KR101698151B1 - Led 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 LED 조명 장치는, 광을 생성하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함하는 LED 조명 장치에 관한 것이다.

Description

LED 조명 장치{LED LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 LED 조명 장치는, 광을 생성하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함하는 LED 조명 장치에 관한 것이다.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업은 하기와 같다.
과제고유번호: D1350
부처명 : 경기도
연구관리전문기관 : (재)경기과학기술진흥원
연구사업명 : 기업개방형기술개발
연구과제명 : 방송용 LED조명기구 스폿개발(Class_B TTA Verified)
주관기관 : 기린정밀공업(주)
연구기간 : 2013. 12. 1.~2014.11.30.
LED 는 전자와 정공이 소정의 반도체층 내에서 재결합할 때 소정 파장의 광을 생성하는 것을 이용한 조명 수단으로서, 높은 에너지 효율을 갖고, 친환경적이며, 매우 긴 수명을 갖고, 높은 발광 효율을 갖는 점 등의 장점을 가져서 차세대 발광 장치로 각광받고 있다.
이러한 LED 는 일반적인 실내, 외 조명 외에 특수한 용도의 조명 장치에도 광범위하게 활용되고 있는데, 예컨대 TV 등의 방송의 환경에 적합하게 개발되어 방송용 조명 장치로서의 사용도 주목받고 있다.
한편, 이러한 LED 광원은 아직 색 재현에 영향을 주는 연색성 면에서 방송 영상에 필요한 특성에는 아직 미치지 못하고 있어 개선의 여지가 있다. 이에, TTA(한국정보통신기술협회)에서는 국내 방송 조명장비 제품의 경쟁력 확보 등 LED 조명산업 발전과 방송영상의 고품질화에 기여하고자 방송용 LED 조명 인증기준을 제정하였다.
상기 기준에 해당하는 다양한 항목에서, LED 조명의 수직면 조도의 평탄도에 관한 항목이 있다. 본 항목은 LED조명의 수직면 조도의 평탄도 구현에 대한 현재의 기술 수준을 고려한 것으로, 수직면 조도의 평탄도는 조명의 유효면적 내에서 조명의 밝기가 얼마나 고르게 퍼지는가에 관한 것이다. 평탄도의 측정은 아래 그림과 같이, 스폿(Spot) 조명은 거리 6m, 원 지름 4m 범위 내, 소프트(Soft) 조명은 거리 3 m, 원 지름 4m 범위 내 중앙과 상하좌우(반지름 2m 지점), 최대 및 최소 밝기 지점 등 전체 7 개 지점에 대해 조도를 측정하여 최대치와의 편차를 구한다.
Figure 112015005399871-pat00001

이러한 수직면 조도의 평탄도와 관련하여, 복수의 LED 로 구성된 조명 장치는 LED 의 특성상 수직면 조도 평탄도에 한계가 있는 바, LED 외에 다양한 렌즈 등을 사용하여 소정의 조명 장치 모듈을 구현함으로써 수직면 조도 평탄도를 확보한다. 그러나, 이러한 종래의 조명 장치 모듈은 수직면 조도 평탄도 확보 성능에 한계가 있었다.
기존 스폿라이트 조명기기 제품들의 조도평탄도는 램프(할로겐, 텅스텐등) 조명인 경우 90%이상이 나오지만 LED 조명인 경우 최대 65%를 높이기에는 어려움이 있다. 램프의 경우 하나의 발광원에서 빛이 나오기 때문에 반사판(파라볼릭 리플렉터)과 프레즈넬 렌즈를 사용하면 평탄도는 90% 이상의 재현이 가능하다. 하지만, LED의 경우 하나의 LED를 사용하는 것이 아니라 여러 개의 LED의 혼합하여 사용하기 때문에 하나의 발광원이 아닌 여러 개의 발광원에서 빛이 나오게 되고 이로 인해 평탄도는 램프에 비해 현저히 적게 나온다 또한, LED에서 나오는 빛을 반사판으로 모아서 하나의 램프처럼 반사 시킬 수 있는 구조도 아니기 때문에 램프와는 다른 구조의 광학특성을 사용해야 한다.
도 1 은 종래의 LED 광원을 사용하는 기본적인 렌즈 구조를 갖는 LED 조명 장치를 나타내며, 도 1 에서 나타난 종래의 LED 조명 장치는 LED 조명 엔진(2)과 소정의 프레즈넬 렌즈(50)를 포함한다. 여기서, LED 조명 엔진(2)은 LED 가 실장된 LED 모듈(10), 및 제1 내지 제3 렌즈(20, 30, 40)를 포함한다.
도 2 및 도 3 은 이러한 종래의 LED 조명 장치에 의한 광특성을 나타낸 것이다. 종래의 LED 조명 장치에 의한 광특성을 시뮬레이션을 통해 확인하면 약 28% 의 조도평탄도만이 확보된다.
따라서, 이러한 조도평탄도의 향상을 위해 보다 유리한 구조를 갖는 LED 조명 장치의 개발이 필요하다.
등록특허 10-1303184
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광을 생성하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함하는 LED 조명 장치를 제공하여 수직면 조도 평탄도가 확대된 LED 조명 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치는, 광을 생성하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함한다.
바람직하게는, 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이의 간격은, 0 내지 140 mm 의 거리를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원 유닛은, 광을 생성하는 복수의 LED 를 갖는 LED 모듈, 및 상기 LED 모듈의 광 경로상에 위치하는 렌즈 모듈을 포함하되 상기 렌즈 모듈은, 상기 LED 모듈과 상기 집광부 사이에 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 2 렌즈, 및 1차 집광 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치에 의하면, 광원 유닛과 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함하는 LED 조명 장치를 제공하여 LED 조명 장치의 수직면 조도 평탄도가 향상될 수 있다.
도 1 은 종래의 LED 광원을 사용하는 기본적인 렌즈 구조를 갖는 LED 조명 장치를 나타낸다.
도 2 및 도 3 은 종래의 LED 조명 장치에 의한 광특성을 나타낸다.
도 4 내지 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 배광 곡선을 일반적인 LED 조명 장치의 배광 곡선 및 텅스텐 조명 장치의 배광 곡선과 비교한 실험예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 “하부", "상부", “측부” 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 부재 또는 구성 요소들과 다른 부재 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 부재를 뒤집을 경우, 다른 부재의 “상부"로 기술된 부재는 다른 부재의 "하부”에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "상부"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 부재는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는”은 언급된 부재 외의 하나 이상의 다른 부재의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각부의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 본 발명을 이루는 구조에 대한 설명에서, 방향에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 4 내지 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구조를 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 배광 곡선을 일반적인 LED 조명 장치의 배광 곡선 및 텅스텐 조명 장치의 배광 곡선과 비교한 실험예이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치는, 광을 생성하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며, 상기 집광부는, 역배열 고집광 렌즈를 포함한다.
상기 광원 유닛은, 소정의 광을 생성한다. 여기서, 상기 광원 유닛은 LED 를 포함함에 따라서 LED 발광 장치로 구성될 수 있다.
도면에는 도시되지 아니하였으나, 상기 광원 유닛은, 광을 생성하는 복수의 LED를 갖는 LED 모듈, 및 상기 LED 모듈의 광 경로상에 위치하는 렌즈 모듈을 포함하되 상기 렌즈 모듈은, 상기 LED 모듈과 상기 집광부 사이에 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 2 렌즈, 및 1차 집광 렌즈를 포함한다.
LED 는 소정의 기판에 복수 개 실장되어 소정의 LED 모듈을 구성할 수 있다. 상기 LED 모듈은 적어도 일 방향으로 광을 배광하며, 도 4 에서는 집광부 및 프레즈넬 렌즈 방향으로 광을 방출할 수 있다.
아울러, LED 모듈에서 생성된 광이 진행하는 방향으로는 복수의 렌즈가 배치될 수 있다. 이에 따라서, 광원 유닛은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제2 집광 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 각각 순차적으로 LED 모듈로부터 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 각각의 렌즈는 각각 특정한 렌즈 특성을 가질 수 있으며, 예컨대 볼록 렌즈, 오목 렌즈로 구성되거나, 또는 복수의 렌즈가 집합된 구조를 가질 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
아울러, 광원 유닛의 외부에는 프레즈넬 렌즈가 구비된다. 프레즈넬 렌즈는 광을 굴절시켜 직진시키는 특성을 갖는 렌즈로서, 상기 광원 유닛에서 생성된 광을 굴절시켜 모든 광이 평행을 이룬 상태로 직진하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 LRD 조명 장치는 상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부를 구비한다.
상기 집광부는 상기 광원 유닛에서 방출되는 광을 재차 굴절시켜 상기 프레즈넬 렌즈에 전달하며, 이에 따라서 프레즈넬 렌즈를 통과하는 광의 조도 평탄도가 더욱 향상되도록 하는 기능을 수행한다.
집광부는 소정의 렌즈를 구비함으로써 광의 조도 평탄도 향상에 기여하도록 하는 구성을 갖는다. 이에 따라서, 집광부는 역배열 고집광 렌즈를 포함할 수 있으며, 그 외에, 복수 개의 렌즈를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따라서 역배열 고집광 렌즈를 구비하는 집광부의 구조는 도 5 및 6 에 나타난 바와 같다. 이러한 역배열 고집광 렌즈의 구조는 소정의 초점을 갖는 렌즈로 구성되며, 상기 광원 유닛과 프레즈넬 렌즈 사이에 배치됨으로써 광의 조도 평탄도 향상에 기여할 수 있다.
한편, 여기서 상기 광원 유닛과 프레즈넬 렌즈 사이의 간격 D 는 최대 140 mm 의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 그 간격이 가변할 수 있다. 아울러, 집광부와 광원 유닛 및 집광부와 프레즈넬 렌즈 사이의 간격 또한 가변할 수 있으며, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
도 7 은 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 배광곡선과 종래의 LED 조명 장치의 배광곡선, 및 텅스텐 조명 장치의 배광곡선을 비교, 대조한 도면이다. 여기서, (a) 는 종래의 LED 조명 장치의 배광곡선을 나타내며, (b) 는 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 배광곡선으로서, 종래의 LED 조명 장치의 구조에 본 발명에 따른 역배열 고집광 렌즈를 갖는 집광부를 추가함으로써 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 구조를 구현한 경우의 배광곡선을 나타내며, (c) 는 텅스텐 조명 장치에 의한 배광곡선을 나타낸다.
도 7 을 살펴보면, 본 발명에 따라서 역배열 고집광 렌즈를 갖는 집광부를 구비한 LED 조명 장치의 경우, 종래의 LED 조명 장치보다 더욱 우수한 조도 평탄도를 갖는 배광곡선이 나타나며, 텅스텐 조명 장치와 유사한 배광 곡선을 나타냄을 확인할 수 있다. 즉, 역배열 고집광 렌즈 장착 전과 후의 조도 평탄도를 측정해 보면 장착 전에는 약 54% 정도의 조도 평탄도를 나타내는 반면, 장착 후에는 약 82% 수준의 조도 평탄도를 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
2: LED 조명 엔진
10: LED 조명 모듈
20: 제1 렌즈
30: 제2 렌즈
40: 제3 렌즈
50: 프레즈넬 렌즈
100: 광원 유닛
200: 프레즈넬 렌즈
300: 집광부

Claims (3)

  1. 광을 생성하는 광원 유닛;
    상기 광원 유닛에서 생성된 광의 광 경로상에 위치하여 상기 광이 통과하는 프레즈넬 렌즈; 및
    상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이에 배치되는 집광부; 를 포함하며,
    상기 집광부는,
    역배열 고집광 렌즈를 포함하고,
    상기 광원 유닛과 상기 프레즈넬 렌즈 사이의 간격은,
    0 내지 140 mm 의 거리를 갖고,
    상기 광원 유닛은
    광을 생성하는 복수의 LED를 갖는 LED 모듈 , 및
    상기 LED 모듈의 광 경로상에 위치하는 렌즈 모듈을 포함하되,
    상기 렌즈 모듈은, 상기 LED 모듈과 상기 집광부 사이에 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 2 렌즈, 및 1차 집광 렌즈를 포함하는 LED 조명 장치.

  2. 삭제
  3. 삭제
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