KR20110013044A - 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법에 관한 것으로, 본 발명은 엘이디의 광을 방출하는 개구부가 마련되며, 상기 엘이디의 상면에 저면이 접하게 위치하여 상면 및 측면 중 적어도 하나의 방면으로 광을 방출하는 확산기재와, 상기 확산기재의 상기 개구부에 삽입되어 상기 엘이디의 광의 일부를 투과시키는 광투과공을 구비하며, 상기 엘이디의 나머지 광을 반사시키는 반사부와, 상기 반사부의 상기 광투과공을 통해 투과된 광을 확산시키는 확산렌즈를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 두께가 얇으면서도 균일한 면발광이 가능한 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광을 제공할 수 있다.

엘이디, 조도, 면발광

Description

엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법{LED lighting apparatus and method for surface emitting of the LED lighting apparatus}

본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 특히 광효율이 개선된 엘이디(LED: Light Emitting Diode) 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디를 이용한 조명장치는 '에지형'과 '직하형'으로 구분한다. 상기 에지형은 엘이디를 패널(panel) 또는 하우징의 테두리에 배치시켜 측면에서 광을 방출한 후, 다시 수직방향으로 확산시키는 방식이고, 상기 직하형은 엘이디를 패널 전체에 배치하여 수직방향으로 직접 확산시키는 방식이다.

상기 에지형은 패널 테두리에만 엘이디가 배치되기 때문에 직하형에 비해 상대적으로 적은 개수의 엘이디가 사용되어 제조비용이 저렴하다. 하지만, 직하형에 비해 전체 사이즈를 크게 하는데 제한이 있는 단점이 있다.

반대로 상기 직하형의 경우에는, 광이 골고루 퍼지기 위해 엘이디와 확산시트 사이에 일정 정도 거리를 유지해야 하기 때문에 두께가 에지형보다 상대적으로 두꺼워지는 단점이 있다.

따라서, 두께는 얇으면서도 균일한 면발광이 가능하고, 사이즈에 제한을 받지 않는 엘이디 조명장치에 대한 연구가 필요하다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 도광판의 두께를 얇게 할 수 있는 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 도광판의 두께를 얇게 하면서도 광효율이 좋아지는 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 엘이디의 조사면적을 더욱 넓게 할 수 있는 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 엘이디 상부측 중앙부와 주변부가 균일한 면발광을 이룰 수 있는 엘이디 조명장치 및 엘이디 조명장치의 면발광 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 엘이디의 광을 방출하는 개구부가 마련되며, 상기 엘이디의 상면에 저면이 접하게 위치하여 상면 및 측면 중 적어도 하나의 방면으로 광을 방출하는 확산기재와, 상기 확산기재의 상기 개구부에 삽입되어 상기 엘이디의 광의 일부를 투과시키는 광투과공을 구비하며, 상기 엘이 디의 나머지 광을 반사시키는 반사부와, 상기 반사부의 상기 광투과공을 통해 투과된 광을 확산시키는 확산렌즈를 포함한다.

또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은,엘이디 조명장치의 면발광 방법에 있어서, 엘이디 광의 일부를 반사부로 반사시켜 상기 엘이디의 상부측에 적층되어 위치하는 도광판의 측면으로 입사시키는 과정과, 상기 엘이디의 나머지 광을 반사부의 상부측으로 투과시키고, 그 투과된 광을 확산한다.

본 발명은 도광판 구성 시, 엘이디 칩의 측면은 제외하고 상면에만 접하도록 구성함으로서 두께를 얇게 할 수 있는 효과가 있다.

그리고 두께가 얇아지면서 광의 반사활동거리가 짧아져 광효율이 좋아지는 효과가 있다.

그리고 광효율이 좋아지면서 엘이디의 조사면적이 넓어지는 효과가 있다. 이는 단위 면적당 엘이디의 사용 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 도광판의 두께가 줄어들면서 장치의 무게를 줄일 수 있고 이로 인해 조명장치의 운반 및 설치가 용이해지며 비용이 절감되는 효과가 있다.

그리고 산란렌즈를 이용하여 엘이디의 빛을 측면으로 분산시킴으로서 엘이디의 상부측 중앙부와 주변부의 조도가 균일해지는 효과가 있다.

그리고 산란렌즈를 이용하여 엘이디의 빛을 측면으로 분산시키고, 그 분산된 빛 중 중앙부분의 빛은 반사부의 중앙 광투과공을 통해 통과시킨 후, 다시 확산렌 즈를 통해 확산시킴으로서 엘이디의 상부측 중앙부와 주변부의 조도가 더욱 균일해지는 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 엘이디 조명장치의 단면 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 엘이디(10)가 실장된 기판(20)과, 상기 엘이디(10)의 상면에 저면이 접하도록 배치되며, 개구부(31)가 마련되어 상기 엘이디(10) 상부 중앙부를 노출시키는 확산기재(30)와, 상기 확산기재(30)의 개구부(31)에 삽입되어 상기 엘이디(10)의 광을 반사시켜 상기 확산기재(30)의 측면으로 확산될 수 있도록 함과 아울러 그 중앙부에 상기 엘이디(10)의 중앙직광의 일부를 투과시키는 광투과공(41)이 마련된 반사부(40)와, 상기 반사부(40)의 상부측에 위치하여 상기 광투과공(41)을 통해 투과된 광을 확산시켜 상기 엘이디(10)의 상부측 중앙부와 주변부의 광 조도를 균일하게 하는 확산렌즈(50)를 포함하여 구성된다.

상기 확산렌즈(50)는 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate) 소재 혹은 실리콘으로 구성될 수 있다.

상기 반사부(40)는 PPA(Poly Phthal Amid) 소재 혹은 알루미늄 소재로 구성될 수 있고, 하부면은 미러처리 될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 엘이디 조명장치에 따른 제1실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 엘이디(10)는 패키징된 것이며 측면으로는 광의 방출이 없으며 상향 소정의 각도로 광을 방출한다. 상기 엘이디(10)는 기판(20)의 상부에 연접되어 다수 배치될 수 있으며, 그 다수로 배치된 엘이디(10)의 사이 영역은 빈 공간으로 공기가 충진되는 무광영역이 된다.

상기 엘이디(10)의 상부에는 상대적으로 박판형의 확산기재(30)가 위치하며, 그 확산기재(30)의 구성은 엘이디(10) 상부 중앙부를 노출시키며, 그 엘이디(10)의 광을 확산시켜 측면으로 방출되도록 하는 도광판(33)과; 상기 도광판(33)의 하부면에 위치하여 도광판(33) 내에서 하부로 입사되는 광을 상부측으로 반사시키는 반사판(32)이 적층된 구조를 갖는다. 만약 상기 도광판(33)의 상층부가 패턴화 되어 있는 경우, 상기 도광판(33)에 입사되어 측면으로 향하던 광은 반사각도에 따라 상기 패턴화된 상부로 방출될 수도 있다.

한편, 상기 확산기재(30)는 엘이디(10)의 측면부에는 위치하지 않고, 상부측에만 위치하기 때문에 엘이디(10)의 측면부까지 위치해 있던 종래의 도광판보다 그 두께를 대폭 줄일 수 있다.

또한 확산기재(30)에는 엘이디(10)의 상부 중앙부를 노출시키는 개구부(31)가 마련되어 있다.

상기 개구부(31)의 상부측에는 상기 엘이디(10)의 광을 그 개구부(31)의 측면 즉, 도광판(33)의 측면으로 반사시키는 반사부(40)가 마련되어 있다. 그 반사부(40)의 형태는 하부측에 꼭지점을 갖는 원추형상이 바람직하다.

이와 같은 반사부(40)의 경사면에 상기 엘이디(10)에서 방출된 광이 반사되면, 그 광은 확산기재(30)의 도광판(33)의 양측면으로 입사된다. 이처럼 광이 도광판(33)의 측면을 통해 입사되는 경우 그 가로방향으로의 광의 확산이 보다 원활하게 이루어진다.

이로 인해 하나의 엘이디(10)가 커버할 수 있는 조사면적을 넓힐 수 있다. 즉, 엘이디(10) 간의 간격이 종래에 비해 멀어지는 경우에도 원하는 밝기의 광을 방출할 수 있게 된다.

또한 상기 도광판(33)의 두께가 종래에 비하여 상대적으로 얇기 때문에 광의 반사 이동구간을 줄일 수 있다. 이로 인해 광의 손실을 최소화할 수 있게 되어 광효율을 높일 수 있게 된다.

상기 반사부(40)는 중앙부에 세로방향으로 광투과공(41)이 마련되어 있으며, 그 광투과공(41)을 통해 엘이디(10) 광의 일부가 반사부(40)의 상부 중앙측으로 투과될 수 있다.

상기 광투과공(41)을 투과한 엘이디(10)의 일부 광은 그 반사부(40)의 상부측에 마련된 확산렌즈(50)를 통해 2차 확산된다.

이로 인해 엘이디(10)의 상부측 중앙부분이 더 밝아지는 현상을 줄일 수 있어, 그 주변부와 조도를 균일하게 할 수 있다.

상기 확산렌즈(50)의 저면 중앙부에는 하향으로 돌출된 돌출부(51)가 마련되어 있으며, 상기 반사부(40)의 상면에 마련된 홈에 그 돌출부(51)가 삽입되어 견고하게 고정될 수 있다.

또한 그 돌출부(51)의 하부와 반사부(40)의 사이에는 공간부가 마련될 수 있는데, 상황에 따라 그 공간부의 크기를 조절하여 구성한다.

이는 굴절률이 서로 다른 매질들의 두께를 조절하여 그 확산렌즈(50)에 입사되는 광의 입사각도를 변경시키기 위한 것이다.

상기 확산렌즈(50)의 형상은 상면이 좁고 저면이 넓은 원판형의 형상이며, 앞서 설명한 바와 같이 저면 중앙에 하향의 돌출부(51)가 마련되며, 상면의 중앙부에는 상부홈(52)이 마련된 것일 수 있다.

상기 확산렌즈(50)의 상부홈(52)은 광의 확산이 보다 용이하게 일어날 수 있도록 외부의 공기층과의 경계면에 각도를 주어 방출되는 광의 일부를 확산렌즈(50)의 내측으로 다시 반사시키는 역할을 하며, 따라서 보다 균일한 확산이 일어나도록 한다.

이와 같이 본 발명의 광효율이 개선된 엘이디 조명장치의 제1실시예는, 엘이디(10)의 상부로 방출되는 광을, 경사면을 가지는 반사부(40)를 사용하여 그 엘이디(10)의 상부측에 적층된 도광판(33)의 측면으로 입사시켜 보다 넓은 면적으로의 광의 확산이 가능하도록 하며, 그 엘이디(10)에서 방출되는 광의 일부를 그 반사부(40) 상부측으로 투과시킨 후 다시 확산렌즈(50)로 2차 확산시킴으로써 그 엘이디(10)의 상부측 중앙부와 주변부의 조도가 균일하게 된다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 엘이디 조명장치의 단면구성도로서 이에 도시된 바와 같이 상기 제1실시예에 따른 엘이디 조명장치 구성에서 상기 반사부(40)의 하부측 즉, 확산기재(30)의 개구부 내에 엘이디(10)의 광을 산란시키는 산란렌즈(60)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기 산란렌즈(60)는 저면에 패턴을 형성한 것일 수 있으며, 엘이디(10)에서 상향으로 방출되는 광을 산란시켜 그 산란된 광이 직접 도광판(33)의 측면으로 입사될 수 있도록 한다.

이때 일부 광은 상기 반사부(40)에서 반사된 후 다시 도광판(33)의 측면으로 입사될 수 있다.

이때 산란된 광의 산란각도는 특정할 수 없을 정도로 다양하게 변화되기 때문에 그 반사부(40)를 통해 반사되는 광의 반사각도 또한 다양한 각도를 가지게 된다.

이와 같이 특정할 수 없는 각도로 산란 또는 반사된 광은 상기 도광판(33)의 양측면으로 다양한 각도로 입사되며, 도광판 내에서의 확산도 보다 더 다양한 양상을 가지며 확산되기 때문에 결과적으로 그 도광판(33)의 전면부를 통해 방출되는 광의 균일성을 보다 더 확보할 수 있게 된다.

한편, 상기 산란렌즈(60)에 의하여 산란된 광의 일부는 상기 반사부(40)의 광투과공(41)을 통해 투과될 수 있으며, 그 광투과공(41)을 투과한 광은 확산렌즈(50)에서 2차 확산된다. 이로 인해 엘이디의 상부측 중앙부와 주변부의 조도가 균일하게 된다.

이와 같은 본 발명의 제2실시예 및 상기 제1실시예는 엘이디(10)의 측면부에 는 확산기재(30)가 형성되어 있지 않은 것으로 그 확산기재(30)의 두께를 종래에 비하여 상대적으로 얇게 할 수 있으며, 따라서 전체 엘이디 조명장치의 무게를 감소시킬 수 있게 된다.

이와 같은 무게의 감소는 조명장치의 운반 및 설치를 보다 용이하게 함과 아울러 조명장치의 제조비용을 절감할 수 있다.

또한 엘이디(10)의 광을 도광판(33)의 저면을 통해 입사시켜 확산시키지 않고, 반사부(40)를 사용하여 그 도광판(33)의 측면을 통해 입사시킴으로써, 광의 확산이 용이하게 일어나도록 할 수 있으며, 필요에 따라 산란렌즈를 구비함으로써 확산을 보다 더 용이하게 일어나도록 할 수 있다. 따라서 단위 면적 내에서 종래에 비하여 더 적은 수의 엘이디(10)를 사용하고도 동일한 조도의 면발광을 이룰 수 있게 된다.

이와 같은 엘이디(10)의 사용 개수 감소는 향후 대면적의 조명장치 또는 디스플레이 장치에 적용되는 경우 제조비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 엘이디 조명장치의 단면 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 산란렌즈(60)의 중앙에 엘이디(10)의 광이 상기 반사부(40)의 광투과공(41)에 직접 유입될 수 있도록 하는 제1광투과공(61)이 마련된 것이다.

이와 같은 본 발명의 제3실시예의 구성은 산란렌즈(60)의 사용에 의하여 광투과공(41)을 통해 확산렌즈(50)로 입사되는 광량이 감소되는 것을 보완할 수 있는 구성이다.

나머지 동작은 상기 제2실시예의 동작과 동일하다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 엘이디 조명장치의 단면 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 상기 제2실시예에 있어서, 상기 산란렌즈(60)의 일부에는 패턴이 없도록 비패턴영역(62)을 형성한 것이다.

상기 비패턴영역(62)은 그 표면에 수직으로 입사되는 엘이디(10)의 광을 손실이 적은 상태로 상기 반사부(40)의 광투과공(41)측으로 투과시킬 수 있다.

이와 같이 비패턴영역(62)을 투과한 엘이디(10) 광은 광투과공(41)을 통해 확산렌즈(50)로 입사되어 확산된다.

나머지 동작은 상기 제2실시예의 동작과 동일하다.

상기의 실시예들을 통해 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 엘이디 조명장치는 상부로만 광을 방출하는 엘이디칩(10)을 사용할 때 엘이디칩(10)의 상부측 중앙 부와 그 주변부의 조도에 차이가 발생하는 것을 방지하기 위하여 반사부(40) 및 확산렌즈(50)를 사용하여 엘이디칩(10)의 상부측 광량을 확산시킴으로써 전체적으로 균일한 면발광을 이룰 수 있게 된다.

그리고 상기 확산기재(30)를 엘이디 측면에는 적용하지 않고 상부측에만 적용하여, 그 두께를 줄임으로써 상기 도광판(33)에서 광이 확산될 때 손실을 최소화할 수 있으며, 광의 측면 확산거리를 보다 증가시킬 수 있게 된다.

상기 광의 손실이 최소화된 상태로 확산거리를 연장하면, 하나의 엘이디(10)를 사용하여 보다 넓은 면적의 균일한 조도의 발광면을 얻을 수 있게 되어, 단위 면적당 엘이디의 사용수를 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광효율이 개선된 엘이디 조명장치의 단면구성도

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 광효율이 개선된 엘이디 조명장치의 단면구성도

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 광효율이 개선된 엘이디 조명장치의 단면구성도

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 광효율이 개선된 엘이디 조명장치의 단면구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:엘이디 20:기판

30:확산기재 31:개구부

32:반사판 33:도광판

40:반사부 41:광투과공

50:확산렌즈 51:돌출부

52:상부홈 60:산란렌즈

61:제1광투과공 62:비패턴영역

Claims (11)

1. 엘이디의 광을 방출하는 개구부가 마련되며, 상기 엘이디의 상면에 저면이 접하게 위치하여 상면 및 측면 중 적어도 하나의 방면으로 광을 방출하는 확산기재;

   상기 확산기재의 상기 개구부에 삽입되어 상기 엘이디의 광의 일부를 투과시키는 광투과공을 구비하며, 상기 엘이디의 나머지 광을 반사시키는 반사부; 및

   상기 반사부의 상기 광투과공을 통해 투과된 광을 확산시키는 확산렌즈를 포함하는 엘이디 조명장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 확산기재는,

   입사된 광을 확산시키는 도광판; 및

   상기 도광판의 저면에 위치하여 상부측으로 광을 반사시키는 반사판을 더 포함하는 엘이디 조명장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 반사부는,

   상기 엘이디의 광을 반사시켜 상기 도광판의 측면으로 입사시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 확산렌즈는,

   상기 반사부의 상부에 마련된 홈에 치합되는 저면 돌출부; 및

   광의 확산을 촉진하기 위한 상부홈을 포함하는 엘이디 조명장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 돌출부의 저면과 상기 반사부의 상부에 마련된 홈의 사이에는 공간부가 마련된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 개구부내 상기 반사부의 하부측에 위치하여 상기 엘이디의 광을 산란시키는 산란렌즈를 더 포함하는 엘이디 조명장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 개구부내 상기 반사부의 하부측에 위치하여 상기 엘이디의 광의 일부를 상기 광투과공으로 투과시키는 제1광투과영역과, 상기 엘이디의 나머지 광을 산란시키는 산란영역을 구비하는 산란렌즈를 더 포함하는 엘이디 조명장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1광투과영역은 광을 투과시키는 통공이거나 평탄한 면인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
9. 엘이디 조명장치의 면발광 방법에 있어서,

   엘이디의 광의 일부를 반사부로 반사시켜 상기 엘이디의 상부측에 적층되어 위치하는 도광판의 측면으로 입사시키는 과정과,

   상기 엘이디의 나머지 광을 반사부의 상부측으로 투과시키고, 그 투과된 광을 2차 확산시키는 엘이디 조명장치의 면발광방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 엘이디의 광을 전부 산란시켜 그 산란된 광의 다른 일부가 직접 상기 도광판의 측면으로 입사되는 과정과,

    상기 엘이디의 광을 전부 산란시켜 그 산란된 광의 일부가 상기 반사부를 통해 반사되어 상기 도광판의 측면으로 입사되는 과정과,

    상기 엘이디의 광을 전부 산란시켜 그 산란된 광의 일부가 상기 반사부의 상부측으로 투과되어 확산되는 과정을 포함함을 특징으로 하는 엘이디 조명장치의 면발광방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 엘이디의 광을 일부 산란시켜 산란된 광의 다른 일부가 직접 상기 도광판의 측면으로 입사되고, 상기 엘이디의 광을 일부 산란시켜 산란된 광의 일부가 상기 반사부를 통해 반사되어 상기 도광판의 측면으로 입사되는 과정과,

    상기 산란된 광의 일부를 상기 반사부의 상부측으로 투과시켜 확산되도록 하는 과정과,

    상기 엘이디의 광의 일부를 산란시키지 않고 상기 반사부의 상부측으로 투과시켜 확산되도록 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 엘이디 조명장치의 면발광방법.

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