KR20140016242A - 가변적인 광 패턴을 위한 모듈형 광 엔진 - Google Patents

가변적인 광 패턴을 위한 모듈형 광 엔진 Download PDF

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Abstract

조명 장치(10)는 떨어진 표면을 조명하기에 적합하다. 조명 장치(10)는 적어도 2개의 실질적으로 동일한 광 엔진 모듈(14)을 수용하도록 구성된 포스트(12)를 구비한다. 각 모듈은 복수의 발광 다이오드(18)를 구비한다. 각 모듈은 포스트에 장착하도록 구성된 에지를 구비한다.

Description

가변적인 광 패턴을 위한 모듈형 광 엔진{MODULAR LIGHT ENGINE FOR VARIABLE LIGHT PATTERN}
본 개시내용은 조명 장치(lighting fixture)의 기술분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 지면 상에 광 패턴을 분포시키기 위한 구역 조명 장치에 관한 것이다.
이들 조명 장치는 도로, 주차장, 보도, 자전거 도로, 또는 다른 유사한 적용을 포함하는 구역 조명에 사용될 수 있다. 또한, 이들 조명 장치는 농구장 또는 공장 건물 바닥을 조명하는 것과 같은 실내 적용에 이용될 수 있다.
일반적으로, 조명 장치는 램프 또는 다른 광원, 및 광원으로부터 빛을 반사시키기 위한 반사기(reflector)로 구성된다. 이러한 반사기의 형상 및 임의의 차폐물(shielding)은 통상적으로 광 분포(light distribution) 패턴을 규정한다. 특히, 광 패턴은 고휘도 방전(high intensity discharge; HID) 램프를 위한 외부 차폐물이나 발광 다이오드 패키지를 위한 광 패키지(optical package)에 의해 제어된다. 상기 차폐물은 다른 사용 가능한 광의 비효율적인 차단물이므로, HID 해결책은 바람직한 방향으로 향하지 않는 광 파워를 낭비한다.
광 에너지는 넓게 퍼진다. 떨어진 구역의 조도는 광원으로부터의 거리의 제곱에 반비례하여 변화한다. 또한, 조명 장치는 상대적으로 큰 타겟 구역으로 빛을 지향시키기 때문에, 광원은 조명될 구역보다 몇 배 작다. 따라서, 각각의 조명 장치에 의해 생성된 광 에너지의 빔은 상당한 구역을 커버하기 위해 상대적으로 강해야만 한다.
이러한 특징은 특정 조명의 문제를 나타낸다. 첫째로, 떨어진 타겟 구역에의 주어진 조도(light level)를 유지하기 위해, 광원은 보다 높은 레벨의 광 에너지를 생성해야 한다. 이는 조명 장치를 바라보는 사람에게 눈부심(glare) 문제를 야기할 수 있다. 두번째로, 발산 빔(diverging beam) 또는 수렴 빔(converging beam)의 사용은 상당한 양의 빛이 타겟 구역 밖으로 향하게 할 수 있다. 이것은 스필(spill; 빛 누출)을 야기한다. 스필 및 눈부심은 빛을 비효율적으로 사용하는 것이고, 종종 불쾌할 수도 있다.
주차장, 거리 및 고속도로 조명에서의 스필은 광범위한 구역을 조명하게 하여, 실제 도로가 주변 구역으로부터 덜 구별되게 한다. 추가적으로, 많은 적용에 있어서, 제어의 부족은 또한 보다 많은 라이트 폴(light pole) 및 조명 장치를 이용하게 하여, 비용이 많이 들고 상당한 자원을 소비한다.
또한, 대부분의 기존 조명 시스템은 고속도로 또는 도로의 가능한 한 많은 곳에 걸쳐서 빛을 퍼뜨리거나 발산시켰다. 그러나, 그렇게 함으로써, 일부 빛은 고속도로의 각 차로(lane)에 있어서의 운전자의 시야 방향으로 운전자로부터 멀리 투사되기 보다는 운전자를 향해 대부분 투사된다. 이것은 도로 상에서 운전자에게 눈부심을 야기할 수 있다.
특정 실시예에서는, 정사각형 분포 조명 장치는 조명 설계자에게 선호될 수 있다. 주차장을 조명하기 위해, 예를 들어, 조명 설계자는 분포 패턴의 겹침을 제거할 수 있으므로 보다 적은 조명 장치를 이용할 수 있다. 또한, 조명 설계자는 정사각형 광 분포를 사용함으로써, 주차장의 코너 및 에지에서 스필을 제거할 수 있다. 대안적으로, 원형 또는 타원형 광 분포는 빛을 거의 또는 전혀 차폐시킬 필요가 없어 가장 효율적일 수 있다.
다양한 광 분포 패턴을 제공하도록 선택적으로 변형 가능한 광 엔진(light engine)을 가짐으로써, 빛을 정확하게 제어할 수 있다. 본 개시내용의 하나의 이점은, 구성 가능한 모듈형 조명 장치를 제공함으로써, 스필을 최소화하고 뷰어(viewer) 눈부심을 제한하면서 거의 모든 구역 또는 형상을 적절하게 조명하기 위해 적합한 광 분포 및 배향을 갖는 조명 장치 모듈을 용이하게 선택하는 것이 가능하다는 것이다.
일 실시예에 따르면, 멀리 떨어진 표면을 조명하기에 적합한 조명 장치가 제공된다. 이러한 조명 장치는 적어도 2개의 실질적으로 동일한 광 엔진 모듈을 수용하도록 구성된 포스트(post)를 포함한다. 이러한 모듈은 복수의 발광 다이오드를 구비한다. 각 모듈은 발광 다이오드 포함면(inclusive surface) 및 대향면(opposed surface)을 갖는다. 각 모듈은 포스트에 장착되도록 구성된 에지를 더 구비한다. 이러한 조명 장치는 모듈에 전력을 제공하기 위한 전기적 통로를 더 구비한다.
다른 실시예에 따르면, 4개의 발광 다이오드 모듈까지 선택적으로 수용하도록 구성된 포스트를 포함하는 조명 장치가 제공된다. 각 모듈은 포스트와 정합하도록 구성된 제 1 에지 및 대략 90°로 연장되는 아치형 제 2 에지를 포함한다. 조명 장치는 실질적인 원형 형상을 형성하도록 4개의 모듈을 구비할 수 있다.
제 3 실시예에 따르면, 조명 장치용의 광 엔진 모듈이 제공된다. 이러한 모듈은 적어도 2개의 분리 가능한 발광 다이오드 어레이를 내장하는 본체를 포함한다. AC를 DC로 변환하기 위한 전자 변환 소자가 또한 제공된다. 상기 모듈은 본체로부터 연장되는 장착 아암을 더 구비한다.
다른 실시예에 따르면, 조명 장치가 제공된다. 이러한 조명 장치는 적어도 2개의 광 엔진 모듈이 장착된 포스트를 구비한다. 이러한 모듈은 적어도 2개의 발광 다이오드 어레이를 구비하고, 발광 다이오드는 실질적인 반구형 분포로 되어 있다. 제 1 모듈의 어레이는 제 2 모듈의 어레이와 다르게 서로에 대해 배향된다.
도 1은 모듈형 구역 조명 장치 조립체의 저면 사시도,
도 2는 도 1의 조립체의 상면 사시도,
도 3은 각각의 광 모듈의 저면 사시도,
도 4는 도 3의 모듈의 상면 사시도,
도 5a 내지 도 5c는 본 조립체의 적용성을 설명하는 사시도,
도 6은 대안적인 모듈 디자인의 저면 사시도,
도 7은 도 6의 모듈의 상면 사시도,
도 8a 내지 도 8d는 LED 어레이의 배향에 의해 달성되는 모듈의 추가적인 적용성을 설명하는 도면.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈형 구역 조명 장치(10)가 도시되어 있다. 조명 장치(10)는 광 모듈(14)이 나사(screw) 또는 볼트(16)를 통해 제거 가능하게 장착된 포스트(12)를 구비한다. 포스트(12)에 4개의 모듈(14)이 고정되고, 360°로 연장하는 광 패턴이 제공된다. 또한, 각 모듈(14)은 대략 90°로 가로지르는 아치형 외부 에지(17)를 갖는 원의 섹터를 포함한다.
특히, 각 모듈(14)은 하면(20)에 배치된 LED(발광 다이오드)(18)를 구비한다. 하면(20)은 조명 장치로부터의 광 추출을 향상시키도록 반사성일 수 있다. 각 모듈(14)의 상면(22)은 열방출을 향상시키도록 복수의 베인(vane)(24)을 구비한다.
이제, 도 3 및 도 4를 참조하면, 각각의 광 모듈(14)이 도시되어 있다. 각각의 광 모듈(14)은 대략 90°의 구역을 둘러싼다. 이와 관련하여, 각 모듈은 원의 ¼ 섹터를 나타낸다. 이러한 모듈(14)의 측면은 칼라 요소(collar element; 30)를 형성하기 위해 내부 에지(28)에서 만나는 숄더 요소(26)에 의해 경계지어진다. 칼라 요소(30)는 포스트(12)의 외부 표면과 협력하는 아치형의 표면을 구비한다. 물론, 포스트 및 칼라 요소(30) 사이의 어떠한 적합한 협력 형상도 수용가능하다. 포스트(12)에 볼트 또는 나사를 통한 모듈(14)의 제거 가능한 부착을 용이하게 하기 위해, 칼라 요소(30) 내에 통로(32)가 형성된다. 클립 또는 다른 기계적 결합 부재와 같은, 인접한 모듈의 숄더 요소(26) 간의 일부 유형의 정합 수단은 전체 조명 장치의 강도를 증대시키기 위해 바람직할 수도 있다. 가요성 도체 또는 다른 회로(도시하지 않음)를 통해 포스트(12)의 단부(33)와 각각의 LED 어레이 사이에 전력이 공급된다.
이제, 도 3을 참조하면, LED(18)는 4개의 대체로 동심 어레이(concentric array; 34, 36, 38, 40)로 배치된다. LED는 동심의 아치형 경로로 설정되어 있다. 모든 4개의 모듈(14)이 제위치에 배치되면, LED의 몇 개의 동심 고리가 형성된다(도 1 참조). 물론, 특정한 적용을 위한 바람직한 광 분포에 의해 설명된 하면(20) 상의 LED 분포의 임의의 유형이 본 개시내용에 의해 고려되고 있다. LED는 백색광 발생, 포화색(saturated color) 발생 또는 그 혼합을 포함한 숙련공(skilled artisan)에게 알려진 임의의 유형일 수 있다. 또한, LED는 전체 광학 요소를 포함하도록 개별적으로 패키징될 수 있거나 LED는 패키징되지 않을 수 있고, 광학 요소는 전체 표면(20)에 걸쳐 형성될 수 있다.
다음에 도 5를 참조하면, 조명 장치(10)의 모듈성에 의해 성취 가능한 기능성이 설명된다. 또한, 도 5a에서, 포스트(12) 상에 단일의 모듈(14)을 제공함으로써, 대략 90°의 광 분산을 얻을 수 있다. 이 점에서, 도 5a의 조명 장치를 예를 들어 주차장의 코너에 배치하면, 주차 구역의 외부로의 빛의 스필없이 코너 구역의 적합한 조명을 제공할 수 있다.
이제 도 5b를 참조하면, 2개의 인접한 모듈(14)을 구비하는 조명 장치(10)에 의해 대략 180°의 광 분포가 제공된다. 예를 들면, 이러한 광 분포는 주차 구역의 에지, 혹은 조명될 구역 및 그 외부 구역 사이에 선형 경계가 존재하는 보도 또는 다른 적용의 조명에 적합할 수 있다.
이제 도 5c를 참조하면, 포스트(12)의 대향 양측에 2개의 모듈(14)을 구비함으로써, 대칭적인 광 분포 패턴이 제공된다. 주차장의 중앙 영역, 또는 각 측면 상의 차선이 조명되는 고속도로의 중앙 아래를 조명할 때에, 이러한 배향이 사용될 수 있다.
이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 모듈(140)의 대안적인 디자인이 도시되어 있다. 모듈(140)은 한 쌍의 LED 어레이(144)가 내부에 배치된 하우징(142)을 구비한다. LED 어레이(144)는 개별적으로 모듈(140)에 부착되고, 별도로 전력 공급될 수 있는 실질적으로 동일한 유닛이다. LED 어레이(144)는 특히 복수의 반구형 LED 어레이(148, 150)가 배치된 반사 기판(146)으로 구성된다. 도시된 바와 같이, 반사 기판(146)은 약간 지향된[화살표(147) 참조] 광 분포를 발생시키는 형상을 갖는 표면을 구비한다. 하우징(142)은 교류를 직류로 변환하기 위한 전자 회로(도시하지 않음)를 구비하는 도어(152)로 덮여 있는 구획부(compartment)를 더 포함한다. 하우징(142)에는, 포스트와 정합하기에 적합한 브래킷(156)을 구비하는 아암(154)이 추가로 제공된다.
이제 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 정교하게 조정된 광 분포를 제공하는 본 실시예의 능력이 도시되어 있다. 또한, 90° 내지 360°의 광 분포(도 5 참조)를 갖는 능력에 부가하여, 각 개별 모듈은 LED 어레이(144)의 배향을 변경함으로써 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 도 8a를 참조하면, LED 어레이(144)는 대향하는 어레이 방향으로 배향되어, 대칭적인 광 분포(즉, 모듈로부터 360°)가 제공된다. 이와 대조적으로, 도 8b를 참조하면, 비대칭적인 우향 광 분포(147)가 제공되고, 도 8d에서는, 비대칭적인 좌향 광 분포(147)가 제공된다. 이것은 유리하게 빛을 도로 상에 아래로 지향시키지만, 또한 차량이 이동되는 방향으로 비스듬하게 지향시킬 수 있다. 이런 식으로, 차량 운전자가 받는 눈부심이 감소될 수 있다. 또한, 도 8c를 참조하면, 전방 광 분포(147)가 제공된다.
본 개시내용은 폴(pole) 상의 배향과 함께 폴 상에 배치된 개수가 지면 상의 조명 패턴에 영향을 미칠 수 있는 모듈을 개시한다. 이에 의해, 모듈의 개수만이 실질적으로 동일하다면, 생산 비용이 제어 가능하므로, 취득 원가(acquisition cost)를 저감시킬 수 있다. 모든 광 패턴을 충족할 수 있는 하나의 광 엔진 모듈만이 필요하기 때문에, 다양한 광 패턴에 대해 추적 및 제조할 다른 부품 번호가 없다. 마찬가지로, 동일한 히트 싱크(heat sink) 및 다른 부품이 사용될 수 있기 때문에, 제조 및 유지 비용이 절감된다. 그러나, 모듈은 예를 들어, 1개 내지 4개의 다양한 개수로 포스트에 부착될 수 있고, 각 모듈 내의 LED 어레이가 의도하는 대로 좌향, 우향 또는 전방으로 배향될 수 있기 때문에, 조명 장치에 의해 방출되는 광 패턴은 높은 유연성을 갖는다.
예시적인 실시예가 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백하게, 당업자는 전술한 상세한 설명을 판독하고 이해할 때에 변형 및 변경이 가능할 것이다. 예시적인 실시예는 이러한 변형 및 변경이 첨부된 청구범위 또는 이의 등가물의 범위 내에 속하는 한에 있어서 모든 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로서 해석됨이 의도된다.

Claims (20)

  1. 적어도 2개의 광 엔진 모듈을 수용하도록 구성된 포스트를 포함하는 조명 장치에 있어서,
    상기 모듈은 복수의 발광 다이오드를 구비하고, 상기 모듈은 적어도 실질적으로 동일하고, 각 모듈은 발광 다이오드 포함면 및 대향면을 구비하고, 각 모듈은 상기 포스트에 장착하도록 구성된 에지를 더 구비하고, 상기 조명 장치는 상기 모듈에 전력을 제공하기 위한 전기적 통로를 더 포함하는
    조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 4개의 모듈로 구성되는
    조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대향면은 복수의 베인을 구비하는
    조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 적어도 2개의 대체로 동심인 아치형 어레이로 배치되는
    조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 포함면은 반사면인
    조명 장치.
  6. 4개의 발광 다이오드 모듈까지 선택적으로 수용하도록 구성된 포스트를 포함하는 조명 장치에 있어서,
    각각의 상기 모듈은 상기 포스트와 정합하도록 구성된 제 1 에지 및 대략 90°로 연장되는 아치형 제 2 에지를 구비하고, 상기 조명 장치는 실질적인 원형 형상을 형성하도록 4개의 모듈을 선택적으로 구비할 수 있는
    조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각 모듈은 원의 섹터를 포함하는
    조명 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각 모듈은 상기 제 1 에지로부터 연장되고 대략 90°의 각도를 형성하는 측벽을 구비하는
    조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측벽은 브래킷에서 상호 연결되고, 상기 브래킷은 상기 포스트의 외부 표면과 협력하여 맞물리는 형상을 갖는
    조명 장치.
  10. 조명 장치용의 광 엔진 모듈에 있어서,
    적어도 2개의 분리 가능한 발광 다이오드 어레이를 내장하는 본체와, AC를 DC로 변환하기 위한 전자 변환 소자를 포함하는
    광 엔진 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각 발광 다이오드 어레이는 반구형 패턴으로 배치된 복수의 발광 다이오드를 구비한 반사면을 포함하는
    광 엔진 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 어레이는 반대 방향으로 배향되고, 대칭적인 광 패턴을 방사하는
    광 엔진 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 어레이는 동일한 방향으로 배향되고, 비대칭적인 광 패턴을 방사하는
    광 엔진 모듈.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 모듈은 발광 다이오드의 적어도 2개의 동심 반구형 패턴을 포함하는
    광 엔진 모듈.
  15. 적어도 2개의 광 엔진 모듈이 장착된 폴을 포함하는 조명 장치에 있어서,
    각각의 상기 모듈은 적어도 2개의 발광 다이오드 어레이를 구비하고, 상기 어레이는 발광 다이오드의 실질적인 반구형 분포를 포함하고, 제 1 모듈의 어레이는 제 2 모듈의 어레이와 다르게 서로에 대해 배향되는
    조명 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 어레이는 발광 다이오드의 적어도 2개의 동심의 실질적인 반구형 분포를 포함하는
    조명 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    제 1 광 엔진 모듈의 어레이는 반대 방향으로 배향되고, 대칭적인 광 패턴을 방사하고, 제 2 광 엔진 모듈의 어레이는 동일한 방향으로 배향되고, 비대칭적인 광 패턴을 방사하는
    조명 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 비대칭적인 광 패턴은 비대칭적인 전방, 우향 또는 좌향 중 하나인
    조명 장치.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명 장치는, 상기 모듈의 하우징 내에 배치되고, 선택적으로 개방 가능한 도어에 의해 접근 가능한 전자 변환 소자를 더 포함하는
    조명 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 어레이는 실질적으로 동일한
    조명 장치.
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