WO2011136522A2 - 엘이디 조명 모듈 - Google Patents

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송규진
박동민
최철호
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주식회사 이지라이팅
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Abstract

본 발명은 엘이디(LED) 조명 모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 비대칭형으로 이루어져 방향성을 가지는 리플렉터에 의하여 조사되는 LED 불빛이 지향성을 갖도록 하여 불빛의 도달 거리의 증대와 냉각 기능이 구비되어 조도가 상승하는 엘이디 조명 모듈에 관한 것인바 본 발명은 LED 조명 모듈에 있어서, LED 소자의 전기적 연결을 위한 연결회로패턴이 형성된 PCB기판상에 복수의 LED 소자가 배치된 LED모듈과; 상기 LED소자로부터 출사되는 광을 집광하여 단방향 지향성을 갖도록 가로 길이방향 단면 형상은 우측면의 반사각은 20°∼ 40°범위이고, 좌측면은 수직에 가까운 비대칭형으로 구성되고 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부 공간이 좁아지는 형상으로 구성되고, 세로 길이방향 단면 형상은 전 후면측 반사각이 20°∼ 30°이며 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부공간이 좁아지는 형상으로 구성되되 전 후면측 반사각의 내측으로는 냉각수가 흐르는 유로가 형성되어 이루어진 비대칭 리플렉터와; 상기 비대칭 리플렉터에 의해 반사된 빛을 집광하여 장거리 도달시키는 둥근 반원형의 렌즈부와 기판과 리플렉터를 삽입하는 공간부를 구비한 바디가 일체로 형성된 튜브형의 고정부재와; 상기 고정부재의 양 끝단을 밀봉하는 연질의 고무캡을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

엘이디 조명 모듈
본 발명은 엘이디(LED) 조명 모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 비대칭형으로 이루어져 방향성을 가지는 리플렉터에 의하여 조사되는 LED 불빛이 지향성을 갖도록 하여 불빛의 도달 거리의 증대와 냉각 기능이 구비되어 조도가 상승하는 엘이디 조명 모듈에 관한 것이다.
통상 도로, 인도, 공원등에서 일정한 간격으로 설치되어 시야와 사물의 위치를 알수 있도록 하는 조명은 지상으로부터 설치 높이가 보안등은 4 ~ 6M, 가로등은 8 ~ 12M의 높이에 설치되며, 조명의 간격에 따라 다양한 형태의 배광이 필요로 한다. 바닥면에 조사되는 조도는 가능한 균일하여야 하며, 넓은 면적에 위치할수록 좋은 조명의 배광이라 할 수 있다.
현 도로 조명의 조도 기준은 평균 14Lux 이상이면서, 종합도로균제도는 0.4이상이고, 차선축조도 균제도는 0.5 이상을 기준으로 한다.
종래의 LED로 구성된 조명의 경우 바닥면의 높은 조도를 얻기 위해 하이파워의 LED소자를 사용는데, LED소자의 제품비가 높아 이를 이용한 조명은 시장 경쟁력이 떨어져, 조명 활성화의 걸림돌이 되었다. 하이파워(High power) LED소자는 LED소자 실장부의 발열이 높아, 열을 낮추기 위해 주변의 기기가 복잡해 지거나, 고가의 전용 방열PCB를 사용하게 되고, 외부 디자인이 다양하지 못하게 되며, 제품의 수명이 짧아지는 문제점이 발생하고 있다.
또한 넓은 면적에 조명을 하기 위하여 광원부에 확산형 렌즈 및 개발 반사경을 사용하게 되는데, 확산형 렌즈는 광효율이 저하되고 제품 개발비 상승의 단점이 있으며, 개별 반사경 사용으로 조립 비용의 상승 ,그리고 불량의 증가 등의 문제점이 있다
한편 도로조명이라 함은 넓은 면적을 밝혀주기 위해서는 등기구를 중심으로 도로면을 따라 140°∼ 160°의 발광 각도를 유지하고, 작은 에너지를 가진 광원이라도, 장거리까지 집광하여 필요한 영역에 도달할 수 있도록 하여야 한다.
이전까지 일반적인 반사판이 구비된 엘이디 조명 모듈은 대한민국 특허공개 제2002-35819호에 도시된 바와 같으며, 상기한 대한민국 특허공개 제2002-35819호의 구조는 첨부도면 도 8에 도시된 바와 같이 기판의 상부에 LED소자를 설치한 후 좌우가 대칭인 반사판을 설치하여 LED소자의 불빛이 전방으로 출사 되도록 하며 반사판에는 렌즈가 설치되어 이루어진 구조이다. 상기와 같은 구조로 이루어진 엘이디 조명 모듈은 전방 즉 수직중심선과 일치되게 빛이 출사되도록 되어 있어 일정한 방향(방향성을 갖도록 하는 것)으로 빛이 출사 되도록 할 수 없었다.
상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 대한민국 특허등록 제939455호의 엘이디장치는 LED 불빛의 조사 방향을 조절하기 위하여 기판의 각도를 인위적으로 조절하도록 한 구조이다.
상기한 종래 대한민국 특허등록 제939455호의 엘이디장치는 LED 불빛이 지향성을 가지고 있지 않고 단순히 넓게 퍼져 넓은 면적을 비추도록 되어 있어 장거리까지 집광하여 필요한 영역에 도달할 수 없어 가로등에는 적합하지 않으며, 엘이디장치를 장시간 사용시 온도상승에 따른 효율저하 즉 조도가 떨어지는 문제가 있다.
다른 문제점으로는 LED 불빛의 조사 방향을 조절하기 위하여 기판의 각도를 인위적으로 조절하기 위해서는 줄홈에 끼워 설치하여야 하기 때문에 다양한 LED 불빛의 조사 방향을 조절할 수 없는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 비대칭 리플렉터를 이용하여 LED 불빛의 다양한 배광 즉 지향성을 조절할 수 있으며, 또한 비대칭 리플렉터를 통과하여 집광된 광을 필요 영역에 배출시킴으로 조도를 증가, 비대칭 리플렉터의 이동경로를 통과한 광이 둥근 반원형 렌즈를 통해 배출되는 2중 광 증폭 효과에 의해 작은 에너지의 LED소자도 장거리 도달이 가능하고, 따라서 조명 효율과 에너지 소모를 현저히 줄이는 장점이 있고, 스몰파워(Small power) 또는 미들 파워(middle power) LED 소자를 사용함으로, LED소자의 수명이 증가하는 효과가 있으며, 또한 스몰파워(Small power), 미들 파워(middle power) LED모듈은 자체가 저발열형임으로, LED모듈 방열을 위해 무겁고 두꺼운 히트싱크(Heat sink)를 부착하지 않아도 되어, 슬림하고 가벼운 조명장치의 구현이 가능하며,
복수의 비대칭 리플렉터의 내부에 냉매를 넣는 구조 형상으로 LED소자에서 발생된 열을 리플렉터가 흡수하여 대기중에 효과적 방출이 가능하여, 리플렉터 실장면에 잔류 열을 최소화 함으로서 수명이 연장되며, 렌즈나 리플렉터를 별도로 조립하지 않아도 되므로, 비용절감 및 불량 감소의 등의 이점이 있는 엘이디 조명 모듈을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 LED 조명 모듈에 있어서, LED 소자(110)의 전기적 연결을 위한 연결회로패턴이 형성된 PCB기판(120) 상에 복수의 LED 소자가 배치된 LED모듈(100)과; 상기 LED소자(110)로부터 출사되는 광을 집광하여 단방향 지향성을 갖도록 가로 길이방향 단면 형상은 우측면(201)의 반사각은 20°~ 40°범위이고, 좌측면(202)은 수직에 가까운 비대칭형으로 구성되고 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부 공간이 좁아지는 형상으로 구성되고, 세로 길이방향 단면 형상은 전 후면(203)(204)측 반사각이 20°∼ 30°이며 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부공간이 좁아지는 형상으로 구성되되 전 후면(203)(204)측 반사각의 내측으로는 냉각수가 흐르는 유로(206)가 형성되어 이루어진 비대칭 리플렉터(200)와; 상기 비대칭 리플렉터(200)에 의해 반사된 빛을 집광하여 장거리 도달시키는 둥근 반원형의 렌즈부(320)와 기판(100)과 리플렉터(200)를 삽입하는 공간부를 구비한 바디(310)가 일체로 형성된 튜브형의 고정부재(300)와; 상기 고정부재(300)의 양 끝단을 밀봉하는 연질의 고무캡(400)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈에 의하여 달성된다.
상기 리플렉터(200)의 하면에는 기판(100)의 통공(130)에 삽입되는 고정돌기(205)가 일체로 더 구비된 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈에 의하여 달성된다.
상기 튜브형의 고정부재(300)의 바디(310)에는 순환통공(330)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈에 의하여 달성된다.
이와 같은 본 발명의 엘이디 조명 모듈은
첫째, 비대칭 리플렉터를 이용하여 LED 불빛의 다양한 배광 즉 지향성을 조절할 수 있으며, 또한 비대칭 리플렉터를 통과하여 집광된 광을 필요 영역에 배출시킴으로 조도를 증가시키는 효과가 있다.
둘째, 비대칭 리플렉터의 이동경로를 통과한 광이 둥근 반원형 렌즈를 통해 배출되는 2중 광 증폭 효과에 의해 작은 에너지의 LED소자도 장거리 도달이 가능하고, 따라서 조명 효율과 에너지 소모를 현저히 줄이는 장점이 있다.
셋째, 상기 스몰파워(small power)나 미들파워(middle power) 저 발열 LED 소자를 사용함으로 수명이 증가하는 효과가 있으며, 또한 LED모듈 방열을 위해 무겁고 두꺼운 히트싱크를 부착하지 않아도 되며, 슬림하고 가벼운 조명장치의 구현이 가능함과,
넷째, 복수의 비대칭 리플렉터의 내부에 냉매를 넣는 구조 형상으로 LED소자에서 발생된 열을 리플렉터가 흡수하여 대기중에 효과적 방출이 가능하여, 리플렉터 실장면에 잔류 열을 최소화 함으로서 조도가 상승하는 이점이 있으며,
다섯째, LED 광원부의 렌즈나 리플렉터를 별도로 조립하지 않아도 됨으로, 비용절감 및 불량 감소의 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 분해사시도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 횡단면도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 종단면도.
도 4는 본 발명의 요부인 기판과 리플렉터의 결합을 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈 사용시 불빛이 조사되는 모양을 보여주는 개략도.
도 7은 본 발명인 LED 조명 모듈의 사용상태를 보여주는 사시도.
도 8은 일반적인 LED 조명 모듈 사용시 불빛이 조사되는 모양을 보여주는 개략도.
도 9은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 배광 특성을 보여주는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 : LED모듈 110 : LED 소자
120 : PCB기판 200 : 비대칭 리플렉터
201 : 우측면 202 : 좌측면
203 : 전면 204 : 후면
205 : 고정돌기 206 : 유로
300 : 고정부재 310 : 바디
320 : 렌즈부 330 : 순환통공
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 횡단면도이며, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 LED 조명 모듈의 구조를 보여주는 종단면도로서 이에 따르면 본 발명은 LED 소자(110)의 전기적 연결을 위한 연결회로패턴이 형성된 PCB기판(120) 상에 복수의 LED 소자(110)가 배치된 LED모듈(100)의 상부에는 상기 LED소자(110)로부터 출사되는 광을 집광하여 단방향 지향성을 갖도록 가로 길이방향 단면 형상은 중심부를 기준으로 우측면(201)의 반사각은 20°∼ 40°범위이고, 좌측면(202)은 수직에 가까운 비대칭형으로 구성되고 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부 공간이 좁아지는 형상으로 구성되고, 세로 길이방향 단면 형상은 전,후면(203)(204)측 반사각이 20°∼ 30°이며 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부공간이 좁아지는 형상으로 구성되어 이루어진 비대칭 리플렉터(200)가 설치된다.
상기 리플렉터(200)에는 냉각수가 흐르는 유로(206)가 형성되어 있으며 본 발명에서는 별도의 냉각장치는 생략한다. 한편 상기 첨부도면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 리플렉터(200)의 하면에는 기판(100)의 통공(130)에 삽입되는 고정돌기(205)가 일체로 더 형성되어 있어 기판(100)에서 리플렉터(200)가 이동되지 않고 용이하게 고정되는 것이다.
한편 상기 기판(100)과 리플렉터(200)는 튜브형의 고정부재(300)에 설치된다. 상기 튜브형의 고정부재(300)의 구조는 비대칭 리플렉터(200)에 의해 반사된 빛을 집광하여 장거리 도달시키는 둥근 반원형의 렌즈부(320)와 기판(100)과 리플렉터(200)를 삽입하는 공간부를 구비한 바디(310)가 일체로 형성된 구조이며, 상기 고정부재(300)의 양 끝단을 밀봉하는 연질의 고무캡(400)이 설치되어 이루어진 구조이다.
한편 첨부도면 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 단면도로서 이에 따르면 상기 튜브형의 고정부재(300)의 바디(310)에는 순환통공(330)이 더 구비하여 사용할 수도 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 사용은 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 가로등에 사용되는 본 발명의 LED 조명 모듈은 첨부도면 도 8에 도시된 바와 같이 기판(100)에 전원이 공급되면 LED소자(110)로부터 광이 출사되며 상기 출사되는 광은 수직중심선과 일치하게 출사되는 것이 아니라 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 가로 길이방향 단면 형상은 중심부를 기준으로 좌측면(201)의 반사각은 20°∼ 40°범위이고, 우측면(202)은 수직에 가까운 비대칭형으로 구성되고 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부 공간이 좁아지는 형상으로 구성되고, 세로 길이방향 단면 형상은 전 후면(203)(204)측 반사각이 각각 20°∼ 30°이며 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부공간이 좁아지는 형상으로 구성되어 이루어진 비대칭 리플렉터(200)에 의하여 한 방향으로 광이 출사 즉 수직 중심선에서 라는 각도를 가지게 되므로 방향성과 지향성을 갖고 LED소자(110)로부터 광이 출사 되는 것이다.
상기한 방향성과 지향성은 첨부도면 도 9a에 도시된 바와 같이 센터를 중심으로 넓은 배광을 나타냄을 알 수 있으며 도 9b에 도시된 바와 같이 배광특성이 높으면서 센터를 중심으로 조도분포가 일측으로 편중되어 나타남을 알 수 있듯 방향성과 지향성을 가지고 있음을 알 수 있다.
상기 LED소자(110)로부터 출사된 광(불빛)은 비대칭 리플렉터(200)에 의하여 방향성과 지향성을 갖게 되면서 바디(310)와 일체로 형성되어 반사된 빛을 집광하여 장거리 도달시키는 둥근 반원형의 렌즈부(320)를 통해 외부로 광을 출사하게 된다.
따라서 가로등에 사용되는 본 발명의 엘이디 조명 모듈은 방향성과 지향성을 구비하고 있어 밝게 비추고자 하는 위치에 정확히 광을 출사할 수 있는 이점이 있는 것이다.
한편 상기 비대칭 리플렉터(200)의 하면에는 기판(100)의 통공(130)에 삽입되는 고정돌기(205)가 일체로 더 구비되어 있어 본 발명의 엘이디 조명 모듈을 설치하여도 기판(100)에서 비대칭 리플렉터(200)가 유동되지 않고 고정된 상태를 유지하게 되는 것이다. 특히 튜브형의 고정부재(300)의 내측에 설치된 상기 비대칭 리플렉터(200)는 공간부를 구비한 바디(310)에 끼워져 있어 유동 되는 것 또한 방지되어 있다.
한편 상기 본 발명의 엘이디 조명 모듈의 효율이 극대화 될 수 있는 이유는 상기 리플렉터(200)에는 냉각수가 흐르는 유로(206)가 형성되어 있기 때문에 LED소자(110)로부터 광이 출사될 때 고온의 열이 발생되며 상기 발생된 열은 LED소자(110)의 효율을 떨어뜨리게 되며 또한 LED소자(110)의 수명을 짧게 함으로 상기한 고온의 열을 냉각시켜 LED소자(110)의 발광 효율증대 및 LED소자(110)의 수명 연장의 효과를 얻을 수 있다.
더불어 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 상기 튜브형의 고정부재(300)의 바디(310)에는 순환통공(330)이 더 구비되어 있어 튜브형의 고정부재(300) 내측에 발생된 고온의 열을 외부로 방출하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
따라서 본 발명은 비대칭 리플렉터를 이용하여 LED 불빛의 다양한 배광 즉 지향성을 조절할 수 있으며, 또한 비대칭 리플렉터를 통과하여 집광된 광을 필요 영역에 배출시킴으로 조도를 증가, 비대칭 리플렉터의 이동경로를 통과한 광이 둥근 반원형 렌즈를 통해 배출되는 2중 광 증폭 효과에 의해 작은 에너지의 LED소자도 장거리 도달이 가능하고, 따라서 조명 효율과 에너지 소모를 현저히 줄이는 장점이 있고, 상기 작은 에너지의 LED 소자가 사용됨으로 LED소자의 수명이 증가하는 효과가 있다.
또한 LED모듈 방열을 위해 무겁고 두꺼운 히트싱크를 부착하지 않아도 되어 슬림하고 가벼운 조명장치의 구현이 가능하며, 복수의 비대칭 리플렉터의 내부에 냉매를 넣는 구조 형상으로 LED소자에서 발생된 열을 리플렉터가 흡수하여 대기중에 효과적 방출이 가능하여, 리플렉터 실장면에 잔류 열을 최소화 함으로서 수명이 연장되며, 렌즈나 리플렉터를 별도로 조립하지 않아도 되므로, 비용절감 및 불량 감소의 등의 이점이 있다.

Claims (3)

  1. LED 조명 모듈에 있어서,
    LED 소자(110)의 전기적 연결을 위한 연결회로패턴이 형성된 PCB기판(120) 상에 복수의 LED 소자가 배치된 LED모듈(100)과;
    상기 LED소자(110)로부터 출사되는 광을 집광하여 단방향 지향성을 갖도록 가로 길이방향 단면 형상은 우측면(201)의 반사각은 20°∼ 40° 범위이고, 좌측면(202)은 수직에 가까운 비대칭형으로 구성되고 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부 공간이 좁아지는 형상으로 구성되고, 세로 길이방향 단면 형상은 전 후면(203)(204)측 반사각이 20°∼ 30°이며 상측에서 하측으로 내려갈수록 내부공간이 좁아지는 형상으로 구성되되 전 후면(203)(204)측 반사각의 내측으로는 냉각수가 흐르는 유로(206)가 형성되어 이루어진 비대칭 리플렉터(200)와;
    상기 비대칭 리플렉터(200)에 의해 반사된 빛을 집광하여 장거리 도달시키는 둥근 반원형의 렌즈부(320)와 기판(100)과 리플렉터(200)를 삽입하는 공간부를 구비한 바디(310)가 일체로 형성된 튜브형의 고정부재(300)와;
    상기 고정부재(300)의 양 끝단을 밀봉하는 연질의 고무캡(400)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리플렉터(200)의 하면에는 기판(100)의 통공(130)에 삽입되는 고정돌기(205)가 일체로 더 구비된 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브형의 고정부재(300)의 바디(310)에는 순환통공(330)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
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