KR20200012426A - 색분리 방지 다중배열 조명장치 - Google Patents

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Abstract

색분리 방지 다중배열 조명장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 색분리 방지 다중배열 조명장치는: 복수의 광원이 수용되며, 패턴면에 의해 빛을 확산시켜 색분리를 저감시키는 제1렌즈부 및 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

색분리 방지 다중배열 조명장치 {PREVENTING COLOR SEPATATION MULTIPLE ARRAY LIGHT DEVICE}
본 발명은 색분리 방지 다중배열 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동축을 갖는 렌즈부가 배열되는 구조를 지니고, 패턴면을 이용하여 색분리가 저감되고, 높은 광효율의 조명장치를 구현하도록 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치에 관한 것이다.
최근 LED(발광 다이오드) 소자를 이용한 조명이 각광 받고 있다. LED 조명은 전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 매우 적으며, 또한 백열 전구와 같이 필라멘트 단락 등과 같은 현상이 없기 때문에, 수명은 통상 50,000 ~100,000 시간으로 알려져 있으며, 반영구적이라는 장점이 있다. 또한 대부분의 LED는 에폭시 패키징과 같은 소재로 몰딩되어 있기 때문에 충격에 강해 내구성 면에서 우수한 장점을 갖는다.
이런 LED 소자는 전술한 장점 이외에, 소자 자체로부터 방사되는 광의 방사각이 170°정도로 매우 넓고, 또한, 광축 중심부에서 조사되는 광에 비해 광축 외측으로 조사되는 광의 세기가 약하기 때문에, 실내 조명으로 사용하기 위해서는 광세기를 균일하게 조절하면서 이를 국부적인 영역으로 조사할 필요가 있다.
이를 해결하기 위해, LED 소자에서 발생되는 빛을 광학계를 추가함으로, 빛을 집광시켜 효율적으로 조사할 수 있다.
또한, 백색 LED는 청색 Chip에 노랑색 형광체를 도포하는 방식으로 구현을 하는데, 이러한 특징의 LED 소자에 광학계를 이용하여 조명한 영역에 청색과 노랑색으로 빛이 색분해가 발생되는 현상이 발생된다. 이를 해결하고자, 현재 광학계는 출사면에 부식처리를 하여 빛을 확산시켜 색분해되는 것을 방지하지만, 이는 조명 효율이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 복수의 광원을 수용할 수 있어 밝은 조명을 구현할 수 있고, 동축을 갖는 렌즈부가 배열되는 구조와, 빛이 출사면과 패턴면에서 굴절되어 외부로 출사되도록 구성된 렌즈부 형상에 의하여 색분리를 방지하며, 광효율 저하를 최소화하는 색분리 방지 다중배열 조명장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치는;
복수의 광원이 수용되는 제1 렌즈부는 각각 광원과 대면되고, 광원에서 나온 빛을 집광시키는 입광면과 상기 입광면의 양단에서 수직방향으로 연장되어 광원의 양측에 위치되는 입광측면과 상기 입광측면으로부터 연장되어 상기 입광측면으로 입사된 빛을 반사시키는 전반사면과 상기 입광측면과 상기 전반사면에서 전달되는 빛을 외부로 출사시키는 출사면과 상기 입광면으로 입사된 빛을 외부로 출사시키는 패턴면으로 구성된 단면형상이 제1 렌즈부의 중심축을 기준으로 회전대칭되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
또한, 상기 패턴면은 2개 이상의 패턴이 제 1 렌즈부의 중심축에 수직한 방향으로 배열 되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
또한, 상기 패턴은 볼록, 오목, 삼각프리즘 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
또한, 상기 패턴은 광원에서 출사된 빛이 입광면에 의해 제1 렌즈부 내부로 입사된 후 어느 하나의 패턴에 의해 제1 렌즈부 외부로 출사될 때, 입광면에서 굴절된 빛의 사이각을
Figure pat00001
, 어느 하나의 패턴에서 굴절된 빛의 사이각을
Figure pat00002
라 할 때,
Figure pat00003
을 만족하는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
또한, 복수의 광원이 수용되는 제1렌즈부와 상기 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 상기 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
본 발명에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치는 복수의 광원을 수용하며, 렌즈부의 패턴면을 이용하여 색분리가 없는 밝은 밝기의 조명을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 조명장치의 단면도이다.
도 2는 종래 조명장치의 입광면으로 입사된 빛이 출사면에 의해 외부로 출사되는 광경로를 표현한 도면이다.
도 3은 종래 광학계에 의한 청색광과 노랑색광의 조도분포도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 입광면과 패턴면의 구성 조건을 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 입광면으로 입사된 빛이 패턴면에 의해 외부로 출사되는 광경로를 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 청색광과 노랑색광의 조도분포도이다.
도 7은 출사면 형상에 따른 면반사를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 입광측면으로 입사된 빛이 전반사면에서 전반사된 후 출사면에 의해 외부로 출사되는 광경로를 표현한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 패턴면의 변형예를 보인 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 변형예를 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 색분리 방지 다중배열 조명장치(100)는 복수의 광원(110)이 수용되며, 패턴면(125)을 이용하여 색분리를 방지하는 제1렌즈부(120) 및 제1렌즈부(120)의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원(110)이 수용되며, 제1렌즈부(120)의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부(130)를 포함한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 종래의 조명장치는 엘이디 광원 1개에 1개의 렌즈를 배치하는 방법을 사용하고 있다. 이러한 광학계는 다수의 광원(110)을 수용하지 못하여, 높은 밝기의 조명장치를 구현하는데 한계가 있다.
현재 사용되는 조명장치의 엘이디 광원(110)은 청색 Chip에 노랑색 형광체를 도포하는 방식으로 구현을 하는데, 형광체를 청색 Chip의 발광면 보다 넓게 도포하는 LED와, 형광체를 청색 Chip과 동일한 넓이로 도포하는 LED가 있다. 이 중 형광체를 청색 Chip의 발광면 보다 넓게 도포하는 방식은 가격이 저렴하고, 광효율이 우수한 반면, 청색 Chip에 의한 청색 광의 발광면과 형광체에 의한 노랑색 광의 발광면의 크기가 달라, 광학계를 이용한 조명장치를 구현하였을 때, 청색광과 노랑색 광이 분리되어 조명되는 색분리 현상이 발생된다. 반면에 형광체를 청색 Chip과 동일한 넓이로 도포하는 방식의 LED는 청색광과 노랑색광의 발광면의 위치와 넓이가 동일하여 광학계를 이용한 조명장치를 구현하였을 때, 청색, 노랑색의 발광면 편차에 의한 색 분리가 발생하지 않는 특징이 있다. 하지만, 이러한 LED는 가격이 비싸고, 광 효율이 낮은 특징이 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 가격이 저렴하고 광 효율이 좋은 조명장치를 구현하기 위해 형광체를 청색 chip의 발광면 보다 넓게 도포한 광원(110)을 사용하면, 입광면(122)에서 입사된 후 출사면(124)에서 외부로 출사되는 청색광과 노랑색 광의 화각의 차이가 크다. 이러한 화각 차이로 인하여 청색광과 노랑색광의 분포가 달라지게 된다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 실제 광원(110)에서 출사되는 청색광과 노랑색광의 광량은 서로 다르지만, 청색광과 노랑색광의 조도 분포를 알기 쉽게 비교하기 위해 광량을 동일하도록 규격화 하면, 조명영역에 조사되는 청색광과 노랑색광의 분포가 서로 다른 형상을 가지며, 색분리 됨을 알 수 있다. 종래에는 이러한 색분리를 저감시키기 위해, 광학계의 출사면(124)에 무광처리하여 빛을 확산시키는 방식을 사용하지만, 이로 인해 조명장치의 광효율이 저하되는 문제점이 발생된다.
도 4 에서 도시된 바와 같이, 광원(110)의 중심에서 출사된 빛이 아래로 볼록한 형상의 입광면(122)에서 집광되어 제1 렌즈부(120) 내부로 입사된 후 2개 이상의 패턴으로 구성되는 패턴면(125)에서 제1 렌즈부(120) 외부로 출사되는데, 입광면(122)에서 굴절되어 제1 렌즈부(120) 내부로 입사한 빛의 사이각을
Figure pat00004
, 상기 어느 하나의 패턴에서 굴절되어 제1 렌즈부(120) 외부로 출사된 빛의 사이각을
Figure pat00005
라 할 때,
Figure pat00006
이 되도록 어느 하나의 패턴이 구성된다. 도 5는
Figure pat00007
이 만족할 경우 색분리 저감 효과를 도시한 것이고, 도 6은 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 색분리를 발생시키는 입광면(122)에서 입사되어 외부로 출사되던 빛을 2개 이상의 패턴으로 구성된 패턴면(125)을 이용하여 빛이 외부로 출사될 때 확산시키므로 청색광과 노랑색광의 화각이 차이를 줄여주고, 조명영역에 조사되는 빛의 분포가 유사하게 됨으로 색분리를 저감시킬 수 있다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 빛이 곡면을 통해 외부로 출사될 경우, 평면보다 면반사가 많이 발생되어, 외부로 출사되는 빛이 줄어든다. 따라서, 곡면 형상의 패턴면(125)에서 외부로 출사되는 빛의 효율이 저하되며, 조명장치의 밝기가 감소되는 문제점이 발생된다. 그러므로, 도 8에서 도시된 바와 같이, 입광측면(121)에서 입사된 후 전반사면(123)에서 전반사된 빛이 출사면(124)에 의해 외부로 출사될 때, 청색광과 노랑색광의 화각이 유사하므로 색분리 현상을 발생시키지 않아 효율 저하를 발생 시키는 패턴면(125)이 필요 없기 때문에, 출사면(124)의 형상을 평면으로 구성함으로 광효율의 저하를 최소화할 수 있다.
도 9 내지 도 11에서 도시된 바와 같이, 광원에서 출사된 빛을 제1렌즈부(120) 내부로 입사시키는 입광면(122), 입광측면(121)과 입광면(122)에서 집광하며 입사된 빛을 외부로 출사시키는 2개 이상의 패턴으로 구성된 패턴면(125)과 입광측면(121)에서 입사된 빛을 전반사시키는 전반사면(123)과 전반사면(123)에서 전반사된 빛을 외부로 출사시키는 출사면(124)으로 구성된 단면이 제 1 렌즈부(120) 중심축을 기준으로 360도 회전대칭 형상을 가지게 함으로, 다수의 광원(110)을 수용하며 높은 광량을 가지고, 색분리를 방지하도록 구성된다.
도 12에서 도시된 바와 같이, 패턴은 오목한 형상으로도 구현 가능하다.
도 13에서 도시된 바와 같이, 제1렌즈부(120)의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원(110)이 수용되며, 상기 제1렌즈부(120)의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부로 구성되며, 제1렌즈부와 제n렌즈부는 일체로 형성된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 색분리 방지 다중배열 조명장치 110 : 광원
120 : 제1렌즈부 130 : 제n렌즈부
121 : 입광측면 122 : 입광면
123 : 전반사면 124 : 출사면
125 : 패턴면

Claims (6)

  1. 복수의 광원이 수용되는 제1 렌즈부는 각각 광원과 대면되고, 광원에서 나온 빛을 집광시키는 입광면;
    상기 입광면의 양단에서 수직방향으로 연장되어 광원의 양측에 위치되는 입광측면;
    상기 입광측면으로부터 연장되어 상기 입광측면으로 입사된 빛을 반사시키는 전반사면;
    상기 입광측면과 상기 전반사면에서 전달되는 빛을 외부로 출사시키는 출사면; 및
    상기 입광면으로 입사된 빛을 외부로 출사시키는 패턴면으로 구성된 단면형상이 제1 렌즈부의 중심축을 기준으로 회전대칭되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴면은 2개 이상의 패턴이 제 1 렌즈부의 중심축에 수직한 방향으로 배열 되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴은 볼록, 오목, 삼각프리즘 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴은 광원에서 출사된 빛이 입광면에 의해 제1 렌즈부 내부로 입사된 후 어느 하나의 패턴에 의해 제1 렌즈부 외부로 출사될 때, 입광면에서 굴절된 빛의 사이각을
    Figure pat00008
    , 어느 하나의 패턴에서 굴절된 빛의 사이각을
    Figure pat00009
    라 할 때,
    Figure pat00010
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    복수의 광원이 수용되는 제1렌즈부; 및
    상기 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 상기 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 색분리 방지 다중배열 조명장치.
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