KR101804969B1 - Led 등기구용 렌즈 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 등기구용 렌즈 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는 빛 공해를 유발하는 후사광을 차단하고 필요한 부분의 광효율을 증가시킬 수 있는 LED 등기구용 렌즈 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 판 형태로 이루어진 배열판의 일면에는 돔(dome) 형태로 형성된 복수의 렌즈가 일렬로 배치되되 다단 병렬로 배치되고, 상기 배열판의 일면과 반대면에는 LED 소자가 수용되도록 상기 렌즈와 대응되는 위치에 복수의 수용홈이 형성되며, 상기 배열판의 일면에는 상기 복수의 렌즈에서 후사광이 향하는 방향에 위치한 각각의 일측과 접하되 일렬로 배치된 렌즈와 렌즈 사이를 차단하는 연속면을 갖는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는 상기 배열판의 일면을 기준으로 상기 렌즈 보다 높게 형성되며, 상기 배열판의 일면과 반대면에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 상기 수용홈에 수용된 LED 소자에서 발산되는 빛을 굴절시켜 전방으로 향하게 하기 위한 굴절홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 등기구용 렌즈 모듈을 제공한다.

Description

LED 등기구용 렌즈 모듈{LENS MODULE FOR LED LUMINAIRE}

본 발명은 LED 등기구용 렌즈 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는 빛 공해를 유발하는 후사광을 차단하고 필요한 부분의 광효율을 증가시킬 수 있는 LED 등기구용 렌즈 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 실내 또는 실외에 설치되어 조명하는 등기구는, 주로 나트륨 램프, 수은 램프 또는 메탈 할라이드 램프 등을 사용한다. 이러한 램프는 전력 소비량이 많고, 사용 수명이 짧아 유지보수의 비용이 높으며, 환경 오염 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 최근에는 LED를 광원으로 하는 등기구가 채택되어 사용되고 있다.

LED는 기존 광원에 비해 낮은 소비 전력으로 에너지 절약 효과가 크고, 긴 수명으로 인해 유지 보수의 비용이 절감되며, 크기가 작기 때문에 차지하는 공간이 작으면서 등기구의 설계 자유도를 증대시킬 수 있는 장점들이 있어 다양한 도시 조명에 응용되고 있다.

그러나, LED에서 발산되는 빛은 직진성이 강하여 LED는 다른 광원보다 좁은 배광 분포를 갖기 때문에, LED 등기구는 조도 균제도(uniformity ratio of illuminance)가 좋지 않지 않은 문제점이 있다.

한편, 광학적인 측면에서 조명 기구의 성능은 빛을 보내고자 하는 방향으로 적절한 양을 보내는지 여부에 따라 결정되는데, 이러한 성능은 조명 기구 설계시에 조명 기구의 배광 제어를 통해 구현된다.

통상적으로 배광 제어는 반사판, 렌즈, 프리즘 등의 광학부품을 이용하여 이루어지는데, LED 등기구의 경우에는 전술한 바와 같이 발산되는 빛이 직진성을 갖는 특성으로 인해, 기존 광원에 대하여 배광 제어용으로 적용되는 반사판 대신에 렌즈가 배광 제어 달성의 핵심 부품으로 기능한다.

도 1은 종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈이 방열부에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이, 상호간 이격되어 병렬로 배치되는 복수의 방열핀(23)과, 복수의 방열핀(23)이 수직으로 배치되는 지지판(21)으로 구성된 방열부에 결합되는 것으로서, LED 소자가 내부에 수용되어 LED 소자에서 발생되는 배광을 소정 각도로 확산시키는 복수의 후광각 렌즈(41)와, 후광각 렌즈(41)가 LED 소자와 대응되게 일정 간격으로 배치되는 렌즈 배열판(48)과, LED 소자에서 발생되는 후사광을 차단하도록 후사광이 향하는 방향에 벽 형태로 돌출 형성된 반사부(42)로 구성된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈은, 복수의 반사부 사이의 간격이 존재하므로 후광각 렌즈의 측면에서 발산되는 빛이 상호 간의 간섭과 난반사에 의해 반사부 사이로 새어 나가는 등 후사광을 완벽하게 차단하지 못하여 광손실이 발생되는 문제점이 있다.

KR 10-1521846 B1 (2015.05.21.공고)

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 빛 공해를 유발하는 후사광을 차단하고 필요한 부분의 광효율을 증가시킬 수 있는 LED 등기구용 렌즈 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 판 형태로 이루어진 배열판의 일면에는 돔(dome) 형태로 형성된 복수의 렌즈가 일렬로 배치되되 다단 병렬로 배치되고, 상기 배열판의 일면과 반대면에는 LED 소자가 수용되도록 상기 렌즈와 대응되는 위치에 복수의 수용홈이 형성되며, 상기 배열판의 일면에는 상기 복수의 렌즈에서 후사광이 향하는 방향에 위치한 각각의 일측과 접하되 일렬로 배치된 렌즈와 렌즈 사이를 차단하는 연속면을 갖는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는 상기 배열판의 일면을 기준으로 상기 렌즈 보다 높게 형성되며, 측면에서 바라볼 때 2개의 세로면과 상기 세로면을 직선 연결하는 가로면으로 이루어진 'ㄷ'자 형태로 제작되되, 상기 돌출부의 가로면은 상기 배열판의 일면과 평행하는 방향으로 수평을 유지하며,
상기 배열판의 일면과 반대면에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 상기 수용홈에 수용된 LED 소자에서 발산되는 빛을 굴절시켜 전방으로 향하게 하기 위한 굴절홈이 형성되고,
상기 굴절홈은 상기 배열판의 일면과 반대면을 기준으로 할 때, 후사광이 향하는 방향으로 볼록하게 곡률진 형태로 하향 경사지다가 상방으로 수직되게 형성되며,
상기 굴절홈의 후사광이 향하는 면에는 빛을 반사시키기 위한 반사 코팅층이 추가적으로 형성되고,
상기 LED 소자에서 발산되는 빛은 상기 수용홈 중 후사광이 향하는 면에서 1차로 굴절된 다음, 상기 굴절홈의 하향 경사진 면에서 2차로 굴절되어 전방을 향하도록 이루어지며,
상기 돌출부의 세로면과 가로면이 상호 연결되는 모서리 부분은 라운드처리로 마감이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 LED 소자에서 발산되는 빛이 수용홈 중 후사광이 향하는 면에서 1차로 굴절된 다음, 굴절홈의 하향 경사진 면에서 2차로 굴절되어 전방을 향하도록 함으로써, 빛 공해를 유발하는 후사광을 차단하고 필요한 부분의 광효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈이 방열부에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈이 방열부에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 LED 모듈이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 LED 모듈이 제거된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에서 단위 렌즈부를 절개하여 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 저면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 LED 모듈이 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 1의 종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 대한 배광 측정을 통해 얻어진 배광 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 대한 배광 측정을 통해 얻어진 배광 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에서 후사광이 완벽하게 차단되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 21은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈의 배광 시뮬레이션 설정 및 진행 과정을 나타낸 도면들이다.

이하, 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈을 나타낸 도면들이다.

본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈은 가로등, 보안등, 터널등 등과 같은 LED 등기구에 주로 채용된다.

본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이, 상호간 이격되어 병렬로 배치되는 복수의 방열핀(P)과, 복수의 방열핀(P)이 수직으로 배치되는 지지판(S)으로 구성된 방열부에 결합된다.

이러한 방열핀(P)은 구리, 알루미늄, 흑연 또는 세라믹 등 방열 소재를 이용하여 형성된다.

LED 모듈은 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 방열부의 지지판(S)에 결합되는 LED 기판(9)과, LED 기판(9)에 설치된 복수의 LED 소자(8)를 포함한다.

SMPS와 같은 전원공급부로부터 공급되는 전원에 의해 LED 모듈의 LED 기판(9)에 설치된 LED 소자(8)가 점등되면 후술할 렌즈(3)를 통해서 빛이 모여져서 조명을 하게 되고, 이때 발생되는 열은 방열부를 통해 방출되게 된다.

본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈은, 배열판(1), 렌즈(3) 및 돌출부(4)를 포함하여 이루어진다.

배열판(1)은 소정 두께를 가지는 직육면체 형태의 판으로 이루어지는데, 이러한 배열판(1)의 일면(2)에는 돔(dome) 형태로 형성된 복수의 렌즈(3)가 일정 간격을 두고 일렬로 배치된다.

이와 같이 배열판(1)의 일면에 일렬로 배치되는 돔(dome) 형태로 형성된 복수의 렌즈(3)는 2단, 3단 등 다단 병렬로 배치될 수 있다.

이러한 렌즈(3)는 LED 소자(8)가 내부에 수용되고 LED 소자(8)에서 발생되는 배광을 소정 각도로 확산시키는 것으로서, 폴리카보네이트 등의 플라스틱 또는 유리 등으로 제조될 수 있다.

한편, 배열판(1)의 일면(2)과 반대면(5)에는 LED 소자(8)가 수용되도록 상기 렌즈(3)와 대응되는 위치에 복수의 수용홈(6)이 형성된다.

또한, 배열판(1)의 일면(2)에는 후사광이 향하는 방향(화살표 방향)에 위치한 렌즈(3)의 일측과 접하되 상기 렌즈(3)가 일렬로 배치된 방향을 따라 돌출부(4)가 형성되는데, 이러한 돌출부(4)는 배열판(1)의 일면(2)을 기준으로 렌즈(3) 보다 높게 형성된다. 즉, 돌출부(4)는 일렬로 배치된 렌즈(3)와 렌즈(3) 사이를 차단하는 연속면을 갖도록 형성되는데, 이에 따라, 렌즈(3)의 측면에서 발산되는 빛이 렌즈(3)와 렌즈(3) 사이로 새어 나가는 것을 방지할 수 있어 광효율을 증가시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 돌출부는 측면에서 바라볼 때 2개의 세로면과 상기 세로면을 직선 연결하는 가로면으로 이루어진 'ㄷ'자 형태로 제작되되, 상기 돌출부의 가로면은 상기 배열판의 일면과 평행하는 방향으로 수평을 유지한다.
또한, 상기 돌출부의 세로면과 가로면이 상호 연결되는 모서리 부분은 라운드처리로 마감이 이루어진다.

아울러, 배열판(1)의 일면(2)과 반대면(5)에는 돌출부(4)와 대응되는 위치에 수용홈(6)에 수용된 LED 소자(8)에서 발산되는 빛을 굴절시켜 전방으로 향하게 하기 위한 굴절홈(7)이 형성된다.

이와 같은 굴절홈(7)은 배열판(1)의 일면(2)과 반대면(5)을 기준으로 할 때, 후사광이 향하는 방향(화살표 방향)으로 볼록하게 곡률진 형태로 하향 경사지다가 상방으로 수직되게 형성된다.

이에 따라, LED 소자(8)에서 발산되는 빛은 수용홈(6) 중 후사광이 향하는 면(6a)에서 1차로 굴절된 다음, 굴절홈(7)의 하향 경사진 면(7a)에서 2차로 굴절되어 전방을 향하도록 이루어진다.

한편, 굴절홈(7)의 하향 경사진 면(7a)에는 빛을 반사시키기 위한 반사 코팅층이 형성될 수 있다.

도 9는 도 1의 종래 기술에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 대한 배광 측정을 통해 얻어진 배광 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에 대한 배광 측정을 통해 얻어진 배광 곡선을 나타낸 그래프이다.

도 9에서 내부에 표시된 곡선(90도 ~ 270도 면)은 바닥면을 비추고 있는 렌즈 모듈을 위에서 평면으로 바라볼 때 전사광 및 후사광에 관여하는 배광 곡선이고, 외부에 표시된 양 날개 곡선(0도 ~ 180도 면)은 같은 평면에서 좌우측 배광 분포를 나타내는 배광 곡선이다.

이때, 내부에 표시된 곡선 중에서 중앙을 기준으로 좌측 부분이 후사광에 관여하는 곡선이다.

도 10과 도 9를 비교해 보면, 내부에 표시된 곡선 중 후사광에 관여하는 좌측 부분이 현저하게 감소되었음을 알 수 있고, 전사광에 관여하는 우측 부분이 대폭 증가함을 알 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈에서 후사광이 완벽하게 차단되는 상태를 나타낸 도면이다.

LED 소자에서 발산되어 렌즈의 측면에서 발산되는 빛(빨간색 화살표)은 돌출부에 의해 반사(파란색 화살표)됨으로써, 빛 공해를 유발하는 후사광을 방지하고 종래와 같이 복수의 렌즈 사이로 빛이 새어나가는 것을 억제함으로써 광효율을 증가시킬 수 있게 된다.

도 12 내지 도 21은 본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈의 배광 시뮬레이션 설정 및 진행 과정을 나타낸 도면들이다.

본 발명에 따른 LED 등기구용 렌즈 모듈의 배광 시뮬레이션 설정 및 진행 과정을 설명하면 다음과 같다.

(1) LED 렌즈 모듈에 대한 재료(히트 싱크,광학 렌즈, LED, PCB)에 대한 물질특성을 지정한다.(도 12)

(2)&(3) 렌즈 부품과 기구 부품에 대한 광원 소스의 발광면을 설정한다. 이때, 광원을 정의하는 시뮬레이션 소스는 LED 제조업체에서 제공하는 Ray file로 정의된다.(도 13 및 도 14)

(4) 렌즈 부품의 방사 특성 기준점과 기구 부품에 대한 시뮬레이션 센서의 원점을 설정하고, 시뮬레이션 결과는 IES 포맷으로 지정한다.(도 15)

(5) 시뮬레이션 동작을 위해 앞의 (2)&(3)의 과정에서 지정한 값들을 불러와서 적용한다.(도 16)

(6) 시뮬레이션 동작을 위해 앞의 (1) 과정에서 지정한 값들을 불러와서 적용한다.(도 17)

(7) 시뮬레이션 동작을 위해 앞의 (4) 과정에서 지정한 값들을 불러와서 적용한다.(도 18)

(8) 시뮬레이션 동작시에 Ray의 분해능을 결정할 수를 입력한다.(높은 값이면 계산 시간이 지연되며, 고분해능의 출력특성을 얻을 수 있다)(도 19)

(9) 시뮬레이션을 실행한다. 이때, 실행바가 나타난다.(도 20)

(10) 시뮬레이션이 완료되면, IES 배광과 3D 배광 특성을 확인한다.(도 21)

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 배열판 3 : 렌즈
4 : 돌출부 6 : 수용홈
7 : 굴절홈

Claims (5)

1. 판 형태로 이루어진 배열판의 일면에는 돔(dome) 형태로 형성된 복수의 렌즈가 일렬로 배치되되 다단 병렬로 배치되고,
   상기 배열판의 일면과 반대면에는 LED 소자가 수용되도록 상기 렌즈와 대응되는 위치에 복수의 수용홈이 형성되며,
   상기 배열판의 일면에는 상기 복수의 렌즈에서 후사광이 향하는 방향에 위치한 각각의 일측과 접하되 일렬로 배치된 렌즈와 렌즈 사이를 차단하는 연속면을 갖는 돌출부가 형성되고,
   상기 돌출부는 상기 배열판의 일면을 기준으로 상기 렌즈 보다 높게 형성되며, 측면에서 바라볼 때 2개의 세로면과 상기 세로면을 직선 연결하는 가로면으로 이루어진 'ㄷ'자 형태로 제작되되, 상기 돌출부의 가로면은 상기 배열판의 일면과 평행하는 방향으로 수평을 유지하며,
   상기 배열판의 일면과 반대면에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 상기 수용홈에 수용된 LED 소자에서 발산되는 빛을 굴절시켜 전방으로 향하게 하기 위한 굴절홈이 형성되고,
   상기 굴절홈은 상기 배열판의 일면과 반대면을 기준으로 할 때, 후사광이 향하는 방향으로 볼록하게 곡률진 형태로 하향 경사지다가 상방으로 수직되게 형성되며,
   상기 굴절홈의 후사광이 향하는 면에는 빛을 반사시키기 위한 반사 코팅층이 추가적으로 형성되고,
   상기 LED 소자에서 발산되는 빛은 상기 수용홈 중 후사광이 향하는 면에서 1차로 굴절된 다음, 상기 굴절홈의 하향 경사진 면에서 2차로 굴절되어 전방을 향하도록 이루어지며,
   상기 돌출부의 세로면과 가로면이 상호 연결되는 모서리 부분은 라운드처리로 마감이 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 등기구용 렌즈 모듈.
   
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