KR20110029042A - 조명용 단위 광학기구 및 이를 적용한 조명기기 - Google Patents

조명용 단위 광학기구 및 이를 적용한 조명기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조명기기를 구성하는 반사판 또는 렌즈에 관한 것으로, 더 상세하게는 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 위치하는 체결을 위한 기구물의 구성을 달리하여 반사판 또는 렌즈의 집적도를 높인 것이다.
본 발명에 따른 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구는 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 체결을 위한 3개의 돌출부가 구비되어 있다.
고정부가 돌출부로 구성되어 있어 회전방향으로 돌지 않으며, 3개의 돌출부로 되어 있어 평형이 틀어지지 않는다. 본 발명에 따른 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구를 적용하면 좁은 면적에 더 많은 반사판 또는 렌즈를 배치할 수 있으므로, 더 많은 광원을 배치하여 더 밝은 조명등을 만들 수 있다.
LED 조명등, 반사판, 렌즈

Description

조명용 단위 광학기구 및 이를 적용한 조명기기 {Unit Optical Device For Lighting and The Lighting Apparatus Thereby}
본 발명은 조명기기를 구성하는 반사판 또는 렌즈에 관한 것으로, 더 상세하게는 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 위치하는 체결을 위한 기구물의 구성을 달리하여 반사판 또는 렌즈의 집적도를 높인 것이다.
인공광원의 종류에는, 진공 또는 기체를 봉입한 유리구 안에 녹는점이 높은 금속 코일이나 텅스텐 선 등을 넣어서 흰 빛을 내는 백열전구, 유리구 안에 할로겐 원소를 주입하여 텅스텐의 증발을 더욱 억제한 할로겐전구, 아크방전이나 글로방전 등 기체방전을 이용한 방전등, 방전관 내부에 형광물질을 입힌 형광등, 고체상태 광원으로 EL 램프, OLED 램프, LED 램프 등이 있다.
발광다이오드(light emitting diode ; LED) 소자는 PN접합에 순방향으로 전류를 흐르게 함으로써 빛을 발생시키는 반도체 소자이다. 반도체를 이용한 발광다이오드 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 5 ∼ 10년 이상으로 길어, 전력소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명기기 응용분야에서 주목을 받고 있다.
조명기기(조명등 또는 조명이라고도 한다.)는 상기 광원과 함께 광원으로부터 나오는 빛을 제어하여 효과적인 배광, 램프의 휘도, 눈부심의 감소, 램프의 보호, 광원에 전기를 공급하는 역할, 장식 등의 목적으로 조명에 도움을 주는 조명기구가 필요하다.
조명기구에서 빛의 경로를 제어하는 광학기구에는 반사판과 렌즈가 있는데, 반사판은 대부분의 조명기기에서 채용하고 있고, 렌즈는 필요에 따라 선택적으로 채용하고 있다.
1개의 반사판과 렌즈(이하 단위 반사판과 렌즈 또는 단위 광학기구라 한다.)는 그 외곽 단면이 원뿔곡선(conic section)의 형태인 것이 일반적인데, 반사판은 내부가 비어있고 빛을 반사하지만 렌즈는 내부가 차있고 빛을 굴절시키는 차이가 있다. 따라서 반사판과 렌즈의 형상을 설명할 때는 외곽 형상으로 공통적으로 설명할 수 있다.
도 1a는 종래의 단위 반사판을 나타내고, 도 1b는 종래의 단위 렌즈를 나타낸다. 반사판의 경우 LED 등 광원이 위치하는 광원입구(10)에서 빛이 출발하여, 반사면(20)에서 반사된 빛이 광출구(30)을 통하여 방출된다. 렌즈의 경우 LED 등 광원이 위치하는 광원입구(10)에서 빛이 출발하여, 내부렌즈(21)에서 굴절되거나 전반사면(22)에서 반사되어 광출구(30)를 통하여 방출된다.
이때 조명기구에 반사판이나 렌즈를 고정하기 위해서는, 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 위치하는 체결을 위한 기구물로서 고정부(40)가 필요하다. 고정부는 일반적으로 원형의 띠 형상으로 되어 있어 전면커버에 파인 홈 등에 끼워 져 그 자체 힘으로 고정되거나 추가로 볼트 등 체결기구가 사용되어 고정된다.
종래의 고정부의 형상은 단위 반사판이나 렌즈가 차지하는 공간외에 일정 두께의 띠가 차지하는 공간이 있어, LED 등 소형 광원이 여러개 배치되는 경우에 반사판이나 렌즈를 가깝게 배치시켜 집적도를 높이는데 한계가 있다.
또한 반사판이나 렌즈 축을 중심으로 회전대칭 모양의 띠는 앞뒤로는 고정되지만 회전방향으로는 고정되지 않고 움직일 수 있다.
따라서 본 발명은 단위 반사판이나 렌즈를 앞뒤 뿐만 아니라 회전방향으로도 고정시키고, 반사판이나 렌즈가 차지하는 공간외의 고정부가 차지하는 공간을 최소화하여 광원 및 광학기구를 밀집시킬 수 있는 단위 반사판 및 렌즈를 제공하고자 한다.
고정부가 단위 반사판이나 렌즈를 고정하는데는 2가지가 고려되어야 한다.
첫째, 고정부는 원형의 띠 모양이 아니라 수개의 돌출부로 구성되어야 한다. 전면커버에 파인 홈 등에 끼워져 회전을 방지할 수 있기 때문이다.
둘째, 앞뒤 방향으로 고정하기 위해서는 3곳 이상의 돌출부가 있어야 한다. 3점이 있어야 한면이 정의가 되며 그 이하의 돌출부로 고정하는 경우 평형이 틀어질 수 있기 때문이다.
반사판이나 렌즈를 밀집시키기 위해서는 2가지가 고려되어야 한다.
첫째, 평면상에서 원을 가장 많이 밀집시키는 방법은 한 원 둘레에 6개의 원 을 접하게 배치시키는 것이다. 따라서 돌출부가 6개이하가 되면 돌출부를 원과 원 사이의 빈 공간에 배치시켜 반사판이나 렌즈의 집적도를 극대화할 수 있다.
둘째, 돌출부의 개수가 작아야 반사판이나 렌즈가 차지하는 공간외의 고정부가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
3개 이상 6개 이하에서 가장 작은 3개의 돌출부로 구성된 고정부가 바람직하다.
본 발명에 따른 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구는 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 체결을 위한 3개의 돌출부가 구비되어 있다.(도 2a, 도 2b 참조)
본 발명에 따른 조명기기는 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구의 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 체결을 위한 3개의 돌출부가 구비되어 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 단위 반사판의 바람직한 실시예이다. 돌출부(50) 3개가 120도 간격으로 배치되어 있으며 돌출부의 형상은 3개의 원이 접할 때 중간의 빈 영역을 외접선을 따라 3등분한 모양이다.
도 2b는 본 발명에 따른 단위 렌즈의 바람직한 실시예이다. 돌출부(50) 3개가 120도 간격으로 배치되어 있으며 돌출부의 형상은 3개의 원이 접할 때 중간의 빈 영역을 외접선을 따라 3등분한 모양이다.
고정부가 돌출부로 구성되어 있어 회전방향으로 돌지 않으며, 3개의 돌출부 로 되어 있어 평형이 틀어지지 않는다.
도 3a는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 2개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 2개의 원이 접하도록 배치할 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다.
도 3b는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 3개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 3개의 원이 접하도록 배치시킬 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다. 또한 일직선으로 나열하는 것도 가능하다. 도 2의 바람직한 실시예를 적용하면, 3개의 원 사이의 공간이 빈틈없이 채워짐을 볼 수 있다.
도 3c는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 4개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 4개의 원이 접하도록 배치할 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다. 또한 일직선으로 나열하는 것도 가능하다.
도 3d는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 5개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 5개의 원이 접하도록 배치할 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다. 또한 일직선으로 나열하는 것도 가능하다.
도 3e는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 6개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 6개의 원이 접하도록 배치할 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다. 또한 일직선으 로 나열하는 것도 가능하다.
도 3f는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 7개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다. 7개의 원이 접하도록 배치할 수 있다. 대칭적인 배치만을 예시하였으나 일반적으로 돌출부가 없는 부분끼리 접하게 하는 것은 자명하다. 또한 일직선으로 나열하는 것도 가능하다.
일반적으로 7개 이상은 3개일 경우를 조합해서 적용하면 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구를 적용하면 좁은 면적에 더 많은 반사판 또는 렌즈를 배치할 수 있으므로, 더 많은 광원을 배치하여 더 밝은 조명기기(조명등)을 만들 수 있다.
본 발명에 따른 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구를 적용하는 LED 조명등은 중앙에 관통구가 구비된 방열부, 인쇄회로기판에 다수개의 LED 소자가 구비되어 방열부의 일측에 형성되는 LED 모듈, LED 모듈과 케이블로 연결되며 구비되는 날개의 아랫부분이 상기 방열부의 관통구에 위치되는 구동회로기판 및 구동회로기판의 날개 윗부분과 연결되며 전원을 인가받는 후방 커버부를 포함한다. 또한 LED 소자 전면에는 3개의 단위 반사판 또는 렌즈가 구비되고, 반사판 또는 렌즈의 전면에는 다수의 통풍구가 형성된 전방 커버부가 형성된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명등의 분해 사시도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LED 조명등(100)은 방열부(110), LED 모듈(120), 구동회로기판(130), 반사판 또는 렌즈(140), 전방 커버부(150) 및 후방 커버부(160)를 포함한다.
본 발명의 LED 조명등(100)은 중앙에 관통구가 구비된 방열부(110)의 일측에 인쇄회로기판(121)과 다수개의 LED 소자(122)를 포함하는 LED 모듈(120)이 구비된다. 이때 LED 모듈(120)은 고정나사(123)로 방열부(110)와 체결되며, 바람직하게는 고정나사(123)가 LED 모듈(120)에 끼워져 방열부(110)의 LED 모듈 고정용 홀(도시되지 않음)에 고정됨으로써 체결되는 것이다.
상기 인쇄회로기판(121)은 LED 소자(122)들이 실장된 것으로서, 본 기술분야에서 사용되는 통상의 인쇄회로기판을 모두 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 방열이 우수한 것으로서 구체적으로 예를 들면 금속인쇄회로기판이다.
상기 방열부(110)는 LED 조명등(100)의 광량에 영향을 미치는 열을 원활히 방열시켜 우수한 광량을 갖도록 한다. 이러한 방열부(110)는 중앙에 구비된 관통구(112)에 의하여 공간이 형성된다. 이때 관통구(112)에는 구동회로기판(130)의 일부가 위치되며, 구동회로기판(130)의 다른 일부는 전원을 공급받는 후방 커버부(160)와 연결된다.
여기서 광량은 LED 조명등(100)에서 발광되는 빛의 밝기를 의미한다.
구동회로기판(130)은 반도체 스위칭 소자와 인덕터를 조합한 것으로서 LED 조명등(100) 내부에 구비되어 일정 전류를 LED 소자(122)에 공급한다. 일반적인 구동회로기판은 LED 조명등 내부에 고정되지 않으면 진동에 의해 내구성이 저하되거나 방열부와 접촉되어 고주파의 스위칭 전류가 외부로 누전되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 구동회로기판(130)은 날개(131)를 구비하여 구동회로 기판(130)의 일부분 예컨대, 날개(131)를 기준으로 아랫부분은 방열부(110)의 관통구에 위치시키고, 구동회로기판(130)의 다른 일부분 예컨대, 날개(131)를 기준으로 윗부분은 후방 커버부(160)와 연결시켜 방열부(110)와 후방 커버부(160)가 구동회로기판(130)을 지지하도록 함으로써 구동회로기판(130)을 고정한다.
구동회로기판(130)은 LED 소자(122)에 전류를 공급하기 위하여 LED 모듈(120)과 전선케이블로 연결된다.
LED 조명등(100)은 LED 소자(122)에서 빛이 방출되는 곳의 전면에 3개의 단위 반사판 또는 렌즈(140)를 구비한다. 이러한 반사판 또는 렌즈(140)는 LED 소자에서 방출되는 점광원에 가까운 빛이 반사판 또는 렌즈(140)를 통과하면서 광방사패턴을 갖도록 설계된다.
전방 커버부(150)는 다수개의 통풍구(153)를 구비하여 렌즈(140)의 전면 예컨대, 빛이 방출되는 곳 전면에 구비된다. 전방 커버부(150)는 다수개의 통풍구(153)가 구비되어 외부의 찬공기가 유입됨으로써 방열부(110)의 냉각에 도움이 된다. 그러나 벽 등에 고정되는 LED 조명등(100)의 특성상 LED 조명등(100)의 후면으로부터 먼지가 낙하될 수 있으므로 전방 커버부(150)의 내부에 방진부(도시되지 않음)를 구비하여 먼지가 LED 조명등(100)의 외부로 낙하되는 것을 방지한다. 예컨대, 방진부는 방진부 통풍구(도시되지 않음)가 구비되어 외부로부터 유입되는 찬공기의 흐름을 방해하지 않으면서 먼지의 낙하를 방지한다.
후방 커버부(160)는 전원 커넥터(161)를 구비하여 전원을 인가받을 수 있으며, 방열부(110)의 단면과 일치되도록 동일한 형상 또는 굴곡이 일치하는 형상으로 형성되어 방열부(110)로부터 가열된 공기의 배출이 용이하다. 이때 전원 커넥터(161)는 전원을 인가받을 수 있는 형태이면 어떠한 형태이든 상관없다.
본 발명의 LED 조명등(100)은 LED 조명등 체결나사(170)로 후방 커버부(160), 방열부(110) 및 전방 커버부(150)를 동시에 체결한다. 이때 체결나사(170)는 후방 커버부(160), 방열부(110)의 나사 가이드 홀(도시되지 않음)을 지나 전방 커버부(150)의 체결나사 고정 홀(도시되지 않음)에 고정된다. 이렇게 체결되면 후방 커버부(160), 방열부(110) 및 전방 커버부(150)의 정렬이 쉽게 이루어지며, 체결과정에서 발생할 수 있는 뒤틀림 현상이 발생하지 않으므로 LED 조명등(100)의 내구성이 우수해진다. 또한 조립공정이 단순화되어 생산성이 향상된다.
LED 조명등 체결나사(170)가 전방 커버부(150)로부터 체결되면 체결나사(170)의 머리부분이 외부로 향하여 심미감이 저하되므로 후방 커버부(160)로부터 체결되는 것이 바람직하다.
LED 조명등(100)의 체결방법은 이에 한정되는 것은 아니고, 전방 커버부(150) 및 후방 커버부(160)를 각각 방열부(110)에 체결함으로써 LED 조명등(100)을 체결할 수 있다.
도 5a는 전면 커버부에 반사판 또는 렌즈가 체결되기 전의 도면이고, 도 5b는 전면 커버부에 반사판 또는 렌즈가 체결된 후의 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 돌출부의 전면에는 1mm정도의 턱이 있으므로 도 5a의 전면 커버부에 뚫린 3개의 구멍안에 상기 턱 부분이 체결된다. 뒤쪽에서 밀어 넣는 구조를 도시하였으나, 체결되는 턱을 돌출부 뒤쪽에 만들고 앞쪽에서 밀어 넣는 방법도 가능하다.
상기에서는 후방 커버부, 방열부 및 전면 커버부가 체결된 힘으로 LED 모듈이 반사판 또는 렌즈를 밀어 전면 커버부에 밀착시키는 구조이다. 이와 별개로 전면 커버부의 뚫린 구멍 가장자리에 튀어나온 브라켓 구조물 등을 만드는 방법으로 체결을 더 강하게 할 수도 있다.
도 2의 바람직한 실시예를 적용하면, 3개의 원 사이의 공간이 빈틈없이 채워짐을 볼 수 있다. 도 2는 돌출부(50) 3개가 120도 간격으로 배치되어 있으며 돌출부의 형상은 3개의 원이 접할 때 중간의 빈 영역을 외접선을 따라 3등분한 모양이다. 하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 배치 각도나 돌출부의 크기를 달리하더라도 적용이 가능함은 자명하다.
가운데 부분은 지탱하는 힘이 약한데, 이를 보강하기 위하여 추가의 기구물을 연결하거나 접착제 등으로 고정할 수 있다.
도 5에는 도시하지 않았으나, 전면 커버부에 돌출부를 끼울 수 있는 홈을 만들면 회전방향으로도 단단히 고정시킬 수 있다. 홈이 돌출부 높이보다 낮아도 된다.
상기에서 3개의 단위 광학기구로 구성된 경우를 예시하였으나 도 3에서 도시한 바와 같이 그 개수에 제한이 있는 것은 아니다.
상기에서는 단순한 반사판 또는 렌즈만으로 구성하였으나, 눈부심을 적게하거나 빛의 퍼짐을 조절하기 위하여 광출구에 확산판이나 프리즘이 추가로 구성될 수 있다.
LED 광원에 대하여 예시하였으나 광원에 제한이 있는 것은 아니다.
광학적인 기능을 하는 영역이 원형인 경우를 예시하였으나 임의의 다각형이 되더라도 본 발명은 적용가능하다.
상기에서 반사판 또는 렌즈가 서로 접하도록 배치하는 경우를 예시하였으나, 접하지 않는 경우에도 본발명이 적용됨은 자명하다.
본 발명은 돌출부가 3개인 경우를 한정하고 있는데, 여기서 3개인지 여부는 실질적으로 판단되어야 한다. 3개가 주요한 기능을 하고, 무용한 여분의 돌출부를 부가하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용된 것이다.
도 1a는 종래의 단위 반사판을 나타내고, 도 1b는 종래의 단위 렌즈를 나타낸다.
도 2a는 본 발명에 따른 단위 반사판의 바람직한 실시예이다.
도 2b는 본 발명에 따른 단위 렌즈의 바람직한 실시예이다.
도 3a는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 2개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 3b는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 3개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 3c는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 4개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 3d는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 5개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 3e는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 6개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 3f는 본 발명에 따른 단위 반사판 또는 렌즈를 7개 배치시킬 때 외곽모양을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명등의 분해 사시도이다.
도 5a는 전면 커버부에 반사판 또는 렌즈가 체결되기 전의 도면이고, 도 5b는 전면 커버부에 반사판 또는 렌즈가 체결된 후의 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10: 광원입구
20: 반사면 21: 내부렌즈 22: 전반사면
30: 광출구
40: 고정부
50: 돌출부
100: LED 조명등

Claims (10)

  1. 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 체결을 위한 3개의 돌출부가 구비되어 있는 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학기구는 반사판인 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광학기구는 렌즈인 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 돌출부는 120도 간격으로 배치된 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 돌출부의 형상은 3개의 원이 접할 때 중간의 빈 영역을 외접선을 따라 3등분한 모양인 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  6. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광학기구의 광출구에 확산판이 구비된 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광학기구의 광출구에 프리즘이 구비된 빛의 경로를 제어하는 조명용 단위 광학기구
  8. 광학적인 기능을 하는 영역의 가장자리에 체결을 위한 3개의 돌출부가 구비되어 있는 반사판 또는 렌즈를 채용한 조명기기로서, 상기 돌출부는 120도 간격으로 배치되고 상기 돌출부의 형상은 3개의 원이 접할 때 중간의 빈 영역을 외접선을 따라 3등분한 모양인 조명기기
  9. 제 8항에 있어서, 상기 반사판 또는 렌즈의 광출구에 확산판이 구비된 조명기기
  10. 제 8항에 있어서, 상기 반사판 또는 렌즈의 광출구에 프리즘이 구비된 조명기기
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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