5mm로 형성된다. 패턴의 높이가 커지면 도광판의 패턴 가공이 용이하지 않으므로, 가공성을 고려하여 본 실시예에서는 패턴의 높이를 0.5mm로 하였다. 복수의 사각뿔 형상의 패턴이 격자 구조로 0.25mm 간격으로 형성된다. 도 3의 (d)에는 도광판에 복수의 사각뿔 형상의 패턴이 격자 구조로 배열된 것이 도시되어 있다. 도면의 이해도를 높이기 위해 도면에서는 패턴 및 패턴의 간격이 실제보다 과장되게 도시되어 있다.As shown in FIGS. 3A to 3C, a square pyramidal pattern is engraved on the light guide plate. Square pyramid is 1mm long and 0.5mm high. When the height of the pattern is increased, the pattern processing of the light guide plate is not easy. Therefore, in the present embodiment, the height of the pattern is set to 0.5 mm in consideration of workability. A plurality of square pyramidal patterns are formed in a lattice structure at 0.25 mm intervals. 3 (d) shows a plurality of square pyramid-shaped patterns arranged in a lattice structure on the light guide plate. In order to improve the understanding of the drawings, the patterns and the spacing of the patterns are exaggerated than actual.
도 4에 도시된 바와 같이, LED 광원으로부터 출사된 광은 입사면(210)으로 입사된다. 패턴을 통해 입사되는 광은 패턴에 의해 굴절되어 도광판(200) 내부를 지나며 도광판(200)의 출사면(220)을 통해 출사된 광은 암부의 형성 없이 균일하게 확산된다.As shown in FIG. 4, the light emitted from the LED light source is incident on the
구체적으로, LED 광원에서 방출되는 광이 60˚라 가정하고 살펴본다. 다음 식 (1)은 빛의 경로를 결정하는 스넬의 법칙을 나타내는 식이다.Specifically, look at assuming that the light emitted from the LED light source is 60 °. Equation (1) represents Snell's law that determines the path of light.
nsinθ=n'sinθ' ……… 식 (1)nsin θ = n'sin θ '... ... ... Formula (1)
LED 광원에서 나온 광은 도광판(200)의 사각뿔 형상의 패턴의 경사면을 통하여 입사한다. 패턴의 경사면의 경사각을 45˚라 했을 때, 경사면으로 입사하는 광의 입사각 θ는 경사면과 수직인 법선을 기준으로 약 15 ˚가 된다. 입사각 θ(= 15˚)에 대해 도광판으로 입사 시 발생하는 굴절각 θ'은 약 10˚가 된다. 도광판(200)의 출사면(220)을 통해 출사할 때 광이 출사면(220)으로 입사하는 입사각 θ"은 약 35˚가 될 수 있다. 이때 광이 출사면(220)을 출사할 때의 굴절각을 계산하면 굴절각 θ'"은 약 60˚가 된다. 이 값을 도 1에 도시된 패턴이 형성되지 않은 도광판에 의한 굴절각과 비교를 해보면 다음과 같다. Light emitted from the LED light source is incident through the inclined surface of the square pyramid-shaped pattern of the
도 1에 도시된 바와 같이, LED 광원에서 나온 광은 도광판(100)의 입사면(110)을 통하여 입사한다. 이 때 입사각 θ가 30˚라 할 때, 도광판(100)으로의 입사시 발생하는 굴절각 θ'은 약 19˚이다. 도광판(100)의 출사면(120)을 통해 출사할 때 광이 출사면(120)으로 입사하는 입사각 θ"가 약 19˚가 되며, 이 때 광이 출사면(120)을 출사할 때의 굴절각을 계산하면 굴절각 θ'"은 약 30˚로, 패턴이 형성된 도광판을 통과하였을 때보다 굴절각이 작다. 즉, 본 발명에 따른 사각뿔 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통해 광을 확산시키는 경우 광의 굴절각, 즉 방사각이 커지며, 암부가 생기지 않는다. 이에 따라, 광은 보다 균일하게 확산된다.
As shown in FIG. 1, light emitted from the LED light source is incident through the
도 5의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔대 형상의 패턴 및 사각뿔대 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이고, 도 6은 LED 광이 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔대 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다. 5 (a) to (d) is a view showing a light guide plate formed with a square pyramid-shaped pattern and a square pyramid-shaped pattern according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a LED light according to an embodiment of the present invention It is a figure which shows the spread of the light when passing through the light guide plate in which the square pyramid-shaped pattern was formed.
도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 사각뿔대 형상의 패턴이 도광판에 음각으로 형성된다. 사각뿔대는 밑면의 각 변의 길이가 1mm이며 윗면의 각 변의 길이는 0.4mm이다. 윗면과 밑면 사이의 높이는 0.3mm로 형성된다. 복수의 사각뿔대 형상의 패턴은 격자 구조로 0.25mm 간격으로 형성된다. 도 5의 (d)에는 도광판에 사각뿔대 형상의 패턴이 격자 구조로 배열된 것이 도시되어 있다.As shown in FIGS. 5A to 5C, a square pyramid-shaped pattern is engraved on the light guide plate. The square pyramid has 1mm side length and 0.4mm length side. The height between the top and bottom is 0.3mm. The plurality of square pyramid-shaped patterns are formed in a lattice structure at 0.25 mm intervals. FIG. 5 (d) shows that a square pyramid-shaped pattern is arranged in a lattice structure on the light guide plate.
도 6에 도시된 바와 같이, LED 광원으로부터 출사된 광은 도광판(200)의 패턴에 의해 더 큰 각도로 굴절되어 확산되며 LED 면조명 장치는 암부의 형성 없이 조도가 균일해진다. 구체적인 방사각의 계산은 상술한 도 4에서의 설명과 유사하므로 생략한다.
As shown in FIG. 6, the light emitted from the LED light source is refracted and diffused at a larger angle by the pattern of the
도 7의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 구면 형상의 패턴 및 구면 형상의 패턴이 형성된 도광판을 나타내는 도면이고, 도 8은 LED 광이 본 발명의 실시예에 따른 구면 형상의 패턴이 형성된 도광판을 통과할 때의 광의 확산을 나타내는 도면이다. 7A to 7D are diagrams illustrating a light guide plate on which a spherical pattern and a spherical pattern are formed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a spherical shape according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the spread of the light at the time of passing through the light guide plate in which the pattern of the is formed.
도 7의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 구면 형상의 패턴이 도광판에 음각으로 형성된다. 구면은 반지름이 0.05mm인 구의 일부로 높이가 0.017mm로 형성된다. 각각의 구면은 격자 구조로 구의 중심의 간격이 0.125가 되도록 형성된다. 도 7의 (d)에는 도광판(200)에 구면 형상의 패턴이 배열된 것을 도시하고 있다.As shown in FIGS. 7A to 7C, spherical patterns are engraved on the light guide plate. The sphere is part of a sphere with a radius of 0.05 mm and is formed with a height of 0.017 mm. Each sphere is formed in a lattice structure such that the spacing of the centers of the spheres is 0.125. FIG. 7D illustrates that the spherical pattern is arranged on the
도 8에 도시된 바와 같이, LED 광원으로부터 출사된 광은 도광판(200)의 패턴에 의해 더 큰 각도로 굴절되어 확산되며 LED 면조명 장치는 암부의 형성 없이 조도가 균일해진다. 구체적인 방사각의 계산은 상술한 도 4에서의 설명과 유사하므로 생략한다.
As shown in FIG. 8, the light emitted from the LED light source is refracted and diffused at a larger angle by the pattern of the
다음으로 도광판(200)에 패턴을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 도광판(200)의 재질로는 투명아크릴수지인 PMMA(polymethylmethacrylate)를 주로 사용한다. PMMA는 기계적 강도가 높아 쉽게 깨지거나 변형되지 않으며, 가볍고 내화학성이 강하다. 또한, 투명하여 가시광선 투과율이 높아 도광판(200)의 재질로 바람직하다. PMMA의 굴절률은 보통 1.49~1.62이며, 광투과율은 88~93이다. 본 실시예서는 도광판의 두께를 5 내지 7mm로 하며, 바람직하게는 6mm로 한다. Next, a method of forming a pattern on the
도광판(200)의 패턴은 금형을 통해 형성할 수 있다. 금형으로 패턴을 형성한 도광판을 프린트리스 도광판(Printless LGP)이라고 한다. 프린트리스 도광판은 패턴이 가공된 금형 또는 금속판을 이용하여 제조한다. 이 때 사용하는 금속판을 스탬퍼(stamper)라 한다. 도광판의 금형에 패턴이 있는 금속판을 부착하여 사용할 수 있다. 이 밖에 금형의 한쪽면에 화학적 에칭(etching)을 통해 패턴을 형성하거나, 레이저로 가공하여 패턴을 형성할 수도 있다. 도광판의 패턴을 금형으로 형성함으로써 패턴을 보다 간편하고 저렴하게 형성할 수 있으며, 이에 따라 면조명 장치를 간단하고 저렴하게 만들 수 있다. The pattern of the
도 9의 (a) 내지 (d)는 종래의 도광판 및 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 이용한 조명 장치의 조도 분포를 나타내는 도면이다. 9A to 9D are diagrams illustrating illuminance distributions of a conventional light guide plate and a lighting device using the light guide plate according to the embodiment of the present invention.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성되지 않은 도광판을 이용한 조명 장치의 조도를 측정한 경우, LED 광원이 배치된 부분에서 핫스팟이 생기며 조도 분포가 불균일한 것을 볼 수 있다. 또한, 광이 넓게 확산되지 않아 광이 비추는 영역도 좁은 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 9의 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 도광판을 이용한 조명 장치의 조도를 측정한 경우, 광이 확산되어 핫스팟이 생기지 않으며, 방사각이 크기 때문에 넓은 면적에서 균일한 조도 분포를 보인다. 특히, 구면 형상의 패턴을 이용한 도광판의 경우 조도가 높으면서도 가장 균일하게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.
As shown in (a) of FIG. 9, when the illuminance of the lighting apparatus using the light guide plate having no pattern is measured, it can be seen that a hot spot occurs in the portion where the LED light source is disposed and the illuminance distribution is uneven. In addition, it can be seen that the light is not diffused widely and the area where light shines is also narrow. On the other hand, as shown in (b) to (d) of Figure 9, when measuring the illuminance of the lighting device using the light guide plate having a pattern, the light is diffused does not produce a hot spot, because the radiation angle is large in a large area Uniform illuminance distribution In particular, it can be seen that the light guide plate using the spherical pattern is most uniformly distributed with high illuminance.
한편, 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는 도광판에 형성된 패턴의 간격에 따라 조도의 균일도가 달라진다.On the other hand, in the LED surface lighting apparatus according to the present invention, the uniformity of illuminance varies according to the interval of the pattern formed on the light guide plate.
도 10의 (a)와 (b)는 패턴의 간격에 따른 조도의 균일도를 나타내는 도면이고, 도 11은 패턴의 간격과 조도의 균일도와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.10A and 10B are diagrams showing uniformity of illuminance according to the spacing of patterns, and FIG. 11 is a diagram showing a correlation between the spacing of patterns and uniformity of illuminance.
조도의 균일도란 조사면에서 조도의 분포가 균일한 정도를 나타내는 것으로, 조사면에서의 최고 조도를 Lmax, 최저 조도를 Lmin이라 할 때, 조도의 균일도는 식 (2)와 같이 나타낸다.Uniformity of illuminance indicates the degree of uniformity of illuminance distribution on the irradiated surface. When the highest illuminance on the irradiated surface is L max and the lowest illuminance is L min , the uniformity of illuminance is expressed as in Equation (2).
……… 식(2) ... ... ... Equation (2)
도 10에 도시된 바와 같이, 패턴의 간격이 작아질수록 방사각이 넓어져 광이 많이 확산되고 조도가 균일해짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 10, it can be seen that as the spacing of the patterns becomes smaller, the radiation angle becomes wider, so that the light is diffused more and the illuminance becomes uniform.
도 11에는 패턴의 간격과 조도의 균일도와의 상관 관계가 도시되어 있다. 패턴의 간격이 작아질수록 조도의 균일도는 높아진다. 패턴의 간격이 좁아질수록, 도광판으로 입사된 광의 방사각이 커지고 조도의 균일도가 높아지며, 이에 따라 LED 면조명 장치의 조도가 균일해진다. 다만, 패턴의 간격이 좁아질수록 패턴 형성이 어려워지고, 도광판의 단가가 올라가므로 설계의 용이성 및 생산성을 고려하여 본 발명에서는 패턴의 간격을 사각뿔, 사각뿔대 형상의 경우 0.25mm로, 구면 형상인 경우 구의 중심 간의 거리를 0.125mm로 하였다.11 shows the correlation between the spacing of the patterns and the uniformity of the roughness. The smaller the pattern spacing, the higher the uniformity of illuminance. As the spacing of the patterns becomes narrower, the radiation angle of the light incident on the light guide plate becomes larger and the uniformity of illuminance becomes high, thereby making the illuminance of the LED surface illumination device uniform. However, as the spacing of the patterns becomes narrower, the pattern formation becomes more difficult, and the unit cost of the light guide plate is increased. In this case, the distance between the centers of the spheres was 0.125 mm.
본 발명에 따른 LED 면조명 장치는 광이 넓은 방사각으로 확산되므로, LED 광원의 간격을 넓게 할 수 있고, 이에 따라 소요되는 LED 광원의 개수를 줄일 수 있어 LED 면조명 장치를 보다 저렴하게 제조할 수 있다.
Since the LED surface lighting apparatus according to the present invention diffuses light at a wide radiation angle, it is possible to widen the interval of the LED light source, thereby reducing the number of LED light sources required to manufacture LED surface lighting apparatus at a lower cost. Can be.
다음 표는 조도 측정 결과를 나타낸 것이다. 면조명 장치는 길이와 폭이 0.6m×0.6m인 것을 이용하였으며, 조명 장치의 아래 6m×6m의 정방형 구획의 9개의 지점을 측정하였다. 조명 장치로부터 측정면까지의 거리는 1m, 2m 10m로 하였다 The following table shows the roughness measurement results. The surface lighting device used a length and width of 0.6m × 0.6m, and measured nine points of the square section of 6m × 6m below the lighting device. The distance from the illuminating device to the measurement surface was 1 m and 2 m 10 m.
표 1에는 조명 장치로부터 측정면까지의 거리가 1m일 때의 결과를 나타내었다. 중심부의 조도는 1200lux이며, 조도의 최소값은 2.24lux이다. 평균 조도는 83.5lux이다.Table 1 shows the results when the distance from the illuminating device to the measurement surface is 1 m. The illuminance at the center is 1200 lux and the minimum illuminance is 2.24 lux. Average roughness is 83.5 lux.
[표 1][Table 1]
표 2에는 조명 장치로부터 측정면까지의 거리가 2m일 때의 결과를 나타내었다. 중심부의 조도는 300lux이며, 조도의 최소값은 8.64lux이다. 평균 조도는 69.6lux이다.
Table 2 shows the results when the distance from the illumination device to the measurement surface is 2 m. The central illuminance is 300 lux and the minimum illuminance is 8.64 lux. Average roughness is 69.6 lux.
[표2][Table 2]
표 3에는 조명 장치로부터 측정면까지의 거리가 10m일 때의 결과를 나타내었다. 중심부의 조도는 12lux이며, 조도의 최소값은 8.53lux이다. 평균 조도는 10.6lux이다.Table 3 shows the results when the distance from the illumination device to the measurement surface is 10 m. The central illuminance is 12 lux and the minimum illuminance is 8.53 lux. Average roughness is 10.6 lux.
[표3][Table 3]
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 면조명 장치를 나타내는 도면이고, 도 13의 (a) 내지 (d)는 복수의 LED 광원과 도광판과의 이격 거리에 따른 핫스팟 발생 정도를 나타내는 도면이다. 12 is a view showing a surface lighting apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 13 (a) to (d) is a view showing the degree of hot spots according to the separation distance between the plurality of LED light source and the light guide plate.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는 복수의 LED 광원과 도광판을 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다. 하우징은 복수의 LED 광원을 격자 구조로 배치하며, 복수의 LED 광원과 일정 간격 이격된 거리에 도광판을 위치시킨다. 하우징에 도광판 고정 위치를 조절하여 LED 광원과 도광판 사이의 거리를 조절한다. LED 광원과 도광판 사이의 거리가 너무 가까우면 핫스팟 현상이 심해지므로, LED 광원과 도광판 사이의 거리는 일정 간격 이격되어 있어야 한다. As shown in FIG. 12, the LED surface lighting apparatus according to the present invention may further include a housing accommodating a plurality of LED light sources and a light guide plate. The housing arranges the plurality of LED light sources in a lattice structure, and positions the light guide plate at a distance spaced apart from the plurality of LED light sources. The distance between the LED light source and the light guide plate is adjusted by adjusting the light guide plate fixing position in the housing. If the distance between the LED light source and the light guide plate is too close, the hot spot phenomenon becomes severe, and therefore, the distance between the LED light source and the light guide plate should be spaced at a predetermined interval.
도 13에 도시된 바와 같이, LED 광원과 도광판 사이의 거리가 5mm일 때, 핫스팟이 가장 심하며, LED 광원과 도광판 사이의 거리가 멀어질수록 핫스팟 현상이 완화된다. 즉, LED 광이 도광판에 형성된 패턴을 통해 확산되더라도 LED 광원과 도광판 사이의 거리가 가까우면 패턴의 확산 효과가 좋지 않음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 LED 면조명 장치에서 LED 광원과 도광판 사이의 이격 거리를 달리하여 면조명 장치의 핫스팟 발생 정도를 확인하였으며, LED 광원과 도광판 사이의 거리가 적어도 30mm 이상 떨어져 있을 때 패턴에 의한 핫스팟이 완화된 균일한 조도를 얻을 수 있었다.
As shown in FIG. 13, when the distance between the LED light source and the light guide plate is 5 mm, the hot spot is most severe, and as the distance between the LED light source and the light guide plate increases, the hot spot phenomenon is alleviated. That is, even when the LED light is diffused through the pattern formed in the light guide plate, it can be seen that the diffusion effect of the pattern is not good when the distance between the LED light source and the light guide plate is close. In the LED surface lighting apparatus according to the present invention, the degree of hot spot occurrence of the surface lighting apparatus was confirmed by varying the separation distance between the LED light source and the light guide plate, and when the distance between the LED light source and the light guide plate is at least 30 mm or more, the hot spot by the pattern is separated. A relaxed uniform roughness could be obtained.
LED 광원은 에너지 효율이 좋으며, 백열전구 및 형광램프를 대체할 수 있는 광원으로서 시장성이 막대할 것으로 기대된다. 전체 조명등의 13%가 LED 광원으로 대체되는 경우 조명용 원유 소비량의 7% 절감될 것으로 예측된다는 보고가 있으며, LED 조명 장치의 개발을 통해 연간 에너지 절감효과가 클 것으로 예상된다.
The LED light source is energy efficient and is expected to be enormously marketable as a light source that can replace incandescent lamps and fluorescent lamps. It is reported that if 13% of all lamps are replaced by LED light sources, 7% of crude oil consumption will be reduced, and the annual energy saving effect will be great through the development of LED lighting devices.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate description of the present invention and to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100 : 종래의 도광판 200 : 패턴이 형성된 도광판
110, 210 : 입사면 120, 220 : 출사면100: conventional light guide plate 200: patterned light guide plate
110, 210:
Claims (6)
상기 복수의 LED 광원으로부터 광이 입사되고 입사된 광을 확산시켜 조사면의 조도를 균일하게 하며 사각뿔의 형상으로 음각 형성되는 복수의 패턴이 격자 구조로 배열된 입사면과, 광을 출사시키는 출사면을 구비한 도광판; 및
상기 복수의 LED 광원을 격자 구조로 배치하며, 상기 복수의 LED 광원과 적어도 30mm 이격된 거리에 상기 도광판을 위치시키는 하우징;을 포함하고,
상기 입사면에 형성된 상기 복수의 패턴은 금형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 면조명 장치.A plurality of LED light sources arranged in a lattice structure;
Light incident from the plurality of LED light sources is diffused and the incident light is diffused to uniform the illuminance of the irradiated surface, and a plurality of patterns formed in a square pyramid are engraved in a lattice structure, and an exit surface for emitting light The light guide plate having a; And
And arranging the plurality of LED light sources in a lattice structure and placing the light guide plate at a distance of at least 30 mm from the plurality of LED light sources.
The plurality of patterns formed on the incident surface is formed by a metal mold, LED surface lighting device.
상기 복수의 패턴의 간격을 조절함으로써 상기 조사면의 조도의 균일도를 조절하는 것을 특징으로 하는 LED 면조명 장치.The method of claim 1,
LED surface illumination apparatus characterized by adjusting the uniformity of the illuminance of the irradiation surface by adjusting the interval of the plurality of patterns.
상기 복수의 패턴의 간격을 작게 할수록 상기 조사면의 조도의 균일도가 높아지는 것을 특징으로 하는 LED 면조명 장치.The method of claim 3,
LED surface illumination device characterized in that the uniformity of the illuminance of the irradiation surface increases as the interval between the plurality of patterns is reduced.
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