KR101566793B1 - 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 led 조명장치 및 그것의 조립방법 - Google Patents

자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 led 조명장치 및 그것의 조립방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 횡단보도용 LED 조명장치 및 그것의 조립방법에 관한 것으로서, 중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며, 내면에 비구면에 의한 자유곡면이 형성되어 LED의 발산광에 대해 반사작용을 일으킴에 의해 타겟면에 간접 조사되게 하기 위한 반사갓; 상기 반사갓의 내부 체결을 가능하게 하고 외형을 나타내는 본체 케이스로서 기능하게 함은 물론 방열 기능을 발휘하기 위한 히트싱크; 상기 히트싱크의 내부에 장착되며, 발산광이 반사갓의 자유곡면에 부딪혀 반사작용이 일어날 수 있도록 배치되는 LED; 상기 히트싱크의 하면에 체결되어 반사갓 및 LED를 보호하는 수단이 되며, 반사갓에 의해 반사되어 타겟면을 향하는 LED의 광 제어된 빛을 투과시키는 커버; 를 포함하는 구성으로 하여 광원을 노출시키지 않는 간접조명방식으로 LED의 발산광을 제어함으로써 빛 공해 및 글레어(glare; 눈부심) 문제를 개선할 수 있으며, 완벽한 방수기능을 실현할 수 있는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치 및 그것의 조립방법에 관한 것이다.

Description

자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치 및 그것의 조립방법{LED CROSSWALK LIGHTING USING FREE CURVED SURFACE AND REFLECTION, AND ASSEMBLY METHOD THEREOF}
본 발명은 횡단보도용 LED 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자유곡면의 구조설계 및 이를 통한 빛의 반사를 이용하여 광 제어함으로써 빛 공해를 방지할 수 있도록 하며, 특히 광원을 노출시키지 않는 간접 조명방식으로 구조 설계하여 광을 제어함으로써 글레어(glare; 눈부심) 문제를 개선할 수 있도록 한 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치와 완벽한 방수를 실현하기 위한 조립방법에 관한 것이다.
최근 각종 조명장치의 광원으로서 LED(Light Emitting Diode; 발광다이오드)의 적용이 점차 확대되고 있다.
빛을 발생하는 반도체 광원 소자인 LED는 종래 전통 조명인 백열등이나 형광등에 비해 전력소비가 낮을 뿐더러 수명이 긴 장점을 갖는 것으로서, 일반 조명장치나 백라이트용 광원 등을 비롯하여 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다.
일반적으로 LED 광원은 빛의 직진성이 강한 특성으로 점광원에 가까운 방사패턴을 갖는 것으로서, 도 1에서 보여주는 바와 같이, 주변에 비해 중심부분에 광 분포가 집중되는 가우시안 분포를 이루게 된다.
하지만, 이와 같은 방사형태는 중심 광이 주변에 비해 너무 강하므로 인해 빛의 반짝거림에 의한 눈부심 현상을 초래함과 더불어 빛 공해를 유발하게 된다.
이에 따라, 관련 업계에서는 LED 광원의 직진성 방사형태에 따라 유발되는 눈부심 현상 및 빛 공해의 단점을 보완하기 위해 광을 제어하여주는 광확렌즈를 LED측에 결합 사용함으로써 이를 해소하고자 하는 노력들을 경주하고 있다.
이러한 광확렌즈는 점광원인 LED의 방사패턴에 대해 도 2에서 보여주는 바와 같이, LED에서 발산되는 광에 대해 직진성을 조정하여 면광원의 형태로 광 제어하여준다.
그런데, 광확렌즈의 결합을 통해 광 제어된 LED 광원의 방사형태는 램버시안 분포를 이루고 있으나, 이는 여전히 중심 광이 주변에 비해 강하게 작용하고 있음을 나타내고 있는 것으로서, LED 광원의 광 제어에는 여전히 미흡한 실정에 있으며, 빛의 반짝거림에 의한 눈부심 현상을 없애는데 어려움이 존재하고 있다.
한편, LED 광원은 횡단보도를 밝히는 조명에도 적용되고 있으며, 횡단보도등은 운전자와 보행자 및 신호대기자를 보호 및 이를 통해 교통사고율을 낮추기 위한 것인데, 종래 횡단보도용 LED 조명장치 또한 단순히 LED를 광원으로 채택 및 단순 조립하는 조립품의 구성을 제공하는 것으로서 횡단보도의 유무만을 인식시키는데 만족하는 수준에 있으며, 상술한 눈부심 현상 및 빛 공해 유발의 문제를 여전히 해결하지 못하고 있는 실정에 있다.
이로 인해, 운전자와 보행자 및 신호대기자의 눈부심을 발생시키는 불쾌 글레어(glare) 문제가 심각하게 대두되고 있고, 운전자와 보행자 및 신호대기자의 시야를 좁게 만들고 있다.
또한, 종래 횡단보도용 LED 조명장치는 단순히 방열면적을 넓히기 위한 구성으로 다수의 LED가 장착됨은 물론 무게가 무겁고 크기가 큰 단점을 가지고 있으며, 단가가 높다.
한편, 횡단보도용 LED 조명장치 관련 선행기술을 살펴보면, 국내공개특허 제10-2012-0038622호에서는 횡단보도의 노면에서 하늘 방향으로 발광을 하며 횡단보도의 자동차 신호등 또는 보행자 신호등의 색상 변화에 따라 색상이 변할 수 있는 횡단보도용 엘이디 조명장치를 제안 및 개시하고 있으나, 이는 횡단보도의 노면에 연속적으로 설치되어 있는 다수의 발광부; 및 상기 다수의 발광부와 상기 횡단보도에 설치되어 있는 자동차 신호등과 보행자 신호등의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 구성을 갖는 것으로서, 빛 공해를 일으키는 시스템이라 할 수 있다.
또한, 국내등록특허 제10-0927868호에서는 광원으로 LED램프를 사용하고 복수의 광원에서 각각 조사된 빛이 분산되지 않으며 각각의 광원이 정해진 영역을 비추도록 하는 LED램프가 적용된 횡단보도용 조명등을 제안 및 개시하고 있으나, 이는 기둥과, 분할된 영역이 각각 가상으로 분할되는 횡단보도 상의 각 영역을 향하도록 형성되어 상기 기둥에 설치되는 조명지지판과, 상기 조명지지판에 설치되고 횡단보도를 비추는 복수의 LED램프를 포함하고, 상기 조명지지판은 상기 기둥에 고정되는 백플레이트와, 가상으로 분할된 횡단보도 상의 각각의 영역을 향하도록 배치되고 상기 백플레이트의 전면에 각각 각도조절 가능하도록 서로 인접하게 설치되는 복수의 램프설치패널을 포함하는 구성을 갖는 것으로서, 횡단보도의 유무만을 인식시키는 기술이라 할 수 있다.
나아가, 종래 제안 및 개시된 횡단보도용 LED 조명장치는 대부분이 횡단보도의 유무만을 인식시키는 기술로서, 불쾌 글레어 및 빛 공해 방지에 관한 솔루션은 없는 구조설계를 갖는 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0038622호 (2012.04.24. 공개)
대한민국 등록특허공보 제10-0927868호 (2009.11.13. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 자유곡면의 구조설계 및 이를 통한 빛의 반사를 이용하여 광 제어함으로써 빛 공해를 방지할 수 있도록 하며, 특히 광원을 노출시키지 않는 간접 조명방식으로 구조 설계하여 광을 제어토록 함으로써 글레어(glare; 눈부심)를 최소화할 수 있도록 한 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 무게와 크기를 최소화시킬 수 있도록 하고 단가를 낮출 수 있도록 하며, 횡단보도의 유무를 인식시킬 수 있도록 하면서 불쾌 글레어 및 빛 공해 문제까지 해결할 수 있도록 한 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 소형 조명기구를 구현함으로써 설치대까지 경량화할 수 있도록 하고, 횡단보도 조명에 적합한 효과적인 광 제어를 실시할 수 있도록 하며, 제작의 용이성 및 이를 통해 양산성을 만족할 수 있도록 한 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
한편, 본 발명은 실외에 설치되는 특성상 완벽한 방수를 실현할 수 있도록 한 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조립방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치는, 상기 광원으로 사용되는 LED의 발산광에 대해 자유곡면설계를 통한 빛의 반사를 이용하여 빛의 직진성을 줄이면서 빛이 타겟면을 벗어나지 않도록 광 확산을 유도 및 제어하고 타겟면에 미치는 빛의 광 균일도를 형성하여주기 위한 것으로서, 중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며; LED배치개구가 중심축 상에 형성되는 수직면부와; 상기 수직면부에서 연장 및 전방을 향하여 절곡 형성되는 것으로서, 내면의 좌우측 영역에 각각 위치하여 내측으로 함몰되고 곡면 형성되는 요홈 반사면 및, 상기 요홈 반사면의 사이에 위치하여 외측으로 돌출되고 곡면 형성되는 돌출 반사면을 포함하는 자유곡면 반사부와; 상기 자유곡면 반사부에서 연장 및 전방을 향하여 경사지게 형성되는 것으로서, 내면이 편평한 경사면으로 형성되는 경사면 반사부; 가 일체로 된 반사갓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치는, 중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며, 내면에 비구면에 의한 자유곡면이 형성되어 LED의 발산광에 대해 반사작용을 일으킴에 의해 타겟면에 간접 조사되게 하기 위한 반사갓; 상기 반사갓의 내부 체결을 가능하게 하고 외형을 나타내는 본체 케이스로서 기능하게 함은 물론 방열 기능을 발휘하기 위한 히트싱크; 상기 히트싱크의 내부에 장착되며, 발산광이 반사갓의 자유곡면에 부딪혀 반사작용이 일어날 수 있도록 배치되는 LED; 상기 히트싱크의 하면에 체결되어 반사갓 및 LED를 보호하는 수단이 되며, 반사갓에 의해 반사되어 타겟면을 향하는 LED의 광 제어된 빛을 투과시키는 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 반사갓은, 중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며; LED배치개구가 중심축 상에 형성되는 수직면부; 상기 수직면부에서 연장 및 전방을 향하여 절곡 형성되는 것으로서, 내면의 좌우측 영역에 각각 위치하여 내측으로 함몰되고 곡면 형성되는 요홈 반사면 및, 상기 요홈 반사면의 사이에 위치하여 외측으로 돌출되고 곡면 형성되는 돌출 반사면을 포함하는 자유곡면 반사부; 상기 자유곡면 반사부에서 연장 및 전방을 향하여 경사지게 형성되는 것으로서, 내면이 편평한 경사면으로 형성되는 경사면 반사부; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 요홈 반사면과 돌출 반사면은 연속적으로 이어져 형성되는 자유 곡면이고, 상기 요홈 반사면은 외측방향으로 향할수록 확장되는 곡면으로 중앙에 위치되는 돌출 반사면으로 이어지는 구조이며, 상기 돌출 반사면은 반사갓의 중심축 상에 위치하여 돌출 형성 및 광원인 LED의 앞쪽에 위치되도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 반사갓은, 경량화 구현을 위해 플라스틱재질로 구성하되, 몸체의 표면에 알루미늄 코팅층을 형성시켜 LED의 발산광에 대해 반사율을 높일 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 반사갓은, 내면 표면에 사인파형의 굴곡진 파동을 교차 배열시킨 요철형 구조의 격자무늬파동패턴을 형성시켜 광원으로 LED를 적용함에 따라 타겟면에 발생할 수 있는 황색무늬나 분산무늬를 제거할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 반사갓은, 중심축을 기준으로 분리 구성하여 2개 1조로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 히트싱크는, 하부 개방형 구조를 갖는 챙이 없는 모자형(cap type) 둥근 몸체이되; 상기 둥근 몸체의 내부에 반사갓의 수용 및 내부 배치를 위해 형성되는 수용공간; 상기 수용공간의 후면을 형성하는 수직벽면 중심부 상에 광원인 LED를 장착 및 내부 배치할 수 있도록 하되 반사갓의 체결시 반사갓의 LED배치개구 상에 LED를 위치시킬 수 있도록 하는 LED장착부; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 둥근 몸체에는 하면 가장자리 전체에 걸쳐 방수 기능을 위한 방수링의 결합 사용이 가능하도록 방수링삽입홈이 형성되고, 상기 둥근 몸체에는 후면부에 방열 기능의 향상을 위해 다수의 방열핀을 갖는 방열핀부가 형성되게 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 LED는 COB(Chip On Board) 타입 LED 모듈, COM(Chip On Metal) 타입 LED 모듈, OLED(유기발광다이오드) 중에서 선택된 어느 1종을 사용할 수 있다.
여기에서, 상기 커버는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate; PET) 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어지게 할 수 있다.
여기에서, 상기 히트싱크는 열전도성 플라스틱 또는 알루미늄재질로 구비하여 방열 효율 및 조명장치의 경량화를 구현할 수 있도록 구성할 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조립방법은, (A) 내면에 자유곡면이 형성된 반사갓과, 상기 반사갓을 체결하기 위한 수용공간을 가지며 외측 상단에서 수용공간에 연통되는 전선삽입홀이 형성되고 하면에 방수링삽입홈이 형성된 히트싱크와, 상기 히트싱크의 수용공간 내에 장착하기 위한 LED, 및 상기 히트싱크의 수용공간을 커버하기 위한 투명커버를 구비하는 단계; (B) 히트싱크의 전선삽입홀에 방수를 위한 케이블그랜드를 체결한 후 전선을 통과시켜 조여주는 단계; (C) 히트싱크의 후면 내벽에 LED를 체결하고 LED에 전선을 연결하는 단계; (D) 반사갓을 히트싱크의 수용공간 내에 안착 배치 후 체결 고정하는 단계; (E) 히트싱크의 방수링삽입홈에 방수링을 끼움 결합한 상태에 투명커버를 히트싱크 측에 체결하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 자유곡면의 구조설계 및 이를 통한 빛의 반사를 이용하여 광 제어하되, 특히 광원을 노출시키지 않는 간접조명방식으로 설계하여 광을 제어하는 것으로서 글레어(glare; 눈부심)를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 빛 공해를 방지할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 기존에 비해 무게와 크기를 최소화시킬 수 있어 경량화 구현 및 단가를 낮출 수 있으며, 횡단보도의 유무를 인식시킬 수 있으면서 간접 조명설계에 의해 불쾌 글레어 및 빛 공해 문제까지 해결할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 소형 조명기구의 구현이 가능하므로 설치대까지 경량화할 수 있고, 횡단보도 조명에 적합한 효과적인 광 제어를 실시할 수 있으며, 간단한 구성으로 용이하게 제작할 수 있고 이를 통해 양산성을 만족할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 자유곡면설계에 의한 빛의 반사를 통해 LED가 갖는 빛의 직진성을 줄이면서 빛이 타겟면을 벗어나지 않도록 광 확산을 유도 및 제어할 수 있고 타겟면에 미치는 빛의 광 균일도를 높여줄 수 있으며, 광원으로 LED를 적용함에 따라 발생할 수 있는 황색무늬 패턴이나 분리무늬 패턴 등을 제거할 수 있어 조명장치의 성능 향상 또한 도모할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 방수링과 케이블그랜드의 사용을 통해 완벽한 방수를 실현할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 LED 광원에 대한 일반적인 방사형태를 보인 도면.
도 2는 종래 광확렌즈의 사용에 의해 광 제어되는 LED 광원의 방사형태를 보인 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치를 나타낸 3D 모델링 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치에 있어 반사갓을 나타낸 요부 2D 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치에 있어 반사갓을 나타낸 시제품 사진.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치에 있어 본체 케이스를 겸하는 히트싱크를 나타낸 2D 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치에 있어 본체 케이스를 겸하는 히트싱크를 나타낸 시제품 사진.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 시제품을 보여주는 사진.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 광 제어상태를 나타낸 광선 추적도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 광분포밀도를 나타낸 데이터.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 방열 성능을 나타낸 데이터.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조명 성능을 나타낸 데이터.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조립방법을 설명하기 위해 나타낸 개략 순서도.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치(1)는 도 3 내지 도 8에서와 같이, 반사갓(100)과 히트싱크(200), LED(300), 커버(400)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 반사갓(100)은 광원으로 적용되는 LED(300)의 발산광에 대해 자유곡면설계를 통한 빛의 반사를 이용하여 빛의 직진성을 줄이면서 빛이 타겟면을 벗어나지 않도록 광 확산을 유도 및 제어하고 타겟면에 미치는 빛의 광 균일도를 형성하여주기 위한 것으로서, 대략 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 갖되, 중심축(C)을 기준으로 좌우 대칭되는 구조로 이루어진다.
상기 반사갓(100)은 광원인 LED(300)를 배치하기 위한 LED배치개구(111)가 중심축 상에 형성되는 수직면부(110)와; 상기 수직면부(110)에서 연장 및 전방을 향하여 절곡 형성되는 것으로서, 내면의 좌우측 영역에 각각 위치하여 내측으로 함몰되고 곡면 형성되는 요홈 반사면(121) 및, 상기 요홈 반사면(121)의 사이에 위치하여 외측으로 돌출되고 곡면 형성되는 돌출 반사면(122)을 포함하는 자유곡면 반사부(120)와; 상기 자유곡면 반사부(120)에서 연장 및 전방을 향하여 경사지게 형성되는 것으로서, 내면이 편평한 경사면으로 형성되는 경사면 반사부(130);를 포함 및 일체로 구성된다.
이때, 상기 요홈 반사면(121)과 돌출 반사면(122)은 연속적으로 이어져 형성되는 자유 곡면으로 구비된다.
상기 요홈 반사면(121)은 외측방향으로 향할수록 확장되는 곡면으로 형성 및 중앙에 위치되는 돌출 반사면(122)으로 이어지게 형성된다.
상기 자유곡면 반사부(120)의 돌출 반사면(122)은 좌우측 영역에 각각 위치되는 요홈 반사면(121)의 사이, 즉 반사갓의 중심축 상에 위치하여 돌출 형성되며, 광원인 LED(300)의 앞쪽에 위치하도록 구비된다.
상기 반사갓(100)은 자유 곡면반사부(120)를 포함하는 내면에 대해 비구면으로 형성함이 바람직하며, 이러한 비구면의 구성을 통해서는 비구면 코닉상수(conic constant) 및 비구면 표면계수를 조정하여 자유곡면에 대한 곡률값을 임의대로 자유롭게 조정할 수 있어 광원인 LED(300)의 발산광에 대해 방사경로 및 광분포를 자유롭게 조정하는 등 보다 효과적으로 광 제어를 수행할 수 있으며, 광균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다.
상기 반사갓(100)에는 히트싱크(200) 측에 체결하기 위한 체결공이 다수 형성된다.
또한, 상기 반사갓(100)은 금속재질로 구성할 수 있는데, 보다 바람직하기로는 성형의 용이성과 경량화 구현 및 단가를 낮출 수 있도록 플라스틱재질로 형성함이 좋다 할 수 있다.
특히, 상기 반사갓(100)은 플라스틱재질로 구성하되, 몸체의 표면에 플라즈마 증착기술을 이용하여 알루미늄 코팅층을 형성함으로써 반사율을 높일 수 있도록 구성할 수 있으며, 이를 통해 광원인 LED(300)의 발산광에 대해 보다 효과적인 광 제어를 실시할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
나아가, 상기 반사갓(100)에는 내면 표면(반사면)에 사인파형의 굴곡진 파동을 교차 배열시킨 요철형 구조의 격자무늬파동패턴을 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 광원으로 LED(300)를 적용함에 따라 타겟면에 발생할 수 있는 황색무늬나 분산무늬 등을 제거할 수 있고 LED(300) 자체가 갖는 문제까지 개선되게 할 수 있다.
상기 반사갓(100)은 중심축(C)을 기준으로 좌우 대칭되는 구조로 이루어지는 것으로서, 2개 1조로 분리하여 구성할 수 있다.
여기서, 상기 자유곡면 반사부(120)의 요홈 반사면(121)은 광원인 LED(300)의 발산광에 대해 반사를 통해 양측면 방향으로 새어나가는 빛을 타겟면 측에 보냄과 더불어 타겟면으로 조사되는 빛의 광 균일도를 잡아주는 작용을 한다.
상기 자유곡면 반사부(120)의 돌출 반사면(122)은 광원인 LED(300)의 발산광에 대해 반사를 통해 광 확산을 유도함으로써 빛의 직진성을 줄여 눈부심을 개선하여 줌과 더불어 빛이 타겟면을 벗어나지 않도록 범주로 제어하여주는 작용을 한다.
상기 경사면 반사부(130)는 광원인 LED(300)의 발산광에 대해 반사를 통해 빛의 직진성을 줄여줌으로써 자유곡면 반사부(120)와 함께 빛의 반짝거림 및 글레어를 최소화시켜주는 작용을 한다.
이러한 상기 반사갓(100)은 대략 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체 및 내면에 형성한 자유 곡면 구조를 통해 광원인 LED(300)를 숨겨 광 제어할 수 있도록 한 것이며, 간접 조명방식의 구성을 제공함으로써 종래 기술에서 가장 크게 문제시되고 있는 불쾌 글레어(glare)를 개선할 수 있도록 한 것이다.
상기 히트싱크(200)는 조명장치(1)의 외형을 나타냄은 물론 반사갓(100)의 체결 및 보호를 위한 본체 케이스로서 기능하게 하고 방열 기능을 발휘하기 위한 것이며, 광원인 LED(300)를 외부에 바로 노출되지 않게 숨기면서 반사갓(100)의 체결이 가능하도록 설계한 것으로서, 하부 개방형 구조를 갖는 챙이 없는 모자형(cap type) 둥근 몸체(210)로 이루어진다.
상기 히트싱크(200)는 둥근 몸체(210)의 내부에 반사갓(100)의 수용 및 내부 배치를 위해 형성되는 수용공간(220)과, 상기 수용공간(220)의 후면을 형성하는 수직벽면 중심부 상에 광원인 LED(300)를 장착 및 내부 배치할 수 있도록 하되 반사갓(100)의 체결시 반사갓의 LED배치개구(111) 상에 LED(300)를 위치시킬 수 있도록 하는 LED장착부(230)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 챙이 없는 모자형 구조를 갖는 둥근 몸체(210)에는 하면 가장자리 전체에 걸쳐 방수 기능을 위한 방수링의 결합 사용이 가능하도록 방수링삽입홈(240)이 형성된다.
상기 둥근 몸체(210)의 내부에 형성되는 수용공간(220)은 반사갓(100)의 구조 형상에 대응하여 대략 기억(ㄱ) 자 구조를 갖는 요홈 형태로 형성된다.
상기 둥근 몸체(210)에는 그 후면부에 방열 기능의 향상을 위해 다수의 방열핀 형성구조로 이루어진 방열핀부(250)를 포함하도록 구성함이 바람직하다.
상기 히트싱크(200)에는 둥근 몸체(210)의 내부에 형성되는 수용공간(220) 상에 반사갓(100)의 체결공에 대응하는 위치 및 개수로 체결구가 다수 형성된다 할 것이다.
여기서, 상기 히트싱크(200)는 방열 효율 및 조명장치의 경량화 구현을 위해 열전도성 플라스틱 또는 알루미늄재질로 구성함이 바람직하다.
상기 히트싱크(200)에는 둥근 몸체(210)의 외측 상단에 내측의 수용공간(220)과 연통되게 관통 형성시킨 전선삽입홀(미 도시됨)이 형성된다.
상기 LED(300)는 히트싱크(200)의 LED장착부(230) 측에 체결 가능 및 조명장치의 소형화 구현을 위해 멀티칩 패키지형 LED 모듈을 적용함이 바람직하다 할 것인데, COB(Chip On Board) 타입 LED 모듈 또는 COM(Chip On Metal) 타입 LED 모듈이 사용될 수 있다.
때론, 상기 LED(300)는 OLED(유기발광다이오드)가 사용될 수도 있다 할 것이다.
이때, 상기 LED(300)는 타겟면에 위치하여 직하방식으로 배치되는 것이 아니라 히트싱크(200)의 내부 후벽에 장착 및 반사갓(100)의 LED배치개구(111) 내에 위치되는 것으로서, 히트싱크(200)의 내부에 형성된 수용공간(220) 상에 체결되는 반사갓(100)의 자유 곡면 및 이를 통한 반사를 통해 광을 제어하여 타겟면에 조사되게 하는 간접 조명기능을 발휘토록 구조설계한 것이다.
상기 커버(400)는 히트싱크(200)의 하면에 체결되는 것으로서, 빛을 투과할 수 있는 투명재질로 이루어진 투명 커버로 구성된다.
상기 커버(400)는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate; PET) 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커버(400)에는 어느 일면에 히트싱크(200)가 갖는 방수링삽입홈(240)에 대응하는 형태 및 구조로 방수링삽입홈(미 도시됨)을 형성시킬 수 있다.
한편, 이와 같은 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치(1)에 대한 성능 테스트 및 그 결과를 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치(1)의 광 제어상태를 나타낸 광선 추적도이다.
여기서, 도 9의 데이터는 시뮬레이션 분석 데이터로서, 내면에 비구면에 의한 자유곡면구조의 구조설계를 갖는 반사갓(100)의 반사작용을 통해 LED(300)의 발산광에 대해 광 확산을 유도 및 제어하고 있음을 보여주고 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 광분포밀도를 나타낸 데이터이다.
여기서, 도 10의 데이터는 시뮬레이션 분석 데이터로서, 비구면에 의한 자유곡면구조의 구조설계를 갖는 반사갓(100)의 반사작용을 통해 어느 일정 영역의 타겟면에 빛이 조사되어 분포되어 있음을 보여주고 있으며, 빛의 직진성이 감소되고 광 제어에 따라 광균일도를 형성하고 있음을 보여주고 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 방열 성능을 나타낸 테스트 결과이다.
여기서, 방열 성능은 MV100-4채널 열측정기를 이용해서 LED(300)의 Tc부와, 히트싱크(200)의 방열핀부, 히트싱크(200)의 상단, 및 히트싱크(200)의 앞면을 측정하였다.
이때, 서멀그리스(Thermal grease)는 3.0W/m·k이고, 대기온도는 24℃이다.
도 11에서 보여주는 그래프 및 표를 통해서 알 수 있는 바와 같이, LED(300)의 Tc부 온도가 50.2℃로 열평형을 이루는 시간은 약 120분 후였고, 히트싱크(300)의 앞면과의 온도차는 10℃로서, 우수한 방열특성을 발휘함을 보여주고 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조명 성능을 나타낸 데이터이다.
여기서, 표는 조명 성능 측정 데이터이고, 그래프는 광 제어에 따른 방사형태를 나타낸 배광곡선 데이터이다.
이때, 40W 출력을 갖는 LED 적용을 통해 40W급 횡단보도용 LED 조명장치를 제작하여 한국광기술원에 조명 성능의 분석을 의뢰하였으며, 표 아래쪽에 위치된 배광곡선 데이터는 한국광기술원에서 보유한 Goniophotometer를 사용하여 측정한 데이터이다.
테스트 결과, 표에서는 광 효율이 1와트당 65.05루멘을 나타내고 있고, 출력이 40.51와트를 나타내고 있다.
또한, 그래프에서는 반사작용에 따른 광 제어가 수행되고 있음을 보여주고 있다.
여기에서, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에 사용된 '타겟면'의 용어는 횡단보도 지면을 의미하는 것으로 이해하면 된다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치의 조립방법을 설명하기 위해 나타낸 개략 순서도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
내면에 자유곡면이 형성된 반사갓과, 상기 반사갓을 체결하기 위한 수용공간을 가지며 외측 상단에서 수용공간에 연통되는 전선삽입홀이 형성되고 하면에 방수링삽입홈이 형성된 히트싱크와, 상기 히트싱크의 수용공간 내에 장착하기 위한 LED, 및 상기 히트싱크의 수용공간을 커버하기 위한 투명커버를 구비한다.
이때, 상기 각 구성요소가 갖는 상세한 구성은 상술한 내용을 준용하는 것으로 한다.
도 13의 (a)에서와 같이, 히트싱크의 전선삽입홀에 방수를 위한 케이블그랜드를 체결한 후 전원공급을 위한 전선을 통과시켜 조여준다.
도 13의 (b)에서와 같이, 히트싱크가 갖는 수용공간의 후면 내벽에 LED를 체결하고 LED에 전선(+, -)을 납땜하여 연결한다.
도 13의 (c)에서와 같이, 반사갓을 히트싱크의 수용공간 내에 안착 배치시킨 후 볼트를 사용하여 체결 고정한다.
도 13의 (d)에서와 같이, 히트싱크의 하면에 형성된 방수링삽입홈에 방수링을 끼움 결합한 상태에 볼트를 사용하여 투명커버를 히트싱크 측에 체결한다.
이어, LED에 연결된 전선과 전원공급장치인 SMPS를 연결하면 되며, 이러한 조립과정을 통하여 도 13의 (e)에서 보여주는 바와 같이, 자유곡면설계를 갖는 반사갓을 포함하는 횡단보도용 LED 조명장치를 제작할 수 있으며, 방수기능을 완벽히 실시할 수 있고 용이한 제작 및 양산성을 만족할 수 있는 횡단보도용 LED 조명장치를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
1: 횡단보도용 LED 조명장치
100: 반사갓 110: 수직면부
111: LED배치개구 120: 자유곡면 반사부
121: 요홈 반사면 122: 돌출 반사면
130: 경사면 반사부
200: 히트싱크 210: 둥근 몸체
220: 수용공간 230: LED장착부
240: 방수링삽입홈 250: 방열핀부
300: LED
400: 커버

Claims (13)

  1. 광원으로 LED가 사용되는 횡단보도용 LED 조명장치에 있어서,
    상기 광원으로 사용되는 LED의 발산광에 대해 자유곡면설계를 통한 빛의 반사를 이용하여 빛의 직진성을 줄이면서 빛이 타겟면을 벗어나지 않도록 광 확산을 유도 및 제어하고 타겟면에 미치는 빛의 광 균일도를 형성하여주기 위한 것으로서, 중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며;
    LED배치개구가 중심축 상에 형성되는 수직면부와;
    상기 수직면부에서 연장 및 전방을 향하여 절곡 형성되는 것으로서, 내면의 좌우측 영역에 각각 위치하여 내측으로 함몰되고 곡면 형성되는 요홈 반사면 및, 상기 요홈 반사면의 사이에 위치하여 외측으로 돌출되고 곡면 형성되는 돌출 반사면을 포함하는 자유곡면 반사부와;
    상기 자유곡면 반사부에서 연장 및 전방을 향하여 경사지게 형성되는 것으로서, 내면이 편평한 경사면으로 형성되는 경사면 반사부; 가 일체로 된 반사갓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  2. 삭제
  3. 광원으로 LED가 사용되는 횡단보도용 LED 조명장치에 있어서,
    중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며, 내면에 비구면에 의한 자유곡면이 형성되어 LED의 발산광에 대해 반사작용을 일으킴에 의해 타겟면에 간접 조사되게 하기 위한 반사갓;
    상기 반사갓의 내부 체결을 가능하게 하고 외형을 나타내는 본체 케이스로서 기능하게 함은 물론 방열 기능을 발휘하기 위한 히트싱크;
    상기 히트싱크의 내부에 장착되며, 발산광이 반사갓의 자유곡면에 부딪혀 반사작용이 일어날 수 있도록 배치되는 LED;
    상기 히트싱크의 하면에 체결되어 반사갓 및 LED를 보호하는 수단이 되며, 반사갓에 의해 반사되어 타겟면을 향하는 LED의 광 제어된 빛을 투과시키는 커버; 를 포함하며,
    상기 반사갓은,
    중심축을 기준으로 좌우 대칭되는 구조이고 외형이 기억(ㄱ) 자 구조의 절곡형 몸체를 가지며;
    LED배치개구가 중심축 상에 형성되는 수직면부;
    상기 수직면부에서 연장 및 전방을 향하여 절곡 형성되는 것으로서, 내면의 좌우측 영역에 각각 위치하여 내측으로 함몰되고 곡면 형성되는 요홈 반사면 및, 상기 요홈 반사면의 사이에 위치하여 외측으로 돌출되고 곡면 형성되는 돌출 반사면을 포함하는 자유곡면 반사부;
    상기 자유곡면 반사부에서 연장 및 전방을 향하여 경사지게 형성되는 것으로서, 내면이 편평한 경사면으로 형성되는 경사면 반사부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 요홈 반사면과 돌출 반사면은 연속적으로 이어져 형성되는 자유 곡면이고,
    상기 요홈 반사면은 외측방향으로 향할수록 확장되는 곡면으로 중앙에 위치되는 돌출 반사면으로 이어지는 구조이며,
    상기 돌출 반사면은 반사갓의 중심축 상에 위치하여 돌출 형성 및 광원인 LED의 앞쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 반사갓은,
    경량화 구현을 위해 플라스틱재질로 구성하되, 몸체의 표면에 알루미늄 코팅층을 형성시켜 LED의 발산광에 대해 반사율을 높일 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 반사갓은,
    내면 표면에 사인파형의 굴곡진 파동을 교차 배열시킨 요철형 구조의 격자무늬파동패턴을 형성시켜 광원으로 LED를 적용함에 따라 타겟면에 발생할 수 있는 황색무늬나 분산무늬를 제거할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 반사갓은,
    중심축을 기준으로 분리 구성하여 2개 1조로 구성 가능한 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 히트싱크는,
    하부 개방형 구조를 갖는 챙이 없는 모자형(cap type) 둥근 몸체이되;
    상기 둥근 몸체의 내부에 반사갓의 수용 및 내부 배치를 위해 형성되는 수용공간;
    상기 수용공간의 후면을 형성하는 수직벽면 중심부 상에 광원인 LED를 장착 및 내부 배치할 수 있도록 하되 반사갓의 체결시 반사갓의 LED배치개구 상에 LED를 위치시킬 수 있도록 하는 LED장착부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 둥근 몸체에는 하면 가장자리 전체에 걸쳐 방수 기능을 위한 방수링의 결합 사용이 가능하도록 방수링삽입홈이 형성되고,
    상기 둥근 몸체에는 후면부에 방열 기능의 향상을 위해 다수의 방열핀을 갖는 방열핀부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자유곡면설계 및 반사를 이용한 횡단보도용 LED 조명장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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