KR101080331B1

KR101080331B1 - Ｌｅｄ를 이용한 조명장치

Info

Publication number: KR101080331B1
Application number: KR1020090105138A
Authority: KR
Inventors: 김경수
Original assignee: 김경수
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2011-11-04
Also published as: KR20110048368A

Abstract

본 발명은 LED를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, LED 소자로부터 빛이 방출되는 일 방향에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 적은 소비전력으로 발광하는 LED의 광 효율을 극대화하여 LED의 조도를 향상시킬 수 있고, 광 효율 향상 렌즈는 빛이 측방향으로 굴절되어 폭 넓은 광 조사영역을 형성하는 LED를 이용한 조명장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 외주면 또는 어느 일면에 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어진 본체(110)와; 상기 본체(110)의 일면에 위치하고 최소 하나 이상의 LED(120)가 실장된 LED기판(130)과; LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에서 빛을 집광 또는 확산하는 광 효율 향상 렌즈(140)와; 상기 광 효율 향상 렌즈(140)를 본체(110)로부터 고정 지지하는 렌즈고정구(150);를 포함하여 구성되는 것으로, 상기 광 효율 향상 렌즈(140)는 LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에 인접 설치되어 조도를 향상시키거나 광 조사영역을 확산시키는 것으로, 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지고, 상부는 반구 형태로 이루어진 집광부(141)를 형성하고, 하부는 하측으로 만곡되거나 테이퍼형상으로 이루어진 산란부(142)를 형성하여 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

LED 조명장치, 광 효율 향상렌즈, 집광부, 산란부, LED 가로등

Description

ＬＥＤ를 이용한 조명장치 {ILLUMINATING APPARATUS USING LIGHT EMITTING DIODES}

본 발명은 LED를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, LED로부터 빛이 조사되는 일 방향에 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 적은 소비전력으로 발광하는 LED의 광 효율을 극대화하여 조도를 향상시킨 LED를 이용한 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 가로등이나 보안등과 같은 실외 조명시설물에는 메탈할라이드 램프, 수은 램프, 나트륨 램프 등과 같은 필라멘트 및 방전 발광 방식의 램프가 주로 사용되고 있다. 이러한 기존의 램프는 빗물 등이 유입되지 않도록 외부와 차폐된 글로브의 내부에 전원 소켓이 구비되고, 이 소켓에 전구의 베이스를 삽입하여 접속하는 구조를 갖는다.

그런데, 기존의 필라멘트 및 방전 발광식 전구는 전력소모가 많고 내구성이 좋지 않은 단점이 있으며, 공급된 전력의 상당 부분이 열로 방출되기 때문에 실제 조명에 이용되는 가시광선으로 출력되는 에너지는 사용된 전력의 5 ~ 28% 정도에 불과하여 에너지 효율이 매우 떨어지는 단점이 있었다.

이에 반해, LED(Light Emitting Diode : 발광다이오드)는 크기 및 소비전력 대비 휘도가 높고, 사용수명이 길며, 제조비용도 저렴한 등 많은 장점이 있어 기존의 전구를 대체하는 조명 또는 표시수단으로 그 사용도가 높아지고 있다. 또한, 이러한 LED는 통상 50 ~ 60% 정도의 높은 에너지 효율을 갖고 있어 보다 적은 에너지로 양질의 조명을 제공할 수 있기 때문에, 기존의 전구를 대체할 새로운 조명수단으로 각광받고 있다.

그러나, 실내외 조명장치에 이와 같은 LED 소자만을 적용할 경우에는 조도가 약하여 조명장치의 기능을 충분히 발휘하지 못하는 경우가 있고, 특히 실외에 설치되는 LED 가로등 및 LED 보안등 용도에서는 더욱 조도향상의 필요성이 있었다.

그리고, LED는 많은 장점에도 불구하고 열에 매우 취약하다는 단점이 있어 조도 향상을 위해 출력값을 높이면 발열량 증가로 과열되어 LED소자를 포함한 각종 회로 부품의 수명이 단축되거나 손상되는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 종래 기술로부터 제안된 LED 조명장치는 대부분 빛이 일 방향으로만 집중 조사되는 형태이기 때문에 측방향에는 충분한 빛이 조사되지 못하는 문제점이 있었고, 측방향에 빛을 조사하기 위해서는 LED기판을 측방향으로 설치하거나 절곡해야했기 때문에 조명장치의 내부 구조가 복잡해지는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, LED 소자로부터 빛이 방출되는 일 방향에 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 광 효율 향상 렌즈를 구비하여 적은 소비전력으로 발광하는 LED의 광 효율을 극대화하여 LED의 조도를 향상시킬 수 있는 LED를 이용한 조명장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 광 효율 향상 렌즈는 빛이 측방향으로 굴절되어 폭 넓은 광 조사영역을 형성토록 함에 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 외주면 또는 어느 일면에 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어진 본체와; 상기 본체의 일면에 위치하고 최소 하나 이상의 LED가 실장된 LED기판과; LED로부터 광이 조사되는 일 방향에서 빛을 집광 또는 확산하는 광 효율 향상 렌즈와; 상기 광 효율 향상 렌즈를 본체로부터 고정 지지하는 렌즈고정구;를 포함하여 구성되는 것으로, 상기 광 효율 향상 렌즈는 LED로부터 광이 조사되는 일 방향에 인접 설치되어 조도를 향상시키거나 광 조사영역을 확산시키는 것으로, 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지고, 상부는 반구 형태로 이루어진 집광부를 형성하고, 하부는 하측으로 만곡되거나 테이퍼형상으로 이루어진 산란부를 형성하여 빛의 산란과 집 광이 동시에 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 광 효율 향상 렌즈는, 빛의 굴절을 위해 일정 각도로 깎여진 경사면 다수개가 집광부 둘레에 방사상으로 배치 형성된 것으로, 상기의 경사면은 굴곡되지 않은 평평한 면으로 형성되고, 형성된 경사각도는 측방향으로 광을 조사하기 위한 30°~ 65°각도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 효율 향상 렌즈와 렌즈고정구는 일체로 사출 성형된 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 LED를 이용한 조명장치에 의하면, LED로부터 조사되는 광원에 대해 산란과 집광이 동시에 이루어지도록 하여 조도 및 광 효율을 향상시킨 것으로, LED의 광 효율을 극대화하여 50W의 소비전력으로 400W의 소비전력에 해당하는 조도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 적은 에너지로 높은 조도를 제공할 수 있어 에너지 효율이 향상되고, 그에 따른 조도를 높이기 위해서는 먼저 해결해야 했던 방열문제를 해소한 효과 등이 있다.

또한, 광 효율 향상 렌즈의 집광부 둘레에는 경사면을 형성하여 빛이 굴절되도록 하였으며, 이는 빛의 확산성을 개선하여 광 조사영역이 넓어지도록 한 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치에 대한 전체 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 측면도이며, 도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 평면도이다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(100)는, 외주면 또는 어느 일면에 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어진 본체(110)와, 상기 본체(110)의 일면에 위치하고 최소 하나 이상의 LED(120)가 실장된 LED기판(130)과, LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에서 빛을 집광 또는 확산하는 광 효율 향상 렌즈(140)와, 상기 광 효율 향상 렌즈(140)를 본체(110)로부터 고정 지지하는 렌즈고정구(150)를 포함하여 구성된다.

또한, LED 조명장치(100)의 구동을 위해서는 LED(120) 및 각종 회로소자에 동작전원을 공급하는 전원부(미도시) 등의 구성이 더 포함될 수 있으나 이는 공지된 일반적인 구성에 해당하므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 본체(110)는 열방출을 목적으로하며 어느 일부분에 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어지면 그 형상은 한정되지 않고 다양하게 변형 가능한 것이다.

바람직하게, 상기 본체(110)의 일면에는 히트싱크가 형성되고, 이와 대응되는 타단면에는 소정 깊이를 갖는 LED수용홈(111)이 다수 형성되어, 후술되는 LED(120) 및 LED기판(130)이 상기 LED수용홈(111)에 설치되도록 구성한다.

LED(120)는 최소 하나 이상이 LED기판(130)에 실장되어 전원공급시 빛을 발생시키는 것으로, 바람직하게, 상기 LED(120)가 실장된 LED기판(130)은 본체(110)의 LED수용홈(111)에 수용 설치된다.

광 효율 향상 렌즈(140)는 LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에 인접 설치되어 조도를 향상시키거나 광 조사영역을 확산시키는 것으로, 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지고, 상부는 반구 형태로 이루어진 집광부(141)를 형성하고, 하부는 하측으로 만곡되거나 테이퍼형상으로 이루어진 산란부(142)를 형성한다. 또한, 산란부(142)의 하측 단부는 빛의 수광을 위해 평평한 면으로 이루어진다.

즉, 광 효율 향상 렌즈(140)의 하단에서 LED(120)로부터 수광된 빛은 하부측의 산란부(142)에서 빛의 산란과 반사가 반복적으로 이루어진 후 빛을 상부측으로 굴절시키고, 상부측의 반구형 집광부(141)에서는 방출되는 빛을 중심으로 굴절하여 집광시키는 것으로, 빛의 산란과 집광이 동시에 이루어지는 구조를 통해 광 손실을 줄이면서 조도를 향상시킨 것이다.

렌즈고정구(150)는 광 효율 향상 렌즈(140)를 본체(110)에 고정 지지하는 것으로, 관통된 통공에 광 효율 향상 렌즈(140)를 끼움 결합하거나, 렌즈고정구(150)와 광 효율 향상 렌즈(140)가 일체로 사출 성형된 형태로 적용할 수도 있다. 그리고, 렌즈고정구(150)의 둘레는 통상의 체결수단을 이용하여 본체(110)와 렌즈고정구(150) 상호간을 고정 지지시킬 수 있는 것이다.

이러한, 렌즈고정구(150)는 일정한 수량의 광 효율 향상 렌즈(140)를 그룹형태로 수용하며 전체 조명장치에 다수개가 적용될 수 있는 것으로, 이는 각각의 LED(120)와 광 효율 향상 렌즈(140)를 상호 대응되는 위치에 설치해야 하는 조립의 정교함 및 유지보수의 편리함을 위해 제공된 구성이다.

본 발명의 제 2실시예에 의하면, LED(120)의 빛을 측방향으로 굴절시켜 폭 넓은 광 조사영역을 형성하는 것이다.

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 측면도이며, 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 평면도이다.

상기와 같이 본 발명의 제 2실시예에 따르면 광 효율 향상 렌즈(140)의 집광부(141) 둘레에는 소정 각도로 깎여진 경사면(143) 다수개가 방사상으로 배치 형성된 것으로, 이는 LED(120)의 빛을 측방향으로 굴절하여 광 조사영역을 확산시키는 것이다. 또한, 상기의 경사면(143)은 굴곡되지 않은 평평한 면으로 형성되고, 형성 된 경사각도는 측방향으로 광을 조사하기 위한 30°~ 65°범위에서 형성됨이 바람직하다.

이와 같은, 광 효율 향상 렌즈(140)는 만곡된 상부를 통해 조사되는 빛의 직진성을 유지하면서 집광하여 조도를 향상시킨 것이며, 둘레에 형성된 경사면(143)을 통해서는 빛을 측방향으로 굴절시킴으로 광 조사영역이 확산되는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2실시예에 따른 광 효율 향상 렌즈(140)를 제외한 나머지 구성은 본 발명의 제 1실시예와 동일하게 적용된다.

상기와 같이, 광 효율 향상 렌즈(140)가 장착된 구성의 LED 조명장치에 대한 조도를 측정시 다음과 같은 결과값을 얻을 수 있었다.

표 1은 본 발명의 실험예에 따른 조도변화를 측정한 것으로, 실험조건은 본 발명의 제 2실시예에 따른 구성을 적용하였으며, 240개의 LED를 본체에 설치하고 50W의 전력을 공급시 광 조사영역의 중심점에 대한 조도를 1m ~ 9m 까지 점차 거리를 멀리하면서 측정한 결과이다.

측정거리(m)	조도(lux)
1	3900
2	1210
3	597
4	386
5	278
6	205
7	168
8	136
9	114

이와 같이, 본 발명에 따른 광 효율 향상 렌즈(140)가 장착된 LED 조명장치(100)는 LED(120)의 광 효율을 극대화하여 50W의 적은 소비전력으로 400W급에 해당하는 조도를 얻을 수 있는 것으로, 약 8배의 광 효율이 향상된 것임을 확인하였다.

이는 실외 조명으로 사용시에도 그 조도가 충분함을 알 수 있는 결과이며, 적은 에너지로 높은 조도를 제공할 수 있어 에너지 효율이 향상되고, 그에 따른 조도를 높이기 위해서는 먼저 해결해야 했던 방열문제를 해소한 효과 등이 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치에 대한 전체 사시도이며,

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 분해 사시도이며,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 측면도이며,

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 평면도이며,

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 분해 사시도이며,

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 측면도이며,

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED를 이용한 조명장치의 주요부분 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : LED조명장치 110 : 본체

111 : LED수용홈 120 : LED

130 : LED기판 140 : 광 효율 향상 렌즈

141 : 집광부 142 : 산란부

143 : 경사면 150 : 렌즈고정구

Claims

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외주면 또는 어느 일면에 히트싱크가 형성되고 열전도율이 우수한 금속소재로 이루어진 본체(110)와; 상기 본체(110)의 일면에 위치하고 최소 하나 이상의 LED(120)가 실장된 LED기판(130)과; LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에서 빛을 집광 또는 확산하는 광 효율 향상 렌즈(140)와; 상기 광 효율 향상 렌즈(140)를 본체(110)로부터 고정 지지하는 렌즈고정구(150);를 포함하여 구성되는 것으로,

상기 광 효율 향상 렌즈(140)는 LED(120)로부터 광이 조사되는 일 방향에 인접 설치되어 조도를 향상시키거나 광 조사영역을 확산시키는 것으로, 투명한 합성수지 또는 유리 소재로 이루어지며, 상부는 반구 형태로 이루어진 집광부(141)를 형성하여 빛을 집광할 수 있고, 하부는 하측으로 만곡되거나 테이퍼형상으로 이루어진 산란부(142)를 형성하여 LED로부터 조사되는 광을 광 효율 향상 렌즈(140)의 중심부로 굴절시켜 집광 대상이되는 광량을 증대시켰으며, 상기 반구 형태의 집광부(141) 둘레에는 30°~ 65°각도로 비스듬히 깎여진 경사면(143) 다수개가 방사상으로 배치 형성됨으로 빛의 측방향 굴절이 함께 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 조명장치.
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