KR20100012172A - 양면 조명용 ｌｅｄ 렌즈와 ｌｅｄ 모듈 및 이를 이용한ｌｅｄ 양면 조명장치 - Google Patents

양면 조명용 ｌｅｄ 렌즈와 ｌｅｄ 모듈 및 이를 이용한ｌｅｄ 양면 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치에 관한 것으로, 광이 입사되는 입사부; 상기 입사부와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부; 상기 제 1 출사부로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부; 및 상기 제 1 출사부와 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부;를 포함하는 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치를 제공한다.
LED, 발광다이오드, 렌즈, 패키지 모듈, 조명장치

Description

양면 조명용 ＬＥＤ 렌즈와 ＬＥＤ 모듈 및 이를 이용한 ＬＥＤ 양면 조명장치{The two-sided illumination LED lenses and LED modules and LED two-sided illuminating systems which use this}
본 발명은 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 LED가 양면으로 조명하는 것이 가능하도록 하는 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치에 관한 것이다.
LED는 일반적으로 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 발광소자이며, GaAs, GaN 광반도체로 이루어진 PN 접합 다이오드(junction diode)로 전기에너지를 빛에너지로 바꾸어 주는 것이다.
이러한 LED로부터 나오는 빛의 영역은 레드(630nm~700nm)로부터 블루-바이올렛(400nm)까지로 블루, 그린 및 화이트까지도 포함하고 있으며, 상기 LED는 백열전구와 형광등과 같은 기존의 광에 비해 저전력소비, 고효율, 장시간 동작 수명 등의 장점을 가지고 있어 그 수요가 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
최근에 LED는 모바일 단말기의 소형조명, 자동차 조명, 실내 조명 및 옥외 간판이나 옥외 조명등 그 적용범위가 점차 확대되고 있다.
이중, 특히 조명간판에 상기 LED의 적용 범위가 점차 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 LED를 사용하는 양면 조명간판(10)에 대한 단면도이다.
일반적인 LED(11)는 형광등과 달리, 발광면에만 빛이 조사되고 그 반대측에는 전혀 빛이 조사되지 않기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이 회로기판(12) 양면에 LED(11) 및 확산판(13)을 배치할 필요가 있다.
이에 따라, LED를 이용한 양면 조명간판의 구성이 복잡해 지고, 사용되는 LED의 개수가 증대되기 때문에 유지비용 및 제작비용이 많이 들게되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED로부터 광이 입사되는 입사부와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부로 이루어진 양면 조명용 LED 렌즈를 제작하여, 상기 LED가 양면으로 조명되는 것이 가능하도록 하는 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 양면 조명용 LED 렌즈는 광이 입사되는 입사부; 상기 입사부와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부; 상기 제 1 출사부로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부; 및 상기 제 1 출사부와 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 입사부는 상기 광의 입사방향으로 오목하게 형성된 꼭지면과 상기 꼭지면의 양측으로 만곡부를 이루어 연장형성된 경사면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 입사부는 상기 경사면으로부터, 확개되어 연장형성된 단차부가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 LED 렌즈는 사출성형 또는 압출 성형등으로 가공될 수 있다.
또한, 상기 LED 렌즈는 광학유리 또는 광학 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 양면 조명용 LED 모듈은 LED가 탑재된 회로기판; 및 상기 회로기판 상부에 장착되며, 상기 LED로부터 광이 입사되는 입사부와 상기 입사부와 대응하고, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 제 1 출사부로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 제 1 출사부와 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부으로 이루어진 LED 렌즈;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 LED 렌즈의 입사부는 상기 광과 대응되는 만곡부 형태로 형성되고, 상기 만곡부로부터 확대되어 연장형성된 단차부에는 상기 회로기판이 보관될 수 있다.
또한, 상기 LED 렌즈는 사출성형 또는 압출 성형등으로 가공될 수 있다.
또한, 상기 LED 렌즈는 광학유리 또는 광학 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 LED 양면 조명장치는 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되며, LED가 탑재된 회로기판과 상기 회로기판 상부에 장착되며, 상기 LED로부터 광이 입사되는 입사부와 상기 입사부와 대응하고, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 제 1 출사부로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 제 1 출사부와 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부로 이루어진 LED 렌즈로 이루어진 다수개의 LED 모듈; 및 상기 LED 모듈의 상, 하부에 구비되는 확산판;을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 확산판은 아크릴로 이루어질 수 있다.
이상에서, 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치는 LED로부터 광이 입사되는 입사부와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부로 이루어진 양면 조명용 LED 렌즈를 제작함으로써, 상기 LED가 양면으로 조명되는 것이 가능하도록 하여 종래보다 적은 수량의 LED로 양면 조명을 실현할 수 있어 제작비용 및 제작시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 양면 조명용 LED 렌즈는 모듈화가 가능하여, 조립성 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 렌즈와 LED 모듈 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 렌즈에 대한 단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 렌즈(100)는 크게 입사부(110), 제 1 출사부(120), 반사부(130), 제 2 출사부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 입사부는 상기 광이 최초로 입사되면 면으로, 상기 광의 입사방향으로 오목하게 형성된 꼭지면(113)과 상기 꼭지면(113)의 양측으로 만곡부를 이루어 연장된 경사면(115)으로 형성되어 있다.
그리고 상기 경사면(115)으로부터, 확개되어 연장된 단차부가 더 형성되어 있다.
상기 제 1 출사부(120)는 상기 입사부(110)와 대응되는 상면에 위치하고, 상기 입사부(110)로부터 입사된 광 일부는 상기 꼭지면(113)에서 굴절되어 상부로 출사되고, 그 외의 광의 일부는 상기 경사면(115)에서 굴절되어 상기 반사부(130)로 반사된다.
상기 반사부(130)는 상기 제 1 출사부(120)의 측부로 연장되며, 상기 제 1 출사부(120)에서 반사된 광을 상기 제 2 출사부(140)로 굴절 또는 반사되게 한다.
상기 제 2 출사부(140)는 상기 제 1 출사면(120)과 대향되는 하면에 위치하고, 상기 반사부(130)에 반사된 광을 굴절시켜 하부로 출사되도록 한다.
따라서, 상기와 같은 형태로 형성된 양면 조명용 LED 렌즈(100)는 상기 LED가 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100) 내부에서 반사 또는 굴절되어 상기 양면 조명 용 LED 렌즈(100)의 상,하부로 출사되도록 함으로써, 상기 LED 기준으로 양면으로 조명되는 것이 가능하다.
그리고, 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100)는 사출성형 또는 압출 성형등으로 가공되며, 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100)는 BK7이나 SK5와 같이 빛에 대한 굴절률이나 분산률이 좋은 광학유리 또는 투명도와 내부의 균일성이 좋은 폴리카보네이트(polycarbonate), PMMA(아크릴)등의 광학 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 모듈에 대한 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 모듈(101)은 앞서 설명한 도 2와 같은 구성의 양면 조명용 LED 렌즈(100)를 포함한 양면 조명용 LED 모듈(101)로 이때, 상기 도 3에 도시한 구성요소 중 도 2에서 도시한 구성요소와 동일한 기능을 하는 것은 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 이하에서는 중복되는 설명은 생략한다.
상기 LED 모듈(101)은 크게 LED(153)를 탑재한 회로기판(150)과 도 2와 같은 구성의 양면 조명용 LED 렌즈(100)를 포함하여 이루어진다.
상기 LED(153)를 탑재한 회로기판(150)은 상기 LED(153)에 공급되는 전류를 제어하기 위한 구동 IC나 외부전원과의 접속을 위한 연결기 및 상기 LED(153)를 보호하기 위한 소자등이 탑재되어 있으며, 재질은 FR-4 또는 메탈등으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 LED(153)를 탑재한 회로기판(150) 상부에 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100)가 장착된다.
이때, 상기 LED(153)를 탑재한 회로기판(150)은 상기 경사면(115)으로부터 확개되어 연장형성된 단차부(117)에 삽입된다.
상기와 같이 형성된 상기 양면 조명용 LED 모듈(101)은 상기 LED(153)로부터 입사된 광이 입사면(110)에서 굴절되어 상기 제 1 출사부(120)에 입사된다.
상기 제 1 출사부(120)에 상기 입사부(110)로부터 입사된 광 가운데 발광각도가 임계각 미만으로 발광되는 경우에는 상기 입사부(110)의 꼭지면(113)에서 굴절되어 상부로 출사되고, 발광각도가 임계각 이상으로 발광되는 경우에는 상기 입사부(110)의 경사면(115)에서 굴절되어 상기 제 1 출사부(120)에서 반사되고, 상기 반사부(130)에 재차 반사된다.
상기 반사부(130)에 반사된 광 가운데 발광각도가 임계각 미만으로 발광되는 경우에는 상기 반사부(130)에서 하부로 출사되고, 발광각도가 임계각 이상으로 발광되는 경우에는 상기 반사부(130)에서 반사되어 상기 제 2 출사면(140)을 통해 출사된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 모듈에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 4을 참조하여 설명하면, 상기 양면 조명용 LED 모듈(101)은 도 2와 같은 양면 조명용 LED 렌즈(100)를 구비함으로써, 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100)의 상 부에 조사되는 광량이 상기 LED(153) 광량의 40%에서 60%의 범위이고, 상기 양면 조명용 LED 렌즈(100)의 하부에 조사되는 광량이 상기 LED(153) 광량의 40%에서 60%의 범위로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 LED 렌즈(101) 상부에 조사되는 빛의 각도와 상기 하부에 조사되는 빛의 각도가 거의 같아 상기 LED(153)로부터 입사되는 광이 상기 양면 조명용 LED 렌즈(101) 상부와 하부에 거의 비슷한 양으로 출사되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 양면 조명장치에 대한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED 양면 조명장치(102)는 앞서 설명한 도 3과 같은 구성의 양면 조명용 LED 모듈(101) 다수개와, 케이스(160) 및 확산판(170)이 포함된 LED 양면 조명장치(102)로 이때, 도 4에 도시한 구성요소 중 도 3에서 도시한 구성요소와 동일한 기능을 하는 것은 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 이하에서는 중복되는 설명은 생략한다.
상기 케이스(160)는 상기 양면 조명용 LED 모듈(101)을 외부 환경으로부터 보호하며, 알루미늄 재질 등으로 이루어질 수 있다.
상기 케이스(160) 내부에는 등간격으로 양면 조명용 LED 모듈(101) 다수개가 배치되며, 상기 양면 조명용 LED 모듈(101) 상,하부에는 아크릴로 이루어진 확산판(170)이 구비된다.
상기와 같이 형성된 LED 양면 조명 장치(102)는 도 3과 같은 양면 조명용 LED 모듈(101)을 구비함으로써, 종래와 같이 회로기판의 양면에 LED를 배치할 필요 가 없다.
예를 들어, 상기 LED 양면 조명장치(102)의 케이스(160)의 크기가 600mm X 1000mm, 양면 조명용 LED 모듈(101)들의 사이의 간격이 50mm, 상기 양면 조명용 LED 모듈(101)의 상,하부에 구비된 확산판(170)간의 거리를 65mm로 했을 경우. 종래에는 약 750개의 LED가 사용되었으나, 본 발명에 따른 양면 조명용 LED 렌즈(100)를 사용하게 되면 LED(153)는 약 340개가 사용되어 상기 LED(153)를 종래보다 1/2 적게 사용하게 된다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 렌즈(100)와 LED 모듈(101) 및 이를 이용한 LED 양면 조명장치(102)는 LED(153)로부터 광이 입사되는 입사부(110)와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부(120), 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부(130) 및 상기 반사부(130)로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부(140)으로 이루어진 양면 조명용 LED 렌즈(100)를 제작함으로써, 상기 LED(153)가 양면으로 조명되는 것이 가능하도록 하여 종래보다 적은 수량의 LED(153)로 양면 조명을 실현할 수 있어 제작비용 및 제작시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 일반적인 LED를 사용하는 양면 조명간판에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 렌즈에 대한 단면도이다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 모듈에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양면 조명용 LED 모듈에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 양면 조명장치에 대한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 양면 조명용 LED 렌즈
101 : 양면 조명용 LED 모듈
102 : LED 양면 조명 장치
110 : 입사부 113 : 꼭지면
115 : 경사면 117 : 단차부
120 : 제 1 출사부 130 : 반사부
140 : 제 2 출사부 150 : 회로기판
153 : 인쇄회로기판 160 : 케이스
170 : 확산판

Claims (11)

  1. 광이 입사되는 입사부;
    상기 입사부와 대응하며, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부;
    상기 제 1 출사부으로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부; 및
    상기 제 1 출사부과 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부;
    를 포함하는 양면 조명용 LED 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입사부는 상기 광의 입사방향으로 오목하게 형성된 꼭지면과 상기 꼭지면의 양측으로 만곡부를 이루어 연장된 경사면이 형성된 양면 조명용 LED 렌즈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 입사부는 상기 경사면으로부터, 확개되어 연장된 단차부가 더 형성된 양면 조명용 LED 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 렌즈는 사출 성형 또는 압출 성형등으로 가공된 양면 조명용 LED 렌즈
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 렌즈는 광학유리 또는 광학 플라스틱으로 이루어진 양면 조명용 LED 렌즈
  6. LED가 탑재된 회로기판; 및
    상기 회로기판 상부에 장착되며, 상기 LED로부터 광이 입사되는 입사부와 상기 입사부와 대응하고, 상기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 제 1 출사부으로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 제 1 출사부과 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부으로 이루어진 LED 렌즈;
    를 포함하는 양면 조명용 LED 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 LED 렌즈의 입사부는 상기 광의 입사방향으로 오목하게 형성된 꼭지면과 상기 꼭지면의 양측으로 만곡부를 이루어 연장된 경사면이 형성되고, 상기 경사면으로부터, 확개되어 연장된 단차부가 더 형성된 단차부에는 상기 회로기판이 삽입되는 양면 조명용 LED 모듈.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 LED 렌즈는 사출 성형 또는 압출 성형등으로 가공된 양면 조명용 LED 모듈.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 LED 렌즈는 광학유리 또는 광학 플라스틱으로 이루어진 양면 조명용 LED 모듈.
  10. 케이스;
    상기 케이스 내부에 설치되며, LED가 탑재된 회로기판과 상기 회로기판 상부에 장착되며, 상기 LED로부터 광이 입사되는 입사부와 상기 입사부와 대응하고, 상 기 광의 일부가 상부로 출사되는 제 1 출사부, 상기 제 1 출사부으로부터 연장되며, 상기 광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 제 1 출사부과 대향되며, 상기 반사부로부터 반사된 광이 하부로 출사되는 제 2 출사부으로 이루어진 LED 렌즈로 이루어진 다수개의 LED 모듈; 및
    상기 LED 모듈의 상, 하부에 구비되는 확산판;
    을 포함하는 LED 양면 조명 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 확산판은 아크릴로 이루어진 LED 양면 조명 장치.
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