KR20150137402A - 배광 조정이 가능한 led 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학렌즈와 LED 모듈간 소정의 거리를 갖는 LED 조명장치에 있어서, 상기 LED 모듈을 광학렌즈의 촛점상에서 수평이동시켜 대상물에 조사되는 빛의 양을 증가 또는 확산시키는 것을 특징으로 하는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, LED 광원으로부터 광학렌즈를 통하여 방출되는 빛을 확인이 필요한 대상물이 있는 위치에 집중시키거나, 넓은 범위를 관찰하기 위하여 빛을 확산시킬 수 있음으로 심해저 같은 특수환경에서의 해양조사를 원활히 수행할 수 있다.

Description

배광 조정이 가능한 LED 조명장치{LED LIGHTING APPARATUS ADJUSTABLE LIGHT DISTRIBUTION}
본 발명은 LED 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필요에 따라 LED 발광소자에서 방출하는 빛의 배광을 조정할 수 있는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치에 관한 것이다.
발광소자인 LED(light emitting diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변화시키는 소자로 발광효율이 높고 저 전류에서 고출력을 얻을 수 있으며, 수명이 길고 소비전력이 적으므로 각종 기계장치의 표시용 소자, 자동차의 외장에 들어가는 조명이나 내부기기, 전광판 및 조명기기의 광원으로 많이 사용되고 있는 추세이다.
LED 소자는 통상적으로 인쇄회로기판 위에는 상면으로부터 인입되어 이루어진 엘이디 칩 장착부와, 상기 엘이디 칩 장착부 주위에 경사지게 형성된 반사막과, 상기 엘이디 칩 장착부에 장착되는 엘이디 칩과, 상기 엘이디 칩과 반사막의 상부에는 방출되는 광원을 조사하도록 렌즈를 구비하고 있다. 따라서 상기 발광소자는 부피가 작고, 소비전력이 작으며, 낮은 열 방출 특성과 수명이 타 조명기기에 비하여 상대적으로 긴 장점을 가진다.
그러나 LED 소자는 조명기기에 패키지 또는 낱개로 사용할 때 광원의 조도를 높이면서 더욱 넓은 유효 조도 범위를 확보하기 위해 엘이디 칩 장착부의 주위에 경사지게 형성된 반사막이 설치되나, 이는 엘이디 칩에서 발산되는 광원을 전면으로 확산시키는 역할만을 가지고 있다. 즉 LED 칩과 렌즈를 포함하는 LED 조명장치는 광도, 지향각 및 배광범위가 결정된 상태로 생산되므로 필요한 위치에 조도를 높이기 위하여 배광범위를 변경할 수 없는 문제점이 있다.
배광범위를 조정할 수 있는 LED 조명장치와 관련된 선행기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0099839호의 '지향각 및 배광분포 조정이 가능한 LED용 조명시스템'이 있다. 상기 선행기술은 베이스플레이트, 상기 베이스플레이트에 설치되는 반도체 광원, 상기 베이스플레이트 위로 상기 반도체 광원의 주위로 설치되고, 측벽에 렌즈설치홈이 형성되는 렌즈고정구 및 상기 렌즈고정구의 설치홈에 설치되는 설치용 돌기를 가지는 광학렌즈를 포함하고, 상기 설치홈은 상기 반도체 광원과 상기 광학렌즈 사이의 거리와 각도를 조절할 수 있도록 형성하고 있다.
배광범위를 조정할 수 있는 LED 조명장치와 관련된 다른 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-0961676호의 '배광을 원하는 대로 구현할 수 있는 엘이디 조명등용 렌즈'가 있다. 상기 선행기술은 표면의 일면은 평면부이고, 타면은 반구형의 돔형으로 볼록하게 돌출된 볼록부와, 상기 평면부의 내측으로는 반구형상으로 형성된 요홈부와, 상기 요홈부의 바닥면에는 내측으로 길이방향을 따라 양측으로 경사면을 형성하고, 상기 경사면이 교차하는 지점을 따라 직선부를 형성한 브이 컷팅부와, 상기 볼록부의 가장자리 부분은 걸림턱이 형성된 렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 브이 커팅부는 브이 커팅된 경사면의 경사각도를 달리하여 좌ㆍ우로 조사되는 빛의 굴절 각도를 조절할 수 있도록 하고 있다.
그러나 선행기술들은 광학렌즈를 이동시키거나, 반사판의 형상을 변형시킴으로써 배광범위를 조절하고 있으나, 특수한 환경에서 외부 조작에 의한 광학렌즈의 위치를 변경하여 LED 광원과 광학렌즈간의 거리를 조절하는 것이 불가능한 경우 높은 조도를 필요로 하는 위치에 LED 조명을 집중할 수 있도록 배광범위를 변경하는 것은 어렵다고 할 것이다.
1.대한민국 공개특허공보 제10-2007-0099839호.(2007.10.10) 2.대한민국 등록특허공보 제10-0961676호.(2010.06.09)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광학렌즈의 조정이 불가능한 환경에서 대상물의 확인을 위하여 필요한 위치에 조도를 높일 수 있도록 배광범위를 조정할 수 있는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예인 배광 조정이 가능한 LED 조명장치는 상기 LED 모듈을 광학렌즈의 촛점상에서 수평이동시켜 대상물에 조사되는 빛의 양을 증가 또는 확산시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 내부 공간을 갖는 하우징, 상기 하우징의 전단에 연결되는 전단 덮개부, 상기 하우징의 후단에 연결되는 후단 덮개부, 상기 전단 덮개부의 일측면에 결합되는 광학렌즈 및 상기 하우징 내부 공간에 위치하여, 광학렌즈의 촛점선상에서 LED 모듈을 수평이동시키는 구동수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 하우징 내부 저면에 형성되어 래크기어의 이동을 가이드하는 가이드부, 래크기어의 일측에 연결되고, LED 모듈이 광학렌즈의 촛점상에 위치하도록 연결되어 있는 인쇄회로기판 및 래크기어와 기어결합되고 모터에 의하여 회전운동하는 피니언 기어를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, LED 광원으로부터 광학렌즈를 통하여 방출되는 빛을 확인이 필요한 대상물이 있는 위치에 집중시키거나, 넓은 범위를 관찰하기 위하여 빛을 확산시킬 수 있음으로 심해저 같은 특수환경에서의 해양조사를 원활히 수행할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈의 이동에 따른 대상물 표면에 비추는 조도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 환경에서 사용되는 LED 조명장치의 정면도를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치 내부에 구비되는 LED 모듈을 수평 이동시키는 구동수단을 도시한 것이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈의 이동에 따른 대상물 표면에 입사하는 빛의 양을 도시한 것이다.
도 1a에서 보는 바와 같이, LED 모듈(70)에서 방출되는 빛은 광학렌즈(20)를 통과하여 소정의 배광범위를 가지고 확산되어 관찰하고자 하는 대상물(1)의 표면에 조사하게 된다. 여기서 대상물(1) 표면에 조사되는 빛의 양은 광학렌즈(20)까지의 거리 및 광학렌즈(20)의 굴절율 등에 의하여 결정될 수 있다. 또한 LED 칩 장착부 주변에 소정의 경사각을 갖는 반사막을 설치하여 대상물(1) 표면에 조사되는 빛의 양이 결정될 수 있다.
이러한 LED 모듈(70)에서 방출되어 대상물(1) 표면에 조사되는 빛의 양을 조정하기 위하여는 광학렌즈의 굴절율을 변경시키기 위하여 광학렌즈를 교체하거나, LED 모듈(70)과 광학렌즈(20)간의 거리를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 대상물(1) 표면에 빛의 양을 조정하기 위하여 매번 광학렌즈를 교체하는 것은 현실적으로 실효성이 없으며, LED 모듈(70)과 광학렌즈(20)간의 거리를 변화시키는 경우, 광학렌즈(20)의 위치를 고정시키고 LED 모듈(70)을 이동시킴으로써 이루어질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 광학렌즈(20)를 고정시킨 상태에서 LED 모듈(70)을 촛점(f) 방향으로 이동시키는 경우, 사방으로 확산되는 빛의 지향각을 좁혀 대상물(1) 표면에 조사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 즉 대상물(1) 표면에 조사되는 빛의 양이 증가하므로 대상물을 분명하게 관찰할 수 있으며, 이에 따라 특수 환경에서의 탐사작업에 이용될 수 있다.
예를 들어 수 내지 수십기압의 수압이 있는 해양(심해저)과 같은 특수환경에서 탐사작업을 수행시 관찰하고자 하는 대상물에 집중하여 빛을 조사하고자 하는 경우, LED 조명장치의 초기 결정된 빛의 지향각에 따른 조사 영역을 변경시키기 위하여 LED 조명장치의 하우징의 일측에 결합되어 방수 기능 및 수압을 견디기 위한 전단 덮개부에 결합되어 있는 광학렌즈의 위치를 변경시키는 것은 거의 불가능한 것이다.
즉 광학렌즈가 전단 덮개부와 구조적으로 결합되어 있음으로 광학렌즈를 이동시키기기 위해서는 전단 덮개부의 위치를 변경(예를 들어 회전에 의하여)하여야 하나 방수 및 수압을 고려해야 하는 해양과 같은 특수환경에서는 거의 불가능하다.
따라서 본 발명이 LED 조명장치는 해양과 같은 특수환경에서도 대상물에 조사되는 빛의 양을 증가시키기 위한 배광 조정을 위하여 하우징 내에 LED 모듈을 위치시키고 상기 LED 모듈을 광학렌즈의 촛점선상에서 수평이동함으로써 광학렌즈와 LED 모듈간의 거리를 변경할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 환경에서 사용되는 LED 조명장치의 정면도를 도시한 것이다.
도 2에서 보는 바와 같이, LED 조명장치(100)는 내부 공간을 갖는 하우징(10), 상기 하우징의 전단에 연결되는 전단 덮개부(30), 상기 하우징의 후단에 연결되는 후단 덮개부(50), 상기 전단 덮개부의 일측면에 결합되는 광학렌즈(20) 및 상기 하우징 내부 공간에 위치하여, 광학렌즈의 촛점선상에서 LED 모듈(70)을 수평이동시키는 구동수단을 포함할 수 있다.
하우징(10)은 원통형으로 형성될 수 있으며, 금속재질로 해양(심해저)에서의 수압에 견디기 위하여 소정의 두께(예를 들어 10mm 내지 50mm)를 가질 수 있으며, 양측 끝단은 전단 덮개부(30) 및 후단 덮개부(50)가 회전에 의하여 연결되기 위한 나사선이 형성될 수 있다.
전단 덮개부(30) 및 후단 덮개부(50)는 나사선이 형성되어 있으며, 하우징(10)의 양측 끝단 각각에 회전에 의하여 연결될 수 있다. 또한 하우징 내부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위하여 연결시 고무 또는 합성수지로 이루어진 오링(41)이 각각의 나사선에 삽입될 수 있다. 한편 전단 덮개부(30)는 LED 모듈로부터 방출되는 빛을 외부로 조사하기 위하여 일측에 광학렌즈(20)가 고정된다.
이하 하우징(10) 내부에 위치하여 LED 모듈을 수평이동시킬 수 있는 구동수단에 대하여는 도 3에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치 내부에 구비되는 LED 모듈을 수평 이동시키는 구동수단을 도시한 것이다.
도 3에서 보는 바와 같이, LED 모듈을 수평 이동시키는 구동수단은 하우징 내부 저면에 형성되어 래크기어(81)의 이동을 가이드하는 가이드부(80), 래크기어(81)의 일측에 연결되고, LED 모듈(70)이 광학렌즈의 촛점상에 위치하도록 연결되어 있는 인쇄회로기판(60) 및 래크기어(81)와 기어결합되고 모터(미도시)에 의하여 회전운동하는 피니언 기어(82)를 포함할 수 있다. LED 모듈을 수평이동시키기 위하여 래크기어 및 피니언 기어를 포함하는 구동수단을 설명하였으나 다양한 기어 결합에 의하여 이루어질 수 있으며, 회전운동을 직선운동으로 바꿀 수 있는 원통캠 등으로 이루어질 수 있다.
LED 모듈(70)은 인쇄회로기판(60)상에 형성된 LED 칩 장착부에 LED 칩이 삽입되어 연결될 수 있으며, 인쇄회로기판(60)은 LED 모듈(70)을 구동시키기 위한 구동 드라이버, 전원변환부 및 외부로부터 입력된 모터 제어명령에 따라 모터의 회전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 해양환경에서 탐사 수행시 대상물 표면에 조사되는 빛의 양을 증가시키거나 확산시키기 위하여 외부 입력부에서 입력되는 모터 제어명령을 입력받은 제어부는 모터를 구동시켜 피니언 기어(82)의 회전방향 및 회전량을 제어함에 따라 LED 모듈(70)을 촛점상에서 수평이동시킬 수 있다.
본 발명의 LED 조명장치는 해양(심해저)과 같은 심해환경에서 탐사작업 수행시 이용될 수 있음을 설명하였으나, 광학렌즈의 위치를 고정시킨 상태에서 LED 광원을 이동시켜 배광을 조정할 수 있는 손전등, 랜턴, 가로등, 보안등, 터널 등에 사용되어 대상물의 표면에 조사되는 빛의 양을 간편하게 조정할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1:대상물 10:하우징
20:광학렌즈 30:전단 덮개부
41,42:오링(Oring) 50:후단 덮개부
60:PCB 70:LED 모듈
80:가이드부 81:래크기어
82:피니언 기어 100:LED 조명장치

Claims (3)

  1. 광학렌즈와 LED 모듈간 소정의 거리를 갖는 LED 조명장치에 있어서,
    상기 LED 모듈을 광학렌즈의 촛점상에서 수평이동시켜 대상물에 조사되는 빛의 양을 증가 또는 확산시키는 것을 특징으로 하는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치.
  2. 내부 공간을 갖는 하우징,
    상기 하우징의 전단에 연결되는 전단 덮개부,
    상기 하우징의 후단에 연결되는 후단 덮개부,
    상기 전단 덮개부의 일측면에 결합되는 광학렌즈 및
    상기 하우징 내부 공간에 위치하여, 광학렌즈의 촛점선상에서 LED 모듈을 수평이동시키는 구동수단을 포함하는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동수단은
    하우징 내부 저면에 형성되어 래크기어의 이동을 가이드하는 가이드부,
    래크기어의 일측에 연결되고, LED 모듈이 광학렌즈의 촛점상에 위치하도록 연결되어 있는 인쇄회로기판 및
    래크기어와 기어결합되고 모터에 의하여 회전운동하는 피니언 기어를 포함하는 배광 조정이 가능한 LED 조명장치.
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