KR20030016347A - 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구 - Google Patents

발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수개의 발광 다이오드가 격자형으로 서로 일정거리 이격되어 고정설치되는 직사각형의 고정판과; 상기 발광 다이오드를 보호하기 위한 덮개 역할을 하는 직사각형 판 형상이로, 네 변이 일정길이 단지게 돌출하여 테두리가 성형되되, 그 단면 형상이 대략 ''형상인 다수개의 집광홈이 중앙부의 적정위치에 형성되어 있어서 상기 고정판과 결합 시에 상기 발광 다이오드의 발광부가 상기 집광홈에 자연스럽게 삽입되는 투명재질의 집광판과; 상기 발광 다이오드에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 전선 인입구와 외부의 구조체와 결착되는 수단이 성형된 케이스로 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구에 대한 것이다.
또한, 상기 고정판은 금속판의 상부에 회로가 프린트된 합성수지재질의 박판이 접착된 것으로, 실리콘 상부에 고정설치되는 상기 발광 다이오드의 회로 구성이 용이하고, 발광 다이오드에서 발생하는 열이 고정판을 통하여 외부로 효과적으로 방출된다.

Description

발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구{omitted}
발광 다이오드(LED) 등의 반도체 발광 소자는 전기 에너지를 직접 빛 에너지로 변환하기 때문에, 할로겐 램프 등의 백열구나 형광등에 비하여 효율이 높고, 그리고 발광시에는 열이 발생하지 않는다는 특징이 있다. 백열구에서는 전기 에너지를 일단 열 에너지로 변환하고, 그 발열에 따르는 복사를 이용하는 것으로, 원리적으로 이러한 변환 효율이 낮으므로 빛으로 변환되는 변환 효율은 1％를 넘지 않는다. 형광등에서 전기 에너지는 방전 에너지로 변환되며, 이것도 마찬가지로 그 변환 효율이 낮다. 한편, LED는 그 변환 효율이 20％ 이상 정도가 가능하고, 백열구나 형광등에 비하여 약 100배 이상의 변환 효율을 용이하게 달성할 수 있다. 또한 LED 등의 반도체 발광소자는 반영구적이라고 할 수 있는 긴 수명을 갖고, 또한 형광등의 빛과 같은 깜빡거림의 문제도 없기 때문에, 눈이나 인체에 악영향을 미치게 않는 사람에 해롭지 않는 빛이라고 말할 수 있다.
이와 같이 LED는 우수한 특징을 갖고 있는 것으로, LED는 각종 기기의 제어 패널에 장착된 표시 램프나, 전광 게시판 등의 표시 장치 등과 같이 매우 한정된 범위에 응용되고 있고, LED가 조명기구(조명장치)에 사용되는 예는 적다. 최근, 열쇠 구멍을 위한 조명용 LED의 응용 제품도 일부 알려져 있지만, 작은 면적밖에 비출 수 없다. 이와 같은 특수한 예를 제외하면, 일반적으로 LED가 조명용으로 사용되는 경우는 없다.
이것은 LED 휘도가 매우 높음에도 불구하고, LED 1개에서 나오는 빛의 출사면적이 1mm²정도로 작은 면적이기 때문에, 조명기구로서 충분한 광속이 얻어지지 않기 때문이다.
이와 같이, 종래의 광학 시스템을 이용하면, 1개의 LED 발광으로는 조명 대상이 되는 면 상의 조도가 원하는 정도까지 도달하지 않는다. 즉, 빛이 비춰지는 면 상의 단위 면적당 광속(light flux)이 충분하지 않다.
이와 같은 문제를 해결하기위한 종래의 기술로서, 시판되고 있는 광원의 잠재적인 빛 에너지를 효율적으로 인출하고 또한 광원 자체를 전혀 가공하지 않고 용이하게 광의 발산(發散), 수속(收束) 등의 광로 변경이나 초점변경이 가능한 벌크형 렌즈가 제안되었다.
또다른 발광 다이오드를 조명기구의 종래의 기술로서, 고진공을 유지하며 상단 내부에 수직하향으로 함몰된 함몰부를 갖는 경질 글라스로 된 반구형상의 벌브; 상기 벌브의 하단부를 밀봉하여 진공을 유지시키는 몰딩물; 상기 몰딩물의 외주연으로 끼워져 결합되며 전원을 공급하기 위한 제1, 제2 도입선이 상기 몰딩물을 통해 상기 벌브 내로 인도되는 베이스부; 상기 벌브 내로 인도된 상기 제1, 제2 도입선의 일 단부에 상호 일정 간격을 두고 납땜 ·고정되는 제1, 제2 지지봉; 다수의 고휘도 발광다이오드가 병렬 배치되어 상기 제1, 제2지지봉에 전기적으로 납땜되어 지지되는 모듈기판을 포함하고, 선택적으로, 상기 반구형상을 갖는 벌브 전체의 면적에 대해 2/3 가량 알루미늄과 같은 반사부재를 증착하여 형성한 것을특징으로 하며, 선택적으로, 상기 벌브 내부의 열과 습기를 차단하기 위해 상기 벌브 내에 질소가스가 유입된 것을 특징으로 하는 조명등이 제안되었다.
또다른 종래의 기술은 고휘도 발광다이오드(LED)를 이용한 초소형 플래시라이트에 관한 것으로, 특히 경통의 슬라이딩에 의해 조사점의 조도 조절과 광의 분산 및 집중도 조절이 가능하며, 고휘도 LED의 점등에 의해 초소형으로서 실용적인 밝기를 갖는 조명장치 기능과 헤드라이트 기능을 발휘할 수 있는 고성능 초소형 플래시라이트에 관한 것이 제안되었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 조명기구는 일정수준 이상의 넓은 지역을 밝게 비추는 데 한계가 있었으며, 제작이 복잡하여 고가이며, 설치가 어려운 문제점이있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 다수개의 발광 다이오드가 격자형으로 서로 일정거리 이격되어 고정설치되는 직사각형의 고정판과; 상기 발광 다이오드를 보호하기 위한 덮개 역할을 하는 직사각형 판형상으로, 네 변이 일정길이 단지게 돌출하여 테두리가 성형되되, 그 단면 형상이 대략 ''형상인 다수개의 집광홈이 중앙부의 적정위치에 형성되어 있어서 상기 고정판과 결합 시에 상기 발광 다이오드의 발광부가 상기 집광홈에 자연스럽게 삽입되는 투명재질의 집광판과; 상기 발광 다이오드에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 전선 인입구와 외부의 구조체와 결착되는 수단이 성형된 케이스로 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구로서, 상기 고정판의 크기와 발광다이오드의 수 등을 가감함으로서 쉽게 목적하는 지역을 밝게 비출 수 있으며, 평판형으로 두께가 얇고, 구조가 간단하여 제작단가가 저렴한 발광다이오드 이용한 평판형 조명기구를 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 벌크형 렌즈에 대한 도면
도 2는 종래의 조명등에 대한 도면
도 3은 종래의 플래시라이트에 대한 도면
도 4는 본 발명에 사용되는 발광 다이오드의 사시도
도 5는 본 발명의 집광판 사시도
도 6은 본 발명의 집광판의 저면 사시도
도 7은 도 6의 부분 상세도
도 8은 본 발명의 집광판의 단면도
도 9는 도 8의 부분 상세도
도 10은 본 발명의 외부 케이스의 사시도
도 11은 본 발명의 분해 사시도
도 12는 본 발명의 고정판에 발광 다이오드가 고정설치된 사시도
도 13은 도 12의 부분 상세도
도 14는 본 발명의 조명기구의 결합된 상태에서의 단면도
도 15는 도 14의 부분 상세도
도 16은 본 발명의 전원공급장치의 회로도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 발광 다이오드 11: 발광부
12 : 단자부 13 : 방열부
14 : 결합용 홈
20 : 집광판 21 : 집광홈
22 : 볼트 관통공 23 : 실링홈
30 : 외부 케이스 31 : 유리
32 : 주름 33 : 브라켓
34 : 브라켓 결합부 35 : 전선인입구
40 : 고정판 41 : 구리판
42 : 실리콘 박판 43 : 공업용 실리콘 접착제
50 : 전원공급장치
본 발명은 다수개의 발광 다이오드(10)가 격자형으로 서로 일정거리 이격되어 고정설치되는 직사각형의 고정판(40)과; 상기 발광 다이오드(10)를 보호하기 위한 덮개 역할을 하는 직사각형 평판 형상으로, 네 변이 일정길이 단지게 돌출하여 테두리가 성형되되, 그 단면 형상이 대략 ''형상인 다수 개의 집광홈(21)이 중앙부의 적정위치에 형성되어 있어서 상기 고정판(40)과 결합 시에 상기 발광 다이오드(10)의 발광부(11)가 상기 집광홈(21)에 자연스럽게 삽입되는 투명재질의 집광판(20)과; 상기 발광 다이오드(10)에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 전선 인입구와 외부의 지지대와 결착되는 수단이 성형된 외부 케이스(30)로 구성된다.
상기 발광 다이오드(10)는 해당업자에 의하여 생산되는 것으로, 본 발명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광부(11)의 하부에 방열부(13)가 일체로 결합되어있는 제품을 사용한다. 이는 본 발명에 사용되는 발광 다이오드(10)는 고휘도로서 종래의 일반적인 발광 다이오드(별도의 방열부 없이 두 개의 단자용 핀이 발광부 아래에 구성되어 있는 발광 다이오드)와 다르게 비교적 많은 열이 발생하는 데 따른 구조이다.
상기 발광 다이오드(10)를 사각형의 평판형 고정판(40)위에 적정간격으로 서로 이격하여 고정설치한다. 본 발명에 사용되는 상기 발광 다이오드(10)는 방열부(13)의 외주면에 쉽게 나사나 볼트로 하부의 고정판(40)에 결합할 수 있는 결합용 홈(14)이, 도 4에 도시된 바와 같이 형성되어있다. 그러나 본 발명에서는, 일실시예로서 관용의 공업용 실리콘 접착제(43)를 사용하여 상기 방열부(13)를 고정판(40)에 고정설치한다.
상기 고정판(40)은 상기 발광 다이오드(10)가 적정거리 이격되어 고정설치되는 평판으로, 필요에 따라 외부 케이스(30)와 결합되는 나사 또는 볼트 관통공(22)이 적당한 위치에 형성되고, 상기 발광 다아오드의 방열부(13)의 열을 효과적으로 외부로 방출하기위하여 금속판이 사용된다. 즉, 열전도성이 좋은 구리판(41)이나 알루미늄판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 고정설치되는발광다이오드(10)의 전기회로를 구성하는 데 따른 편이성과 미적 효과 및 제품의 상품성 등을 고려하여 상기 금속판 위에 전기회로가 프린트된 실리콘 등과 같은 합성수지재질의 박판을 접착하고, 상기 합성수지재질의 박판 위에 발광다이오드(10)를 공업용 실리콘 접착재를 사용하여 고정설치한 후 발광 다이오드(10)의 단자부(12)와 상기 박판에 프린트되어있는 전기회로를 이용하여 회로를 구성함이 바람직하다.
또한 상기 고정판(40)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 직사각형의 평판으로 설명되어있으나 이는 제작상의 일실시예로서, 발광 다이오드(10)의 배치와 다음에 설명되는 집광판(20) 및 외부 케이스(30)의 외형을 다르게 구성하면 쉽게 원형이나 다른 모양의 다각형으로 변형이 가능하다. 즉, 본 발명의 조명기구에서 도면에 제시된 직사각형의 외형은 당업자에 의하여 쉽게 다른 모양으로 변형이 가능한 부분이다.
상기 고정판(40)의 상부에 설치되는 집광판(20)은 본 발명의 요지중 하나로서, 상기 고정판(40)의 적정위치에 고정설치되어있는 발광 다이오드(10)의 발광부(11)가 수용되는, 그 단면 형상이 대략 ''형상인 다수개의 집광홈(21)이 형성되어 있어서, 상기 발광부(11)에서 나오는 빛을 집광하여 목표로하는 조명의 대상지역으로 빛을 효과적으로 보내는 역할을 하고, 또한 상기 고정판(40)에 설치된 발광 다이오드(10)와 전기회로를 보호하는 기능을 하는 것으로 아크릴수지 등의 투명한 합성수지재질로 성형된다. 또한 상기 고정판(40)과 밀착되는 집광판(20)의 테두리 부분을 일정길이 단지게 형성하고 그 단부에 실링재가 삽입되는 실링홈(23)을 형성하여 상기 고정판(40)과 집광판(20)이 결착되면 실링재에 의하여 발광 다이오드(10)가 설치된 내부가 완전히 밀폐되는 것이 바람직하다. 물론 전선인입구가 상기 고정판(40)이나 집광판(20)의 일측에 형성되어야 하는 바, 본 발명에서는 일실시예로서, 금속재의 고정판(40)의 하부일측에 전선인입용 너트공을 구성하고, 중앙부에 전선이 압착하여 통과되는 관통공이 형성되어있는 볼트를 이용하여 밀폐효과를 유지하면서 전선을 상기 발광 다이오드(10)에 연결할 수 있으며 이는 당업자에 의하여 실시되는 관용공지의 기술이다. 상기 고정판(40)과 집광판(20)의 모서리부분을 볼트로 결합한다.
상기 외부 케이스(30)는 상기 발광다이오드(10)가 고정설치된 고정판(40)과 집광판(20) 및 전원공급장치가 설치되는 상자형으로, 상부에는 빛이 투과되는 창인 유리(31)가 설치되고, 내부의 하부면에는 상기 고정판(40)이 밀착하여 고정설치된다. 또한, 상기 고정판(40)에서 전도되는 열을 효과적으로 방출하기 위하여 알루미늄 등의 열전도성이 좋은 금속재로 만들어지되 상기의 고정판(40)이 설치된 면의 대응되는 외부면은 주름(32)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 외부 케이스(30)를 직접 볼트나 나사를 이용하여 외부의 설치하고자 하는 지지대에 고정할 수도 있으나, 상기 외부 케이스(30)의 측면에 브라켓 결합부(34)를 일체로 형성하고 별도의 브라켓(33)으로 외부 케이스(30)와 지지대를 고정하는 것이 바람직하다.
실시예로서, 본 발명에 사용되는 고정판(40)은 300 mm * 400 mm * 3mm의 구리판(41)에 전기회로가 프린트된 0.1mm 두께의 실리콘 박판(42)을 접착하며, 발광다이오드(10)의 간격은 중앙부에서 격자형으로 8 mm 간격으로 이격하여 고정설치하되 긴 변 방향으로 5줄 짧은 변 방향으로 4줄을 배치한다. 이 20개의 발광 다이오드(10)를 2개씩 직렬로 연결하고, 이 직렬연결을 다시 병렬로 연결하는 전기회로를 구성한다. 따라서, 본 발명에 사용된 발광 다이오드(10)는 7V 700mA의 정격전압 정격전류를 지니고 있는 바, 전원공급장치에서 공급되는 전압 및 전류는 14V 7A의 정격전압과 정격전류가 제공되는 정전압 전원공급장치를 사용한다.
본 발명을 도면에 따라 살펴보면, 도 1은 종래의 벌크형 렌즈에 대한 도면이고, 도 2는 종래의 조명등에 대한 도면이며, 도 3은 종래의 플래시라이트에 대한 도면이다. 도 4는 본 발명에 사용되는 발광 다이오드(10)의 사시도로서 중앙에 빛을 내는 발광부(11)와 대략 육각형모양의 방열부(13)와 방열부(13) 상부에 구성된 양극 및 음극 단자부(12)와 방열부(13)의 외주면에 볼트 또는 나사 결합용 홈(14)이 형성되어있다. 도 5는 본 발명의 집광판(20) 사시도로서 네모서리에 볼트 관통공(22)이 성형되고 중앙부에 격자형으로 긴변 방향으로 5줄 짧은 방향으로 4줄의 집광홈(21)이 성형되어있다. 도 6은 본 발명의 집광판(20)의 저면 사시도로서 테두리의 단부에 실링홈(23)이 성형되어있다. 도 7는 도 6의 부분 상세도이다. 도 8은 본 발명의 집광판(20)의 단면도이다. 도 9는 도 8의 부분 상세도이다. 도 10은 본 발명의 외부 케이스(30)의 사시도이다. 도 11은 본 발명의 분해 사시도이다. 도 12는 본 발명의 고정판(40)에 발광 다이오드(10)가 고정설치된 사시도로서 전기회로나 발광다이오드(10)의 단자부(12) 등과 고정판(40)의 전기회로가 생략된 도면으로 공업용 실리콘 접착제를 사용하여 고정판(40)에 발광 다이오드(10)가 고정설치된상태를 나타낸다. 도 13은 도 12의 부분 상세도이다. 도 14는 본 발명의 조명기구의 결합된 상태에서의 단면도이다. 도 15는 도 14의 부분 상세도이다. 도 16은 본 발명의 전원공급장치의 회로도이다.
본 발명에 있어서, 일실시예로서, 상기 집광판(20)의 네모서리에 성형된 볼트 관통공(22)으로부터 고정판(40)의 볼트 관통공(22)과 외부 케이스(30)에 성형되는 볼트 관통공을 관통하여 전체를 볼트와 너트로 결합함으로서 동시에 고정판(40)이 외부 케이스(30)에 밀착하여 결합되는 효과를 얻을 수있다. 따라서, 상기 발광 다이오드(10)에서 발생되는 열이 효과적으로 고정판(40)과 외부 케이스(30)에 전도되어 외부로 방출된다.
외부 케이스(30)의 저면과 외부 케이스(30)가 고정되는 외부 지지대 사이에 간격을 두고 브라켓(33)으로 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구는 두께가 얇고 수명이 길며, 특히 진동에 강한 발광 다이오드의 특성상 화물 이송용차량 등의 조명기구에 적합한 강점을 지니고 있으며, 또한 발광 다이오드의 수와 고정판의 크기를 가감하는 방식으로 다양한 밝기와 크기를 지닌 조명기구의 생산이 가능하며, 또한 조명에 이용되는 전기에너지를 절약할 수있다.

Claims (4)

  1. 다수개의 발광 다이오드(10)가 격자형으로 서로 일정거리 이격되어 고정설치되는 직사각형의 고정판(40)과; 상기 발광 다이오드(10)를 보호하기 위한 덮개 역할을 하는 직사각형 평판 형상으로, 네 변이 일정길이 단지게 돌출하여 테두리가 성형되되, 그 단면 형상이 대략 ''형상인 다수개의 집광홈(21)이 중앙부의 적정위치에 형성되어 있어서 상기 고정판(40)과 결합시에 상기 발광 다이오드(10)의 발광부(11)가 상기 집광홈(21)에 자연스럽게 삽입되는 투명재질의 집광판(20)과; 상기 발광 다이오드(10)에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 전선 인입구와 외부의 지지대와 결착되는 수단이 성형된 외부 케이스(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정판(40)은 금속판의 상부에 회로가 프린트된 합성수지재질의 박판이 접착된 것으로, 실리콘 상부에 고정설치되는 상기 발광 다이오드(10)의 회로 구성이 용이하고, 발광 다이오드(10)에서 발생하는 열이 구리판(41)을 통하여 외부로 효과적으로 방출되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 집광판(20)은 테두리 단부에 실링재가 삽입되는 실링홈(23)이 성형되어 있어서 상기 고정판(40)과 결합 시에 상기 실링홈(23)에 삽입된실링재에 의하여 그 내부가 완전히 밀폐되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구.
  4. 제2항에 있어서, 상기 금속판과 합성수지재질의 박판은 각각 구리판(41)과 실리콘 박판(42)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 평판형 조명기구.
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