KR20130088459A - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예는 조명 장치에 관한 것으로, 방열체 상에 소정의 각도로 측면이 기울어진 부재를 배치하고, 상기 부재의 측면에 광원부를 배치하고, 상기 광원부의 발광소자 상에 렌즈를 배치함으로써, 미국 후배광 규정(Energy star) 및 ANSI 규정을 모두 만족시키면서 후배광 특성을 크게 개선할 수 있고 암부를 제거할 수 있다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
실시 예는 후배광이 구현된 조명 장치에 관한 것이다.
오늘날, 주거환경이 발달함에 따라 실내 조명은 기존의 형광등이나 할로겐 램프 등에 의한 백색조명에서 실내의 조명색상, 즉 색온도를 다양하게 표현하여 인테리어 조명의 고급화가 진행되고 있다. 특히, 상기 고급화된 인테리어 조명의 가장 대표적인 조명기기로 발광다이오드(LED)를 광원으로 하는 광원장치를 적용하고자 하는 노력이 꾸준히 진행되고 있다.
상기 LED는 소형으로 효율이 좋고, 선명한 색상의 빛을 발광할 수 있는 소자이다. 또한 반도체 소자이기 때문에 손상의 염려가 적고 초기 구동특성 및 내진성이 우수하고 또한 ON/OFF 점등과 같은 반복에 강하다는 장점을 지니고 있다. 이 때문에 각종 표시기나 다양한 광원으로 넓게 이용되고 있으며, 초고휘도, 고효율의 R, G, B의 LED가 각각 개발되고 이러한 LED를 이용한 대화면의 LED 디스플레이가 상용화되고 있다.
종래의 LED 조명 장치는 LED의 빛이 방출되는 각도가 대략 90°~ 140°각도를 유지함이 통상적이다. 따라서, 이와 같은 빛의 방출각도에 의해 다수의 LED가 인쇄회로기판에 배치되어 실장되는 간격이 설정된다. 즉, 상기 간격설정은 LED에서 방출된 빛이 광투과커버로 입사될 때 빛이 끊겨 어두운 구간(암역: dark zone) 구간이 발생되지 않도록 하기 위해 LED간의 간격이 조밀하게 배치되어 상당히 많은 개수의 LED를 요구함과 동시에, LED에서 방출된 빛이 상호 인접하는 LED에서 방출된 빛과 일정구간 중첩되어 암역을 해소하기 위해 광투과커버가 LED와 상당한 간격으로 배치되어야 한다.
이에 따라, 상기 조명기기는 많은 개수의 LED를 요구함에 따른 제품의 제작단가를 높이는 요인이 되며, 광투과 커버와 LED와의 상당한 간격은 조명기기의 두께를 증가시켜 제품을 대형화하는 문제점이 있었다.
일본 공개특허 제2009-206104호(공개일: 2009.09.10)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 후배광 구현이 가능한 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 기존의 빔 각도(Lambertian 120°)를 165°∼180°의 광각으로 확산할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광원부의 구배각(14°∼16°)으로 암부 발생을 제거할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 미국 후배광 규정(Energy Star)과 ANSI(American National Standards Institute) 규정에 만족하는 새로운 구조의 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 표준향 및 전자향 개발에 대비한 후배광 설계 기술력을 확보할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 프라이머리(Primary) 렌즈(예를 들어, 빔 각도 ≥ 160°)를 이용하여 후배광 특성을 구현한 조명 장치를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 실시 예의 조명 장치는, 방열체와, 상기 방열체 상에 배치되고 측면을 갖는 부재 및, 상기 부재의 측면에 배치된 광원부를 포함하며, 상기 부재는 다각형의 기둥 형상을 갖고, 측면이 소정의 각도로 기울어져 구성될 수 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다른 실시 예의 조명 장치는, 방열체와, 상기 방열체 상에 배치되고 소정의 기울기를 갖는 측면을 포함한 부재와, 상기 부재의 측면에 배치되고, 기판과 상기 기판상에 발광소자를 갖는 광원부 및, 상기 발광소자 상에 배치된 렌즈를 갖는 렌즈부를 포함하고, 상기 부재는 원기둥 또는 다각 기둥형상을 갖고, 상기 렌즈는 원통형상의 측면과 상기 측면상에 곡면 형상을 포함하는 곡면부를 갖고, 상기 방열체는 상면과 상기 상면의 평행한 가상의 직선을 기준으로 기울어진 기울기를 갖는 측면을 갖는 몸체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 부재는 삼각, 사각, 육각, 팔각을 포함한 다각 기둥 중 하나이거나 또는 원뿔 기둥으로 구성될 수 있고, 측면이 14°∼16°의 각도로 기울어져 구성될 수 있다.
상기 광원부는, 기판과, 상기 기판 상에 배치된 발광소자와, 상기 발광소자 상에 배치된 렌즈부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 렌즈부는, 165°∼180°의 빔 각도를 가질 수 있고, 상기 기판 상에 배치된 바닥면과, 상기 발광소자를 덮도록 상기 바닥면으로부터 볼록하게 형성된 렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 상기 렌즈는 반구형 또는 구형의 형상을 가지며, 상기 렌즈 및 바닥면은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 우레탄계 수지 중 어느 하나이거나 그 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 렌즈는 비구면 렌즈(aspherics)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈부는, 상기 바닥면에 반사층이 형성될 수 있다.
상기 발광소자는 LED 칩 또는 UV LED 칩으로 구성될 수 있다.
상기 조명 장치는, 상기 부재의 측면에 적어도 2개 이상의 광원부가 배치될 수 있다.
상기 부재는, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn)을 포함한 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 또한 열 전도성을 갖는 열 전도성 수지재질로 구성될 수 있다.
상기 조명 장치는, 상기 부재를 덮도록 상기 발열체 상에 배치되고 하부에 개구부를 갖는 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 커버는, 상기 하부와 대응되는 상부와, 상기 하부와 상부 사이에 중앙부를 갖고, 상기 개구부의 지름은 상기 방열체의 상면 지름보다 작거나 같고, 상기 중앙부의 지름은 상기 방열체의 상면 지름보다 크게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 커버는, 내부면, 외부면, 내부면 및 외부면, 내부 중 어느 하나에 적어도 하나 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 커버는, 상기 광원부로부터 발광된 광의 적어도 일부를 상기 방열체 방향으로 반사시키는 반사물질을 포함할 수 있다.
상기 방열체는, 상면과, 상기 상면과 연결되어 소정의 기울기를 갖는 일부 영역을 포함하는 측면을 갖는 몸체를 포함하고, 상기 일부 영역의 기울기는 상기 상면과 평형한 가상선을 기준으로 45°이상을 가질 수 있다. 또한, 상기 방열체는, 상기 몸체 외주면에 복수 개의 방열핀이 배치되고, 상기 방열핀의 적어도 일부가 상기 기울기를 갖는 측면을 형성할 수 있다.
상기 조명 장치는, 상기 조명 장치의 전체 높이, 상기 커버의 높이, 상기 커버의 지름, 상기 커버 하부의 지름, 상기 부재 하부의 크기, 상기 부재 상부의 크기, 상기 커버의 두께가 46.5∼47.5 : 24∼25 : 30∼31 : 20∼21 : 13.5∼14.5 : 6.6∼7.5 : 1의 비율을 가질 수 있다.
실시 예에 따르면, 미국 후배광 규정(Energy star) 및 ANSI 규정을 모두 만족하도록 방열체 상에 소정의 각도로 측면이 기울어진 사각형 구조의 부재를 배치하고, 상기 부재의 측면에 광원부를 배치하고, 상기 광원부의 발광소자 상에 렌즈를 배치함으로써, 기존에 비해 후배광 특성을 크게 개선할 수 있다.
또한, 기존의 빔 각도(Lambertian 120°)를 165°∼180°의 광각으로 확산할 수 있으며, 광원부의 구배각으로 암부 발생을 제거할 수 있다.
또한, 실시 예는 표준향 및 전자향 개발에 대비하여 후배광 설계 기술력을 확보할 수 있는 잇점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 실시 예에 의한 조명 장치의 사시도
도 2는 조명 장치의 분해 사시도
도 3은 조명 장치의 정면도
도 4는 조명 장치의 평면도
도 5는 광원부의 사시도
도 6은 광원부의 측면도
도 7은 렌즈의 치수 예를 나타낸 도면
도 8은 렌즈의 파장(Wave Length) 대 RI(rendering index) 관계를 나타낸 그래프
도 9는 렌즈의 파장(Wave Length) 대 투과율(Transmittance) 관계를 나타낸 그래프
도 10은 렌즈의 빔각도(Beam Angle)와 광 효율(Efficiency)을 나타낸 색좌표
도 11은 미국 후배광 규정의 전방위 램프(Omnidirectional Lamp)의 광도 분포 요구를 설명하기 위한 도면
도 12 및 도 13은 ANSI 규정을 만족하는 실시 예의 조명 장치의 치수를 나타낸 예시도
도 14는 기존의 조명 장치의 색좌표를 나타낸 도면
도 15는 실시 예에 의한 조명 장치의 색좌표를 나타낸 도면
도 16은 기존의 조명 장치의 광도 분포를 시뮬레이션한 결과 화면으로서,
도 16a는 상부(Top)에서 바라본 모습이고,
도 16b는 정면(Front)에서 바라본 모습이고,
도 16c는 측면 45°에서 바라본 모습이다.
도 17은 실시 예에 의한 조명 장치의 광도 분포를 시뮬레이션한 결과 화면으로서,
도 17a는 상부(Top)에서 바라본 모습이고,
도 17b는 정면(Front)에서 바라본 모습이고,
도 17c는 측면 45°에서 바라본 모습이다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
조명 장치의 실시 예
도 1은 실시 예에 의한 조명 장치의 사시도이고, 도 2는 조명 장치의 분해 사시도이고, 도 3은 조명 장치의 정면도이고, 도 4는 조명 장치의 평면도이다.
실시 예의 조명 장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 커버(100), 광원부(200), 방열체(300), 회로부(400), 내부 케이스(500) 및 소켓(600)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 커버(100)는 상기 방열체(300) 상에 배치되고, 하부에 개구부(110)가 형성되어 있으며, 속이 비어 있는 벌브(bulb) 형상을 하고 있다. 상기 커버(100)는 상기 방열체(300)와 결합시 상기 개구부(110)를 통해 상기 광원부(200)와 부재(350)를 내부에 삽입하도록 되어 있다. 따라서, 상기 커버(100)가 상기 방열체(300)에 결합되면, 상기 광원부(200)와 상기 부재(350)는 상기 커버(100)에 의해 둘러싸이게 된다.
이때, 상기 커버(100)와 상기 방열체(300)의 결합은 접착제를 통해 결합될 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 상기 회전 결합 방식은 상기 방열체(300)의 나사홈에 상기 커버(100)의 나사산이 결합하는 방식으로서 상기 커버(100)의 회전에 의해 상기 커버(100)와 상기 방열체(300)가 결합하는 방식이다. 그리고, 상기 후크 결합 방식은 상기 커버(100)의 턱이 상기 방열체(300)의 홈에 끼워져 상기 커버(100)와 상기 방열체(300)가 결합하는 방식이다.
이와 같이, 상기 커버(100)는 상기 방열체(300) 상에 배치되며, 하부에 개구부(110)를 가질 수 있다. 또한, 상기 커버(100)는 상기 하부와 대응되는 상부와, 상기 하부와 상부 사이에 중앙부를 갖고, 상기 하부의 개구부(110)의 지름은 상기 방열체(300)의 상면 지름보다 작거나 같고, 상기 중앙부의 지름은 상기 방열체(300)의 상면 지름보다 크게 형성될 수 있다.
상기 커버(100)는 상기 광원부(200)와 광학적으로 결합된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 커버(100)는 상기 광원부(200)의 발광 소자(도 6의 220 참조)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 또한, 일부는 반사하고 일부는 여기시키는 반사물질이 적어도 일부에 배치될 수도 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 커버(100)는 상기 광원부(200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 상기 커버(100)의 내부면, 외부면, 내부면 및 외부면, 내부 중 어느 하나에 적어도 하나 이상의 형광체를 가질 수 있다.
또한, 상기 커버(100)는 내부면에 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 상기 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버(100)는 내부면의 표면 거칠기가 외부면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(100)는 유리(glass) 재질이나 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등의 수지재질로 형성될 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트(PC)는 내광성, 내열성 및 강도가 우수한 성질을 가지고 있다.
상기 커버(100)는 외부에서 상기 광원부(200)와 상기 부재(350)가 외부에서 보일 수 있는 투명한 재질로 형성될 수 있고, 내부가 보이지 않는 불투명한 재질로 형성될 수도 있다. 이와 같은 상기 커버(100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버(100)는 상기 광원부(200)로부터 발광된 광의 적어도 일부를 상기 방열체(300) 방향으로 반사시키는 반사물질을 포함할 수 있다.
상기 광원부(200)는 상기 방열체(300) 상에 배치된 상기 부재(350)에 배치될 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 광원부(200)는 상기 부재(350)의 측면들 중에 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 이때, 상기 부재(350)는 소정의 각도로 기울어진 측면을 갖는 다각 기둥으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 부재(350)는 14°∼16°의 각도로 기울어진 측면을 가질 수 있으며, 삼각, 사각, 육각, 팔각을 포함한 다각 기둥 중 하나이거나 또는 원뿔 기둥으로 구성될 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 부재(350)의 측면에 적어도 2개 이상의 광원부(200)가 배치될 수 있다. 실시 예에서는, 상기 부재(350)가 사각형 구조의 기둥을 가지며, 4개의 측면에 상기 광원부(200)가 각각 배치된 예를 나타내었다. 그러나 이에 한정된 것은 아니고, 상기 부재(350)의 측면 일부에 배치될 수도 있다. 상기 부재(350)의 구성에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 광원부(200)는 기판(210)과, 상기 기판(210) 상에 배치된 적어도 1개 이상의 발광 소자(도 6의 220 참조)와, 상기 기판(210)의 발광 소자(220) 상에 배치된 165°∼180°의 빔 각도를 가진 렌즈부(230)를 포함하고 있다. 상기 광원부(200)에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 10에서 상세히 설명하기로 한다.
계속해서 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 방열체(300)는 상기 커버(100)와 결합되고, 상기 광원부(200)로부터의 열을 외부로 방열하는 역할을 한다. 상기 방열체(300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(310) 및 몸체(330)를 갖는다. 즉, 상기 방열체(300)는 상면(310)과, 상기 상면(310)과 연결되어 소정의 기울기를 갖는 일부 영역을 포함하는 측면을 갖는 몸체(330)를 포함하고 있다. 이때, 상기 일부 영역의 기울기는 상기 상면(310)과 평행한 가상선을 기준으로 45°이상의 범위를 가질 수 있다.
상기 방열체(300)의 상면(310)에는 상기 부재(350)가 배치된다. 그리고, 상기 상면(310)에는 상기 커버(100)가 결합된다. 이때, 상기 상면(310)은 상기 커버(100)의 개구(110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(300)는 상기 몸체(330) 외주면에 복수 개의 방열핀(370)이 배치될 수 있고, 상기 방열핀(370)의 적어도 일부가 기울기를 갖는 측면을 형성할 수 있다. 이때, 상기 기울기는 상기 방열체(300)의 상면과 평형한 가상선을 기준으로 45°이상의 범위를 가질 수 있다.
상기 방열핀(370)은 상기 방열체(300)의 외면에서 외측 방향으로 연장되어 형성되거나 상기 외면에 결합되어 구성될 수도 있다. 이러한 구조를 갖는 상기 방열핀(370)은 모두 상기 방열체(300)의 방열 면적을 넓힘으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 방열체(300)는 상기 방열핀(370)을 갖지 않을 수도 있다.
상기 방열체(300)는 상기 회로부(400)와 상기 내부 케이스(500)가 수납되는 수납부(미도시)를 내부에 형성할 수 있다.
상기 방열체(300)의 상면(310)에 배치되는 상기 부재(350)는, 상기 방열체(300)의 상면(310)과 일체로 형성될 수도 있고, 상기 방열체(300)의 상면(310)에 결합에 의해 구성될 수도 있다.
상기 부재(350)는 소정의 각도(예를 들어, 14°∼16°)로 기울어진 측면을 갖는 다각 기둥 또는 원뿔 기둥으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 부재(350)는 사각 기둥일 수 있다. 상기 사각 기둥의 부재(350)는 윗면과 밑면, 그리고 4개의 측면을 갖는다. 다른 예로서, 상기 부재(350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(350)가 원기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(200)의 기판(210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(350)의 측면에는 상기 광원부(200)가 배치될 수 있다. 즉, 4개의 측면 모두에 상기 광원부(200)가 배치될 수도 있고, 4개의 측면 중 몇 개의 측면에 상기 광원부(200)가 배치될 수도 있다. 또한, 상기 부재(350)의 측면에 적어도 2개 이상의 광원부(200)가 배치될 수 있다. 실시 예에서는 4개의 측면 모두에 상기 광원부(200)가 배치된 경우를 예로 나타내었다.
실시 예에서는 소정의 각도(예를 들어, 14°∼16°)로 기울어진 4개의 측면을 갖는 사각기둥 형태로 구성하고, 상기 4개의 측면에 상기 광원부(200)를 각각 배치함으로써, 상기 광원부(200)의 구배각으로 암부 발생을 제거할 수 있다. 또한, 상기 광원부(200)의 발광소자(220) 상에 165°∼180°의 빔 각도(Beam Angle)를 갖는 프라이머리(Primary) 렌즈를 배치하여 후배광 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(350)는 열 전도성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 이는 상기 광원 부(200)로부터 발생되는 열을 외부로 빠르게 방출하기 위함이다. 상기 부재(350)의 재질은 예를 들어, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는, 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱일 수 있다. 상기 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
계속해서, 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 회로부(400)는 외부로부터 전원을 공급받고, 공급받은 전원을 상기 광원부(200)에 맞게 변환하여 상기 광원부(200)로 공급한다.
상기 회로부(400)는 상기 방열체(300) 내부에 배치된다. 구체적으로, 상기 회로부(400)는 상기 내부 케이스(500)에 수납되어 상기 내부 케이스(500)와 함께 상기 방열체(300)의 하부 내측에 형성된 수납부(미도시)에 수납된다.
상기 회로부(400)는 상기 회로 기판(410)과, 상기 회로 기판(410) 상에 탑재되는 다수의 부품(430)들을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 회로 기판(410)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 원형, 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 상기 회로 기판(410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
상기 회로 기판(410)은 상기 광원부(200)의 기판(210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(410)과 상기 기판(210)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 상기 와이어는 상기 방열체(300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(410)과 상기 기판(210)을 연결할 수 있다.
상기 다수의 부품(430)들은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치와, 상기 광원부(200)의 구동을 제어하는 구동칩과, 상기 광원부(200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
계속해서, 상기 내부 케이스(500)는 내부에 상기 회로부(400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(500)는 상기 회로부(400)를 수납하기 위해 수납부(510)를 가질 수 있다. 상기 수납부(510)는 원통 형상을 가질 수 있으나 상기 방열체(300)의 수납부(미도시)의 형상에 따라 달라질 수도 있다.
상기 내부 케이스(500)는 상기 방열체(300) 내부에 수납된다. 더 구체적으로, 상기 내부 케이스(500)의 수납부(510)는 상기 방열체(300)의 하면(미도시)에 형성된 수납부(미도시)에 수납된다.
상기 내부 케이스(500)는 상기 소켓(600)과 결합된다. 상기 내부 케이스(500)는 상기 소켓(600)과 결합하는 연결부(530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(530)는 상기 소켓(600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다.
상기 내부 케이스(500)는 부도체로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 회로부(400)와 상기 방열체(300) 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 이러한 상기 내부 케이스(500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 구성될 수 있다.
끝으로, 상기 소켓(600)은 상기 내부 케이스(500)와 결합된다. 더 구체적으로, 상기 소켓(600)은 상기 내부 케이스(500)의 연결부(530)와 결합된다.
상기 소켓(600)은 종래의 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 소켓(600)은 상기 회로부(400)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 회로부(400)와 상기 소켓(600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(600)에 외부 전원이 인가되면, 상기 소켓(600)을 통해 상기 회로부(400)로 외부 전원이 공급되고, 상기 회로부(400)에서 변환된 전원이 상기 광원부(200)로 공급되게 된다. 상기 소켓(600)은 상기 연결부(530)의 나사산 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시 예의 조명 장치는 상기 방열체(300) 상에 소정의 각도(14°∼16°)로 측면이 기울어진 부재(350)를 배치하고, 상기 부재(350)의 측면에 광원부(200)를 배치하고, 상기 광원부(200)의 발광소자(220) 상에 165°∼180°의 빔 각도를 갖는 렌즈부(230)를 배치함으로써, 미국 후배광 규정(Energy star) 및 ANSI 규정을 만족하면서도 후배광 특성을 구현할 수 있으며 암부를 제거할 수 있다.
광원부의 구성 예
도 5는 광원부의 사시도이고, 도 6은 광원부의 측면도이며, 도 7은 렌즈부의 치수 예를 나타낸 도면이다.
상기 광원부(200)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(210)과, 상기 기판(210) 상에 적어도 1개 이상의 발광 소자(220)가 배치되어 있다. 실시 예의 도면에서는 하나의 기판(210) 상에 4개의 발광 소자(220)가 대칭 구조로 구성된 예를 나타내었다.
또한, 상기 광원부(200)는 상기 기판(210)의 발광 소자(220) 상에 배치된 렌즈부(230)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 렌즈부(230)는 165°∼180°의 빔 각도를 가질 수 있으며, 비구면 렌즈(aspherics)(231)로 구성될 수 있다.
상기 렌즈부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(220) 상에 각각 배치된 비구면 렌즈(231)와, 상기 비구면 렌즈(231)와 일체로 형성되며 상기 기판(210) 상에 배치된 바닥면(232)으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 비구면 렌즈(231)는 상기 바닥면(232)에서 수직으로 형성된 원통 형상의 측면과, 상기 측면의 상부에 형성된 반구 형상의 곡면을 이루고 있다. 상기 렌즈(231)는 볼록, 반구형, 구형 중 선택되는 어느 하나의 형상을 가질 수 있으며, 상기 렌즈(231)와 상기 바닥면(232)은 에폭시 수지, 실리콘수지, 우레탄계 수지 또는 그 혼합물로 형성될 수 있다.
상기의 구성을 갖는 상기 렌즈(231)는 상기 발광소자(220)에서 나오는 광의 지향각을 증가시켜 상기 조명 장치의 선형 광원의 균일성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 렌즈부(230)는 다음과 같은 최적화 데이터를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 렌즈(231)는 원형(Circular)으로 구성될 수 있고, 상기 렌즈(231)의 배후 표면(Rear Surface)이 비구면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 렌즈(231)의 지름(Diameter)은 3.744㎜, 두 렌즈(231)의 중심 사이의 거리는 6㎜, 상기 바닥면(232)의 크기는 10㎜, 상기 렌즈부(230)의 두께가 0.1㎜로 설계될 수 있다. 이때, 상기 렌즈(231)의 측면 상단의 지름은 상기 측면의 높이에 따라 상기 렌즈(231)의 지름보다 크거나 작게 설계될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(230)는 상기 바닥면(232)에 반사층(미도시)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 반사층은 금속 예컨대, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 금(Au), 니켈(Ni)을 포함하는 금속물질 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질로 단층 또는 복합층으로 증착(deposition), 스퍼터링(sputtering), 도금(plating), 인쇄(printing) 등의 방법으로 형성될 수도 있다.
상기 렌즈부(230)의 하부에 배치된 상기 기판(210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 원형, 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 기판(210)은 예를 들어, 10×10×1.7(㎜)의 크기로 구성될 수 있다. 이때, 상기 발광소자(220)의 칩 크기(Chip Size)는 1.3×1.3×0.1(㎜)의 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 기판(210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(210)은 인쇄회로기판 상에 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 기판(210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러(예를 들어, 백색, 은색 등)로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 기판(210)은 표면이 빛을 효율적으로 반사하는 재질이거나, 빛이 효율적으로 반사되는 컬러(예를 들어, 백색, 은색 등)로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(210)은 표면을 통해 빛이 반사되는 반사율이 78% 이상의 특성을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 기판(210)은 상기 방열체(300)에 수납되는 상기 회로부(400)와 전기적으로 연결된다. 상기 기판(210)과 상기 회로부(400)는 와이어(wire)(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 상기 와이어는 상기 방열체(300)를 관통하여 상기 기판(210)과 상기 회로부(400)를 전기적으로 연결한다.
상기 발광 소자(220)는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 광을 방출하는 발광 다이오드(LED) 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드(LED) 칩일 수 있다. 여기서, 상기 발광 다이오드(LED) 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
상기 발광 소자(220)는 형광체를 가질 수 있다. 상기 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수도 있다.
실시 예에서는, 1.3×1.3×0.1(㎜)의 크기를 가지며, 청색(Blue) LED + 황색(Yellow) 형광체의 특성을 갖는 LED 칩을 사용하였다. 이때, LED 칩의 스캐터링(Scattering)은 92% 이상이고, 120°이상의 램버시안(Lambertian)을 가질 수 있다.
렌즈의 시뮬레이션 결과
도 8은 렌즈의 파장(Wave Length) 대 RI(rendering index) 관계를 나타낸 그래프이고, 도 9는 렌즈의 파장(Wave Length) 대 투과율(Transmittance) 관계를 나타낸 그래프이고, 도 10은 렌즈의 빔각도(Beam Angle)와 광 효율(Efficiency)을 나타낸 색좌표이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 실시 예의 렌즈부(230)는 파장(Wave Length)이 증가할 수록 RI(rendering index)가 감소하는 것으로 나타났다. 여기서, 그래프의 가로축은 파장(Wave Length), 세로축은 RI(rendering index)를 나타낸다.
그리고, 상기 렌즈부(230)는 도 9의 그래프와 같이, 파장이 300에서 412.5까지의 구간에서는 투과율이 급격하게 증가하다가 412.5 이상 파장이 증가하더라도 투과율은 거의 일정하게 유지되었다. 여기서, 그래프의 가로축은 파장(Wave Length), 세로축은 투과율(Transmittance)을 나타낸다.
또한, 상기 렌즈부(230)는 도 10의 색좌표와 같이, 165°∼180°의 빔 각도(Beam Angle)를 가지는 것으로 나타났으며, 90% 이상의 광 효율(Efficiency)을 갖는 것으로 실험을 통해 밝혀졌다.
미국 후배광 규정(Energy Star) 및 ANSI 규정
도 11은 미국 후배광 규정의 전방위 램프(Omnidirectional Lamp)의 광도 분포 요구를 설명하기 위한 도면이고, 도 12 및 도 13은 ANSI 규정을 만족하는 실시 예의 조명 장치의 치수를 나타낸 예시도이다.
상기 ANSI(American National Standards Institute) 규정은 미국의 공업 기구물에 대한 규격 또는 기준을 미리 지정해 놓은 것을 말한다. 상기 ANSI 규정에는, 실시 예의 조명 장치와 같은 기구물에 대해서도 그 기준을 마련해 놓고 있다.
실시 예에 따른 조명 장치는 ANSI 규정을 만족하기 위해서, 상기 조명 장치의 전체 높이, 상기 커버(100)의 높이, 상기 커버(100)의 지름, 상기 커버(100) 하부의 지름, 상기 부재(350) 하부의 크기, 상기 부재(350) 상부의 크기, 상기 커버(100)의 두께를 46.5∼47.5 : 24∼25 : 30∼31 : 20∼21 : 13.5∼14.5 : 6.6∼7.5 : 1의 비율로 설계될 수 있다.
예를 들어, 도 12 및 도 13을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는, 상기 조명 장치의 전체 높이가 94.114㎜, 상기 커버(100)의 높이가 48.964㎜, 상기 커버(100)의 지름이 61.352㎜, 상기 커버(100) 하부의 지름이 40.924㎜, 상기 부재(350) 하부의 크기가 28㎜, 상기 부재(350) 상부의 크기가 14.351㎜, 상기 커버(100)의 두께가 2㎜로 설계될 수 있다. 이때, 도 12 및 도 13에서 일점 쇄선으로 표시된 부분이 ANSI 규정에 따른 크기를 나타낸 것으로, 실시 예의 조명 장치는 ANSI 규정에 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 미국 후배광 규정(Energy Star)은 조명 장치 또는 조명 기구가 소정의 광도(luminous intensity) 분포(distribution)를 가져야 한다는 규정이다. 상기 미국 후배광 규정(Energy Star)에서, 전방위 램프(Omnidirectional Lamp)의 광도 분포 요구는 도 11과 같다.
도 11에 도시된 미국 후배광 규정(Energy Star)을 참조하면, 조명 장치의 135°와 180°사이에서는 적어도 전체 광속(flux(lmens))의 5%가 발광되어야 한다는 요구가 있다.
실시 예의 조명 장치는 도 11에 도시된 미국 후배광 규정(Energy Star), 특히 조명 장치의 135°와 180°사이에서 적어도 전체 광속(flux(lmens))의 5%가 발광되어야 한다는 요구를 만족하고 있음을 다음의 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다.
시뮬레이션 결과
도 14는 기존의 조명 장치의 색좌표를 나타낸 도면이고, 도 15는 실시 예에 의한 조명 장치의 색좌표를 나타낸 도면이다.
기존의 조명 장치는 도 14의 색좌표와 같이, 0∼135°사이의 최대(Max)/최소(Min) 광도가 1.000/0.800로 나타났으며, 평균 광도가 0.917로 나타났다. 그리고, 최대(Max)/최소(Min) 광도의 편차율은 8.3%/11.7%로 나타났고, 135°∼180°사이의 플럭스(Flux) 비율은 10.8%로 나타났다.
이에 비해, 실시 예의 조명 장치는 도 15의 색좌표와 같이, 0∼135°사이의 최대(Max)/최소(Min) 광도가 1.000/0.761로 나타났으며, 평균 광도가 0.951로 나타났다. 그리고, 최대(Max)/최소(Min) 광도의 편차율은 5.0%/19.0%로 나타났고, 135°∼180°사이의 플럭스(Flux) 비율은 13.5%로 나타났다.
색좌표 결과에서도 알 수 있듯이, 실시 예의 조명 장치는 기존의 조명 장치에 비해 135°∼180°사이의 플럭스(Flux) 비율이 증가되었음을 알 수 있다.
도 16은 기존의 조명 장치의 광도 분포를 시뮬레이션한 결과 화면으로서, 도 16a는 기존의 조명 장치의 광도 분포를 상부(Top)에서 바라본 모습이고, 도 16b는 정면(Front)에서 바라본 모습이고, 도 16c는 측면 45°에서 바라본 모습이다.
그리고, 도 17은 실시 예에 의한 조명 장치의 광도 분포를 시뮬레이션한 결과 화면으로서, 실시 예의 조명 장치의 광도 분포를 상부(Top)에서 바라본 모습이고, 도 16b는 정면(Front)에서 바라본 모습이고, 도 16c는 측면 45°에서 바라본 모습이다.
도 16 및 도 17의 시뮬레이션 결과, 기존의 조명 장치는 최대(Max)/최소(Min) 밝기(Luminance)가 10.0%로 나타났고, 실시 예의 조명 장치는 최대(Max)/최소(Min) 밝기(Luminance)가 66.1%로 나타났다. 이 결과에서도 알 수 있듯이, 실시 예의 조명 장치가 기존의 조명 장치에 비해 최대(Max)/최소(Min) 밝기(Luminance)가 56% 이상 증가되었음을 알 수 있다.
도 16 및 도 17의 시뮬레이션 결과 화면을 비교해 보면, 기존의 조명 장치에서는 중심부에 암부가 존재하고 있음이 확인되었다. 이에 반하여, 실시 예의 조명 장치는 중심부에 암부가 발견되지 않았고, 광도(luminous intensity) 분포(distribution)가 전체적으로 균일하게 분포하고 있음이 확인되었다.
따라서, 실시 예의 조명 장치는, 미국 후배광 규정(Energy Star)에서 요구하고 있는 후배광 특성이 크게 개선되었음을 보여주고 있다. 또한, 기존에 존재하던 암부도 크게 줄어들었음을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있었다.
아래 표는 실시 예의 시뮬레이션 결과(표준화)를 나타낸 것이다.
Figure pat00001
실시 예에서는 시뮬레이션 결과를 통해, 상기 부재(350)의 형상, 상기 광원부(200)의 위치, 구배각 등의 조건이 만족될 때, 미국 후배광 규정(Energy Star) 및 ANSI 규정을 만족하는 것으로 나타났다.
이와 같이 구성된 실시 예에 따른 조명 장치는, 미국 후배광 규정(Energy Star) 및 ANSI 규정을 만족하도록 방열체 상에 소정의 각도로 측면이 기울어진 부재를 배치하고, 상기 부재의 측면에 광원부를 배치하고, 상기 광원부의 발광소자 상에 렌즈를 배치함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 커버 110 : 개구부
200 : 광원부 210 : 기판
220 : 발광소자 230 : 렌즈부
231 : 렌즈 232 : 바닥면
300 : 방열체 310 : 상면
330 : 몸체 350 : 부재
370 : 방열핀 400 : 회로부
410 : 회로기판 430 : 부품
500 : 내부 케이스 510 : 수납부
530 : 연결부 600 : 소켓

Claims (23)

  1. 방열체;
    상기 방열체 상에 배치되고 측면을 갖는 부재; 및
    상기 부재의 측면에 배치된 광원부;를 포함하며,
    상기 부재는 다각형의 기둥 형상을 갖고, 측면이 소정의 각도로 기울어진 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부재는 삼각, 사각, 육각, 팔각을 포함한 다각 기둥 중 하나이거나 또는 원뿔 기둥인 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부재는, 측면이 14°∼16°의 각도로 기울어진 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원부는:
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 발광소자; 및
    상기 발광소자 상에 배치된 렌즈부;
    를 포함하는 조명 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 165°∼180°의 빔 각도를 갖는 조명 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 렌즈부는,
    상기 기판 상에 배치된 바닥면; 및
    상기 발광소자를 덮도록 상기 바닥면으로부터 볼록하게 형성된 렌즈;
    를 포함하는 조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 렌즈는 반구형 또는 구형의 형상을 가지며,
    상기 렌즈 및 바닥면은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 우레탄계 수지 중 어느 하나이거나 그 혼합물로 이루어진 조명 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈는 비구면 렌즈(aspherics)인 조명 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 상기 바닥면에 반사층이 형성되어 있는 조명 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED 칩 또는 UV LED 칩인 조명 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 장치는, 상기 부재의 측면에 적어도 2개 이상의 광원부가 배치된 조명 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부재는, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn)을 포함한 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성된 조명 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부재는, 열 전도성을 갖는 열 전도성 수지재질로 구성된 조명 장치.
  14. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 장치는, 상기 부재를 덮도록 상기 발열체 상에 배치되고 하부에 개구부를 갖는 커버를 더 포함하는 조명 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 커버는, 상기 하부와 대응되는 상부와, 상기 하부와 상부 사이에 중앙부를 갖고, 상기 개구부의 지름은 상기 방열체의 상면 지름보다 작거나 같고, 상기 중앙부의 지름은 상기 방열체의 상면 지름보다 큰 조명 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 커버는, 내부면, 외부면, 내부면 및 외부면, 내부 중 어느 하나에 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하는 조명 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 커버는, 상기 광원부로부터 발광된 광의 적어도 일부를 상기 방열체 방향으로 반사시키는 반사물질을 포함하는 조명 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열체는, 상면과, 상기 상면과 연결되어 소정의 기울기를 갖는 일부 영역을 포함하는 측면을 갖는 몸체를 포함하고, 상기 일부 영역의 기울기는 상기 상면과 평형한 가상선을 기준으로 45°이상을 갖는 조명 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 방열체는, 상기 몸체 외주면에 복수 개의 방열핀이 배치되고, 상기 방열핀의 적어도 일부가 상기 기울기를 갖는 측면을 형성하는 조명 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 장치는, 상기 조명 장치의 전체 높이, 상기 커버의 높이, 상기 커버의 지름, 상기 커버 하부의 지름, 상기 부재 하부의 크기, 상기 부재 상부의 크기, 상기 커버의 두께가 46.5∼47.5 : 24∼25 : 30∼31 : 20∼21 : 13.5∼14.5 : 6.6∼7.5 : 1의 비율을 갖는 조명 장치.
  21. 방열체;
    상기 방열체 상에 배치되고 소정의 기울기를 갖는 측면을 포함한 부재;
    상기 부재의 측면에 배치되고, 기판과 상기 기판상에 발광소자를 갖는 광원부; 및
    상기 발광소자 상에 배치된 렌즈를 갖는 렌즈부;를 포함하고,
    상기 부재는 원기둥 또는 다각 기둥형상을 갖고,
    상기 렌즈는 원통형상의 측면과 상기 측면상에 곡면 형상을 포함하는 곡면부를 갖고,
    상기 방열체는 상면과 상기 상면의 평행한 가상의 직선을 기준으로 기울어진 기울기를 갖는 측면을 갖는 몸체를 포함하는 조명 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 부재는, 측면이 14°∼16°의 각도로 기울어진 조명 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 165°∼180°의 빔 각도를 갖는 조명 장치.
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