KR20170125585A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20170125585A
KR20170125585A KR1020160055554A KR20160055554A KR20170125585A KR 20170125585 A KR20170125585 A KR 20170125585A KR 1020160055554 A KR1020160055554 A KR 1020160055554A KR 20160055554 A KR20160055554 A KR 20160055554A KR 20170125585 A KR20170125585 A KR 20170125585A
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

실시 예는 조명 장치에 관한 것으로, 내주면과 외주면을 갖는 바디; 상기 바디 상에 배치되며 상기 바디의 가장자리를 따라 배치된 회로 기판 및 상기 회로 기판에 실장된 복수 개의 광원을 포함하는 광원 부재; 가장자리가 상기 바디에 고정되어 상기 광원 부재에서 방출된 광을 외부로 방출시키는 확산 부재; 및 상기 광원 부재를 덮도록 상기 바디 상에 배치되는 커버를 포함하며, 상기 광원이 상기 커버의 내측면과 마주하도록 상기 광원은 상기 확산 부재의 광 방출 방향과 수직인 방향에 대해 상기 커버의 내측면을 향하는 방향으로 기울어진 구조로 상기 바디의 내측면에 배치된다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명 실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 따라, 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
최근, 발광 다이오드는 실내 및 실외에서 사용되는 각종 액정 표시 장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다. 발광 다이오드를 광원으로 사용하는 조명 장치는 발광 다이오드가 실장된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함하는 광원 부재를 포함한다.
조명 장치는 광원이 조명 장치의 광 방출면을 향해 배열된 직하 발광식으로, 광원과 중첩되는 영역의 휘도는 높고 광원과 중첩되지 않는 영역은 휘도가 낮아 휘도차가 크다. 이에 따라, 광원에서 발생한 광이 조명 장치의 커버를 통해 외부로 방출될 때, 휘선(bright line)이 발생하고 조명 장치의 품질이 저하된다. 이를 방지하기 위해, 광원을 조명 장치의 가장자리를 따라 배열하였으나, 이 경우에도 조명 장치의 중앙부와 주변부의 휘도 차이를 감소시키는데 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 휘도 균일성 및 효율이 향상된 조명 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명 실시 예의 조명 장치는 내주면과 외주면을 갖는 바디; 상기 바디 상에 배치되며 상기 바디의 가장자리를 따라 배치된 회로 기판 및 상기 회로 기판에 실장된 복수 개의 광원을 포함하는 광원 부재; 가장자리가 상기 바디에 고정되어 상기 광원 부재에서 방출된 광을 외부로 방출시키는 확산 부재; 및 상기 광원 부재를 덮도록 상기 바디 상에 배치되는 커버를 포함하며, 상기 광원이 상기 커버의 내측면과 마주하도록 상기 광원은 상기 확산 부재의 광 방출 방향과 수직인 방향에 대해 상기 커버의 내측면을 향하는 방향으로 기울어진 구조로 상기 바디의 내측면에 배치된다.
본 발명 실시 예의 조명 장치는 광원 부재를 커버의 내측면을 향하도록 기울어진 방향으로 배치하고 커버의 내측면에 반사 부재를 더 배치하여 광원 부재에서 방출되는 광이 조명 장치의 중앙부로 용이하게 진행할 수 있다. 또한, 커버의 내측면의 경사각을 조절하여 조명 장치의 중앙부로 진행하는 광을 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라 조명 장치의 중앙부의 휘도가 증가하여 조명 장치의 광 균일도가 향상되고 효율 역시 향상될 수 있다.
도 1a는 본 발명 조명 장치의 상부 사시도이다.
도 1b는 본 발명 조명 장치의 하부 사시도이다.
도 2a는 도 1a의 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다.
도 2d는 도 2a의 광원 부재의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다.
도 3a는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 A 영역의 확대도이다.
도 4는 도 3b의 광원에서 방출되는 광의 분포 및 강도를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 3b의 제 2 영역에서 반사된 광이 도달되는 확산 부재의 위치를 도시한 평면도이다.
도 6a는 일반적인 조명 장치의 발광을 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명 실시 예의 조명 장치의 발광을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예의 조명 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명 조명 장치의 상부 사시도이며, 도 1b는 본 발명 조명 장치의 하부 사시도이다. 그리고, 도 2a는 도 1a의 분해 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도이며, 도 2c는 도 2a의 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이고, 도 2d는 도 2a의 광원 부재의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다. 그리고, 도 3a는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이며, 도 3b는 도 3a의 A 영역의 확대도이다.
도 1a, 도 1b, 도 2a 내지 도 2d, 도 3a 및 도 3b와 같이, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 제 1 내주면(100a)과 제 1 외주면(100b)을 갖는 제 1 바디(100), 제 2 내주면(110a)과 제 2 외주면(110b)을 가지며, 상부면이 커버(200)의 내측면 방향으로 기울어진 경사면(110c)을 포함하는 제 2 바디(110), 제 1 바디(100)와 제 2 바디(110) 사이에 배치된 확산 부재(120), 제 2 바디(110)의 가장자리를 따라 제 2 바디(100) 상에 배치되는 회로 기판(130a)과 회로 기판(130b) 상에 실장된 적어도 하나의 광원(130b)을 포함하는 광원 부재(130) 및 광원 부재(130)를 덮도록 제 2 바디(110)에 고정된 커버(200)를 포함한다. 이 때, 광원(130b)은 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)에 대해 커버(200)의 내측면을 향하는 방향으로 기울어진 구조로 회로 기판(130b) 상에 배치된다.
제 1 바디(100)는 제 1 내주면(100a)과 제 1 외주면(100b)을 가지며, 중앙부가 개구된 형태일 수 있다. 제 1 바디(100)는 실시 예와 같이 링 형상이거나 타원형 또는 다각형으로 형상일 수 있다. 제 1 바디(100)는 플라스틱 재질일 수 있으며, 사출 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 바디(100)는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)일 수 있다. 제 1 바디(100)가 플라스틱 재질이면, 무게가 가볍고, 제조 비용을 줄일 수 있다. 그러나, 제 1 바디(100)의 재질은 이에 한정하지 않으며, 예를 들어, 제 1 바디(100)는 금속으로도 형성될 수 있다.
제 1 바디(100)의 상부면은 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)을 따라 평탄한 제 1, 제 2 상부면(100c, 100d)을 포함하여 이루어 질 수 있다. 제 1 상부면(100c)과 제 2 상부면(100d)은 높이가 상이하여 제 1 상부면(100c)과 제 2 상부면(100d)의 계면이 단차를 가질 수 있다. 예를 들어, 1 상부면(100c)의 높이가 제 2 상부면(100d)의 높이보다 낮을 수 있다. 따라서, 제 1 상부면(100c)에 확산 부재(120)의 하부면이 안착될 때, 확산 부재(120)의 가장자리가 제 1 상부면(100c)과 제 2 상부면(100d)의 단차에 의해 제 1 바디(100)에 고정될 수 있다.
확산 부재(120)는 판(plate) 형상으로 이루어져, 제 1 바디(100)의 개구된 중앙부에서 확산 부재(120)가 노출될 수 있다. 이 때, 제 1 바디(100)의 개구된 중앙부에서 노출된 확산 부재(120)의 영역이 조명 장치(1000)의 광 방출 영역일 수 있다. 이 때, 확산 부재(120)의 하부면은 제 1 바디(100)의 제 1 내주면(100a)의 형상에 따라 광 방출 영역이 정의되며, 실시 예와 같이 제 1 바디(100)의 제 1 내주면(100a)이 링 형상인 경우, 확산 부재(120)의 광 방출 영역은 반지름이 r인 원형일 수 있다.
제 1 바디(100)의 상부면은 제 2 상부면(100d)에서 제 1 외주면(100b)까지 연장된 제 3 상부면(100e)을 더 포함할 수 있다. 실시 예와 같이 제 3 상부면(100e)의 높이가 제 2 상부면(100d)의 높이보다 높은 경우, 제 1 바디(100) 상에 배치되는 제 2 바디(110)의 제 2 외주면(110b)이 제 2 상부면(100d)과 제 3 상부면(100e)의 단차 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제 2 바디(110)가 제 1 바디(100)의 상부면에 고정될 수 있다.
한편, 실시 예에서는 제 3 상부면(100e)이 평탄한 것을 도시하였으나, 제 3 상부면(100e)은 기울어진 구조로 형성될 수도 있으며 곡면을 포함할 수도 있다. 제 3 상부면(100e)의 형상은 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 실시 예와 같이 확산 부재(120)의 두께와 제 1 바디(100)의 제 1, 제 2 상부면(100c, 100d)의 높이 차가 동일한 경우, 제 2 바디(110)의 하부면이 평탄하여 제 2 바디(110)의 하부면이 확산 부재(120)의 상부면과 제 1 바디(100)의 제 2 상부면(100d)에 배치될 수 있다.
제 2 바디(110)는 제 2 내주면(110a)과 제 2 외주면(110b)을 가지며, 중앙부가 개구된 형태일 수 있다. 제 2 바디(110)는 실시 예와 같이 링 형상이거나 타원형 또는 다각형으로 형상일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
상기와 같은 제 1 바디(100)와 제 2 바디(120) 사이에 고정된 확산 부재(120)는 하부면이 제 1 바디(100)를 통해 노출되며, 상부면은 제 2 바디(110)를 통해 노출될 수 있다.
제 2 바디(110)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등과 같은 열전도율이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 제2 바디(110)이 금속으로 형성될 경우 제 2 바디(110)은 히트 싱크(heat sink)로 기능할 수 있다. 제 2 바디(110)의 재질은 이에 한정하지 않으며 예를 들어 플라스틱으로 형성될 경우 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 형성될 수 있다.
제 2 바디(110)는 제 1 바디(100)와 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 제 1 바디(100)와 제 2 바디(110)가 일체형으로 형성될 수도 있다. 제 2 바디(110)의 상부면은 제 1 상부면(110d)과 제 2 상부면(110e)을 포함하며, 제 1 상부면(110d)과 제 2 상부면(110e)은 단차를 가질 수 있다. 이 때, 제 1 상부면(110d)의 높이가 제 2 상부면(110e)의 높이보다 낮을 수 있다. 제 2 바디(110)의 상부면은 제 1 상부면(110d)과 제 2 상부면(110e) 사이의 경사면(110c)을 더 포함할 수 있다. 경사면(110c)은 커버(200)의 내측면을 향해 기울어진 구조로 형성될 수 있다. 제 2 바디(110)의 제 2 상부면(110e)은 상면이 평평하거나 커버(200)를 제 2 바디(110)에 배치하기 위한 체결부(110f)가 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 체결부(110f)는 제 2 바디(110)의 제 1 상부면(110d)에 부분적으로 형성되거나, 제 2 바디(110)의 형상을 따라 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 바디(110)가 실시 예와 같이 링 형상인 경우, 체결부(110f) 역시 링 형상으로 형성될 수 있다. 커버(200)와 제 2 바디(110)는 별도의 체결 부재나 접착제를 통해 결합될 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다.
체결부는 제 1 바디(100)에 형성될 수도 있으며, 제 1, 제 2 바디(100, 110)에 모두 형성되어 커버(200)가 제 1, 제 2 바디(100, 110)에 모두 결합될 수도 있다. 또한, 커버(200)가 제 1 바디(100)에만 결합되는 경우, 커버(200)와 제 1 바디(100)는 별도의 체결 부재나 접착제를 통해 결합될 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제 2 바디(110)의 경사면(110c)에 광원 부재(130)가 배치될 수 있다. 광원 부재(130)는 회로 기판(130a)과 회로 기판(130a) 상에 실장된 복수 개의 광원(130b)을 포함할 수 있다. 광원 부재(130)는 제 2 바디(110)의 경사면(110c)상에 별도의 체결 부재나 접착제를 통해 배치될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
회로 기판(130a)은 제 1, 제 2 바디(100, 110)와 같이 링 형상일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 광원(130b)은 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)거나, 자외선 광(Ultraviolet light)을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다. 그리고, 발광 다이오드는 수평형(Lateral Type), 수직형(Vertical Type) 또는 플립칩형(Flip-chip Type)일 수 있다. 회로 기판(130a)은 제 2 바디(110)의 경사면(110c)에 배치될 수 있다.
회로 기판(130a) 상에 실장된 광원(130b)은 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)의 제 1 가상선(VL1)과 광원(130b)의 광축(optic axis) 사이의 제 1 각도(θ1)가 0°를 초과하며 90° 미만이도록, 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)에 대해 기울어질 수 있다. 이 때, 광원(130b)의 광축(optic axis)에서 연장되는 가상의 선이 커버(200)의 내측면과 접할 수 있으며, 광원(130b)의 광축(optic axis)은 광원(130b)의 연직 방향으로 방출되는 광의 진행 방향이다.
즉, 실시 예의 조명 장치의 광원(130b)은 커버(200)의 내측면을 향하도록 기울어진 상태로 제 2 바디(110)의 형상을 따라 회로 기판(130a)에 배치될 수 있다.
이하, 실시 예의 조명 장치(1000)의 광원 부재(130)에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
회로 기판(130a)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 구조일 수 있다. 예를 들어, 회로 기판(130a)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB), 메탈 코어(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등에서 선택될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 또한, 회로 기판(130a)은 플렉서블 회로 기판일 수도 있다. 회로 기판(130a)이 플렉서블 회로 기판인 경우, 회로 기판(130a)은 제 2 바디(110)와 같이 링 형상이거나 타원형 또는 다각형으로 용이하게 구부려질 수 있다.
회로 기판(130a)은 제 1 면(130a-1)이 제 2 바디(110)의 경사면(110c) 상에 배치되어, 회로 기판(130a)은 제 2 바디(110)의 경사면(110c)과 같이 기울어진 구조로 배치될 수 있다. 이에 따라, 광원 부재(130)에서 발생한 열이 제 2 바디(110)를 통해 용이하게 방출될 수 있다. 이 때, 회로 기판(130a)은 별도의 체결 부재나 접착 부재를 통해 제 2 바디(110)의 경사면(110c) 상에 배치될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
특히, 제 1 면(130a-1)과 대향된 회로 기판(130a)의 제 2 면(130a-2)이 커버(200)의 내측면과 마주하도록 회로 기판(130a)이 기울어질 수 있으며, 제 2 면(130a-2) 상에 적어도 하나의 광원(130b)이 실장될 수 있다. 따라서, 제 2 면(130a-2) 상에 실장된 광원(130b)의 광축(optic axis)이 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)에 대해 기울어진 구조일 수 있다.
상기와 같은 실시 예의 조명 장치의 광원(130b)은 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)에 대해 기울어진 구조로 형성되어 광원(130b)에서 방출되는 광은 커버(200)의 내측면에서 반사되어 확산 부재(120)로 진행할 수 있다. 그리고, 확산 부재(120)로 진행한 광은 확산 부재(120)를 통해 확산되어 조명 장치(1000) 외부로 방출될 수 있다.
회로 기판(130a)은 광원(130b)에서 방출되는 광을 반사시키기 위해, 제 2 면(130a-2)에 은(Ag), 알루미늄(Ag) 등과 같이 광을 반사시키는 물질 등이 코팅되거나 필름 형태로 부착될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
커버(200)는 확산 부재(120)가 배치된 광 방출 방향(X)의 반대 방향으로 돌출된 돔 형상일 수 있다. 특히, 커버(200)의 중앙부는 확산 부재(120) 방향으로 오목하게 배치된 오목부(200d)를 포함하여 이루어져, 광원 부재(130)를 구동시키기 위한 전원 제공부(미도시) 등이 커버(200)의 외측에서 오목부(200d)에 수납될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
커버(200)는 광원 부재(130)를 감싸도록 제 1 바디(100)와 제 2 바디(110) 중 적어도 하나의 바디에 체결될 수 있으며, 실시 예에서는 커버(200)가 제 2 바디(110)에 체결된 것을 도시하였다. 커버(200)는 제 2 바디(110)에 형성된 오목한 홈 형상의 체결부(110f)를 통해 제 2 바디(110)에 체결될 수 있다. 이 경우, 커버(200)는 제 2 바디(110)의 체결부(110f)에 대응되는 위치에 형성된 돌출부가 체결부(110f)에 삽입되어 제 2 바디(110)와 커버(200)가 체결될 수 있다.
체결부(110f)는 제 2 바디(110)의 제 1 상부면(110d)에 부분적으로 형성되거나, 제 2 바디(110)의 형상을 따라 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 바디(110)가 실시 예와 같이 링 형상인 경우, 체결부(110f) 역시 링 형상으로 형성될 수 있다. 커버(200)와 제 2 바디(110)의 결합은 이에 한정하지 않는다.
한편, 커버(200)는 제 2 바디(110)는 접착 부재를 통해 접착되거나 스크류 등과 같은 체결 부재를 통해 제 2 바디(110)에 체결될 수도 있다. 또한, 커버(200)는 제 1 바디(100)에 체결될 수도 있으며, 커버(200)는 제 1 바디(100)와 제 2 바디(110)에 모두 체결될 수도 있다. 이 경우, 커버(200)와 제 1, 제 2 바디(100, 110)는 상술한 바와 같이 접착 부재나 체결 부재를 통해 고정될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
커버(200)는 광원 부재(130)에서 방출된 광을 확산 부재(120)로 반사시키기 위해 반사율이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버(200)는 페닐 실리콘(Phenyl Silicone), 메틸 실리콘(Methyl Silicone)과 같은 백색 실리콘(White Silicone)을 포함할 수 있으며, 반사율을 향상시키기 위해 백색 실리콘(White Silicone)에 반사 입자가 더 포함된 구조일 수 있다. 예를 들어, 커버(200)는 TiO2가 분산된 글래스일 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다. 상기와 같은 커버(200)의 내측면은 광원 부재(130)에서 방출된 광을 반사시킬 수 있다.
본 발명 실시 예의 조명 장치는 광원(130b)에서 방출되는 광이 커버(200)의 내측면으로 용이하게 진행하도록 광원(130b)이 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)에 대해 기울어진 구조로 배치될 수 있다. 이에 따라, 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)의 제 1 가상선(VL1)과 광원(130b)의 광축(optic axis) 사이의 제 1 각도(θ1)가 0°를 초과하며 90° 미만일 수 있다.
이하, 커버(200)의 형상에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
커버(200)는 제 2 바디(110)의 가장자리에서 연장되는 제 1 영역(200a), 제 1 영역(200a)에서 커버(200)의 내측 방향으로 연장된 제 2 영역(200b) 및 제 2 영역(200b)에서 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)에 대응되는 영역까지 연장되는 제 3 영역(200c)을 포함할 수 있다. 이 때, 제 3 영역(200c)은 상술한 오목하게 형성된 돔 형상에 대응되는 영역일 수 있다.
실시 예에서는 커버(200)의 제 1 영역(200a)이 곡률을 포함하는 것을 도시하였으며, 제 1 영역(200a)은 실시 예와 같이 전면이 곡률을 포함하거나 부분적으로 곡률을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역(200a)은 곡률을 갖는 곡면 영역과 평면 영역을 포함할 수도 있다.
그리고, 실시 예에서는 제 2, 제 3 영역(200b, 200c)이 평면인 것을 도시하였으나, 제 2, 제 3 영역(200b, 200c)은 곡률을 갖는 곡면 영역을 포함할 수도 있다.
광원(130b)에서 방출되는 광은 제 1 영역(200a), 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 진행할 수 있다. 그리고, 광원(130b)에서 방출되어 제 1 영역(200a)으로 진행하는 광은 제 1 영역(200a)의 내측면에서 반사되어 커버(200)의 제 2 영역(200b), 제 3 영역(200c) 및 확산 부재(120)로 진행할 수 있다. 이 때, 제 1 영역(200a)의 내측면에는 반사 부재(300)가 배치될 수 있다. 반사 부재(300)는 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au) 등과 같은 반사율이 높은 금속을 포함하는 필름 형태일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
반사 부재(300)는 제 1 영역(200a)의 내측면 전체에 배치되거나 반사 부재(300)의 끝단이 커버(200)의 끝단에서 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역(200a)의 내측면에서 회로 기판(130a)의 제 2 면(130a-2)을 기준으로 평행하게 연장한 직선이 커버(200)와 만나는 지점부터 반사 부재(300)가 배치될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기와 같이 반사 부재(300)는 입사되는 광을 정반사시키므로, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 제 1 영역(200a)에서 정반사되는 대부분의 광이 커버(200)의 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 진행될 수 있다. 그리고, 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)은 커버(200)의 내측면이 그대로 노출되어 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)은 입사된 광을 난반사(diffuse reflection)시킬 수 있다.
도 4는 도 3b의 광원에서 방출되는 광의 분포 및 강도를 도시한 그래프로, 광원의 광축을 기준으로 일 측의 광의 분포 및 강도만을 도시하였다.
일반적으로, 발광 다이오드에서 방출되는 광은 램버시안(lambertian) 분포를 갖는다. 따라서, 도 4와 같이, 광원(130b)에서 방출되는 광의 강도는 광축(optic axis)과 평행한 영역(각도가 0°)에서 가장 세고, 광축과의 각도가 커질수록 강도가 낮아진다. 광원(130b)에서 방출되는 광은 광축을 기준으로 양측으로 50%씩 분산되며, 광축과 수직인 영역(각도가 90°)에서는 강도가 거의 0이다. 그리고, 광축과 각도가 0° 내지 30°인 영역은 광축을 기준으로 일측으로 진행하는 광량의 50%일 수 있다.
따라서, 상기와 같은 발광 다이오드의 광 방출 특성을 고려하지 않고 회로 기판(130a)에 발광 다이오드를 실장하는 경우, 광원(130b)에서 방출되는 광을 확산 부재(120)로 충분히 진행시키지 못하여 광 효율이 저하될 수 있다.
본 발명 실시 예의 조명 장치는 회로 기판(130a)에 실장되는 광원(130b)의 광축(optic axis)과 확산 부재(120)의 광 방출 방향(X)과 수직인 방향(Y)의 제 1 가상선(VL1) 사이의 제 1 각도(θ1)를 조절하여 제 1 영역(200a)으로 진행하는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 영역(200a)에서 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 반사되는 광량 역시 증가시킬 수 있다.
다시 도 3b를 참조하면, 커버(200)의 제 1 영역(200a)과 제 2 영역(200b)이 만나는 접점인 제 1 위치(a1)와 광원(130b)의 중심을 연결하는 제 2 가상선(VL2)과 광원(130b)의 광축(optic axis) 사이의 제 2 각도(θ2)는 20° 내지 30°일 수 있다. 이는, 상술한 바와 같이, 광원(130b)에서 방출되는 광 중 광원(130b)의 광축과 30° 이하의 각도를 갖는 영역에서 방출되는 광량이 광원(130b)에서 방출되는 전체 광량의 25%이기 때문이다.
예를 들어, 제 1 위치(a1)와 광원(130b)의 중심을 연결하는 제 2 가상선(VL2)과 광원(130b)의 광축(optic axis) 사이의 제 2 각도(θ2)가 20° 미만인 경우, 제 1 영역(200a)으로 입사되는 광량이 감소하여, 반사 부재(300)에서 반사되는 광량이 감소한다.
따라서, 제 2 각도(θ2)가 20° 내지 30°인 경우, 광원(130b)에서 방출되는 전체 광의 75%의 광이 커버(200)의 제 1 영역(200a)의 내측면에 배치된 반사 부재(300)에서 반사되어 커버(200)의 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 진행할 수 있다. 그리고, 제 1 영역(200a)으로 진행하는 광은 제 1 영역(200a)의 반사 부재(300)를 통해 정반사되므로, 반사되는 대부분의 광은 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 진행할 수 있다.
이 때, 광원(130b)에서 방출되어 제 1 영역(200a)으로 진행하는 광 중 반사 부재(300)에서 반사되어 확산 부재(120)로 진행하는 광을 제외하면, 제 1 영역(200a)의 반사 부재(300)를 통해 정반사 되어 제 2 영역(200b) 및 제 3 영역(200c)으로 진행하는 광은 광원(130b)에서 방출되는 전체 광의 최소 68% 이상일 수 있다.
그리고, 제 2 영역(200b)은 상술한 제 1 위치(a1)에서 커버(200)의 오목부(200d) 방향으로 연장된 제 2 위치(a2)를 포함한다. 이 때, 제 2 위치(a2)는 광원(130b)의 광축(optic axis)과 제 3 각도(θ3)를 갖도록 광원(130b)의 중심에서 연장된 제 3 가상선(VL3)이 커버(200)와 만나는 위치일 수 있다. 제 3 각도(θ3)는 광원(130b)의 광축(optic axis)과 광원(130b)의 중심에서 제 2 위치(a2)를 연결하는 제 3 가상선(VL3) 사이의 각도이다. 따라서, 제 3 각도(θ3)는 제 2 각도(θ2) 보다 크다.
특히, 제 2 위치(a2)에서 확산 부재(120)와 수직으로 만나는 지점 사이의 간격(d3)은 제 1 위치(a1)에서 확산 부재(120)와 수직으로 만나는 지점 사이의 간격(d4)보다 넓을 수 있다. 따라서, 커버(200)의 제 2 영역(200b)이 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)을 향하도록 기울어져, 제 1 위치(a1)와 제 2 위치(a2) 사이의 커버(200)의 내측면에서 반사되는 광이 용이하게 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)을 향해 진행될 수 있다.
더욱이, 제 3 각도(θ3)가 50°보다 큰 경우, 커버(200)의 제 2 영역(200b)의 폭이 너무 넓어져, 제 3 영역(200c)의 폭이 짧아진다. 이에 따라, 제 3 영역(200c)으로 진행하는 광량이 감소하며, 제 3 영역(200c)의 폭이 너무 짧아 제 3 영역(200c)의 내측면에서 반사되는 광이 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)으로 진행하지 못하고 확산 부재(120)의 주변부로 진행할 수 있다. 따라서, 제 3 각도(θ3)는 제 2 각도(θ2) 보다 크고 50°이하일 수 있다. 이 경우, 광원(130b)으로부터 방출되어 제 2 영역(200b)으로 바로 진행하는 광이 광원(130b)에서 방출되는 전체 광의 15% 내지 20%일 수 있다.
그리고, 제 2 영역(200b)의 내측면과 제 1 가상선(VL1) 사이의 제 4 각도(θ4)는 0°를 초과하며 5° 이하일 수 있으며, 더욱 상세하게는 2° 내지 3°일 수 있다.
제 4 각도(θ4)가 0°이하인 경우, 제 2 영역(200b)은 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)이 아닌 조명 장치(1000)의 가장자리인 제 1, 제 2 바디(100, 110)를 향해 기울어진다. 따라서, 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)으로 향하는 광량이 감소하여 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)의 휘도가 저하된다. 또한. 제 4 각도(θ4)가 5°를 초과하는 경우 제 2 영역(200b)의 폭이 길어져 상술한 바와 같이 제 3 영역(200c)의 폭이 감소하여 제 3 영역(200c)으로 진행하는 광량이 감소하며, 제 3 영역(200c)의 폭이 너무 짧아 제 3 영역(200c)의 내측면에서 반사되는 광이 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)으로 진행하지 못하고 확산 부재(120)의 주변부로 진행할 수 있다.
구체적으로, 실시 예의 조명 장치는 제 1 바디(100)의 하부면에서 노출된 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 반지름이 r인 경우, 제 2 영역(200b)의 제 1 위치(a1)와 제 2 위치(a2)로부터 거리가 동일한 가운데인 제 3 위치(a3)에서 제 2 영역(200b)의 내측면을 기준으로 연장된 법선 벡터(normal vector)와 확산 부재(120)가 만나는 위치와 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C) 사이의 거리(d1)는 0.6r 내지 0.75r일 수 있다.
도 5는 도 3b의 제 2 영역에서 반사된 광이 도달되는 확산 부재의 위치를 도시한 평면도이다.
상기와 같이 제 3 각도(θ3)가 제 2 각도(θ2) 보다 크며 50°이하이고 제 2 영역(200b)과 제 1 가상선(VL1) 사이의 제 4 각도(θ4)가 2° 내지 3°인 경우, 제 2 영역(200b)의 제 1 위치(a1)와 제 2 위치(a2) 사이의 중앙인 제 3 위치(a3)에서 연장된 법선 벡터(normal vector)와 확산 부재(120)가 만나는 위치와 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C) 사이의 거리(d1)는 0.6r 내지 0.75r일 수 있다. 이 경우, 도 5와 같이 제 2 영역(200b)에서 반사되는 대부분의 광이 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)에서 0.3r 이내의 지점으로 진행할 수 있다. 이에 따라, 조명 장치(1000)의 중앙부의 휘도가 증가되어 조명 장치(1000)의 광 균일도가 향상되고 효율 역시 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명 실시 예는 제 3 각도(θ3) 및 제 4 각도(θ4)를 조절하여 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)을 포함하는 중앙부로 진행하는 광량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 확산 부재(120)의 주변부와 확산 부재(120)의 중앙부의 휘도 차가 감소될 수 있다.
다시 도 3b를 참조하면, 커버(200)는 제 2 위치(a2)에서 커버(200)의 오목부(200d)가 형성된 커버(200)의 중앙부의 제 4 위치(a4)까지 연장된 제 3 영역(200c)을 포함할 수 있다. 이 때, 제 4 위치(a4)와 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)은 광 방출 방향(X)을 따라 중첩될 수 있다. 제 4 위치(a4)와 확산 부재(120)의 상부면 사이의 거리(d2)가 너무 가까운 경우, 조명 장치를 구동하지 않는 경우에 조명 장치의 하부에서 커버(200)의 내측면이 비칠 수 있다. 따라서, 제 4 위치(a4)와 확산 부재(120) 사이의 거리(d2)는 20㎜이상일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
도 6a는 일반적인 조명 장치의 발광을 나타낸 도면이며, 도 6b는 본 발명 실시 예의 조명 장치의 발광을 나타낸 도면이다.
도 6a과 같이, 광원이 조명 장치의 가장자리를 따라 배열된 일반적인 조명 장치는 중앙부와 주변부의 발광 차이가 매우 크다. 반면에, 도 6b와 같이, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 중앙부로 진행하는 광량이 증가하므로, 중앙부와 주변부의 발광 차이가 거의 없다.
하기 표 1은 도 6a 및 도 6b의 조명 장치의 효율 및 발광 균일도를 나타낸 표이다. 이 때, 발광 균일도는 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)을 포함하도록 광 방출 영역을 가로지르는 수평 방향의 최대 휘도와 확산 부재(120)의 광 방출 영역의 중앙(C)의 휘도의 비율로 발광 균일도가 1인 것이 가장 바람직하다. 또한, 효율은 조명 장치의 전체 효율이다.
표 1과 같이, 도 6a의 경우 조명 장치의 효율 및 발광 균일도가 매우 낮다. 반면에, 도 6b와 같이, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 도 6a의 일반적인 조명 장치에 비해 효율이 약 7배 증가하고 발광 균일도 역시 약 3배 증가할 수 있다.
도 6a 도 6b
효율 발광 균일도 효율 발광 균일도
0.1183(100%) 0.3258(100%) 0.8201(693%) 0.9840(302%)
상술한 바와 같이, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 광원 부재(130)를 커버(200)의 내측면을 향하도록 기울어진 방향으로 배치하고 커버(200)의 내측면에 반사 부재(300)를 더 배치하여 광원 부재(130)에서 방출되는 광이 조명 장치의 중앙부로 용이하게 진행할 수 있다. 또한, 커버(200)의 내측면의 경사각을 조절하여 조명 장치의 중앙부로 진행하는 광을 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라 조명 장치의 중앙부의 휘도가 증가하여 조명 장치의 광 균일도가 향상되고 효율 역시 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 제 1 바디 110: 제 2 바디
120: 확산 부재 130: 광원 부재
130a: 회로 기판 130b: 광원
200: 커버 200a: 제 1 영역
200b: 제 2 영역 200c: 제 3 영역
300: 반사 부재

Claims (18)

  1. 내주면과 외주면을 갖는 바디;
    상기 바디 상에 배치되며 상기 바디의 가장자리를 따라 배치된 회로 기판 및 상기 회로 기판에 실장된 복수 개의 광원을 포함하는 광원 부재;
    가장자리가 상기 바디에 고정되어 상기 광원 부재에서 방출된 광을 외부로 방출시키는 확산 부재; 및
    상기 광원 부재를 덮도록 상기 바디 상에 배치되는 커버를 포함하며,
    상기 광원이 상기 커버의 내측면과 마주하도록 상기 광원은 상기 확산 부재의 광 방출 방향과 수직인 방향에 대해 상기 커버의 내측면을 향하는 방향으로 기울어진 구조로 상기 바디의 내측면에 배치된 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 광축과 상기 확산 부재의 광 방출 방향과 수직인 제 1 가상선 사이의 제 1 각도가 0°를 초과하며 90° 미만인 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 가장자리에서 연장되는 제 1 영역, 상기 제 1 영역에서 상기 커버의 내측 방향으로 연장되는 제 2 영역 및 상기 제 2 영역에서 상기 커버의 내측 방향으로 연장되어 상기 확산 부재의 중앙과 마주하는 영역까지 연장된 제 3 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역의 내측면에 배치된 반사 부재를 포함하는 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 광원의 광축과 20° 내지 30°의 제 2 각도를 갖도록 상기 광원의 중심에서 연장된 제 2 가상선이 상기 커버와 만나는 제 1 위치에서 상기 커버의 가장자리까지 연장된 영역인 조명 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 곡률을 갖는 조명 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 광원으로부터 입사되는 광을 정반사시키는 조명 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 은, 알루미늄, 금 중 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 조명 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 영역은 상기 광원의 광축과 제 3 각도를 갖도록 상기 광원의 중심에서 연장된 제 3 가상선이 상기 커버와 만나는 제 2 위치에서 상기 제 1 위치까지 연장된 영역이며,
    상기 제 3 각도는 상기 제 2 각도보다 크며 50° 이하인 조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 위치에서 상기 확산 부재와 수직으로 만나는 지점 사이의 간격이 상기 제 1 위치에서 상기 확산 부재와 수직으로 만나는 지점 사이의 간격보다 넓은 조명 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 영역과 상기 확산 부재의 광 방출 방향과 수직인 제 1 가상선 사이의 제 4 각도는 0°를 초과하고 5°이하인 조명 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 바디의 하부에서 노출된 상기 확산 부재의 광 방출 영역의 반지름이 r인 경우,
    상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이의 중앙 위치인 제 3 위치에서 연장된 법선 벡터와 상기 확산 부재가 만나는 위치와 상기 확산 부재의 중앙 사이의 제 1 거리는 0.6r 내지 0.75r인 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 영역에서 반사되는 광은 상기 확산 부재의 0.3r이내의 영역으로 진행하는 조명 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 영역은 상기 제 2 위치에서 상기 확산 부재의 중앙과 마주하는 제 4 위치까지 연장되며,
    상기 제 4 위치는 상기 제 2 위치보다 상기 확산 부재의 상부면과 인접하며, 상기 제 4 위치와 상기 확산 부재의 상부면 사이의 거리는 20㎜이상인 조명 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디는 제 1 바디와 제 2 바디를 포함하며, 상기 확산 부재가 상기 제 1 바디와 상기 제 2 바디 사이에 배치되며, 상기 광원 부재가 상기 제 2 바디의 내측면에 배치되는 조명 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 바디는 제 1 내주면과 제 1 외주면을 포함하며, 상기 제 1 바디의 상부면은 높이가 상이한 제 1 상부면과 제 2 상부면을 포함하는 조명 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 확산 부재의 가장자리는 상기 제 1 상부면과 상기 제 2 상부면의 단차에 의해 상기 제 1 바디의 상부면에 고정되는 조명 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 바디는 제 2 내주면과 제 2 외주면을 포함하며, 상기 제 2 바디의 상부면은 높이가 상이한 제 1 상부면과 제 2 상부면을 포함하며, 상기 제 1 상부면과 상기 제 2 상부면 사이에서 상기 커버의 상기 커버의 내측면을 향하는 방향으로 기울어진 경사면을 포함하는 조명 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회로 기판의 제 1 면은 커버의 경사면에 배치되며, 상기 제 1 면과 대향되는 제 2 면에 상기 광원이 실장된 조명 장치.
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