KR20070000666A

KR20070000666A - 도광봉을 이용한 ｌｅｄ 조명장치

Info

Publication number: KR20070000666A
Application number: KR1020050056194A
Authority: KR
Inventors: 윤영노; 강우석
Original assignee: (주)대신엘이디
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-03

Abstract

본 발명은 LED를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외주면을 따라서 일정한 각도로 스크래치가 형성되는 도광봉을 구비하고, 그 일단 또는 양단에 LED 광원을 장착하여, LED 광원에서 발생하여 도광봉 내부를 따라 진행하는 출사광이 스크래치의 요철면에서 산란되어 도광봉의 외부로 방출되게 함으로써, 적은 수의 LED 소자만으로도 넓은 범위의 발광 면적을 얻을 수 있는 LED 조명장치에 관한 것이다.

본 발명의 도광봉을 이용한 LED 조명장치는, 외주면 일측방에 다수의 스크래치가 길이 방향을 따라 형성되어 있는 투명 재질의 도광봉과; 상기 도광봉의 일단에 연결되는 LED 광원;을 포함하여 구성되는 점을 특징으로 한다.

LED, 조명, 발광 면적, 스크래치, 도광봉

Description

도광봉을 이용한 ＬＥＤ 조명장치{An LED illuminator using a light-guiding rod}

도 1은 종래기술에 따른 LED 조명장치의 구조를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치의 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 도광봉을 이용한 LED 조명장치에 있어서, 도광봉의 일단에 LED 광원이 연결되는 구성을 보여주는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 도광봉의 스크래치 형성부를 상세히 보여주는 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

11, 21 : LED 광원 111 : LED 소자

112 : 제1 리드프레임 113 : 제2 리드프레임

114 : 전선 115 : 메탈 PCB

116 : 고정 블록 117 : 렌즈

12, 22 : 도광봉 121, 221 : 스크래치

13 : 반사판 14, 24 : 반사캡

25 : 방열체 223 : 반사막

현재, 일반적으로 사용되는 조명기구는 형광등이나 수은등 등을 발광원으로 사용하는데, 이러한 발광원은 높은 구동 전압을 가지므로 전력의 승압으로 인한 에너지 소모가 크고, 수은 등의 유해 물질을 포함하고 있어 환경 오염의 원인이 되며, 폐기시 재활용이 불가능한 문제점이 있다.

특히, EU에서는 전기·전자제품에 납ㆍ수은ㆍ카드뮴ㆍ6가크롬(Cr6+) 등 중금속과 PBB(Polybromide biphenyl)ㆍPBDE(Poly Brominated Diphenyl Ether) 등과 같은 유해물질의 사용을 금하는 특정 유해물질 사용제한 규약(RoHS; Restriting the use of Hazardous Substances)과 폐 전기ㆍ전자제품의 재활용 비용을 생산자가 부담하도록 하는 전기ㆍ전자기기폐기물처리지침(WEEE; Waste Electrical and Electronic Equipment Directive)을 제정하여 2006년 7월1일부터 이를 시행할 예정 에 있다.

이에 따라, 현재 사용되는 형광등과 같은 조명기구를 대체할 수 있는 새로운 조명기구에 대한 연구 및 개발의 필요성이 대두되고 있다.

최근, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED) 관련 기술이 급속히 발전함에 따라, 청색 LED와 형광체를 이용하여 백색광을 방출하는 백색 LED가 등장하게 되었다. 이러한 백색 LED는 기존의 조명 광원에 비해 극소형이며, 소비전력이 적고, 수명이 반영구적이며, 자외선과 같은 유해파 방출이 없고 수은 및 방전용 가스를 사용하지 않는 환경친화적인 조명 광원이므로, 기존의 조명기구를 대체할 수 있는 유력한 수단으로 각광받고 있다.

현재, LED 발광원은 1 와트(W)의 전력으로 얻을 수 있는 광속이 최대 55 루멘(lumen)에 달하며 빠르면 일 년 이내에 최대 100 루멘을 달성할 것으로 전망된다. 형광등의 와트 당 최대 광속이 60 루멘 정도인 것을 감안하면, 조만간 LED를 발광원으로 사용하는 조명장치가 기존의 형광등을 대체할 가능성이 매우 크다고 할 수 있다.

종래의 LED를 이용한 조명장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, LED 램프(51)를 둘러싸고 내측에 반사면을 가지는 전등갓(52)을 구비하여, LED 소자(511)에서 렌즈(512)를 경유하여 발광되는 출사광을 직접 반사시켜 조사하도록 되어 있다. 그러나, LED 소자(511)는 형광등과는 달리 좁은 면적에서 직진성이 강한 광을 방출하므로, 적은 양의 출사광만이 전등갓(52)의 반사면에 반사되어 확산된다. 이와 같이, 단위 LED 소자를 발광시켜 얻을 수 있는 조사 범위는 한계가 있으므로, 충분한 발 광 면적을 얻기 위해서는 다수의 LED 램프를 구비해야 하는데, 이는 LED 조명장치의 가격을 상승시키고 많은 전력을 소모한다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 LED 조명장치가 가지는 문제점들을 해결하는 데에 있다. 즉, 외주면을 따라서 일정한 각도로 스크래치가 형성되는 도광봉을 구비하고, 그 일단 또는 양단에 LED 광원을 장착하여, LED 광원에서 발생하여 도광봉 내부를 따라 진행하는 출사광이 스크래치의 요철면에서 산란되어 도광봉의 외부로 방출되게 함으로써, 적은 개수의 LED 소자로 충분히 넓은 범위의 발광 면적을 얻을 수 있고, 기존의 유해물질을 포함하는 조명장치를 대체하여 환경에 관련된 각종 규제를 만족시킬 수 있는 친환경 조명장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 외주면 일측방에 다수의 스크래치가 길이 방향을 따라 형성되어 있는 투명 재질의 도광봉과; 상기 도광봉의 일단에 연결되는 LED 광원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 LED 조명장치에 있어서, 도광봉의 일단에 LED 광원이 연결되는 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치는 도광봉(道光俸; 12)과, 도광봉의 일단에 구비되는 LED 광원(11), 및 도광봉(12)의 배면에 구비되는 반사판(13)으로 구성된다.

도광봉(12)은 투명 재질의 원통형 봉으로서, 전체 길이에 걸쳐 외주면 일측방에 미세한 깊이의 요철을 가지는 스크래치(scratch; 121)가 형성되어 도광봉(12)의 내부에 길이 방향으로 방출되는 출사광을 산란시켜 도광봉(12)의 외부로 발산하게 한다. 여기서, 스크래치(121)는 직선, 곡선 및 격자 형태로 스크래칭(scratching)하거나 도트(dot) 형태로 샌딩(sanding) 가공하여 다양한 패턴으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 도광봉(12)의 길이 방향과 수직을 이루는 헤어라인(hair-line) 형태로 형성하는 것이 좋다. 또한, 도광봉(12)의 재질로는 투광성이 좋은 아크릴 또는 유리를 사용하는 것이 바람직하다.

LED 광원(11)은 도광봉(12)의 일단에 구비되는데, LED 소자(111)와, LED 소자를 탑재하는 제1 리드프레임(112)과, 제1 리드프레임(112)과 대향하여 구비되는 제2 리드프레임(113)과, 제2 리드프레임(113)과 LED 소자(111)를 연결하여 전기적으로 도통시키는 전선(114), 및 LED 소자(111)의 상부에 구비되고 형광체를 포함하는 렌즈(117)로 구성되어, LED 소자(111)에서 발생하는 광으로부터 백색광을 발생시켜 도광봉(12)의 내부로 조사한다.

또한, LED 소자(111)와 전선(114) 및 렌즈(117)를 내부 공간으로 둘러싸도록 몰딩되어 형성되는 중공 사각 기둥 형태의 고정 블록(116)이 구비되고, 그 하부에는 각 리드프레임(112, 113)과 연결되는 전극 패턴이 상면에 형성되어 있는 메탈 PCB(metal-printed circuit board; 115)가 구비된다. 여기서, 메탈 PCB(115)는 열전도도가 높은 금속 성분의 방열체 상부에 부도체를 부착하여 방열 성능을 향상시킨 인쇄회로기판으로서, LED 소자(111)에서 발생하여 각 리드프레임(112, 113)을 통해 전달되는 열을 효율적으로 방출해 준다. 따라서, 조명용으로 사용하기에 충분한 광량을 얻기 위해 LED 소자(111)에 큰 세기의 전류를 인가하여도 LED 소자(111)에서 발생하는 대량의 열을 효과적으로 방출함으로써, LED 소자(111)의 열화에 의한 수명 단축을 방지할 수 있다.

한편, LED 광원(11)으로부터 발광되는 출사광은 도광봉(12)의 내부로 진입하는 과정에서 매질의 차이로 인해 굴절하면서 외부로 누출되므로, 바람직하게는, LED 광원(11)과 도광봉(12)을 접합시킬때 도광봉의 재질인 아크릴 또는 유리와 매질 특성이 유사한 투명 실리콘 수지나 에폭시 수지를 접착재로 사용함으로써, 매질의 차이로 인한 출사광의 누출을 감소시키는 것이 좋다.

또한, LED 광원(11)과 도광봉(12)의 접합부를 둘러싸며 도광봉(12)의 외경과 거의 동일한 내경을 가지는 불투명 재질의 중공 원통형 반사캡(14)을 구비함으로써, LED 광원(11)과 도광봉(12)의 접합부에서 외부로 누출되는 출사광을 반사시켜 다시 도광봉(12)의 내부로 조사시키도록 한다. 여기서, 반사캡(14)의 저면은 LED 광원(11)의 고정 블록(116)의 측벽 상단부를 둘러싸는 형상으로 구성하여 고정 블록(116)의 상부에 접착시키고, 반사캡(14)의 원통 내부에 도광봉(12)의 일단부를 삽입하여 고정시키게 된다. 반사캡(14)의 재질은 바람직하게는 광투과도가 낮고 광반사율이 높은 알루미늄으로 함으로써, 외부로 굴절되는 출사광을 도광봉(12)의 내 부 방향으로 최대한 반사시키도록 하는 것이 좋다.

도광봉(12)의 배면 즉, 스크래치(121)가 형성되어 있는 면의 후방에는, 양단이 직각으로 굴절되는 'ㄷ' 형태의 반사판(13)을 구비하여, 도광봉(12)의 배면 방향으로 방출되는 일부 광을 전면으로 다시 반사시킴으로써, 조명을 하고자 하는 방향 즉, 도광봉(12)의 전면 방향으로 조사되는 출사광의 광량을 늘릴 수 있다. 전면으로 굴절되는 반사판(13)의 일단부에는 LED 광원(11)의 메탈 PCB(115)의 저면을 부착시키고, 타단부에는 도광봉(12)의 일단을 부착시킴으로서, LED 광원(11)과 도광봉(12)을 지지하도록 구성한다. 또한, LED 광원(11)이 부착되는 일단부에 전선홀(139)을 형성하여 LED 광원(11)에 전류를 인가하기 위한 전선(미도시)이 LED 광원의 메탈 PCB(115)에 연결되도록 한다. 여기서, 반사판(121)의 재질은, 바람직하게는 표면에 크롬(Cr)이 도금된, 알루미늄(Al) 또는 순동(pure Cu) 재질로 구성함으로써, 출사광을 조명 방향으로 반사시켜 조명 효율을 높이는 동시에 LED 광원(11)의 메탈 PCB(115)를 경유하여 전달되는 열에 대한 방열 기능도 함께 수행하도록 하는 것이 좋다.

이하, 도광봉(12)의 스크래치(121) 형성부를 통하여 출사광이 도광봉(12)의 외부로 방출되는 과정을 설명하기로 한다.

도 4의 (a)는 도 3에 도시된 도광봉(12)의 스크래치(121) 형성부를 상세히 보여주는 좌측면도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 도시된 도광봉(12)을 'A-A' 선을 따라 절단하여 보여주는 단면도이다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, LED 광원(11)에서 발생하여 도광봉(12)의 내부로 조사되는 출사광은 도광봉(12)의 길이 방향을 따라 진행되다가 그 일부가 스크래치(121)의 요철면과 충돌하면서 산란하게 된다. 이와 같이, 수많은 스크래치(121)에 의해 상당한 양의 출사광이 난반사되어 도광봉(12)의 외부로 방출되는데, 스크래치(121)가 형성된 면으로 진행하는 출사광은 대부분 다시 반사되어 도광봉(12)의 내부로 진행하므로, 도광봉(12) 내의 출사광은 주로 스크래치(121)가 형성되지 않은 면을 통해서 외부로 방출된다.

여기서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 단위 스크래치(121)와 동일 평면에 위치하는 도광봉(12)의 내부 중심과 단위 스크래치(121)의 양 측단이 이루는 각을 스크래치각(θ)이라고 정의하면, 스크래치각(θ)이 커질 경우, 스크래치(121)가 형성되지 않은 면이 감소하므로 도광봉의 외부로 방출되는 출사광의 조사각도 감소하게 되며, 그 대신 좁은 조사각으로 많은 양의 출사광이 집중되어 조명되는 지점에서의 휘도가 더 증가하게 된다. 반대로 스크래치각(θ)이 작아지는 경우는, 스크래치(121)가 형성되지 않은 면이 증가하여 도광봉의 외부로 방출되는 출사광의 조사각이 증가하며, 넓은 조사각으로 출사광이 분산되어 조명되는 부위에서의 휘도가 감소하게 된다. 이와 같이 스크래치각(θ)을 조절함으로써, LED 조명장치의 사용목적에 적합한 조사각과 휘도를 얻을 수 있다.

또한, 전술하여 설명한 바와 같이, 스크래치(121)를 도광봉(12)의 길이 방향과 수직으로 형성되는 헤어라인(hair-line) 형태로 형성하면, 스크래치(121)의 요철면에 반사되는 출사광이 도광봉(12)의 외주면을 따라 균일하게 분산되어 외부로 방출되므로 조명 범위에 걸쳐 일정한 조도를 얻을 수 있다. 한편, 스크래치(121)를 도트 형태로 형성하여도, 출사광이 요철면에 불규칙하게 반사되어 비교적 균일하게 분산되므로 헤어라인(hair-line) 형태의 스크래치(21)를 형성한 경우에 거의 근접하는 성능을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치는 전술한 제1 실시예에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치에서 반사판(13)을 제거하고, LED 광원(21)의 하단부에 방열체(25)를 구비하여 LED 광원(21)에서 발생하는 열을 방출시켜주도록 구성된다.

또한, A부 상세에 도시된 바와 같이, 도광봉(22)의 스크래치(221) 형성부에 반사막(223)을 도포하여 스크래치(121)의 요철면에서의 반사 효율을 향상시켜줌으로써, 보다 많은 양의 출사광을 도광봉(22)의 외부로 방출시킬 수 있다. 여기서, 반사막(223)은 은(Ag)이나 니켈(Ni)과 같이 광반사율이 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그외의 모든 구성과 작용은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 그 설명을 생략하기로 한다.

상기한 각 실시예에서는 LED 광원을 도광봉의 일단에만 구비하였으나, 도광봉의 양단에 모두 LED 광원을 구비함으로써, 보다 많은 광량을 얻을 수도 있다. 또 한, 도광봉의 단면을 원형이 아닌, 반원형, 삼각형, 사각형 등의 다양한 모양으로 구성하고 그 측면에 스크래치를 형성하여, 출사광을 다양한 범위로 조사할 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 도광봉을 이용한 LED 조명장치는 적은 개수의 LED 소자로도 상대적으로 넓은 범위의 발광 면적을 얻을 수 있으므로, 제품의 단가와 전력 소비를 낮출 수 있는 동시에 발광 효율이 높은 LED 조명장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

LED를 광원으로 하는 조명장치에 있어서,

외주면 일측방에 다수의 스크래치가 길이 방향을 따라 형성되어 있는 투명 재질의 도광봉과;

상기 도광봉의 일단에 연결되는 LED 광원;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
LED를 광원으로 하는 조명장치에 있어서,

외주면 일측방에 다수의 스크래치가 길이 방향을 따라 형성되어 있는 투명 재질의 도광봉과;

상기 도광봉의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 LED 광원;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도광봉의 스크래치 형성부의 후방에 구비되는 반사판;

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도광봉의 스크래치 형성부에 반사막이 도포되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 스크래치는,

상기 도광봉의 길이 방향과 수직을 이루는 헤어라인(hair-line) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 스크래치는,

도트 형태로 형성되어, 상기 도광봉의 길이 방향을 따라 불규칙하게 분포되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 LED 광원은,

LED 소자와;

상기 LED 소자를 탑재하는 제1 리드프레임과;

상기 제1 리드프레임과 대향하여 구비되는 제2 리드프레임과;

상기 제2 리드프레임과 LED 소자를 연결하여 전기적으로 도통시키는 전선과;

상기 LED 소자의 상부에 구비되고 형광체를 포함하는 렌즈와;

상기 LED 소자와 상기 전선 및 상기 렌즈를 내부에 포함하도록 구성되는 중공 사각 기둥 형태의 고정 블록과;

상기 제1, 제2 리드프레임과 연결되는 전극 패턴이 상면에 형성되어 있고, 상기 고정 블록의 하부에 구비되는 메탈 PCB;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 LED 광원과 상기 도광봉의 연결부를 둘러싸도록 구비되어, 상기 LED 광원에서 방출되는 출사광의 누출을 방지해 주는 불투명 재질의 반사캡을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 3항에 있어서,

상기 반사판은,

알루미늄(Al) 또는 순동(pure Cu)으로 이루어지고, 표면에 크롬(Cr)이 도금되는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.
제 4항에 있어서,

상기 반사막은,

은(Ag) 또는 니켈(Ni)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광봉을 이용한 LED 조명장치.