KR101363474B1 - 기능성 영역 분할 방식 반사컵 및 이를 이용한 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드(LED) 조명장치에 적용되는 반사컵에 관한 것으로, 종래, 하나의 반사컵으로 다수의 LED의 배광을 제어하기는 어렵고, LED 배열 면적이 넓을수록 반사컵을 이용한 제어가 어려워지는 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 반사컵 높이를 기능에 따라 영역별로 구분하여 배광 특성의 조절이 용이하도록 형성함으로써, 다수의 LED를 포함하는 LED 조명장치의 배광 특성을 개별 LED 단위로 용이하고 효율적으로 조절 가능한 기능성 영역 분할 방식 반사컵 및 그러한 반사컵을 이용한 LED 조명장치가 제공된다.

Description

기능성 영역 분할 방식 반사컵 및 이를 이용한 ＬＥＤ 조명장치{Functional area segmentation type reflector and LED lighting apparatus using thereof}

본 발명은 LED 조명장치의 반사컵에 관한 것으로, 더 상세하게는, 반사컵 높이를 영역별로 구분하여 설계함으로써 배광특성 조절이 용이한 LED 조명장치의 기능성 영역 분할 방식 반사컵에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 반사컵 높이를 영역별로 구분하여 배광특성 조절이 용이하도록 구성된 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 이용하여 각각의 LED의 배광 특성을 개별적으로 조절함으로써, 다수의 LED를 사용하는 조명장치의 배광 특성을 보다 효율적으로 제어할 수 있는 LED 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조명에 있어서는 용도에 맞는 발광효율과 조명기구의 배광이 매우 중요하며, 예를 들면, LED 조명의 배광을 결정하는 광학 설계는, 반사컵 설계와 2차 렌즈 설계로 나누어진다.

여기서, 반사컵은 렌즈보다 오래전부터 사용되어 왔으며, 쉽게 제작이 가능하고 가격이 싸다는 장점이 있고, 또한, 특정한 경우 렌즈를 사용했을 때보다 빛을 더 집중시킬 수 있다.

그러나 LED에서 방출된 대부분의 빛은 반사컵에 반사되지 않으므로 반사컵을 이용한 배광 조절에는 한계가 있으며, 핫스팟 영역(Hot Spot Area)이 발생할 수 있다는 단점이 있다.

또한, 렌즈의 경우에는, LED에서 방출된 대부분의 빛이 렌즈를 통과하기 때문에 LED 조명의 배광을 조절하는데 있어서 반사컵보다 효과적이나, 제작이 어렵거나 단가 측면에서 비용이 상승할 우려가 있다는 단점이 있다.

이에 따라, 현재 개발되는 대부분의 LED 조명들은, 다수의 LED를 평면상에 배열하고 2차 렌즈를 이용하여 배광을 제어도록 구성되어 있으며, 이러한 조명에서 LED의 배광을 조절하기 위한 반사컵은 거의 없거나 높이가 매우 낮다.

아울러, LED는 일반적으로 램버시안 배광 특성을 보이므로, 하나의 반사컵으로 다수의 LED의 배광을 제어하는 것은 제약이 따르며, LED 배열 면적이 넓을수록 반사컵을 이용한 제어가 어려워진다.

따라서 이러한 점들을 감안하면, 반사컵을 이용하여 개별 LED의 배광을 각각 제어하는 편이 더욱 효율적이다.

즉, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 다수의 LED로 구성된 LED 조명장치의 배광 특성을 개별 LED 단위로 용이하고 또한 효율적으로 조절 가능하도록 구성된 LED 조명장치의 반사컵 및 그러한 반사컵을 이용한 LED 조명장치를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, LED 조명장치의 반사컵의 높이를 영역별로 분할하여 설계함으로써 배광 특성 조절이 용이한 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 영역별로 높이를 분할하여 설계됨으로써 배광 특성 조절이 용이하도록 구성된 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 이용한 LED 조명장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, LED(Light emitting Diode)의 배광 특성을 용이하게 조절 가능하도록 구성되는 기능성 영역 분할 방식 반사컵에 있어서, 미리 정해진 반사컵의 형태를 가지는 하단부; 및 상기 하단부에 이어서 직선 형태로 형성되는 상단부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기능성 영역 분할 방식 반사컵이 제공된다.

여기서, 상기 하단부는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하단부는 포물선형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 하단부는 직선형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기한 기능성 영역 분할 방식 반사컵은, 입사부의 직경과 높이가 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 기능성 영역 분할 방식 반사컵은, 입사부의 직경보다 높이가 작도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기한 기능성 영역 분할 방식 반사컵은, 상기 상단부의 직선의 각도를 조절함에 따라 배광 특성이 변화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 각각의 LED마다 개별적으로 배광 특성을 조절 가능하도록 구성되는 LED 조명장치에 있어서, 복수의 LED; 및 각각의 LED에 대하여 적용되는 반사컵을 포함하여 구성되고, 상기 반사컵은, 상기에 기재된 기능성 영역 분할 방식 반사컵으로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명장치가 제공된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, LED 조명장치의 반사컵의 높이를 영역별로 분할하여 설계함으로써 배광 특성 조절이 용이한 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 영역별로 높이를 분할하여 배광 특성 조절이 용이하도록 구성된 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 이용하여 각각의 LED의 배광 특성을 개별적으로 조절함으로써, 다수의 LED를 사용하는 조명장치의 배광 특성을 보다 효율적으로 제어할 수 있는 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 이용한 LED 조명장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 CPC 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 종래의 일반적인 CPC 구조의 배광 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 종래의 일반적인 CPC 구조에 대하여 트리밍에 따른 배광 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 종래의 일반적인 CPC 구조에서 CPC의 입사부 밝기가 균일하지 않을 때의 배광 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 배광 특성을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 상세한 내용에 대하여 설명한다.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, LED 조명의 반사컵에 있어서, 반사컵의 높이에 따라 2 영역 이상으로 기능을 분할하여 설계함으로써 배광 특성의 조절이 용이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기능성 영역 분할방식 반사컵 및 이를 이용한 LED 조명장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 상기한 반사컵이 곡선형의 영역과 직선형의 영역을 포함하여 구성되고, 직선형 영역의 반사각도 조절을 통하여 배광 특성을 조절함으로써 배광 특성의 조절이 용이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기능성 영역 분할방식 반사컵 및 이를 이용한 LED 조명장치에 관한 것이다.

계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 기능성 영역 분할방식 반사컵 및 이를 이용한 LED 조명장치의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 일반적인 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형 반사컵의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

더 상세하게는, 도 1에 나타낸 바와 같이, CPC는, 일반적으로 포물선의 축이 기울어져 있는 구조를 가지며, 초점이 입사부의 테두리에 위치하는 구조로 이루어져 있다.

또한, CPC가 주로 태양전지에서 빛을 모으기 위하여 이용되는 것과 같이, 이러한 구조를 LED의 반사컵으로 이용하면 배광 각도에 따른 빛의 세기가 거의 일정하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 램버시안 배광을 가지는 LED에 CPC를 적용하였을 때의 배광 특성의 변화를 나타내는 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 램버시안(Lambertian) 배광을 가지는 LED에 CPC를 적용하면, 방사각 내에서 빛의 세기가 균일하게 나타나게 되는 것을 알 수 있다.

따라서 이러한 CPC의 특성은 LED를 조명으로 이용하기 위하여 매우 중요하나, CPC는 설계상 높이가 매우 높아 반사컵의 효율이 떨어지고, 입사부에서 LED의 밝기가 균일할 때만 배광이 균일하게 나타난다는 문제가 있다.

여기서, 반사컵의 높이가 높은 문제는, 출력부의 CPC를 잘라내는 이른바 '트리밍'을 이용하여 해결할 수 있다.

더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 트리밍에 따른 배광 특성의 변화를 나타내는 도면이다.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, CPC의 경우는 트리밍을 행하여 출력부의 CPC를 잘라내더라도 배광 특성에 큰 변화가 없음을 알 수 있다.

아울러, 입사부에서 LED의 밝기가 균일할 때에만 배광이 균일하게 나타나는 문제는, 실제로 LED의 반사컵에 CPC의 적용을 어렵게 만드는 문제를 야기한다.

더 상세하게는, 상기한 바와 같은 입사부에서 LED의 밝기가 균일할 때에만 배광이 균일하게 나타나는 문제는, 전극 패턴에 따라 LED 표면에 흐르는 전류밀도가 다르기 때문에 LED 표면에서 발광하는 빛의 세기도 위치에 따라 다르게 되는 것에 기인한 것이다.

즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 LED의 중심에서 빛이 더 많이 발광될 때의 CPC의 배광 특성 변화를 나타내는 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 입사부에서의 LED의 밝기가 균일하다가 LED의 중심에서 빛이 더 많이 발광되면 균일하던 배광 특성이 바뀌는 것을 알 수 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은, 다음과 같이 하여 반사컵의 높이에 따라 기능을 분할함으로써 배광 특성을 균일하게 하는 반사컵 설계방법을 제안하였다.

구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 구조는, 기본적으로는 기존에 알려진 CPC의 구조를 따르나, CPC 반사컵의 높이(H)를 CPC 입사부의 직경(D)으로 제한하고(즉, H ≤ D), CPC 반사컵을 높이에 따라 2 영역으로 분할하여, 하단부는 기존의 CPC형태 그대로 두고 상단부는 직선 형태로 형성되어 있는 점에서 종래의 반사컵과 다르다.

계속해서, 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 구조 및 제조방법에 대하여 설명한다.

즉, 도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 배광 특성을 나타내는 도면이다.

더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵(51)의 설계방법은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저, CPC에 따른 반사컵을 설계하고, 그 높이(H)를 입사부의 직경(D)과 동일하도록 트리밍을 행한다.

다음으로, 반사컵(51)을 높이에 따라 2 영역으로 분할하여, 하단부(52)는 기존의 CPC 형태 그대로 두고, 상단부(53)를 직선 형태로 형성한다.

여기서, 상단부(53)의 직선의 각도(θ)를 조절함에 따라 배광 특성이 변화하므로, 특정 각도에서 균일도가 유지되는 최적의 각도를 찾을 수 있다.

따라서 상기한 바와 같이 상단부(53)를 직선 형태로 형성함으로써 상단부(53)는 배광 특성을 조절하는 조절부가 된다.

더 상세하게는, 도 6을 참조하면, 도 6은 상단부(53)의 각도(θ)를 최적화하여 기존의 CPC 배광에서 균일도가 보정된 결과를 나타내고 있다.

즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵(50)의 구조는, 종래의 CPC 구조에 비하여 균일도가 향상됨을 알 수 있다.

여기서, 상기한 실시예에서는, 본 발명에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵의 하단부가 CPC형 반사컵의 형태를 가지고, 상단부는 직선형 형태인 것으로 설명하였으나, 본 발명은, 이러한 형태로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 예를 들면, 하단부를 포물선형 반사컵의 형태로 형성하거나, 또는, 하단부와 상단부를 각각 각도를 다르게 하여 직선 형태로 형성할 수도 있는 등, 필요에 따라 다양한 형태로 구성할 수 있다.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 구현할 수 있으며, 이러한 구조를 가지는 반사컵을 복수의 LED를 포함하는 LED 조명장치의 각각의 LED에 적용함으로써, 배광 특성을 효율적으로 제어할 수 있는 기능성 영역 분할 방식 반사컵을 이용한 LED 조명장치를 구현할 수 있다.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 기능성 영역 분할 방식 반사컵 및 이를 이용한 LED 조명장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

51. 기능성 영역 분할 방식 반사컵
52. 하단부
53. 상단부
H. 높이
D. 입사부의 직경
θ. 상단부의 직선의 각도

Claims (8)

1. 중앙의 입사부로부터 연장되어 미리 정해진 형태를 가지는 하단부와, 상기 하단부에 이어서 직선 형태로 연장되는 상단부를 포함하는 LED 반사컵으로써,
   상기 반사컵의 높이는 상기 하단부에 형성된 상기 입사부의 길이와 동일하게 할 때, 상기 상단부가 상기 반사컵의 높이 방향에 대해 이루는 직선의 각도(θ)를 조절하여 LED 반사컵의 배광 특성의 균일도를 향상시키는 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하단부는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 포함하는 LED 반사컵의 배광 특성의 균일도를 향상시키는 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 하단부는 포물선형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 포함하는 LED 반사컵의 배광 특성의 균일도를 향상시키는 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 하단부는 직선형 반사컵의 형태로 형성되는 것을 포함하는 LED 반사컵의 배광 특성의 균일도를 향상시키는 방법.
   
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