KR100991890B1 - 엘이디를 이용한 조명 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디를 이용한 조명 모듈에 관한 것으로, 엘이디(LED)를 이용하여 빛의 세기를 높이고 조사각을 필요에 따라 제공하는 엘이디를 이용한 조명 모듈에 있어서, 빛을 제공하는 엘이디, 상기 엘이디에서 발광에서는 빛을 반사시키는 위해 엘이디의 주위를 감싸도록 구비되는 반사면 및 상기 반사면을 통해 반사는 빛을 평행광으로 만들어주는 콜리메이팅 렌즈를 각각 포함하여 하나의 광원 모듈을 구성하며, 상기 각각의 광원 모듈에서 조사되는 빛을 하나의 소정각도로 다시 조사시켜주는 확산렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명을 통해 엘이디의 단점을 보완하여 보다 효과적으로 조명광을 획득할 수 있으며 필요에 따라 조사각을 변경할 수 있는 이점이 있다.

엘이디, LED, 조명, 모듈, 콜리메이팅

Description

엘이디를 이용한 조명 모듈{ILLUMINATOR MODULE USING LED}

본 발명은 엘이디를 이용한 조명 모듈에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 빛의 세기를 보다 효과적으로 달성하고 사용목적에 따라 조사각을 효과적으로 조사할 수 있으며, 빛의 균일성 및 색온도를 조정할 수 있는 엘이디를 이용한 조명 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간 경과에 따른 열화로 인해 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 전기 광 변환효율, 긴 수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도의 특성이 있는 LED를 사용하는 조명기구가 개발되고 있다.

그 중 최근에 고출력의 LED를 적용한 조명기구가 개발되고 있는데, 이러한 고출력 LED를 이용한 조명기구는 조명공간에서의 조도는 만족시킬 수 있으나 LED에서 고열이 발생하므로 이를 방열하기 위하여 방열 핀과 송풍 팬을 포함하는 복잡한 구조의 방열장치가 별도로 요구되기 때문에 제품 단가가 상승하고 전기효율이 떨어져서 실용화가 어려운 문제가 있었다.

한편, 도 1은 종래 LED를 이용한 조명기구에서의 조도 및 배광특성을 보여주는 설명도이다.

도시한 바와 같이, 종래의 LED를 이용한 조명기구(10)는, 각 LED(20)에서 방사되는 빛이 LED(20)에서부터 직접 확산하여 조명공간으로 방사되기 때문에 확산경로 상에서 광 감쇠가 일어나 보통의 조명을 필요로 하는 실내나 실외의 공간에서는 그 조도가 충분히 확보되지 못하는 문제가 있다. 즉, LED(20)는 높은 전기-광 변환효율, 긴수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도 등 여러 가지 장점이 있지만, 그 LED(20)의 출력이 약하기 때문에 빛의 도달 거리가 짧아 실내 또는 실외에서의 원하는 조명공간에서 만족할 만한 조도를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

또한, 종래의 LED를 이용한 조명기구(10)는 각 LED(20)에서 방사되는 빛이 직진하기 때문에 조명기구의 주변으로 빛을 비추는 배광특성이 매우 불량할 뿐만 아니라 확산이 부족하여 일반 조명용으로 적용하는데 어려움이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 엘이디의 특성에 대처하여 만족할 수 있는 빛의 세기(조도)를 최적으로 조사할 수 있도록 하는 조명 모듈을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 이와 더불어 집광된 빛을 사용 목적에 따라 적절한 조사각으로 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엘이디(LED)를 이용하여 빛의 세기를 높이고 조사각을 필요에 따라 제공하는 엘이디를 이용한 조명 모듈에 있어서, 빛을 제공하는 엘이디, 상기 엘이디에서 발광에서는 빛을 반사시키는 위해 엘이디의 주위를 감싸도록 구비되는 반사면 및 상기 반사면을 통해 반사는 빛을 평행광으로 만들어주는 콜리메이팅 렌즈를 각각 포함하여 하나의 광원 모듈을 구성하며, 상기 각각의 광원 모듈에서 조사되는 빛을 하나의 소정각도로 다시 조사시켜주는 확산렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 한 특징으로는, 상기 확산렌즈는, 다양한 조사 각도를 가지는 확산렌즈를 구비하여 원하는 조사각도에 따라서 교체 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로는, 상기 콜리메이팅 렌즈는, 오목렌 즈, 볼록렌즈, 오목/볼록렌즈가 조합된 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 광원 모듈은, 다수의 광원 모듈을 개별적 또는 부분적으로 온/오프 시킬 수 있는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 확산렌즈는, 음/양각의 프리즘 형태나 렌즈 형상과의 조합으로 형성될 수 있으며,유리 또는 아크릴 재질의 구슬 형상을 첨가하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 엘이디의 단점인 산광(散光)의 문제점을 보완하여 빛의 세기를 최적으로 유지하면서 더불어 효과적인 조사각 및 균일한 조명광을 제공받을 수 있는 이점이 있다.

또한, 조사각을 선택적으로 변경 가능함에 따라 사용 목적과 용도에 따라 효율적인 조명을 사용할 수 있고, 구조가 간단하여 생산비용 절감의 효과도 누릴 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈을 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 개략도, 도도 3a는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 분해도, 도 3b는 본 발명에 따른 오목/볼록렌즈 조합형 콜리메이팅 렌즈를 개략적으로 도시한 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 빛 조사 특성을 도시한 도면, 도 5는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 다양한 확산렌즈를 통한 조사각 변경의 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈은, 빛을 제공하는 엘이디(light-emitting diode ; 100)와 상기 엘이디에서 발광되는 빛을 효과적으로 반사시켜주는 반사면(200)과 상기 반사면을 통해 반사되는 빛을 평행광이 되도록 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(300)를 각각 포함하여 하나의 광원 모듈(10)을 구성하고 다수의 상기 광원 모듈을 통해 조사된 빛을 소정 조사각으로 다시 확산시켜주는 확산렌즈(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

엘이디(LED ; light-emitting diode ; 100)는 GaP, GaAs 등의 화합물 반도체의 PN접합에 전류가 흐를 때 빛이 발생하는 현상을 이용한 발광체 소자로서, 발광다이오드 제조시 반도체 화합물의 성분비를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 엘이디(100)는 일반적으로 기판내에 실장되거나 하나의 모듈로 제조되어 전류를 공급받기 위해 기판에 고정된다. 이러한 상기 엘이디(100)를 통해 조명광이 제공된다.

반사면(200)은 상기 엘이디(100)에서 발광되는 빛을 반사시켜 빛을 효율적으로 조사시켜주는 위한 것으로, 엘이디를 감싸는 모양으로 그 형상을 이루되, 발광 되는 빛을 높게 반사시켜주기 위해 확관되는 모양을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 상기 반사면(200)은 일반적으로는 광학적 설계를 통하여 LED에서 확산되는 빛을 반사시키는 것이면 재질에 관계없이 적용할 수도 있다.

따라서 상기 반사면(200)을 통해 엘이디에서 출력되는 빛은 1차적으로 설계자가 원하는 방향으로 확산되게 되는 것이다.

다음으로 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens ; 300)는 상기 반사면(200)을 통해 확산된 빛을 평행광으로 만들어주는 것으로, 확산된 빔의 세기를 높여주기 위해 집광시켜주는 역할을 한다.

상기 콜리메이팅 렌즈(300)는 상기 반사면의 선단에 접착고정 또는 체결 고정되거나 또는 상기 반사면과 일체형으로 제작이 가능하며, 상기 반사면을 통해 1차적으로 특정한 방향으로 확산된 빛을 2차적으로 집광시켜 줌으로써 빛의 세기를 높일 수 있다.

이와 같은 상기 콜리메이팅 렌즈(300)는 양면 볼록렌즈(Biconvex), 일면 오목 렌즈(Planoconcave), 비구면 양면 볼록렌즈(Biconvex), 비구면 일면 오목렌즈(Planoconcave) 등과 같은 콜리메이팅 렌즈가 사용될 수 있으며, 이러한 실시예는 해당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 것이다.

앞서 설명한 바와 같이 엘이디, 반사면 및 콜리메이팅 렌즈를 각각 구성하여 하나의 광원 모듈(10)을 이루게 되며, 상기 광원 모듈(10)을 다수개 집합시켜 하나의 광원 모듈을 구성하게 된다.

이러한 상기 광원 모듈(10)은 사용 목적에 따라서 그 수를 선택하여 적절히 배치함으로써 원하는 밝기를 얻을 수 있는데, 예를 들어 상기 광원 모듈을 원형으로 배치하거나 순차적으로 나열하여 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로 상기와 같이 구성되는 각각의 광원 모듈(10)은 개별적 또는 부분적으로 온/오프 가능하다. 이것은 별도의 제어부(미도시)를 구비하여 다양한 형태로 배치된 각각의 광원 모듈을 필요에 따라서 적절하게 온/오프 시킴으로써 에너지 소비를 최소화 하고 사용자가 원하는 빛의 세기로 사용할 수 있다.

따라서 상기 광원 모듈(10)이 배치되는 형상에 따라 출력되는 빛의 세기를 조절할 수 있도록 각각의 광원 모듈을 별도로 온/오프 제어할 수 있도록 설정하게 된다.

확산렌즈(400)는 상기 다수의 광원 모듈(10)에서 조사되는 빛을 사용 목적이나 용도에 따라 적절히 확산시키기 위해 원하는 조사각으로 빛을 조사시킨다. 즉, 다수의 광원 모듈(10)을 통해 평행 집광된 빛은 하나의 상기 확산렌즈(400)를 통해 조사되게 된다.

상기 확산렌즈(400)는 일반적으로 볼록렌즈가 사용되며 원하는 조사각에 따라 다양한 볼록렌즈가 구비되어 선택적으로 결합가능하게 된다. 이것은 상기 광원 모듈을 커버링하는 하우징(미도시)이 구비되고 여기에 선택적으로 결합 가능하게 하여 사용자의 필요에 따라서 적용할 수 있게 된다. 그 결합구조는 별도의 커버부재를 마련하거나, 상기 확산렌즈 내에 결합가능하도록 그 구조를 개선하여 적용가 능하다.

또한, 상기 확산렌즈의 표면에 다양한 패턴이나 형상을 통해 조정하는 방식으로 제작하거나, 렌즈 내부에 확산 재질을 부가함으로써 빛의 균일도 향상 또는 색온도 조정이 가능하다. 여기서 패턴의 형상은 음/양각의 프리즘 형태나 렌즈 형상과 이 형상들의 조합으로 이루어 질 수 있으며, 확산 재질은 유리나, 아크릴 성분의 구슬 형상 등을 첨가하여 제작이 가능하다.

또한, 광원 모듈을 통해 평행 빛으로 조사되는 빛을 필요로 할 경우에는 필요에 따라 상기 확산렌즈(400)를 제거하고 사용할 수 있다.

따라서 상기 반사면, 콜리메이팅 렌즈 및 확산렌즈를 통해 반사, 집광, 조사의 순으로 순차적인 빛을 제공함으로써 손실을 최소화 하고 높은 조명광이 제공되게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 다수의 엘이디를 사용할 때 분산되는 빛을 효과적으로 집광시킴으로써 빛의 세기를 최적으로 유지하며, 동시에 사용용도에 따라 확산각을 조절함에 따라 효과적인 조명광을 획득할 수 있는 이점이 있다. 또한, 간단한 구조를 통해 원가절감 실현을 달성할 수 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 엘이디 조명장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 개략도,

도 3a는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 분해도,

도 3b는 본 발명에 따른 오목/볼록렌즈 조합형 콜리메이팅 렌즈를 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 빛 조사 특성을 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 엘이디를 이용한 조명 모듈의 다양한 확산렌즈를 통한 조사각 변경의 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광원 모듈

100 : 엘이디

200 : 반사면

300 : 콜리메이팅 렌즈

400 : 확산렌즈

Claims (5)

1. 엘이디(LED)를 이용하여 빛의 세기를 높이고 조사각을 필요에 따라 제공하는 엘이디를 이용한 조명 모듈에 있어서,

   빛을 제공하는 엘이디:

   상기 엘이디에서 발광에서는 빛을 반사시키는 위해 엘이디의 주위를 감싸도록 구비되는 반사면; 및

   상기 반사면을 통해 반사는 빛을 평행광으로 만들어주는 콜리메이팅 렌즈;를 각각 포함하여 하나의 광원 모듈을 구성하며,

   상기 각각의 광원 모듈에서 조사되는 빛을 하나의 소정각도로 다시 조사시켜주는 확산렌즈;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디를 이용한 조명 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 확산렌즈는,

   다양한 조사 각도를 가지는 확산렌즈를 구비하여 원하는 조사각도에 따라서 교체 가능한 것을 특징으로 하는 엘이디를 이용한 조명 모듈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 콜리메이팅 렌즈는,

   오목렌즈, 볼록렌즈, 오목/볼록렌즈가 조합된 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 엘이디를 이용한 조명 모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광원 모듈은,

   다수의 광원 모듈을 개별적 또는 부분적으로 온/오프 시킬 수 있는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디를 이용한 조명 모듈.
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