KR101837431B1 - 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구 - Google Patents

Abstract

광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구가 개시된다. 본 발명의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구는, 회로기판의 전면에 다수의 엘이디가 원주방향을 따라 배치된 본체; 및 다수의 엘이디 전방에 구비된 투과렌즈를 포함하고, 투과렌즈에는, 엘이디의 빛이 입사되는 입사면과, 입사면을 통해 입사된 빛이 출사되는 출사면과, 입사면을 통해 입사된 빛을 출사면으로 반사하는 반사면 각각이 원주방향을 따라 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구를 제공할 수 있게 된다.

Description

광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구{LED LIGHTING DEVICE FOR IMPROVING QUALITY OF LIGHTING}

본 발명은 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구에 관한 것이다.

LED 조명(Light Emitting Diode Lighting)은 전기로 빛을 발하는 LED소자를 이용한 조명 방법으로서, LED의 발광원리를 이용하여 색의 기본요소인 적색, 녹색, 청색에 백색까지 다양한 색의 빛을 만들 수 있으며, 기존 조명기구보다 에너지를 획기적으로 줄일 수 있고, 수명도 길며, 형광등처럼 수은 등 유해물질을 전혀 사용하지 않기 때문에 친환경적인 제품으로 인식되고 있다.

최근 실내 및 실외에서 사용되고 있는 LED 조명은 첫째로 높은 효율이 요구되고 있다. 이를 위해서는 높은 효율을 가진 middle power LED가 사용되고 있으며, 높은 광속을 위해 middle power LED 수백 개를 사용하게 된다. 그러나 수백 개의 middle power LED를 사용할 경우, 개별 렌즈를 사용할 수 없으므로, 렌즈를 적용하더라도 middle power LED 특성에 따른 Yellowish 현상 발생에 의해 광품질이 저하된다.(도 1 참조)

최근 실내 및 실외에서 사용되고 있는 LED 조명은 둘째로 다양한 빔각이 요구되고 있다. 일반적으로 LED 조명에 빔각을 구현하기 위해서는 LED 마다 개별렌즈 또는 LED 2개당 1개의 렌즈를 사용한다. 그러나 middle power LED 수백 개를 사용할 경우 개별 또는 2in1 렌즈를 사용할 수 없어 다양한 빔각을 구현하지 못하는 문제가 있다.

마지막으로 최근 실내 및 실외에서 사용되고 있는 LED 조명은 색온도 편차가 적은 균일한 색분포를 갖는 우수한 광품질을 요구하고 있다. 그러나 상술한 바와 같이 렌즈를 적용하더라도 middle power LED의 구조적 특성에 의해 피조면에서의 Yellowish 현상이 두드러지게 나타나 광품질이 저하된다.

대한민국 공개특허공보 제2016-0081242호 (공개일: 2016.07.08)

본 발명의 목적은, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회로기판의 전면에 다수의 엘이디가 원주방향을 따라 배치된 본체; 및 상기 다수의 엘이디 전방에 구비된 투과렌즈를 포함하고, 상기 투과렌즈에는, 상기 엘이디의 빛이 입사되는 입사면과, 상기 입사면을 통해 입사된 빛이 출사되는 출사면과, 상기 입사면을 통해 입사된 빛을 상기 출사면으로 반사하는 반사면 각각이 상기 원주방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구에 의하여 달성된다.

상기 출사면 또는 상기 반사면은 상기 원주방향을 따라 다수의 분할면으로 분할되도록 이루어질 수 있다.

상기 분할면은 상기 원주방향으로 곡면을 형성하도록 이루어질 수 있다.

상기 반사면은 상기 원주방향을 따라 다수의 분할면으로 분할되고, 상기 원주방향을 기준으로, 상기 분할면의 너비는 상기 엘이디 너비의 0.4 내지 0.9배이고 상기 분할면의 곡면반지름은 상기 엘이디 너비의 2.4 내지 2.6배로 이루어질 수 있다.

상기 입사면은, 상기 엘이디의 지향각 중심이 통과하는 제1 입사면과, 상기 제1 입사면의 상기 원주방향과 직각방향 양단에서 상기 회로기판을 향해 각각 연장된 제2 입사면을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 출사면은, 상기 엘이디의 지향각 중심이 통과하는 제1 출사면과, 상기 제1 출사면의 상기 원주방향과 직각방향 양단에서 상기 회로기판과 반대쪽으로 각각 연장된 제2 출사면을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 반사면은 상기 제2 입사면을 통해 입사된 빛을 상기 제2 출사면으로 반사하도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 투과렌즈에 엘이디의 빛이 입사되는 입사면과, 입사면을 통해 입사된 빛이 출사되는 출사면과, 입사면을 통해 입사된 빛을 출사면으로 반사하는 반사면 각각이 원주방향을 따라 형성됨으로써, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래 엘이디 조명기구의 옐로이시 현상을 나타내는 그림.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 사시도.
도 3은 도 2의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 부분 분해사시도.
도 4는 도 2의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 투과렌즈를 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 투과렌즈에 맺힌 엘이디 이미지를 나타내는 그림.
도 7은 도 2 및 도 5의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 배광곡선 및 투과렌즈에 맺힌 엘이디 이미지를 나타내는 그림.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구는, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어진다.

도 1은 종래 엘이디 조명기구의 옐로이시 현상을 나타내는 그림, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 사시도, 도 3은 도 2의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 부분 분해사시도, 도 4는 도 2의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 단면도, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 투과렌즈를 나타내는 도면, 도 6은 도 5의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 투과렌즈에 맺힌 엘이디 이미지를 나타내는 그림, 도 7은 도 2 및 도 5의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구의 배광곡선 및 투과렌즈에 맺힌 엘이디 이미지를 나타내는 그림.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구(10)는, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지며, 본체(100) 및 투과렌즈(200)를 포함하여 구성된다.

본체(100)는 엘이디모듈(110) 및 바디(120)를 포함하여 구성된다. 바디(120)는 엘이디모듈(110) 및 투과렌즈(200)를 고정하기 위한 구성으로서, 원형 접시형태로 형성된다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 엘이디 조명기구(10)는 바디(120)를 통해 벽체등에 설치된다. 바디(120)와 투과커버의 중간에는 엘이디(L)의 열을 외부로 배출하는 구멍이 형성된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 엘이디모듈(110)은 원판형 회로기판(P)의 전면에 다수의 엘이디(L)가 원주방향을 따라 배치된 형태로 이루어진다.

상기한 '전면'은 엘이디(L)의 지향각 중심을 향하는 쪽 면(도 4를 기준으로 상면)을 의미한다. 이하에서 '후면'은 '전면'과 반대쪽 면을 의미하고, '전방'은 지향각 중심을 향하는 방향(도 4를 기준으로 위쪽), '후방'은 '전방'과 반대방향을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

다수의 엘이디(L)는 회로기판(P)의 전면에 부착된 상태에서 지향각 중심방향이 동일한 방향을 향하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 상기한 '원주방향의 중심'은 원판형 회로기판(P)의 중심으로 이해되어야 한다. 회로기판(P)은 바디(120)의 전면에 부착된다. 엘이디(L)는 middle power LED로 이루어진다.

다수의 엘이디(L)는 제1 엘이디(L1)와 제2 엘이디(L2)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 엘이디(L1)는 원판형 회로기판(P)의 중심으로부터 제1 반경 떨어진 위치에서 원주방향을 따라 배치된 엘이디(L)를 가리키고, 제2 엘이디(L2)는 원판형 회로기판(P)의 중심으로부터 제2 반경 떨어진 위치에서 원주방향을 따라 배치된 엘이디(L)를 가리킨다. 제1 반경은 제2 반경보다 크다.

또한, 다수의 엘이디(L)는 원판형 회로기판(P)의 중심으로부터 복수의 위치에서 각각 원주방향을 따라 배치될 수 있다. 도 2 내지 도 4에서는, 다수의 엘이디(L)가 제1 엘이디(L1), 제2 엘이디(L2), 제3 엘이디(L3) 및 제4 엘이디(L4)를 포함하여 구성되는 것을 도시하고 있다.

제1 엘이디(L1)가 원판형 회로기판(P)의 중심으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 배치되고, 제2 엘이디(L2), 제3 엘이디(L3) 및 제4 엘이디(L4)는 순차적으로 제1 엘이디(L1)보다 원판형 회로기판(P)의 중심과 가까운 위치에 배치되는 것으로 이해되어야 한다.

Middle Power LED에 Lens등 Optic을 사용할 경우 Yellow-ring과 Yellowish 현상과 같은 광품질이 저하되는 종래기술의 근본적인 이유는 다음과 같이 분석될 수 있다.

Middle Power LED는 LED 중심부에 블루 chip이 위치하고 그 위에 전체적으로 yellow 형광체를 채워 구성된다. 여기서 중요한 것은 예를 들어 LED의 색온도가 5000K라고 할 때, 블루 chip이 위치하는 중심부에서는 색온도가 5000K보다 높게 되고 chip 주변에서는 색온도가 5000K보다 낮게 된다.

이러한 구조적인 특성이 있는 LED에 Lens를 사용할 때, Lens는 일반적으로 블루 chip의 초점으로 설계하게 된다. 이 경우, chip에서 나오는 광선은 lens에 의해 제어되지만 chip 주변부에서 나오는 광선들은 제어되지 않으며, 이 때문에 피조면상에서의 색온도 편차가 발생하는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 투과렌즈(200)는 조명기구(10)의 빛에 일정한 빔앵글을 형성시키기 위한 구성으로서, 원형 접시형태로 형성된다. 자세하게 도시하지는 않았으나, 투과렌즈(200)는 다수의 엘이디(L) 전방에서 바디(120)와 상대유동 없이 고정된다.

본 발명의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구(10)는, 투과렌즈(200)의 표면에 입사면(210), 출사면(220) 및 반사면(230)을 형성함으로써 상술한 종래기술의 문제점을 해결하게 된다.

입사면(210)은 엘이디(L)의 빛이 입사되는 표면으로, 투과렌즈(200)의 후면에 원주방향을 따라 형성된다. 출사면(220)은 입사면(210)을 통해 입사된 빛이 출사되는 표면으로, 투과렌즈(200)의 전면에 원주방향을 따라 형성된다.

반사면(230)은 입사면(210)을 통해 입사된 빛을 출사면(220)으로 반사하는 표면으로, 투과렌즈(200)의 후면에 원주방향을 따라 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 입사면(210), 출사면(220) 및 반사면(230)은 제1 엘이디(L1), 제2 엘이디(L2), 제3 엘이디(L3) 및 제4 엘이디(L4)의 전방에서 원주방향을 따라 각각 형성된다.

도 4의 확대도는 제3 엘이디(L3)의 빛이 입사면(210), 출사면(220) 및 반사면(230)에서 진행하는 상태를 도시하고 있다. 제1 엘이디(L1), 제2 엘이디(L2) 및 제4 엘이디(L4)의 빛도 각각의 입사면(210), 출사면(220) 및 반사면(230)에서 이와 유사한 형태로 진행하는 것으로 이해되어야 한다.

도 4의 확대도에 도시된 바와 같이, 입사면(210)은 엘이디(L)의 지향각 중심이 통과하는 제1 입사면(211)과, 제1 입사면(211)의 원주방향과 직각방향 양단에서 회로기판(P)을 향해 각각 연장된 제2 입사면(212)을 포함하여 구성된다.

출사면(220)은, 엘이디(L)의 지향각 중심이 통과하는 제1 출사면(221)과, 제1 출사면(221)의 원주방향과 직각방향 양단에서 회로기판(P)과 반대쪽으로 각각 연장된 제2 출사면(222)을 포함하여 구성된다.

반사면(230)은 제2 입사면(212)을 통해 입사된 빛을 제2 출사면(222)으로 반사하게 된다. 이하에서 엘이디(L)의 중심부에서 나오는 빛은 중심광(I1)으로 지칭하고, 엘이디(L)의 주변부에서 나오는 빛은 주변광으로 지칭하고자 한다.

즉, 엘이디(L)의 중심광(I1)은 제1 입사면(211)을 통해 투과렌즈(200)의 내부로 굴절되어 진입한 후 제1 출사면(221)을 통해 재굴절되어 외부로 진행하게 된다. 그리고 엘이디(L)의 주변광은 제1 입사면(211) 및 제2 입사면(212)을 통해 투과렌즈(200)의 내부로 굴절되어 진입하게 된다.

엘이디(L)의 주변광 중 제2 입사면(212)을 통해 투과렌즈(200)의 내부로 굴절되어 진입하는 빛(이하 '주변광B(I3)')은 반사면(230)에서 반사된 후 제2 출사면(222)을 통해 재굴절되어 외부로 진행하게 된다. 본 발명의 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구(10)는, 중심광(I1)과 주변광B(I3)의 빔각이 유사한 방향을 향하도록 제어함으로써, 피조면상에서의 색온도 편차 발생을 억제하게 된다.

한편, 엘이디(L)의 주변광 중 제1 입사면(211)을 통해 투과렌즈(200)의 내부로 굴절되어 진입하는 빛(이하 '주변광A(I2)')은 제1 입사면(211)을 통해 투과렌즈(200)의 내부로 굴절되어 진입한 후 제1 출사면(221)을 통해 재굴절되어 외부로 진행하게 된다. 주변광A(I2)의 진행각도는 중심광(I1) 및 주변광B(I3)와 다소 편향된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구(10)는, 출사면(220) 또는 반사면(230)을 원주방향을 따라 다수의 분할면(DF)으로 분할하여 투과렌즈(200)를 통과하는 엘이디(L)의 빛을 분산시킴으로써 주변광A(I2)의 각도편향을 억제할 수 있다. 분할면(DF)은 개별적인 엘이디(L) 상이 원활하게 맺히도록 원주방향으로 곡면을 형성하는 것이 바람직하다.

도 5(a)는 반사면(230)이 다수의 분할면(DF)으로 분할된 투과렌즈(200)를 나타내고, 도 5(b)는 출사면(220)이 다수의 분할면(DF)으로 분할된 투과렌즈(200)를 나타내고 있다.

도 6(a)는 분할면(DF)의 너비(W)가 엘이디(L) 너비(W)보다 큰 경우 투과렌즈(200)에 맺히는 엘이디(L)의 이미지를 나타내고, 도 6(b)는 분할면(DF)의 너비(W)가 엘이디(L)의 너비(W)보다 작은 경우 투과렌즈(200)에 맺히는 엘이디(L)의 이미지를 나타내고 있다. 도 6의 A1 영역에서 확인할 수 있는 바와 같이, 분할면(DF)의 너비(W)가 엘이디(L)의 너비(W)보다 작은 경우 출사면(220)에서 엘이디(L)의 빛이 보다 분산된다.

본 발명의 출원인은, 반사면(230)을 원주방향을 따라 다수의 분할면(DF)으로 분할하는 경우, 분할면(DF)의 너비(W)를 (원주방향을 기준으로) 엘이디(L) 너비(W)의 0.4 내지 0.9배로 형성하고, 분할면(DF)의 곡면반지름(R)을 (원주방향을 기준으로) 엘이디(L) 너비(W)의 2.4 내지 2.6배로 형성했을 때, 엘이디(L)의 빛이 출사면(220)에 보다 원활하게 분산된 것을 실험적으로 확인하였다.

도 7(a)는 출사면(220) 및 반사면(230)에 분할면(DF)이 형성되지 않은 투과렌즈(200)의 배광곡선 및 투과렌즈(200)에 맺히는 엘이디(L)의 이미지를 나타내고, 도 7(b)는 반사면(230)에 분할면(DF)이 형성된 투과렌즈(200)의 배광곡선 및 투과렌즈(200)에 맺히는 엘이디(L)의 이미지를 나타내며, 도 7(c)는 출사면(220)에 분할면(DF)이 형성된 투과렌즈(200)의 배광곡선 및 투과렌즈(200)에 맺히는 엘이디(L)의 이미지를 나타내고 있다.

도 7의 A2 영역에서 확인할 수 있는 바와 같이, 출사면(220) 및 반사면(230)에 분할면(DF)이 형성되지 않은 투과렌즈(200)보다 출사면(220) 또는 반사면(230)에 분할면(DF)이 형성된 투과렌즈(200)의 출사면(220)에 엘이디(L)의 이미지가 분산되어 맺힌 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 의하면, 투과렌즈에 엘이디의 빛이 입사되는 입사면과, 입사면을 통해 입사된 빛이 출사되는 출사면과, 입사면을 통해 입사된 빛을 출사면으로 반사하는 반사면 각각이 원주방향을 따라 형성됨으로써, 다수의 middle power LED에 개별 렌즈를 적용하지 않더라도 다양한 빔각을 구현하면서도, 옐로이시(yellowish) 현상과 같이 광품질 저하 현상이 방지되도록 이루어지는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구를 제공할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 조명기구
200 : 투과렌즈 100 : 본체
210 : 입사면 110 : 엘이디모듈
211 : 제1 입사면 P : 회로기판
212 : 제2 입사면 L : 엘이디
220 : 출사면 L1 : 제1 엘이디
221 : 제1 출사면 L2 : 제2 엘이디
222 : 제2 출사면 I1 : 중심광
230 : 반사면 I2 : 주변광A
DF : 분할면 I3 : 주변광B
W : 너비 120 : 바디
R : 곡면반지름

Claims (7)

1. 회로기판의 전면에 다수의 엘이디가 원주방향을 따라 배치된 본체; 및
   상기 다수의 엘이디 전방에 구비된 투과렌즈를 포함하고,
   상기 투과렌즈에는, 상기 엘이디의 빛이 입사되는 입사면과, 상기 입사면을 통해 입사된 빛이 출사되는 출사면과, 상기 입사면을 통해 입사된 빛을 상기 출사면으로 반사하는 반사면 각각이 상기 원주방향을 따라 형성되며,
   상기 출사면 또는 상기 반사면, 상기 반사면은 상기 원주방향을 따라 다수의 분할면으로 분할되고, 상기 분할면은 상기 원주방향으로 곡면을 형성하며,
   상기 원주방향을 기준으로, 상기 분할면의 너비는 상기 엘이디 너비의 0.4 내지 0.9배이고 상기 분할면의 곡면반지름은 상기 엘이디 너비의 2.4 내지 2.6배이며,
   상기 입사면은, 상기 엘이디의 지향각 중심이 통과하는 제1 입사면과, 상기 제1 입사면의 상기 원주방향과 직각방향 양단에서 상기 회로기판을 향해 각각 연장된 제2 입사면을 포함하고,
   상기 출사면은, 상기 엘이디의 지향각 중심이 통과하는 제1 출사면과, 상기 제1 출사면의 상기 원주방향과 직각방향 양단에서 상기 회로기판과 반대쪽으로 각각 연장된 제2 출사면을 포함하며,
   상기 반사면은 상기 제2 입사면을 통해 입사된 빛을 상기 제2 출사면으로 반사하는 것을 특징으로 하는 광품질 개선구조를 갖는 엘이디 조명기구.
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