KR101673848B1 - 고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 led 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반사갓은 금속 또는 열경화성수지로 이루어지고 형태를 유지하는 기저층; 상기 기저층의 상부에 구비되고, 미세 공극을 다수 포함한 비결정성수지로 이루어진 반사층; 및 상기 반사층의 상부에 구비되고, 투명한 수지에 다수의 연색성체를 함유한 연색층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 반사갓을 이용하여 LED 칩에서 발생한 빛을 높은 반사율로 반사시킴과 동시에 연색층을 통해 높은 연색성을 갖는 빛으로 변환하므로, 눈의 피로를 줄일 수 있고 반사효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 LED 조명 장치 { HIGH ILLUMINATION REFLECTOR AND LED LIGHT APPARATUS WITH THE SAME }
본 발명은 고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 LED 조명 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세 발포층을 포함한 고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 LED 조명 장치에 관한 것이다.
투광등, 경관 조명, 광고용 조명시장에 있어서, 종래에는 형광등, 네온등 및 할로겐등과 같은 다양한 광원이 선점해 왔으나, 근래에 들어 이러한 분야의 광원으로 LED가 각광받는 추세이다. 이와 같이 LED가 광원으로 각광받는 이유는 LED의 소자 특성 때문이다.
종래의 광원들은 수은 등을 사용하여 발광(發光)하였지만, LED는 수은을 사용하지 않기 때문에 친환경적이고, 전력소모가 적기 때문에 유지비가 절약된다. 또한, LED는 종래의 광원보다 긴 수명을 갖고 내구성이 뛰어나며 견고한 특성이 있다.
또한, LED는 휘도 및 발광효율이 점차 좋아지고, 저전압으로 구동돼 감전위험이 없다는 점에서 활용이 가속화되고 있다. 특히 LED의 적용성과 화려한 연출효과로 건물 및 경관조명 활용 사례 역시 늘고 있다.
이러한 점을 감안하여 최근에는 광원으로 LED를 사용한 조명장치가 제안되고 있으며, 기술의 발전으로 전력 소모량이 적고 고휘도로 발광하는 발광 다이오드가 개발되어 사용이 점차 확산되고 있는 추세이다.
특히, 경관 조명용 LED 조명장치는 외부 지면, 건물 외측 등에 구비되어 경관 분위기를 심미적으로 아름답게 하면서 조명장치로서의 기능을 수행한다.
그러나 이러한 LED 조명장치의 반사갓은 재질, 형태, 구조에 있어 여러 가지가 있는데, 재질은 알루미늄이 가장 일반적이고 알루미늄은 재질의 특성상 반사율이 60~70% 밖에 되지 않아 등기구의 조도가 많이 저하됨에도 비용 상승의 이유로 대부분 그냥 사용되고 있고, 다만 반사갓 내부 형상(반사면)을 매끈한 형태(민자형)에서 다각형(벌집형)으로 변화하여 약간의 조도 향상과 빛의 확산 효과를 거두고 있는 실정이다.
이에 대해 종래에는 반사갓 내부에 크롬이나 은을 도금하여 반사율의 향상을 도모하고 있으나, 일정시간 경과시 변색이나 부식되어 반사율이 저하되고, 결과적으로 조도가 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라 반사갓 내부의 반사율을 극대화시킨 고반사율의 반사갓을 이용하여 LED 조명 장치의 조도를 포함한 광효율을 향상시킬 필요가 있다.
한국등록특허공보 제10-0553130호
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 반사율을 극대화시킨 고반사율의 반사갓을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반사율을 극대화시킨 고반사율의 반사갓을 포함한 LED 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 금속 또는 열경화성수지로 이루어지고 형태를 유지하는 기저층; 상기 기저층의 상부에 구비되고, 미세 공극을 다수 포함한 비결정성수지로 이루어진 반사층; 및 상기 반사층의 상부에 구비되고, 투명한 수지에 다수의 연색성체를 함유한 연색층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사갓에 의해 달성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 반사층의 미세 공극은 0.1~50㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 반사층의 미세 공극은 109~1,015개/㎤의 공극 밀도로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 연색성체는 원형 단면 또는 타원형 단면을 갖는 모체 및 상기 모체 표면을 코팅한 코팅층으로 구성되고, 상기 연색층에 0.1~15중량%의 함량으로 분산 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 모체는 100~200㎛의 입도를 갖고, 산화알루미늄, 운모(mica), 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 코팅층은 상기 모체의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사갓에서 상기 코팅층은 이산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상부면에 다수의 히트싱크를 구비하고, 측면 일측에 아암 결합부를 구비하며, 하부면 내측에 홈부를 형성한 가로등 헤드부; 상기 가로등 헤드부의 홈부에 장착되고, 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판의 일면에 다수 구비된 SiOB(silicon optical bench), 상기 SiOB를 매개로 하여 실장된 적어도 하나의 LED 칩 및 상기 LED 칩을 덮어 상기 SiOB에 구비된 렌즈를 포함하는 LED 모듈; 금속 또는 열경화성수지로 이루어지고 형태를 유지하는 기저층, 상기 기저층의 상부에 구비되고, 미세 공극을 다수 포함한 비결정성수지로 이루어진 반사층 및 상기 반사층의 상부에 구비되고, 투명한 수지에 다수의 연색성체를 함유한 연색층을 포함하는 반사갓; 상기 반사갓의 테두리에 일면이 맞물려 상기 홈부에 장착되는 가스켓; 상기 가스켓의 타면에 맞물려 상기 홈부에 장착되는 투명판; 및 상기 투명판의 테두리에 접하여 상기 가로등 헤드부의 테두리에 고정되는 고정커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치에 의해서도 상기 목적은 달성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 반사층의 미세 공극은 0.1~50㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 반사층의 미세 공극은 109~1,015개/㎤의 공극 밀도로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 연색성체는 원형 단면 또는 타원형 단면을 갖는 모체 및 상기 모체 표면을 코팅한 코팅층으로 구성되고, 상기 연색층에 0.1~15중량%의 함량으로 분산 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 모체는 100~200㎛의 입도를 갖고, 산화알루미늄, 운모(mica), 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 코팅층은 상기 모체의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명 장치에서 상기 코팅층은 이산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 LED 조명 장치에 의하면, 반사갓을 이용하여 LED 칩에서 발생한 빛을 높은 반사율로 반사시킴과 동시에 연색층을 통해 높은 연색성을 갖는 빛으로 변환하므로, 눈의 피로를 줄일 수 있고 반사효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 분해 사시도이며,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 사시도이며,
도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절단한 반사갓의 단면도이며,
도 4는 도 3의 반사층에서 이루어지는 반사원리를 설명하기 위한 예시도이며,
도 5는 도 3의 연색층에서 이루어지는 연색성 원리를 설명하기 위한 예시도이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 반사갓과 종래의 알루미늄 재질의 반사갓의 반사율을 측정한 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고반사율의 반사갓 및 이를 포함한 LED 조명 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 사시도이며, 도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절단한 반사갓의 단면도이다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)는 가로등을 예로 들어 설명하지만 이에 한정되지 않고, 경관조명용 열주등, 바닥등, 터널등 및 투광등 등의 다양한 조명등에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 가로등 헤드부(110), LED 모듈(120), 반사갓(130), 가스켓(140), 투명판(150) 및 고정커버(160)를 포함한다.
구체적으로, 가로등 헤드부(110)는 상부면에 다수의 히트싱크(111)를 구비하고 측면 일측에 아암 결합부(112)를 구비하며, 하부면 내측에 홈부를 형성하여 LED 모듈(120), 반사갓(130), 가스켓(140), 투명판(150) 및 고정커버(160)를 장착할 수 있다.
아암 결합부(112)는 단부가 개구된 중공형 단면을 가진 통형 부재로서, 가로등 헤드부(110)에 회동 가능하게 연결되고 개구 부분을 통해 가로등의 기둥에 구비된 아암부(도시하지 않음)에 결합될 수 있다.
LED 모듈(120)은 인쇄회로기판(121), 인쇄회로기판(121)의 일면에 다수 구비된 SiOB(silicon optical bench : 122), 각각의 SiOB(122)를 매개로 하여 실장된 적어도 하나의?LED 칩(123) 및 LED 칩(123)을 덮어 SiOB(122)에 구비된 렌즈(124)를 포함한다. 이러한 LED 모듈(120)의 인쇄회로기판(121)은 가로등 헤드부(110)의 하부면 내측에 구비된 홈부의 형상에 따라 맞물리도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
SiOB(122)는 LED 칩(123)과 인쇄회로기판(121)을 전기적으로 연결하는 도선을 내부에 구비한 절연체로서, 소정의 두께를 갖고 인쇄회로기판(121)에 다수 구비된다.
반사갓(130)은 SiOB(122)에 대응하여 맞물리는 천공(A)을 갖고 LED 모듈(120)에 접하는 부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이 기저층(131), 반사층(132) 및 연색층(133)을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
구체적으로, 기저층(131)은 금속 또는 열경화성수지로 이루어진 층으로 반사갓(130)의 형태를 지지하고 유지하는 층으로, 선택적으로 구비할 수 있다.
반사층(132)은 비결정성수지로 이루어진 미세 발포층으로 예컨대 0.1~50㎛ 직경의 미세 공극(132-2)을 다수 포함하고, 이러한 미세 공극(132-2)의 공극 밀도가 예를 들어 109~1,015개/㎤인 미세 발포층이다. 여기서, 비결정성수지는 예를 들어, 폴리페닐렌에테르수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌수지 및 ABS(acrylonitrile butadiene styrene)수지 등을 포함할 수 있다. 물론 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반사층(132)은 도 4에 도시된 바와 같이 반사층(132)의 표면에서 이루어지는 경면반사 및 내부의 미세 공극(132-2)에서 이루어지는 확산반사에 의해 LED 칩(123)에서 발생한 빛을 고효율로 반사할 수 있다.
연색층(133)은 투명한 수지에 연색성체(133-1)를 다수 함유한 층으로, 연색성체(133-1)는 연색층(133)에 0.1~15중량%의 함량으로 분산 구비될 수 있다. 여기서, 연색성체(133-1)가 연색층(133)에 대해 15중량% 초과의 함량으로 함유되면, 제조비용이 상승하고 굴절반사효율이 상승하지 않는 문제가 있다.
이러한 연색성체(133-1)는 도 3에 도시된 바와 같이 모체(133-11) 및 모체(133-11)를 코팅한 코팅층(133-12)으로 구성될 수 있다.
여기서, 모체(133-11)는 예컨대 산화알루미늄, 운모(mica), 실리콘산화물, 및 실리콘질화물 중 어느 하나로 이루어지고, 예를 들어 100~200㎛의 입도를 갖는 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 구조체이다.
코팅층(133-12)은 모체(133-11)의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 재질로서 예컨대, 이산화티타늄(TiO2)으로 이루어진다. 이때, 이산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 코팅층(133-12)은 예컨대 졸겔(sol-gel)법, 수열합성법(Hydrothemal Precipitation Method), LBL(Layer by Layer)법 등의 공지된 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
이러한 코팅층(133-12)과 모체(133-11)로 이루어진 연색성체(133-1)는 도 5에 도시된 바와 같이 내부를 통과하는 광을 내부 반사하고, 특히 "D"와 같이 굴절율 차이에 의해 산란 및 간섭현상(Light Interference Effect)에 의해 다양한 파장의 광으로 반사시킬 수 있다. 이러한 연색성체(133-1)가 함유된 연색층(133)은 광의 간섭과 반사에 의해 연색성을 향상시킨 광으로 반사시킬 수 있다.
투명판(150)은 광을 투과시키고 외부요인에 대한 보호를 수행하는 판형 부재이다. 이러한 내구성과 투명성을 고려할 때, 투명판(150)은 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성할 수 있다. 특히 투광판(110)의 투명성, 강도 및 휨성을 위해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있고, 내열성 및 내화학성이 필요한 경우에는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 사용할 수 있다. 물론 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)는 반사갓(130)을 이용하여 LED 칩(123)에서 발생한 빛을 높은 반사율로 반사시킴과 동시에 높은 연색성을 갖는 빛으로 변환하므로, 눈의 피로를 줄일 수 있고 반사효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)의 구조를 적용한 실시예 및 구조를 변경한 비교예를 이용하여 조명 성능을 시험한다.
실시예
실시예는 도 1에 도시된 LED 조명 장치(100)를 구성하는 반사갓(130)으로, 기저층(131)이 없이, 운모로 이루어진 100㎛의 입도를 갖는 타원형 단면의 모체(133-11)와 이산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 코팅층(133-12)으로 구성된 연색성체(133-1)가 15중량%의 함량으로 분산 구비된 연색층(133) 및 20~50㎛ 직경의 미세 공극(132-2)을 다수 포함한 폴리카보네이트 수지로 이루어진 반사층(132)으로만 구성된 반사갓(130)에 대해 반사율을 측정한다.
비교예
비교예는 도 1에 도시된 LED 조명 장치(100)를 구성하는 반사갓(130)을 대신하여 종래의 알루미늄 재질의 판으로만 이루어진 반사갓에 대해 반사율을 측정한다.
실시예와 비교예 각각의 반사갓에 대해 380~780nm의 가시광선 분광반사율을 측정한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 실시예에 의한 반사갓은 "Ⅰ"의 그래프처럼 95.9%의 최고 반사율을 갖는 반면에, 비교예에 의한 반사갓은 "Ⅱ"의 그래프처럼 75.4%의 최고 반사율을 갖는다.
이에 따라, 실시예에 따른 반사갓이 높은 반사율을 갖는다는 점을 확인할 수 있고, 이러한 실시예의 반사갓을 통해 LED 모듈(120)의?LED 칩(123)에서 발생한 빛을 높은 반사율로 반사시킴과 동시에 높은 연색성을 갖는 빛으로 변환할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)는 반사갓(130)을 이용하여 LED 칩(123)에서 발생한 빛을 높은 반사율로 반사시킴과 동시에 연색층(133)을 통해 높은 연색성을 갖는 빛으로 변환하므로, 눈의 피로를 줄일 수 있고 반사효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
100 : LED 조명장치 110 : 헤드부
111 : 히트싱크 112 : 아암결합부
120 : LED 모듈 121 : 인쇄회로기판
122 : SiOB 123 : LED 칩
124 : 렌즈 130 : 반사갓
131 : 기저층 132 : 반사층
132-2 : 미세 공극 133 : 연색층
133-1 : 연색성체 133-11 : 모체
133-12 : 코팅층 140 : 가스켓
150 : 투명판 160 : 고정 커버

Claims (14)

  1. 금속 또는 열경화성수지로 이루어지고 형태를 유지하는 기저층;
    상기 기저층의 상부에 구비되고, 미세 공극을 다수 포함한 비결정성수지로 이루어진 반사층; 및
    상기 반사층의 상부에 구비되고, 투명한 수지에 다수의 연색성체를 함유한 연색층;을 포함하고,
    상기 연색성체는 원형 단면 또는 타원형 단면을 갖는 모체 및 상기 모체 표면을 코팅한 코팅층으로 구성되고, 상기 연색층에 0.1~15중량%의 함량으로 분산 구비되며,
    상기 코팅층은 상기 모체의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 반사갓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층의 미세 공극은 0.1 ~ 50㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반사갓.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층의 미세 공극은 109 ~ 1,015개/㎤의 공극 밀도로 구비되는 것을 특징으로 하는 반사갓.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모체는 100~200㎛의 입도를 갖고, 산화알루미늄, 운모(mica), 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사갓.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 이산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사갓.
  8. 상부면에 다수의 히트싱크를 구비하고, 측면 일측에 아암 결합부를 구비하며, 하부면 내측에 홈부를 형성한 가로등 헤드부;
    상기 가로등 헤드부의 홈부에 장착되고, 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판의 일면에 다수 구비된 SiOB(silicon optical bench), 상기 SiOB를 매개로 하여 실장된 적어도 하나의 LED 칩 및 상기 LED 칩을 덮어 상기 SiOB에 구비된 렌즈를 포함하는 LED 모듈;
    금속 또는 열경화성수지로 이루어지고 형태를 유지하는 기저층, 상기 기저층의 상부에 구비되고, 미세 공극을 다수 포함한 비결정성수지로 이루어진 반사층 및 상기 반사층의 상부에 구비되고, 투명한 수지에 다수의 연색성체를 함유한 연색층을 포함하는 반사갓;
    상기 반사갓의 테두리에 일면이 맞물려 상기 홈부에 장착되는 가스켓;
    상기 가스켓의 타면에 맞물려 상기 홈부에 장착되는 투명판; 및
    상기 투명판의 테두리에 접하여 상기 가로등 헤드부의 테두리에 고정되는 고정커버;를 포함하고,
    상기 연색성체는 원형 단면 또는 타원형 단면을 갖는 모체 및 상기 모체 표면을 코팅한 코팅층으로 구성되고, 상기 연색층에 0.1~15중량%의 함량으로 분산 구비되며,
    상기 코팅층은 상기 모체의 굴절율보다 높은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사층의 미세 공극은 0.1~50㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사층의 미세 공극은 109~1,015개/㎤의 공극 밀도로 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 모체는 100~200㎛의 입도를 갖고, 산화알루미늄, 운모(mica), 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 코팅층은 이산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
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