KR20190001715A - Ｒｃｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

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KR20190001715A
KR20190001715A KR1020170081679A KR20170081679A KR20190001715A KR 20190001715 A KR20190001715 A KR 20190001715A KR 1020170081679 A KR1020170081679 A KR 1020170081679A KR 20170081679 A KR20170081679 A KR 20170081679A KR 20190001715 A KR20190001715 A KR 20190001715A
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권민기
박종락
정재훈
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조선대학교산학협력단
(주)다스디자인
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 RCLED 조명장치는 외부에서 입력되는 영상신호를 RGB 신호로 처리하고, 처리된 RGB 신호를 합성하여 출력하는 영상처리부; 영상처리부에 의해 추출된 RGB 신호에 따라 RCLED광을 방출하는 RCLED광원부; RCLED광의 파장 폭이 좁은 스펙트럼만을 통과시키는 광학필터; RCLED광의 수평조사방향을 조절하는 제 1 갈보미러부와, 제 1 갈보미러부에서 반사된 RCLED광의 수직조사방향을 조절하는 제 2 갈보미러부가 구비되어, RCLED광이 특정위치를 향해 반사되도록 RCLED광의 조사방향을 조절하는 갈보미러부; 및 RCLED광원부와 갈보미러부 사이의 광경로에 위치되어, 초점거리에 의해 RCLED광의 크기를 조절하는 초점가변렌즈를 포함하고, RCLED광은 광학필터, 초점가변렌즈, 제 1 갈보미러부와 제 2 갈보미러부를 순차적으로 거치면서, 특정위치로 평행광 형태로 방출되는 것이 바람직하다.

Description

ＲＣＬＥＤ 조명장치{ＲＣＬＥＤ lighting apparatus}
본 발명은 RCLED 조명장치에 관한 것이며, 상세하게는 기존의 엘이디 투광기가 표현하지 못했던 고출력으로 점, 선 등 다양한 패턴을 구현할 수 있는 RCLED 조명장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엘이디는 120도의 빛 퍼짐을 가지기 때문에 평행광 렌즈에 의해서 집광하더라고, 점패턴이 아니라 빛이 섞이기 때문에 하나의 큰 원처럼 보이는 무늬가 생긴다. 엘이디의 이러한 빛 퍼짐 현상에 의해, 스팟의 크기가 크고 거리가 멀면 휘도도 떨어져 패턴 형성이 안되고, 패턴의 크기가 너무 커지는 단점이 있다
최근 녹색성장의 기조에 맞추어 일반 조명에 비하여 수명이 긴 엘이디를 이용한 무대 조명장치들이 주목받고 있으나, 이러한 무대 조명장치들은 엘이디의 광을 보다 넓은 각도범위로 확산시켜 주변을 밝게 하는 가로등, 실내등으로 사용되는 것이며, 엘이디의 광을 레이저의 광과 같은 직진성을 가지도록 변환하여 이용하는 예는 없었다.
이에, 실내외의 공연장이나 노래방 등에서는 다양한 분위기 연출을 위하여 레이저를 이용한 무대 조명장치가 사용되고 있다. 레이저를 이용한 무대 조명장치는 특정한 광투과 패턴을 통해 레이저광이 출사되도록 하여, 다양한 패턴이 공연장의 무대 등에 표시되도록 하여, 공연을 관람하는 관람객들에게 즐거움을 더해주며, 공연의 분위기를 고조시키는 등의 역할을 하고 있다.
그러나 레이저를 이용한 무대 조명장치는 개별 국가마다 법으로 그 이용이 금지된 국가가 있다. 특히 미국에서는 노래방 등 협소공간에서는 레이저를 사용한 무대 조명장치의 사용을 법으로 금지하고 있다. 또한, 레이저 무대 조명 장치의 경우 다양한 패턴 형성이 가능하지만 고출력 레이저의 가격이 너무 비싸서 실질적으로 다양하게 활용되지 못하고 있는 실정이다.
따라서 레이저 이외에 다른 광원을 사용하는 무대 조명장치의 개발이 요구되고 있으나, 실내외의 분위기 조성을 위한 무대 조명장치는 레이저의 직진성을 이용하는 것이기 때문에 다른 광원으로는 레이저를 이용한 무대 조명장치와 동일한 효과를 내기가 매우 어렵다. 따라서 보다 친환경적이며, 다양한 색상과 패턴을 이용한 무대 조명장치의 개발이 요구되고 있다.
일본공개특허 JP2014535152T에는 LED 무대조명장치가 개시되어 있다.
본 발명은 기존의 엘이디 투광기가 표현하지 못했던 고출력으로 점, 선 등 다양한 패턴을 구현할 수 있는 RCLED 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 허공 또는 스크린에 구현되는 RCLED광의 형상을 점, 선, 특정형상, 또는 배경 등을 사용자의 선택에 따라 다양하게 구현할 수 있고, RCLED광의 크기를 다양하게 조절하여 가까운 거리뿐 아니라 먼거리에서도 RCLED광 영상을 구현할 수 있는 RCLED 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RCLED 조명장치는 외부에서 입력되는 영상신호를 RGB 신호로 처리하고, 처리된 RGB 신호를 합성하여 출력하는 영상처리부; 영상처리부에 의해 추출된 RGB 신호에 따라 RCLED광을 방출하는 RCLED광원부; RCLED광의 파장 폭이 좁은 스펙트럼만을 통과시키는 광학필터; RCLED광의 수평조사방향을 조절하는 제 1 갈보미러부와, 제 1 갈보미러부에서 반사된 RCLED광의 수직조사방향을 조절하는 제 2 갈보미러부가 구비되어, RCLED광이 특정위치를 향해 반사되도록 RCLED광의 조사방향을 조절하는 갈보미러부; 및 RCLED광원부와 갈보미러부 사이의 광경로에 위치되어, 초점거리에 의해 RCLED광의 크기를 조절하는 초점가변렌즈를 포함하고, RCLED광은 광학필터, 초점가변렌즈, 제 1 갈보미러부와 제 2 갈보미러부를 순차적으로 거치면서, 특정위치로 평행광 형태로 방출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 초점가변렌즈와 제 1 갈보미러부 사이에 위치되어, 미리 정해진 특정형상으로 RCLED광을 조절하는 회절광학소자를 더 포함하고, RCLED광은 광학필터, 초점가변렌즈와 회절광학소자를 순차적으로 투과되어 갈보미러부로 전달되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 갈보미러부는 제 1 갈보미러를 구비하여, 기설정된 정보에 따라 제 1 갈보미러의 x축방향으로의 회전각도를 제어하여, 제 1 갈보미러로 입사된 RCLED광의 수평조사방향을 조절하고, 제 2 갈보미러부는 제 2 갈보미러를 구비하여, 기설정된 정보에 따라 제 2 갈보미러의 y축방향으로의 회전각도를 제어하여, 제 1 갈보미러에서 반사된 RCLED의 수직조사방향을 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명은 고출력, 저비용으로, 기존의 엘이디 투광기가 표현하지 못했던 선, 점, 또는 다양한 형상을 실내외 공간에 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 동일한 입력전류가 제공될 때 레이저빔보다 높은 출력을 가져, 저렴한 비용으로 다양한 조명효과를 표현할 수 있다.
본 발명은 RCLED광의 크기를 다양하게 조절하여 가까운 거리뿐 아니라 먼 거리에서도 RCLED광 영상을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명은 RCLED광이 사용되는 목적에 따라, 초점가변렌즈 및/또는 회절광학소자 등의 구성부품을 필요에 따라 선택적으로 교체 또는 중첩 사용되어, RCLED광이 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명은 갈보미러부를 통해 RCLED광의 조사방향을 다각도로 조절할 수 있어, 허공에 쇼를 구현하는 경우에 RCLED광의 위치변화를 다양하게 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 엘이디투광기에 의해 구현되는 조명효과에 대한 사진이다.
도 2는 LED와 RCLED의 파장-강도를 비교한 그래프이다.
도 3은 LED와 RCLED의 파장-강도를 다양한 구동전류별로 비교한 그래프이다.
도 4는 레이저와 RCLED의 파장-전기루미넨선스 강도를 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RCLED 조명장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명은 RCLED(resonant cavity LED)를 광원으로 이용하여 실내외에서 다양한 영상을 구현하는 것이다. RCLED는 광원으로 LED 또는 레이저를 사용하는 경우와 비교하여 다음과 같은 효과를 도출할 수 있다.
도 2는 LED와 RCLED의 파장-강도를 비교한 그래프이다. 도 2의 그래프는 870 nm에서 방출하는 GRCLED 조명장치s LED와 930 nm에서 방출하는 GaInAs RCLED의 방출 스펙트럼를 비교한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, RCLED의 스펙트럼은 LED의 스펙트럼보다 매우 협소함을 알 수 있다. 이로부터, LED에 비해, RCLED는 빛의 수직방향으로의 직진성을 가진다.
도 3은 LED와 RCLED의 파장-강도를 다양한 구동전류별로 비교한 그래프이다. 도 3의 그래프는 다양한 구동 전류에서, GaInP/AlGaInP MQW RCLED 및 기존의 GaInP /AlGaInP LED의 플라스틱 광섬유에 결합된 빛의 스펙트럼을 비교한 것이다. 도 3에 도시된 그래프로부터, RCLED가 LED에 비해 더 좁은 스펙트럼을 가지고, 더 높은 결합전력을 발생함을 알 수 있다.
도 4는 레이저와 RCLED의 파장-전기루미넨선스 강도를 비교한 그래프이다. 도 4의 그래프는 850nm에서 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 및 930 nm에서 방출하는 공진 공동 발광 다이오드(RCLED)의 자발적 전계 발광 스펙트럼을 비교한 것이다. 도 4의 그래프로부터, RCLED는 동일한 입력전류(2mA)에서 레이저보다 높은 출력을 가짐을 알 수 있다.
이하에서는 LED와 달리 직진성을 가지며, 레이저보다 높은 출력을 가진 RCLED를 이용하여, 레이저빔과 유사한 기능을 수행하면서 비용이 저렴한 RCLED 조명장치에 대해 설명하기로 한다.
제 1 실시예
본 발명은 RCRED를 광원으로 이용하여, 기존의 LED투광기의 빛 퍼짐 현상을 방지하면서, 레이저보다 우수한 출력으로 다양한 패턴의 영상을 구현하는 조명장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RCLED 조명장치(100)는, 영상처리부(110), RCLED광원부(120), 광학필터(130), 초점가변렌즈(140), 갈보미러부(160)와 제어부(170)를 포함한다.
영상처리부(110)는 외부에서 입력되는 영상신호를 디지털 형식의 RGB 신호로 처리하고, 처리된 RGB 신호를 합성하여 RCLED 신호로 출력한다. 영상처리부(110)에서 출력된 RCLED신호는 RCLED광원부(120)로 제공된다.
RCLED광원부(120)는 영상처리부(110)에 의해 추출된 RGB 신호에 따라 RCLED광(L)을 방출한다. RCLED광원부(120)는 각각 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3가지 RCLED 다이오드로 구성되며, 영상처리부(110)에 의해 추출된 RGB 신호에 따라 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 해당하는 RCLED광을 방출한다.
도 2에 도시된 바와 같이, RCLED광은 LED광과 비교하여, 발광파장의 폭이 매우 좁아 직진성을 가짐을 알 수 있다. 아울러, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력전류가 동일한 경우에 LED광보다 광세기를 가짐을 알 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력전류가 동일할 때, RCLED광은 레이저빔과 비교하여 높은 출력을 가짐을 알 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 바와 같이, RCLED광은 레이저빔과 비교하여 발광파장의 폭이 커, 레이저빔보다 직진성이 약함을 알 수 있다.
본 발명은 광학필터(130)를 이용하여, RCLED광의 발광파장의 폭을 더 좁게 하여 RCLED광의 직진성을 높일 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 빛퍼짐 현상을 최소화하는 동시에 레이저빔과 유사한 기능을 수행하되, 레이저빔보다 높은 출력을 가질 수 있다.
광학필터(130)는 일정한 파장의 대역을 선택적으로 투과시키거나 투과하지 못하도록 막는 필터이다. 광학필터(130)는 파장 폭이 좁은 스펙트럼만을 통과시켜, RCLED광을 평행광 형태로 방출한다. 본 발명은 RCLED광의 직진성을 이용하여, 고출력, 저비용으로, 기존의 엘이디 투광기가 표현하지 못했던 선, 점, 또는 다양한 형상을 실내외 공간에 구현할 수 있다.
한편, 광학필터(130)에서 방출된 RCLED광은 광경로를 따라 초점가변렌즈(140)로 입사된다. 본실시예에서, 광경로는 RCLED광이 RCLED광원부에서 방출되어, 광학필터(130), 초점가변렌즈(140), 그리고 갈보미러부(160)를 순차적으로 경유하여 특정위치(180)로 전달되는 빛의 경로를 말한다. 여기서, 특정위치(180)란 실내공간에서 어느 한 부분, 스크린, 또는 실외의 허공에 해당될 수 있다.
초점가변렌즈(140)는 RCLED광(L)이 투과되는 렌즈이다. 초점가변렌즈(140)는 광학필터(130)와 갈보미러부(160) 사이에서, 광경로 상에 위치된다. 초점가변렌즈(140)는 제어부(170)에 의해 초점거리가 조절된다.
본 발명은 초점가변렌즈(140)의 초점거리 조절에 의해 특정위치(180)로 조사되는 RCLED광의 크기를 조절할 수 있다. 초점거리가 길어지면 RCLED광의 크기가 작아지고, 초점거리가 짧아지면 RCLED광의 크기가 커진다. 여기서, RCLED광의 크기란 특정위치(180)에 구현되는 RCLED광면적을 말한다.
본 실시예에서, 초점가변렌즈의 초점거리 조절은 제어부(170)에 의해 행해진다. 제어부(170)는 영상처리부(110)에서 입력된 신호에 따라, 예컨대, RCLED광의 크기에 따라, 초점가변렌즈(140)의 초점거리를 조절한다. 이로 인해, 본 발명은 RCLED광의 크기를 다양하게 조절하여 가까운 거리뿐 아니라 먼 거리에서도 RCLED광 영상을 구현할 수 있다.
한편, 크기조절된 RCLED광은 갈보미러부(160)로 입사되어, 갈보미러부의 조사방향조절에 의해 특정위치(180)로의 조사방향이 결정된다.
갈보미러부(160)는 RCLED광(L)의 조사방향을 조절하여 특정위치(180)로 반사한다. 갈보미러부(160)는 제 1 갈보미러부(161)와 제 2 갈보미러부(162)를 포함한다.
제 1 갈보미러부(161)는 입사된 RCLED광을 반사하는 제 1 갈보미러(161a)가 구비된다. 제 1 갈보미러부(161)는 제어부(170)에 기설정된 정보에 따라 제 1 갈보미러(161a)의 x축방향으로의 회전각도를 조정함으로써, 입사된 RCLED광(L)의 수평조사방향을 조절할 수 있다.
제 2 갈보미러부(162)는 제 2 갈보미러(162a)가 구비된다. 제 2 갈보미러부(162)는 제어부(170)에 기설정된 정보에 따라 제 2 갈보미러(162a)의 y축방향으로의 회전각도를 조정함으로써, 입사된 RCLED광(L)의 수직조사방향을 조절할 수 있다.
본 발명은 제 1 갈보미러부(161)와 제 2 갈보미러부(162)를 통해 입사된 RCLED광(L)의 조사방향을 다양하게 조절하여, 사용자가 원하는 위치로 RCLED광을 제공할 수 있다.
한편, 제어부(170)는 RCLED 조명장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 상술한 바와 같이, 제어부(170)는 영상처리부(110)로부터 입력된 신호에 따라 RCLED광(L)의 크기가 조절되도록 초점거리가 가변되도록 초점가변렌즈의 작동을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 영상처리부(110)로부터 입력된 신호에 따라 제 1 갈보미러부(161)의 회전각도 및/또는 제 2 갈보미러부(162)의 회전각도를 제어할 수 있다. 이로 부터, 본 발명은 갈보미러부를 통해 RCLED광의 조사방향을 다각도로 조절할 수 있어, 허공에 쇼를 구현하는 경우에 RCLED광의 위치변화를 다양하게 조절할 수 있다.
제 2 실시예
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따라, RCLED광의 형상 조절이 가능한 RCLED 조명장치에 대해 설명하기로 한다. 본 명세서에서는 동일한 도면번호에 대해 동일한 구성을 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RCLED 조명장치(100a)는, 영상처리부(110), RCLED광원부(120), 초점가변렌즈(140), 회절광학소자(150), 갈보미러부(160)와 제어부(170)를 포함합니다. 본 실시예에 따른 영상처리부(110), RCLED광원부(120), 초점가변렌즈(140),갈보미러부(160)와 제어부(170)의 기능은 제 1 실시예에서 상술한 바와 같아, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.
본 실시예는 상술한 제 1 실시예와 달리, 회절광학소자(150)를 이용하여 RCLED광의 형상을 조절하는 것을 특징으로 한다.
회절광학소자(150)는 초점가변렌즈(140)와 갈보미러부(160) 사이에서, 광경로 상에 위치된다.
회절광학소자(150)는 미리 정해진 특정형상으로, 투과되는 RCLED광(L)의 형상을 변형한다. 본 실시예는 회절광학소자(150)의 교체를 통해, 특정형상을 다양하게 가변할 수 있다.
회절광학소자(150)는 단일슬릿, 이중슬릿, 또는 다양한 패턴의 슬릿이 적용될 수 있다. 회절광학소자(150)는 슬릿을 통과하는 빛의 회절 및 간섭을 이용한 것이다. 본 실시예에서, 회절광학소자(150)는 제어부(170)에 기설정된 RCLED광(L)의 형상에 따라 슬릿의 패턴이 교체가능하다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 RCLED광의 광경로에 대해 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, RCLED광원부(120)에서 방출된 RCLED광은 광학필터(130), 초점가변렌즈(140)을 순차적으로 통과하면서 크기가 조정된 상태로, 회절광학소자(150)로 입사된다. 회절광학소자(150)로 입사된 RCLED광은 슬릿을 통과하면서 회절 및 간섭에 의해 소정의 무늬를 형성하면서 갈보미러부(160)로 전달된다. RCLED광은 갈보미러부(160)에서 특정파장이 증폭되고, 조사방향이 조절되어, 특정위치(180)로 조사될 수 있다.
본 발명은 고출력, 저비용으로, 기존의 엘이디 투광기가 표현하지 못했던 선, 점, 또는 다양한 형상을 실내외 공간에 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 RCLED광의 크기를 다양하게 조절하여 가까운 거리뿐 아니라 먼 거리에서도 RCLED광 영상을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명은 RCLED광이 사용되는 목적에 따라, 초점가변렌즈 및/또는 회절광학소자 등의 구성부품을 필요에 따라 선택적으로 교체 또는 중첩 사용되어, RCLED광이 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명은 갈보미러부를 통해 RCLED광의 조사방향을 다각도로 조절할 수 있어, 허공에 쇼를 구현하는 경우에 RCLED광의 위치변화를 다양하게 조절할 수 있다.
본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.
100, 100a : RCLED 조명장치
110: 영상처리부
120: RCLED광원부
130: 광학필터
140: 초점가변렌즈
150: 회절광학소자
160: 갈보미러부
170: 제어부

Claims (3)

  1. 외부에서 입력되는 영상신호를 RGB 신호로 처리하고, 처리된 RGB 신호를 합성하여 출력하는 영상처리부;
    상기 영상처리부에 의해 추출된 RGB 신호에 따라 RCLED광을 방출하는 RCLED광원부;
    상기 RCLED광의 파장 폭이 좁은 스펙트럼만을 통과시키는 광학필터;
    상기 RCLED광의 수평조사방향을 조절하는 제 1 갈보미러부와, 상기 제 1 갈보미러부에서 반사된 상기 RCLED광의 수직조사방향을 조절하는 제 2 갈보미러부가 구비되어, 상기 RCLED광이 특정위치를 향해 반사되도록 상기 RCLED광의 조사방향을 조절하는 갈보미러부; 및
    상기 RCLED광원부와 상기 갈보미러부 사이의 광경로에 위치되어, 초점거리에 의해 상기 RCLED광의 크기를 조절하는 초점가변렌즈를 포함하고,
    상기 RCLED광은 상기 광학필터, 상기 초점가변렌즈, 상기 제 1 갈보미러부와 상기 제 2 갈보미러부를 순차적으로 거치면서, 상기 특정위치로 평행광 형태로 조사되는 것을 특징으로 하는 RCLED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점가변렌즈와 상기 제 1 갈보미러부 사이에 위치되어, 미리 정해진 특정형상으로 상기 RCLED광을 조절하는 회절광학소자를 더 포함하고,
    상기 RCLED광은 상기 광학필터, 상기 초점가변렌즈와 상기 회절광학소자를 순차적으로 투과되어 상기 갈보미러부로 전달되는 것을 특징으로 하는 RCLED 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 갈보미러부는 제 1 갈보미러를 구비하여, 상기 기설정된 정보에 따라 상기 제 1 갈보미러의 x축방향으로의 회전각도를 제어하여, 상기 제 1 갈보미러로 입사된 상기 RCLED광의 상기 수평조사방향을 조절하고,
    상기 제 2 갈보미러부는 제 2 갈보미러를 구비하여, 상기 기설정된 정보에 따라 상기 제 2 갈보미러의 y축방향으로의 회전각도를 제어하여, 상기 제 1 갈보미러에서 반사된 상기 RCLED의 상기 수직조사방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 RCLED 조명장치.
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