KR101308400B1

KR101308400B1 - 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등

Info

Publication number: KR101308400B1
Application number: KR1020130021394A
Authority: KR
Inventors: 안인규; 이슬기
Original assignee: 이슬기; 안인규
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-16

Abstract

본 발명은 하는 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 관한 것으로 특히, 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈을 가로등기구의 본체 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서, 대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 정해진 비율(예를 들어 40∼30% 대 60∼70% 비율)과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 한 것을 특징으로 한다.
따라서, 정해진 차선과 인도가 설치되어 차량과 사람이 공동으로 이용하는 도로 주변에서 정해진 간격을 두고 설치되는 가로등에 대해 법적으로 정해진 종합 균제도를 만족시킬 수 있어 가로등 불빛에 의한 도로상의 명암 편차를 줄일 수 있으므로 균제도 불균일로 인해 야기되는 교통사고를 감소시킬 수 있음은 물론 쾌적한 도시 미관을 보장할 수 있고, 불필요한 경제적 손실 및 에너지 낭비를 방지할 수 있으며, 특히 복수의 발광다이오드 조명모듈로 제조되는 가로등 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등{ＬＥＤ lamp module for streetlight for improving uniformity ratio of illuminance}

본 발명은 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 이용하여 소정의 조도를 갖는 가로등을 제조할 때, 대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 정해진 비율(예를 들어 40∼30% 대 60∼70% 비율) 및 정해진 형태로 배치시켜 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 대한 고조도 부분과 저조도 부분의 비를 나타내는 균제도(uniformity ratio of illumination, uniformity factor, 均齊度)를 대폭 향상시켜 정해진 차선과 인도가 설치되어 차량과 사람이 공동으로 이용하는 도로 주변에서 정해진 간격을 두고 설치되는 가로등에 대해 법적으로 정해진 종합 균제도를 만족시킬 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 종래의 가로등 또는 보안등 등은 주로 수은등이나 나트륨등을 광원으로 사용하여 조명을 하게 함으로써 밝기에 비하여 에너지 소비가 크다는 문제점과 수명이 짧아 시간경과에 따라 광량이 급격하게 저하되어 주기적인 관리가 필요하고 배광곡선에 따른 균제도가 매우 낮은 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 위에 열거한 등은 수은가스를 이용하고 있으므로 폐기시 환경오염의 원인으로 작용하는 문제점을 갖고 있었다.

따라서, 최근에는 전력소모가 적고 수명이 긴 발광다이오드(LED)를 광원으로 사용하는 조명등이 개발 출시되고 있다.

여기서 균제도(uniformity ratio of illumination, uniformity factor, 均齊度)라 함은 일정 공간에서 빛의 균일한 분포 정도를 말하며, 조도균 제도와 휘도 균제도가 있다. 일반적으로 균제도란 주로 조도 균제도를 말하는데 어떤 면의 조도 값 중 한정된 범위에 있어서의 평균 조도 값에 대한 최소 조도 값의 비로 나타낸다.

한편, 상기 발광다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 빠른 응답속도, 저 전력 소모, 긴 수명 등의 장점을 가진 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고 이들의 재결합에 의해 발광시키는 것을 이용한 것으로, 종래의 조명용 백열전구 및 할로겐 전구보다 소비전력이 1/10 정도 소요되어 전기에너지를 크게 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다.

특히, 교통신호등이나 가로등 또는 보안등, 투광등, 경관조명등 및 하우스나 축사용 조명등 등과 같이 전력이 많이 소요되는 부분에 있어서는, 이들 조명등기구에 많이 사용되는 나트륨등이나 수은등을 발광다이오드로 교체하게 되면 소비전력 절감효과는 매우 크다.

그런데 종래의 발광다이오드를 이용한 조명등기구 중 예를 들어 발광다이오드형 가로등 또는 보안등기구는 일반 형광등의 가로등 또는 보안등과는 달리 점등회로가 단순하고, 인버터 회로와 철심형 안정기가 불필요하며, 전력 소모가 적고 수명이 길기 때문에 유지나 보수비용이 적은 장점이 있다.

그러나, 이와 같은 발광다이오드형 보안등이나 가로등, 투광등, 경관조명등 및 하우스나 축사용 조명등, 간판 간접 조명등 및 다운 라이트 기구의 단점으로는 열적 스트레스로 인한 특성 열화 및 고장이 발생한다는 측면이다.

이는 발광다이오드를 동작시키기 위해 다수의 발광다이오드에 흐르는 전류가 높을수록 발생하는 열이 많아지기 때문에 고장 및 특성 열화가 발생하게 된다.

예를 들어, 발광다이오드 가로등 또는 보안등이나 투광등, 경관조명등 또는 하우스나 축사용 조명등, 간판 간접 조명등, 다운 라이트 및 거실등 등의 제어 보드(PCB : printed circuit board)는 PCB 상에 다수 LED의 점멸을 제어하는 제어 회로 및 각 LED에 외부로부터 공급되는 전원이 공급되도록 하는 전원 회로 등이 구현되며, 제어보드는 다수의 LED에서 발생되는 열에 의한 열적 스트레스로 인해 오동작 또는 고장을 일으킨다.

그래서 종래의 발광다이오드형 가로등 또는 보안등, 투광등, 경관조명등 및 하우스나 축사용 조명등, 간판 간접 조명등 및 다운 라이트 등에서는 열전도성이 우수한 금속 물질을 이용한 히트 싱크(heat sink) 또는 슬러그와 같은 방열판을 장착하여 LED의 발광에 의한 열적 스트레스를 해소하고자 하고 있는 경우가 많으나, 이는 방열판을 구성하는 금속 물질의 한계성으로 인해 요구되는 방열 효율을 만족시키기 위해서는 방열판의 두께 및 부피가 커지게 되므로, 각각의 조명등기구의 크기와 무게는 증가하게 된다.

뿐만 아니라, 종래 발광다이오드 조명모듈 또는 가로등기구의 경우 그 특성상 밀폐를 유지시켜야만 외부로부터 습기의 유입을 차단할 수 있어 효율적인 방열을 위한 냉각장치의 설치가 곤란하며, 그렇다고 냉각장치를 설치하게 되면 가로등 또는 보안등, 투광등, 경관조명등 및 하우스나 축사용 조명등의 내부로 외부에서 물이나 습기를 포함하여 각종 이물질이 유입될 우려가 있다.

한편, 발광다이오드 조명모듈에서 사용되고 있는 방열체를 알루미늄으로 다이케스팅 성형할 경우 그 두께와 부피 및 체적이 두껍고 커서 제품의 생산원가가 상승하게 될 뿐만 아니라 경량화가 불가능하여, 종래 방전등의 무게보다 몇 배 더 나가는 등주 및 조명설치 지주대의 원가 상승을 초래하며, 또한 기 설치된 멀쩡한 등주를 교체해야 하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 종래 방전등형 보안등 및 투광등 등을 발광다이오드형 보안등 및 투광등 등으로 교체하고자 할 경우, 방전등형 보안등 및 투광등 등의 본체 내에 발광다이오드형 보안등 및 투광등에서 필요로 하는 방열기구를 내장시킬만한 공간이 부족하여 그대로 사용할 수 없으므로 이를 버리게 되어 불필요한 자원 낭비를 가져오는 문제점도 있다.

또한, 종래 방열 구조 중 알루미늄 압출 또는 다이케스팅 구조는 열전도는 어느 정도 우수 하지만, 밀폐된 곳에서는 열 방산(열 확산 또는 열기의 대기로의 방출) 성능이 급격히 떨어진다.

그러한 이유로, 근래에 노트북이나 PC에는 거의 채용되지 않는 방열 구조인데도 불구하고, LED 조명의 대부분 방열 구성은 알루미늄 다이케스팅 또는 압출로 구성하고 있으나 전체적인 부피가 커지고, 무게가 증가되는 문제점을 갖고 있다.

또, 종래 히트 스프레더(일명 무동력 히트 펌프) 원리의 방열장치는 성능은 우수 하지만 한정된 수명과 고가이며 부피가 큰데도 불구하고, 근래에 노트북 등의 고가 제품 및 일부의 LED 조명에 적용되어 지고 있으나 조명등 기구의 경우 가격이 너무 비싸지게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래 알루미늄 박막 판재를 프레스 가공 후 적층하여 판재를 다발로 묶는 구조로 제공되는 방열 구조는 열전도 부분은 어느 정도 성능이 되고, 열 확산 성능도 많이 개선되지만, 밀폐된 공간에서는 열 확산에 한계가 따르며, 박만 판 사이의 좁은 공간의 공기층이 오히려 보온 작용을 일으키는 문제점을 지니고 있고, 특히 미세 먼지나 분진이 많은 곳에서는 권장되지 않는 방열 방식이기도 하다.

한편, 발광다이오드 조명모듈을 이용하여 계단 조명등, 투광등, 가로등, 보안등, 경관조명등, 하우스나 축사 또는 공장용 조명등, 거실등, 간판 간접 조명등 및 다운 라이트 등과 같은 각종 조명등 기구를 제작하다 보면 각각의 조명모듈에 전원 공급용 컨버터를 단독으로 직접 설치할 필요가 있을 경우도 있고, 또 때에 따라서는 전류 제한기 또는 컬러 제어기와 전원 공급용 컨버터 자체를 별도로 크게 제작하여 전원 및 신호선을 수개의 조명모듈에 각각 연결시켜 주어야 하는 경우가 있다.

그런데, 상기한 두 예 중 각각의 조명모듈에 전원 공급용 컨버터를 단독으로 직접 설치하는 경우 종래에는 열확산 계수와 열 전도도가 매우 낮은 일반 합성수지재로 성형한 함체 내에 내장한 형태를 가지고 있어 각각의 조명모듈에 설치되는 전원 공급용 컨버터 자체에서 발생되는 열을 원활히 방열시킬 수 없을 뿐만 아니라 발광다이오드에서 발생되는 열 역시 방열체를 통해서만 방열되므로 전원 공급용 컨버터 내장형 발광다이오드 조명모듈을 구성하고 있는 전원 공급용 컨버터를 포함하여 발광다이오드의 수명이 짧은 문제점이 있다.

따라서, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 발광다이오드형 조명모듈을 개발하여 국내 등록특허공보 10-1095868호로 제시한 바 있는데, 이와 같은 발광다이오드형 조명모듈의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

단독으로 조명등 기능을 수행하거나, 소정 면적을 갖는 모듈 고정판에 수개가 고정 설치되어 원하는 출력을 갖는 각종 조명등 기구를 구성하는데 사용되는 발광다이오드형 조명모듈을 구성함에 있어서, 초음파 융착을 통해 방열체의 저면에 고정 설치되어 LED들에서 발생되는 빛은 투과 또는 확산시키고 외부에서 유입되는 각종 이물질과 우수의 유입은 차단하는 빛 투광 또는 확산판과; 방열체의 저면에 스크류들을 통해 고정 설치된 상태에서 전원 공급용 컨버터의 제어를 받아 조명에 필요한 빛을 발생시켜 주는 LED 기판과; 다이케스팅을 통해 몸체의 상면에 수개 방열봉들이 일체로 돌출 형성되고 저면에는 LED 기판 설치홈 겸 빛 투광 또는 확산판 설치홈이 구비되며 몸체에는 수개의 초음파 융착돌기 통과공이 형성되도록 경금속계열 합금으로 성형된 구성을 갖고 발광다이오드에서 발생되는 열을 1차로 방열시켜 주는 방열체와; 상기 빛 투광 또는 확산판과 방열체 사이의 기밀을 유지시켜 주는 방수 링과; 경금속계열 합금으로 방사형 판체 형상을 갖게 성형되어 상기 방열체 몸체와 수평을 이루면서 방열봉들의 중간부 사이에 다단으로 고정 설치되어 발광다이오드에서 발생되는 열을 2차 이상 더 방열시켜 주는 방열판과; 뚜껑체가 구비된 사각 함체 형상을 갖도록 전도성/고분자 방열 수지재로 사출 성형된 형태를 갖고 상기 방열체의 방열봉 상부 및 방열판들의 상부에 스크류들을 통해 착탈 가능하게 고정 설치되어 그 내부로 수납되는 전원공급용 컨버터에서 발생되는 열을 포함하여 방열체 및 방열판들 통해 전달되어 오는 LED의 일부 잔열을 방열시켜 주는 방열형 함체와; 상기 방열형 함체의 상면 개구부 주연부와 뚜껑체의 저면 사이에 설치되어 외부로부터 방열형 함체의 내부로 습기를 포함하여 각종 이물질이 유입되지 않도록 하는 방수 패킹과; 상기 방열형 함체 내에 수납된 상태에서 LED 기판에 설치된 LED의 구동에 필요한 전원전압을 공급시켜 주는 전원 공급용 컨버터;를 구비하고 있다.

따라서, 사용자가 이들을 이용하여 각종 고출력 조명등 기구를 손쉽게 제작하여 사용할 수 있었을 뿐만 아니라, 방열체와 복수의 방열판을 통해 입체적인 다중 방열을 실시할 수 있어 발광다이오드형 조명모듈 자체의 방열기능을 대폭 향상시킬 수 있었고, 또한 각각의 발광다이오드형 조명모듈에 대한 전체적인 부피와 체적을 크게 줄일 수 있어 경량화 및 소형화가 가능하였다

또한, 제품의 생산원가를 대폭 저감시킬 수 있으며, 특히 가로등이나 투광등 및 보안등 등과 같이 비교적 고출력의 조명등 기구를 제작할 때 기존 지주대나 반사갓 또는 케이스를 그대로 사용한 상태에서 필요한 개수의 발광다이오드형 조명모듈만 반사갓 또는 케이스 등의 내부에 설치하여 원하는 조명출력을 얻을 수 있어 제품의 생산원가와 설치비용을 대폭 저감 및 감소시킬 수 있었음은 물론 불필요한 자원낭비를 방지할 수 있었다.

그러나, 이와 같은 구성을 갖는 발광다이오드형 조명모듈에 있어서 확산판에 형성시킨 렌즈들이 일정한 조사 각도를 갖는 형태이어서 다수의 발광다이오드형 조명모듈을 이용하여 가로등을 성형할 경우 가로등에서 원하는 배광곡선을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

상기에서 언급된 배광곡선 중 배광(light distribution, 配光)이라 함은 광원의 광도에 대한 공간분포를 말하는 것으로, 이와 같은 배광에는 두 종류가 있는데, 그 하나는 광원의 중심을 지나는 평면상의 배광인 수평면 배광이고, 다른 하나는 광원의 연직축을 지나는 연직면 상의 배광인 연직면 배광이라 한다.

또, 상기에서 광원의 중심을 지나는 평면상의 배광을 수평면 배광, 광원의 연직 축을 지나는 연직면 상의 배광을 연직면 배광이라 하며, 광원의 연직 축에 대해 대칭인 것(내부에 백열전구를 넣은 구형의 기구 같은 것)의 배광은 한 연직면 배광으로 나타낼 수 있으나, 대칭이 아닌 것(반사기나 루버를 단 형광등 기구 등)의 배광은 그 기구의 축을 지나는 한 연직면 상의 배광과, 그것에 수직인 평면상의 배광 및 그 각각의 면과 45°의 각을 이루는 평면상의 배광으로 나타내는 때가 많다.

또한, 상기 배광곡선(luminous intensity distribution curve, 配光曲線)이라 함은 광원 또는 조명기구의 중심을 포함하는 어느 면 내의 광도를 방향의 함수로서 나타낸 곡선을 말하는 것으로, 이와 같은 배광곡선은 곡선. 보통, 광원 등의 중심을 원점으로 하는 극좌표로 나타낸다.

한편, 발광다이오드를 이용한 조명모듈에서 사용되는 렌즈는 통상 8∼10°와 20°, 40°및 60°렌즈를 많이 사용하고 있는데, 예를 들어 8∼10°렌즈의 경우는 빛의 확산 폭은 매우 좁고 조사 길이는 길어 수직 배광곡선이 도 1의 (a)와 같이 폭은 매우 좁고 거리는 많이 나가는 대략 긴 타원형의 형태로 성형되고, 20°와 40°및 53.5°렌즈의 경우는 상기 8∼10°렌즈에 비해 상대적으로 빛의 확산 폭은 점차 넓어지고 조사 길이는 점차 짧아지어 수직 배광곡선이 도 1의 (b) 내지 도 1의 (d)와 같이 타원이 차츰 원형 측으로 변화되는 형태로 성형되며, 60°렌즈의 경우는 도 1의 (e)와 같이 상기한 렌즈들에 비해 좀더 원형에 가까운 형태의 수직 배광곡선이 형성된다.

그런데, 종래 대부분의 발광다이오드형 가로등의 경우 소정 면적을 갖는 투광판의 외면 중 각각의 발광다이오드가 설치된 위치에 대응하는 위치에 일정한 조사 각도를 갖는 광폭형 렌즈를 일체로 성형하거나, 또는 발광다이오드 별로 소정의 조사 각도를 갖는 광폭형 렌즈들을 조합 설치하여 원하는 배광곡선을 얻으려 하고 있다.

즉, 광원으로 발광다이오드를 사용하는 가로등은 발광다이오드에서 빛을 발광함에 있어서 직진성을 갖기 때문에 각각의 가로등용 발광다이오드 조명모듈을 제작하고 다양한 각도로 틸팅하여 광역 배광을 얻는데, 이때 광폭형 렌즈를 사용하여 보다 먼 곳으로 빛을 발산하지만 균제도가 떨어진다.

또한, 상기에서 발광다이오드 별로 소정의 조사 각도를 갖는 광폭형 렌즈들을 조합 설치하여 원하는 배광곡선을 얻기 위해서는 각각의 렌즈에 대하여 에이밍 작업을 해야만 되는데, 이와 같은 에이밍 작업은 전문가가 아니면 매우 어려울 뿐만 아니라 하나의 가로등에 구비되어 있는 다수의 발광다이오드 조명모듈에 설치되어 있는 수많은 렌즈를 포함하여 각 가로등에 대한 에이밍을 일일이 실시해야만 하므로 시간과 비용이 많이 들게 되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 균제도를 확보하기 위해, 발광다이오드의 개수를 늘리고 발광다이오드의 설치 피치(pitch)를 좁게 하면, 광원 모듈이 대형화되고 소비전력이 상승하여 에너지 절감효과가 떨어지는 문제점이 있다.

본 출원인이 선 출원하여 국내 등록특허공보 10-1095868호로 특허받은 발광다이오드형 조명모듈에서 사용되는 광폭형 렌즈에는 도 2의 (a)와 같이 초점이 중앙에 위치되도록 성형되는 대칭형과 도 2의 (b)와 같이 초점이 어느 일측으로 편심되게 성형되는 비대칭형이 있다.

상기한 렌즈 중 대칭 광폭형 렌즈를 사용한 발광다이오드 조명모듈의 배광곡선은 도 3의 (a)와 같이 수평측 배광곡선은 중심선 상에서 양측으로 120∼140°를 나타내고, 수직측 배광곡선은 중심선 상에서 양측으로 각각 30°를 나타내는데 반해, 비대칭 광폭형 렌즈를 사용한 발광다이오드 조명모듈의 배광곡선은 도 3의 (b)와 같이 수평측 배광곡선은 중심선 상에서 양측으로 120∼140°를 나타내고, 수직측 배광곡선은 중심선 상에서 일측은 15°를 나타내고 타측은 45°로 치우쳐 나타내게 된다.

한편, 가로등의 경우 차선의 숫자와 배광곡선의 폭 등을 감안하여 등주 사이의 간격 및 높이가 결정되어 지는데, 통상 각 가로등별 배광곡선 일부가 겹치도록 하여 등주 간격과 높이를 결정하게 된다.

그런데, 종래 대부분의 발광다이오드형 가로등 경우, 전술한 바와 같이 소정 면적을 갖는 투광판의 외면 중 각각의 발광다이오드가 설치된 위치에 대응하는 위치에 일정한 조사 각도를 갖는 광폭형 렌즈를 일체로 성형하거나, 또는 발광다이오드 별로 소정의 조사 각도를 갖는 광폭형 렌즈들을 조합 설치하여 설치하고 에이밍 작업을 실시한 상태에서 이들의 배광곡선을 살펴보면 도 4와 같이 등주를 중심으로 중앙부가 오목한 형태(즉, 대략 나비 형상)를 나타내게 되어 비록 가로등별 배광곡선 일부가 겹치도록 하여 등주 간격과 높이를 결정했다 하더라도 빗금친 부분과 같이 가로등의 불빛이 미치지 않아 어두운 상태를 나타내는 부분이 큰 면적으로 발생하는 문제점이 있다.

이와 같이 가로등의 배광곡선이 중앙부가 오목한 형태를 나타내는 형태에서는 결국 강제규정사항인 차선축 균제도를 만족시킬 수 없어 야간운전시 운전자의 시야를 확보시킬 수 없는 문제점이 있다.

즉, 가로등의 배광곡선이 중앙부가 오목한 형태로 나타날 경우 가로등을 기준으로 위치에 따라 노면의 조도 레벨이 달라져 전체 인도 및 차도의 노면 밝기가 일정하지 않으며, 특히 상기 가로등과 멀리 떨어진 차선 측으로 갈수록 조도가 낮아지는 경향을 보이게 되므로 결국 운전자의 시각을 어지럽게 하고, 그로 인해 운전자가 도로상의 사물을 정확히 인식하지 못하게 되어 교통사고를 유발하는 원인이 되고 있다.

그렇다고 도로의 기준 균제도를 만족시키기 위해서 필요 이상의 가로등을 설치할 경우 도시의 미관을 해칠 뿐만 아니라 크나큰 경제적 손실 및 에너지 낭비를 가져오게 된다.

1. 대한민국 등록특허공보 10-1095868호(2011년 12월 13일) 2. 대한민국 공개실용신안공보 20-2009-0008810호(2009년 09월 01일) 3. 대한민국 공개특허공보 10-2011-0128434호(2011년 11월 30일 4. 대한민국 등록특허공보 10-1195169호(2012년 10월 22일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 출원인이 선 출원하여 10-1095868호로 특허받은 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 이용하여 소정의 조도를 갖는 가로등을 제조할 때, 대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 정해진 비율(예를 들어 40∼30% 대 60∼70% 비율) 및 정해진 형태로 배치시켜 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 대한 고조도 부분과 저조도 부분의 비를 나타내는 균제도를 대폭 향상시킬 수 있도록 함으로써 정해진 차선과 인도가 설치되어 차량과 사람이 공동으로 이용하는 도로 주변에서 정해진 간격을 두고 설치되는 가로등에 대해 법적으로 정해진 종합 균제도를 만족시킬 수 있어 가로등 불빛에 의한 도로상의 명암 편차를 줄일 수 있으므로 균제도 불균일로 인해 야기되는 교통사고를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 쾌적한 도시 미관을 보장할 수 있고, 불필요한 경제적 손실 및 에너지 낭비를 방지할 수 있는 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈을 가로등기구의 본체 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서, 대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 정해진 비율과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기에서 정해진 비율은 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 40∼30%가 되고, 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 640∼30%가 되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에서 정해진 패턴은 40∼30%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 중앙에 배치하고, 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 양측에 각각 배치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기에서 정해진 패턴은 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 어느 일측에서 타측 방향으로 연속해서 수 줄로 배치하고, 연이어 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 배치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에서 정해진 패턴은 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈과 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 서로 지그재그식으로 교차되게 정해진 비율로 혼합하여 배치한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 의하면, 본 출원인이 선 출원하여 10-1095868호로 특허받은 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 이용하여 소정의 조도를 갖는 가로등을 제조할 때, 대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈들을 예를 들어 40∼30% 대 60∼70% 비율로 설치함은 물론 정해진 형태로 배치시켜 줌으로써 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 대한 고조도 부분과 저조도 부분의 비를 나타내는 균제도를 대폭 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 정해진 차선과 인도가 설치되어 차량과 사람이 공동으로 이용하는 도로 주변에서 정해진 간격을 두고 설치되는 가로등에 대해 법적으로 정해진 종합 균제도를 만족시킬 수 있어 가로등 불빛에 의한 도로상의 명암 편차를 줄일 수 있으므로 균제도 불균일로 인해 야기되는 교통사고를 감소시킬 수 있음은 물론 쾌적한 도시 미관을 보장할 수 있고, 불필요한 경제적 손실 및 에너지 낭비를 방지할 수 있으며, 특히 복수의 발광다이오드 조명모듈로 제조되는 가로등 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1의 (a)-(e)는 일반적으로 널리 사용되고 있는 8∼10°와 20°, 40°, 53.5° 및 60°렌즈를 발광다이오드 조명모듈에 설치하였을 때 각각 나타나는 배광곡선도.
도 2의 (a)(b)는 발광다이오드 조명모듈에서 널리 사용되고 있는 대칭형 및 비대칭형 광폭 조명 렌즈의 사시도.
도 3의 (a)(b)는 발광다이오드 조명모듈에 각각 대칭형 및 비대칭형 광폭 조명 렌즈를 설치하였을 때 나타나는 배광곡선도.
도 4는 종래 발광다이오드형 가로등들을 도로에 설치하고 실험한 배광곡선도.
도 5의 (a)(b)는 본 발명에서 사용된 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈 장착형 발광다이오드 조명모듈의 사시도.
도 6의 (a)-(d)는 본 발명에서 대칭 또는 비대칭 광폭형 장착형 발광다이오드 조명모듈들을 다양한 형태로 배치하여 발광다이오드 조명모듈형 가로등을 제작한 예를 가로등들의 저면도.
도 7은 본 발명이 적용된 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 의해 형성되는 배광곡선도.
도 8은 본 발명이 적용된 발광다이오드 조명모듈형 가로등을 도로에 설치하고 실험한 결과에 대한 배광곡선도.
도 9의 (a)-(c)는 본 발명이 적용된 90W의 가로등에 대한 시험 상태와 조건 및 시뮬레이션 결과 배광곡선도.
도 10의 (a)-(c)는 본 발명이 적용된 180W의 가로등에 대한 시험 상태와 조건 및 시뮬레이션 결과 배광곡선도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5의 (a)(b)는 본 발명에서 사용된 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈 장착형 발광다이오드 조명모듈의 사시도를 나타낸 것이고, 도 6의 (a)-(d)는 본 발명에서 대칭 또는 비대칭 광폭형 장착형 발광다이오드 조명모듈들을 다양한 형태로 배치하여 발광다이오드 조명모듈형 가로등을 제작한 예를 가로등들의 저면도를 나타낸 것이다.

또, 도 7은 본 발명이 적용된 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 의해 형성되는 배광곡선도를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명이 적용된 발광다이오드 조명모듈형 가로등을 도로에 설치하고 실험한 결과에 대한 배광곡선도를 나타낸 것이다.

또한, 도 9의 (a)-(c)는 본 발명이 적용된 90W의 가로등에 대한 시험 상태와 조건 및 시뮬레이션 결과 배광곡선도를 나타낸 것이고, 도 10의 (a)-(c)는 본 발명이 적용된 180W의 가로등에 대한 시험 상태와 조건 및 시뮬레이션 결과 배광곡선도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명은,

대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈(1)(2)를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 가로등기구의 본체(4) 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서,

대칭 광폭형 렌즈(1)와 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 정해진 비율(R)과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈(3)들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기에서 정해진 비율(R)은 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)의 설치비율이 60∼70%가 되고, 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)의 설치비율이 40∼30%가 되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에서 정해진 패턴은 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 중앙에 배치하고, 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 양측에 각각 배치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기에서 정해진 패턴은 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 어느 일측에서 타측 방향으로 연속해서 수 줄로 배치하고, 연이어 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 배치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기에서 정해진 패턴은 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)과 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 서로 지그재그식으로 교차되게 정해진 비율로 혼합하여 배치한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 본 출원인이 선 출원하여 10-1095868호로 특허받은 바 있는 다수의 발광다이오드 조명모듈(3)에 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈(1)(2)을 각각 도 5의 (a)(b)와 같이 구비시키고, 이와 같이 대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈(1)(2)가 구비된 발광다이오드 조명모듈(3)들을 이용하여 가로등기구를 구성하기 위해 본체(4) 내에 정해진 간격을 두고 설치할 때, 도 2의 (a)(b)에 도시된 대칭 광폭형 렌즈(1)와 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 각각 구비되어 도 5의 (a)(b)와 같은 형태를 갖는 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 도 6의 (a)-(c)와 같이 정해진 비율(R)과 패턴으로 배치하여 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 대한 고조도 부분과 저조도 부분의 비를 나타내는 균제도를 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

즉, 대칭 광폭형 렌즈(1)와 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 각각 40∼30% 대 60∼70%의 비율(R)을 갖도록 설치하여, 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 가로등의 배광곡선 중 빛이 조사되지 않던 오목한 부위에 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 도 7과 같이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위에도 발광다이오드 조명모듈(3)들에서 조사되는 빛에 조사될 수 있도록 한 것이다.

이때, 도 7과 같은 배광곡선이 나타나는 이유는, 첫째 수직 중심선에서 양측으로 대칭되게 큰 면적을 갖는 경사형 타원이 합쳐져 결국 대략 나비 형상을 갖는 배광곡선을 나타내는 부분은 60∼70%를 갖도록 가로등의 본체(4)에 설치한 비대칭 광폭형 렌즈(2)를 구비한 발광다이오드 조명모듈(3)들에 의해 성형된 것이고, 전술한 바와 같이 큰 면적에 걸쳐 대략 나비 형상을 갖는 배광곡선에서 오목한 부위에 중복되지 않게 교차되게 작은 면적의 여러 개의 타원형 배광곡선들이 성형되는 부분은 40∼30%를 갖도록 가로등의 본체(4)에 설치한 대칭 광폭형 렌즈(1)를 구비한 발광다이오드 조명모듈(3)들에 의해 성형된 것이다.

이와 같이 대칭 광폭형 렌즈(1)와 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 가로등의 본체(4) 내에 각각 40∼30% 대 60∼70%의 비율(R)을 설치한 상태에서 배광곡선을 실험한 결과, 도 8과 같이 전체적으로 대략 직사각형의 형태(즉, 균제도가 대폭 향상된 형태)를 나타나게 되므로 정해진 차선과 인도가 설치되어 차량과 사람이 공동으로 이용하는 도로 주변에서 정해진 간격을 두고 설치되는 가로등에 대해 법적으로 정해진 종합 균제도를 만족시킬 수 있다.

이때, 상기에서 정해진 비율(R)을 갖도록 대칭 광폭형 렌즈(1) 또는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 가로등 본체(4) 내에 배치하는 배턴은 하기하는 바와 같이 다양한 형태를 제시할 수 있다.

첫째로, 도 6의 (a)와 같이 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)은 본체(4)의 중앙에 설계시 정해진 줄 단위(예를 들어 1줄 또는 2줄)로 배치하고, 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 상기에서와 같이 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)의 양측으로 각각 설계시 정해진 줄 단위(예를 들어 1줄 또는 2줄)로 배치할 수 있다.

둘째로, 도 6의 (b)와 같이 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 어느 일측에서 타측 방향으로 연속해서 수 줄(예를 들어 2줄 내지 4줄)로 배치하고, 연이어 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 설계시 정해진 줄(예를 들어 1줄 또는 2줄) 만큼 배치할 수 있다.

셋째로, 도 6의 (c)와 같이 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)과 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈(1)가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)을 정해진 비율로 혼합하여 서로 지그재그식으로 교차되게 배치할 수도 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명이 적용된 90W의 가로등을 도 9의 (a)와 같이, 높이가 8m이고 돌출부가 0.5m이며 붐 각도가 40°이고 붐 길이가 0.5m인 등주에 설치하여 3차선(1보도, 2차선) 도로에 각각 25m 간격을 두고 설치한 다음 시뮬레이션을 해 본 결과, 도 9의 (b)와 같은 배광곡선을 나타내게 됨은 물론 도 9의 (c)와 같이 균제도(U0)가 0.40으로 가로등에서 정해진 강제규정을 만족하는 형태를 나타냈다.

또한, 본 발명이 적용된 180W의 가로등을 도 10의 (a)와 같이, 높이가 12m이고 돌출부가 1.5m이며 붐 각도가 15°이고 붐 길이가 0.5m인 등주에 설치하여 4차선(1보도, 3차선) 도로에 각각 40m 간격을 두고 설치한 다음 시뮬레이션을 해 본 결과, 도 10의 (b)와 같은 배광곡선을 나타내게 됨은 물론 도 10의 (c)와 같이 균제도(U0)가 0.40으로 가로등에서 강제규정으로 하고 있는 값을 충분히 만족하는 형태를 나타냈다.

이와 같이 본 발명에서는 가로등의 본체(4) 내에 대칭 광폭형 렌즈(1)와 비대칭 광폭형 렌즈(2)가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈(3)들을 40∼30% 대 60∼70% 비율로 설치함은 물론 정해진 형태로 배치시켜 줌으로써 가로등에 대한 균제도를 대폭 향상시킬 수 있어 균제도 불균일로 인해 야기되던 교통사고를 대폭 감소시킬 수 있음은 물론 쾌적한 도시 미관을 보장할 수 있다.

뿐만 아니라, 불필요하게 많은 가로등을 설치하지 않고도 원하는 균제도를 얻을 수 있으므로 불필요한 경제적 손실 및 에너지 낭비를 방지할 수 있고, 특히 복수의 발광다이오드 조명모듈로 제조되는 가로등 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 실용신안등록청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

1 : 대칭 광폭형 렌즈
2 : 비대칭 광폭형 렌즈
3 : 발광다이오드 조명모듈
4 : 본체

Claims

대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈을 가로등기구의 본체 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서,
대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 정해진 비율과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 하되,
상기 정해진 비율은,
비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 60∼70%가 되고, 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 40∼30%가 되도록 정해진 패턴을 갖게 설치하고,
상기 정해진 패턴은,
40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 중앙에 배치하고, 60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 양측에 각각 배치한 것을 특징으로 하는 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등.
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대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈을 가로등기구의 본체 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서,
대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 정해진 비율과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 하되,
상기 정해진 비율은,
비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 60∼70%가 되고, 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 40∼30%가 되도록 정해진 패턴을 갖게 설치하고,
상기 정해진 패턴은,
60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 어느 일측에서 타측 방향으로 연속해서 수 줄로 배치하고, 연이어 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 배치한 것을 특징으로 하는 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등.
대칭 또는 비대칭 광폭형 렌즈를 구비한 다수의 발광다이오드 조명모듈을 가로등기구의 본체 내에 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖는 발광다이오드 조명모듈형 가로등에 있어서,
대칭 광폭형 렌즈와 비대칭 광폭형 렌즈가 각각 구비된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 정해진 비율과 패턴으로 배치하여 중앙이 오목한 나비 형태로 성형되는 기본 배광곡선의 오목한 부위에서 상대적으로 기본 배광곡선보다 작은 크기를 갖는 수개의 부가 배광곡선이 중복되지 않게 교차 성형되어 오목한 부위까지 발광다이오드 조명모듈들에서 조사되는 빛에 의해 매워지도록 하되,
상기 정해진 비율은,
비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 60∼70%가 되고, 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈의 설치비율이 40∼30%가 되도록 정해진 패턴을 갖게 설치하고,
상기 정해진 패턴은,
60∼70%의 설치비율을 갖는 비대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈과 40∼30%의 설치비율을 갖는 대칭 광폭형 렌즈가 설치된 복수의 발광다이오드 조명모듈을 서로 지그재그식으로 교차되게 정해진 비율로 혼합하여 배치한 것을 특징으로 하는 균제도 향상을 위한 발광다이오드 조명모듈형 가로등.