KR101657295B1 - 직하형 led 면조명 장치 - Google Patents

직하형 led 면조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직하형 LED 면조명 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서, 상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판을 포함하고, 상기 투명판은, 상면에서 상기 복수의 LED 소자 각각에 대응되어 형성되되 하방으로 경사진 제1 반사면이 구비된 복수의 반사홈; 및 하면에서 형성되어 상기 복수의 LED 소자 각각를 수용하는 복수의 수용홈;을 구비하고, 상기 투명판의 하면과 상기 LED 소자를 장착한 인쇄회로기판의 상면이 밀착된 구조이고, 상기 투명판의 하면 중 상기 수용홈을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 한다. 또한 상기 면광 전환 부재는 투명판과 이에 삽입 설치 또는 상면 장착되되 그 상단이 투광판의 상면으로 돌출되는 도광렌즈로 구성할 수 있다. 상기 장치는 , 박형화 및 소형화으로 제작되어 우수한 조도 균일성 및 광 전환 효율을 가지며, 출사광에 대한 장식 효과가 동시에 부여될 수 있다.

Description

직하형 LED 면조명 장치{DIRECT-TYPE LED PLANAR LIGHTING DEVICE}
본 발명은 LED 소자를 이용한 면조명 장치에 관한 것으로, 특히 직하형 LED 면조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LED 소자를 이용한 면조명 장치는 출사면에 대한 LED 소자의 배치 형태에 따라 에지형(Edge type)과 직하형(Direct type)으로 구분되며, 에지형과 직하형 모두 LED 점광원을 면광원으로 전환시키기 위한 도광판 또는 확산판과 같은 면광 전환 부재를 구비하고 있다.
종래 일반적인 에지형 면조명 장치는 면광 전환 부재인 도광판의 측면에 LED 소자가 배치된 구조로서, LED 소자로부터 도광판의 측면으로 입사된 광은 도광판 내부에서 전반사 과정을 거쳐 도광판의 상하면을 각각 반사면과 출사면으로 하여 면광으로 조사되는 방식이고, LED 점광원 조사방향과 전환 출사되는 면광원 조사방향은 서로 수직하다. 이러한 에지형 면조명 장치는 대체로 균일한 조도를 가지며 박형으로 제작될 수 있는 장점은 있으나, 광 전환 효율이 낮고, 균일한 조도에 불구하고 출사면 중심부보다 가장자리(Edge)에서의 조도가 상대적으로 높아 빛샘 현상이 발생하고 이에 따라 베젤 두께가 상대적으로 커야 하는 단점이 있다. 또한, 출사면으로 출사광을 유도하기 위한 도광판을 비롯한 관련 부품이 상대적으로 많아 조립이 난해하고 비용이 증가되는 문제도 있다.
한편 도 1을 참조할 때, 종래 직하형 면조명 장치(1)는 인쇄회로기판(4)에 일정한 배열로 장착된 LED 소자(3)가 면광 전환 부재인 확산판(2)의 배면에 배치되고, 별도로 제공되는 외곽 프레임(5)의 주연부는 상방으로 절곡되어 전체적인 외형을 형성한다. 이 경우, 인쇄회로기판(4)은 외곽 프레임(5)의 바닥면에 장착되고 확산판(2) 및 투명커버(6)가 외곽 프레임(5)의 상단측에 지지 고정되고, 확산판(2)은 광의 산란 및 확산을 유도하기 위해 그 내부에 비드 등의 입자(도면 미도시)가 포함되어 있는 구조이다. LED 소자(3)로부터 확산판(2)의 배면으로 입사된 광은 확산판에 의해 확산된 후 확산판의 상면을 출사면으로 하여 면광으로 조사되는 방식이고, LED 점광원 조사방향과 전환 출사되는 면광원 조사방향은 서로 동일하다.
이러한 직하형 면조명 장치(1)는 비교적 적은 부품 수 및 간단한 구조를 가져 저비용으로 용이하게 조립 가능한 한편 광 전환 효율이 높은 장점이 있으나, 확산판(2) 내부에서의 비드에 의한 광량 손실이 불가피하고, 점광원인 LED 소자(3)와 면광 전환 부재인 확산판(2)의 간격에 따라 출사광의 조도 균일성에 대한 편차가 크고 특히 출사광에 대한 균일한 조도를 위해서는 확산판(2)과 LED 소자(3)간의 간격을 크게 하여야 하기 때문에 박형 제작이 어렵고 이 경우 광 전환 효율이 상대적으로 낮아지는 단점이 있다. 또한 상기 에지형 면조명 장치에 비해 비교적 적은 부품 수를 가지나, 부품수의 절감에 대한 요구는 상존하고 있는 실정이다.
본 발명은, 장치에 대한 박형화 및 소형화가 도모되면서도, 우수한 조도 균일성 및 광 전환 효율을 갖는 직하형 LED 면조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이에 더하여, 출사광에 대한 장식 효과가 동시에 부여된 직하형 LED 면조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상기 해결과제와 관련된 직하형 LED 면조명 장치를 개발하는 과정에서, 투명판을 포함하는 면광 전환 부재 내측으로 LED 소자를 배치하여 장치의 박형화를 도모하는 것에 착안하는 한편, LED 소자로부터 조사된 광 중 일부를 반대방향으로 역반사 및 재반사시킴으로 LED 소자가 배치된 영역 외에서도 출사광을 유도함으로써 장치 전체에 대해 우수한 조도 균일성 및 광 전환 효율이 확보될 수 있는 것에 착안하였다. 또한 본 발명자는, 입사광 중 일부를 역반사 및 재반사시키는 방식과 관련하여 면광 전환 부재로서 투명판 자체를 이용하는 방식과 별도의 도광렌즈를 추가로 구비한 방식으로 구체화하는 한편 후자의 경우 출사광에 대한 장식 효과도 동시에 부여될 수 있음을 발견하고, 관련된 기구적 설계를 더욱 구체화함으로써 본 발명에 도달하였다. 이와 같은 착안 및 상기 해결과제에 대한 인식에 기초한 본 발명의 요지는 아래와 같다.
(1) 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서, 상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판을 포함하고, 상기 투명판은, 상면에서 상기 복수의 LED 소자 각각에 대응되어 형성되되 하방으로 경사진 제1 반사면이 구비된 복수의 반사홈; 및 하면에서 형성되어 상기 복수의 LED 소자 각각를 수용하는 복수의 수용홈;을 구비하고, 상기 투명판의 하면 중 상기 수용홈을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
(2) 상기 제1 반사면은 평면 또는 곡면 형태의 경사면인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 직하형 LED 면조명 장치.
(3) 상기 수용홈의 내측 상면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2 반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 직하형 LED 면조명 장치.
(4) 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서, 상기 면광 전환 부재는 복수의 수용홀이 구비된 판형의 투명판; 및 상기 복수의 수용홀 각각에 삽입되되 상기 LED 소자가 수용되는 수용공간이 확보되도록 삽입되는 복수의 도광렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 도광렌즈 각각은 그 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나에 하방으로 경사진 반사면이 구비되고, 상기 투명판의 하면 중 상기 수용홀을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
(5) 상기 도광렌즈의 상단은 상기 투명판의 상면으로 돌출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 (4)의 직하형 LED 면조명 장치.
(6) 상기 도광렌즈의 상면에는 상기 LED 소자에 대응되어 형성되는 반사홈이 구비되고, 상기 반사면은 상기 반사홈에 구비되어 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제1반사면인 것을 특징으로 하는 상기 (4)의 직하형 LED 면조명 장치.
(7) 상기 도광렌즈의 하면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 볼록부가 구비되고, 상기 반사면은 상기 볼록부에 구비되어 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2반사면인 것을 특징으로 하는 상기 (4)의 직하형 LED 면조명 장치.
(8) 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서, 상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판; 및 상기 투명판에 장착되는 복수의 도광렌즈를 포함하고, 상기 투명판은, 상면에서 상기 복수의 LED 소자 각각에 대응되어 형성되되 하방으로 경사진 제1 반사면이 구비된 복수의 반사홈; 및 하면에서 형성되어 상기 복수의 LED 소자 각각를 수용하는 복수의 수용홈;을 구비하고, 상기 복수의 도광렌즈 각각은 그 하면에 상기 반사홈의 형상에 일치되도록 돌출 형성된 볼록부를 구비하여, 상기 볼록부가 상기 반사홈에 대응하도록 장착되되 도광렌즈의 상단이 투명판의 상면으로 돌출되도록 장착되고, 상기 투명판의 하면 중 상기 수용홈을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
(9) 상기 수용홈의 내측 상면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (8)의 직하형 LED 면조명 장치.
(10) 상기 도광렌즈의 상면에는 상기 LED 소자에 대응되어 형성되는 제2 반사홈이 구비되고, 상기 제2 반사홈에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제3 반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (8)의 직하형 LED 면조명 장치.
(11) 상기 볼록부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제4반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (8)의 직하형 LED 면조명 장치.
(12) 상기 반사패턴은 점형 또는 선형의 요철 형상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 직하형 LED 면조명 장치.
(13) 상기 투명판의 반사패턴에 반사잉크가 일체로 코팅된 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 직하형 LED 면조명 장치.
(14) 상기 인쇄회로기판의 주연부가 상방으로 절곡되어 프레임 일체의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 직하형 LED 면조명 장치.
(15) 상기 투명판의 하면과 상기 LED 소자를 장착한 인쇄회로기판의 상면이 밀착된 구조인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 직하형 LED 면조명 장치.
본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재로서 투명판에 대한 구조 및 LED 소자와 배치 형태를 개선하여 박형 및 소형이면서도 우수한 조도 균일 성 및 광 전환 효율을 갖는다.
또한 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재를 투명판과 투명관에 삽입 설치 또는 상면 장착되는 도광렌즈로 구성하고 상기 투명판, 도광렌즈의 구조 및 LED 소자와 배치 형태를 통해 상기한 효과와 함께 출사광에 대한 장식 효과를 동시에 부여할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재에 대한 구조 및 LED 소자를 탑재한 PCB 구조에 대한 개선을 통해 구성 부품을 최소화하여 조립성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직하형 LED 면고명 장치의 구조도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 분해 사시도.
도 3은 상기 도 2의 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도.
도 4는 상기 도 2의 실시예에서 광 경로에 대한 모식도.
도 5은 상기 도 2의 실시예에 따라 제작된 직하형 LED 면조명 장치의 제품 사진, 설치 및 사용 상태도.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도.
도 7는 상기 도 6의 실시예에서 광 경로에 대한 모식도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도.
도 9은 상기 도 8의 실시예에서 광 경로에 대한 모식도.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치(이하, '장치'로 약칭함)의 분해 사시도, 도 3은 상기 장치에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도를 나타내고, 도 4는 상기 장치에서 A 부분을 확대하여 도시된 광 경로에 대한 모식도를 나타낸다.
상기 장치(10)는 인쇄회로기판(400)에서 어레이 형태로 규칙적으로 배열되어 실장된 복수의 LED 소자(300) 군과 면광 전환 부재로 구성되며, 복수의 LED 소자(300) 각각으로부터 방출되는 점상 광원은 면광 전환 부재에 의해 면상 광원으로 전환된다. 이 경우 복수의 LED 소자(300)는 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되어, 각각의 LED 소자(300)의 점광원 조사방향과 면광 전환 부재를 통해 출사되는 면광원 조사방향이 서로 동일한 직하형 구조이다.
도 2의 실시예에서 상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판(100)으로 구성되고, 투명판(100)의 하면은 상기 인쇄회로기판(400)의 상면에 밀착된다. 투명판(100)은 아크릴 수지, 유리와 같이 투명성 재질이며 특별히 제한되지 않는다. 투명판(100)의 상면 및 하면 각각에는 반사홈(110)과 수용홈(120)이 일체로 가공 형성되어 있으며, 투명판(100)의 하면 중 상기 수용홈(120)을 제외한 영역에 대해 반사패턴(130)이 형성되어 있다. 투명판(100) 내부에는 종래 직하형 LED 면조명 장치에서와 같이 광의 산란 및 확산을 유도하기 위한 비드 등의 입자 형성은 불필요하다.
상기 반사홈(110)은 상기 복수의 LED 소자(300) 각각에 대응 형성되며, 실시예에서 원뿔형으로 음각 성형됨으로써 반사홈(110)에는 하방으로 예각 경사진 제1 반사면(112)이 구비된다. 상기 제1 반사면(112)은 LED 소자(300)로부터 조사되는 광 중 일부를 반대방향 즉 투명판(100)의 하면 쪽으로 역반사하게 되고, 역반사된 조사광은 투명판(100)의 하면에 가공 형성된 반사패턴(130)에 의해 재반사되어 투명판(100)의 상면으로 유도 출사된다.
이에 따라, 투명판(100)의 상면으로 출사되는 광은 LED 소자(300)로부터 직접 출사되는 광 외에 투명판(100)의 내부에서 역반사 및 재반사 과정을 통해 산란 확산되어 간접 출사되는 광이 혼합됨으로써 전체적으로 균일한 조도를 갖는 면상 광으로 구현된다.
상기 수용홈(120)은 상기 복수의 LED 소자(300) 각각을 수용하며, LED 소자(300)가 간섭없이 수용되어 투명판(100)의 하면이 인쇄회로기판(400)의 상면에 기밀하게 밀착될 수 있도록 충분한 공간으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 수용홈(120)의 내측 상면에는 도면에 도시된 바와 같이 상기 LED 소자(300) 측으로 반원형으로 돌출 형성된 돌출부(121)가 선택적 구비될 수 있다. 상기 돌출부(121)에는 하방으로 예각 경사진 제2 반사면(122)이 곡면 형태로 구비된다. 제2 반사면(122)은, 상기 제1 반사면(112)와 마찬가지로, LED 소자(300)로부터 조사되는 광 중 일부를 반대방향 즉 투명판(100)의 하면 쪽으로 역반사하게 되고, 제2 반사면(122)에 의해 역반사된 조사 광은 투명판(100)의 하면에 가공 형성된 반사패턴(130)에 의해 재반사되어 투명판(100)의 상면으로 유도 출사된다.
이 경우, 투명판(100)의 상면으로 출사되는 광은 LED 소자(300)로부터 조사된 광이 투명판(100)을 투과하는 직접 출사 광과, 제2 반사면(122)과 반사패턴(130) 상호간의 역반사 및 재반사에 의한 간접 출사 광과, 제1 반사면(112)과 반사패턴(130) 상호간의 역반사 및 재반사에 의한 간접 출사 광이 혼합된 광으로서, 상기 제1 반사면(112)에 의해 유도된 간접 출사되는 광에 더불어 상기 제2 반사면(122)에 의해 유도된 간접 출사되는 광에 의해 광의 산란 확산 내지 혼합 효과는 증진되어 전체적으로 더욱 균일한 조도를 갖는 면상 광으로 구현될 수 있다.
상기 반사패턴(130)은 제1 반사면(112) 및 제2 반사면(122)에 의해 역반사된 광과, 투명판(100) 상부 경면으로부터 전반사된 광을 전반사 임계각 이상으로 재반사하여 투명판(100) 상면으로 유도 출사시키고 내부에서의 산란 및 확산 광을 유도하기 위한 요소로서, 점형 또는 선형 요철 형상일 수 있다. 이 경우, 점형 요철 형상은 예컨대 샌드 블래스팅 가공을 통해 형성될 수 있고, 선형의 요철 형상은 예컨대 단면 V자 형상의 선형 패턴이 규칙 격자 형태로 커팅 가공될 수 있다.
선택적으로, 상기 투평판(100)의 반사패턴(130)에는 스크린 인쇄 또는 스프레이 방식으로 반사잉크(140)가 일체로 코팅될 수 있다. 상기 반사잉크(140)는 상기 제1 반사면(112) 및 제2 반사면(122)에 의해 역반사된 광이나 투명판(100) 내부에서 전반사된 광이 상기 반사패턴(130)의 존재에 불구하고 투명판(100) 하면으로 출사되거나 소멸되는 광을 최소화하여 광 전환 효율 및 출사되는 면상 광의 휘도를 극대화하는 한편, LED 소자(300)를 실장한 인쇄회로기판(400)이 광에 직접적으로 노출되어 열화되거나 변형되는 것을 억제하게 된다.
한편, 상기 인쇄회로기판(400)의 주연부는 상방으로 절곡되어 프레임 일체의 구조를 형성된다. 이를 위해, 인쇄회로기판(400)은 메탈층(410)에 수지층(420)이 적층된 구조이고, 수지층에 상기 LED 소자(300)와 전기적으로 접속되는 회로가 패턴 가공된 구조의 소위 메탈 PCB일 수 있다. 이에 따라 인쇄회로기판(400) 메탈층(410)은 장치(10)의 외곽 프레임을 형성하고, 종래 인쇄회로기판과 외장 프레임을 별도 부품 요소를 하는 것을 단순화시킴으로써 장치(10)의 박형화 및 경량화가 가능하고 조립성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 인쇄회로기판(400)의 주연부가 절곡되는 크기는 투명판(100)의 두께에 대체로 일치되도록 하고, 투명판(100)이 주연부가 절곡된 인쇄회로기판(400)의 내부 수용공간에 완전히 밀착되도록 함으로써 투명판(100)의 상부 출사면에 대한 베젤 영역을 최소화하는 것이 바람직하다. 프레임 일체형 인쇄회로기판(400)과 투명판(100)의 결합은 인쇄회로기판(400)의 하면과 투명판(100) 상면 사이에서 에폭시 등의 접착제(500)를 이용하여 부착된 구조일 수 있고, 도면에 도시되지는 않았지만 볼트 등을 이용하여 체결된 구조일 수 있다.
또한, 본 발명의 경우 LED 소자(300)는 투명판(100)의 수용홈(120) 내부에 완전히 수용되어 장치(10) 전체에 대한 두께 증가를 유발하지 않는 동시에 외부와 차단될 수 있는 구조이기 때문에, 상기 투명판(100)은 종래 LED 면광원 장치에서의 보호 커버 역할을 겸할 수 있고 이에 따라 장치(10)를 직하형으로 구성하는 경우에 있어 박형화에 더욱 유리할 수 있다.
도 5은 상기 도 2의 실시예에 따라 제작된 장치(10)의 제품 사진, 설치 및 사용 상태도를 나타낸다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 장치가 프레임 일체형 인쇄회로기판과 투명판만으로 부품 구성을 최소화하고 박형으로 제작된 것을 확인할 수 있다. 또한 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 박형으로 제작된 장치는 천장면에 거의 밀착되어 설치될 수 있고, 이 경우 투명판과 인쇄회로기판의 소정 영역을 관통하는 볼트 등을 이용하여 천장면에 고정 설치하게 된다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 점등된 상태에서 장치로부터 출사되는 면상 광은 박형으로 제작된 것에 불구하고 고휘도로 균일한 출사 품질을 가짐을 확인할 수 있으며, 종래 직하형 LED 면조명 장치에서 균일한 조도 형성을 위해 불가피하게 후형으로 제작됨에 따라 장치의 부피가 커져 외관이 조악해지고 광 전환 효율 및 휘도가 저하되는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 또한 투명판의 출사면 가장자리로는 베젤 영역을 최소화함으로써 내부 인테리어 효과도 극대화할 수 있다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도를 나타내고, 도 7는 상기 장치에서의 광 경로에 대한 모식도를 나타낸다.
도 6에 따른 장치(10)는, 상기 도 3에 따른 장치와 마찬가지로, 인쇄회로 기판(400)에 규칙적으로 배열되어 실장된 복수의 LED 소자(300) 군과 면광 전환 부재로 구성되며, 복수의 LED 소자(300)는 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 직하형 구조이다. 또한 면광 전환 부재에 포함되는 투명판(100)의 하면과 상기 LED 소자(300)를 장착한 인쇄회로기판(400)의 상면이 밀착된 구조이고, 투명판(100)의 하면 중 수용홀(150)을 제외한 영역에 대해 반사패턴(130)이 가공되어 있다. 또한, 상기 반사패턴(130)는 점형 또는 선형의 요철 형상일 수 있고, 상기 투명판(100)의 반사패턴(130)에 반사잉크(140)가 일체로 코팅된 구조일 수 있고, 상기 인쇄회로기판(400)의 주연부가 상방으로 절곡되어 프레임 일체의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 3의 실시예와 중복되는 발명 구성에 대한 동작은 동일하게 적용될 수 있으며 그 세부적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6의 실시예에서 상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판(100)과 복수의 도광렌즈(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 투명판(100)에는 상기 복수의 LED 소자(300) 각각에 대응되는 복수의 수용홀(150)이 구비되고, 상기 복수의 도광렌즈(200) 각각은 수용홀(150)에 삽입 고정된다.
이 경우, LED 소자(300)가 투명판(100)의 내측으로 수용될 수 있도록, 상기 도광렌즈(200)가 수용홀(150)에 삽입 고정된 상태에서 수용공간이 확보되는 것이 바람직하다. 이를 위해 수용홀(150)의 중간에는 턱부가 형성되고 도광렌즈(200)의 외주면은 수용홀(150)의 내주면 형상에 일치되어 성형되어 있다. 이 경우, 도광렌즈(200)는 수용홀(150)에 단순 압입 고정되거나, 접착제(도면 비도시)를 부가하여 고정되는 구조일 수 있다. 또한 상기 도광렌즈(200)의 상단은 상기 투명판(100)의 상면으로 돌출되도록 설치되는 구조일 수 있다.
상기 도광렌즈(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나에는 하방으로 예각 경사진 반사면이 구비될 수 있으며, 이러한 반사면은 기본적으로 LED 소자(300)로부터 조사되는 광 중 일부를 반대방향 즉 투명판(100)의 하면 쪽으로 역반사하는 역할을 한다. 구체적으로 이러한 반사면은, 상기 도광렌즈(200)의 상면에 반사홈(210)을 형성하고 이러한 반사홈(210)에 구비되어 하방으로 예각 경사진 제1 반사면(212) 형태이거나, 상기 도광렌즈(200)의 하면에 반원형의 볼록부(221)를 형성하고 이러한 볼록부(221)에 구비되어 하방으로 예각 경사진 제2 반사면(222) 형태 중 어느 하나일 수 있다. 도면에서는 제1 반사면(212)과 제2 반사면(222)이 모두 구비된 것으로 예시되어 있다.
도 7를 참조할 때, 투명판(100)의 상부 측으로 출사되는 광은 LED 소자(300)로부터 조사된 광이 도광렌즈(200)을 투과하는 직접 출사 광과, 제2 반사면(222)과 반사패턴(130) 상호간의 역반사 및 재반사에 의한 간접 출사 광과, 도광렌즈(200)를 투과한 후 제1 반사면(212)에 의해 역반사되어 투명판(100)의 상면 또는 반사패턴(130)에 의해 재반사되는 간접 출사 광이 혼합된 광으로서, 상기 도 3의 실시예에서와 마찬가지로 이러한 직접 출사 광 및 간접 출사 광 상호간의 산란 확산 내지 혼합 효과에 의해 전체적으로 균일한 조도를 갖는 면상 광으로 구현될 수 있다.
한편 도 7의 실시예에서는 이러한 균일한 면상 광 구현 효과에 더하여, 도광렌즈(200)의 내부를 직접 관통하여 출사되는 직접 출사 광에 대한 상기 제1 반사면(212)의 산란 효과에 의해 반짝이는 장식 효과가 부가될 수 있다. 이러한 장식 효과는 특히 상기 도광렌즈(200)의 상단이 투명판(100)의 상면으로 돌출되어 제1 반사면(212)의 전부 또는 일부가 투명판(100) 상면 높이 이상으로 돌출되는 경우, 또는 제1 반사면(212) 면요소의 경사 각도가 크리스탈 면과 같이 다양하게 조절됨으로써 더욱 두드러질 수 있다.
도 8는 본 발명 제3 실시예에 따른 직하형 LED 면조명 장치의 구조도를 나타내고, 도 9은 상기 장치에서의 광 경로에 대한 모식도를 나타낸다.
도 8에 따른 장치(10)는, 상기 도 3 및 도 6에 따른 장치와 마찬가지로, 인쇄회로 기판(400)에 규칙적으로 배열되어 실장된 복수의 LED 소자(300) 군과 면광 전환 부재로 구성되며, 복수의 LED 소자(300)는 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 직하형 구조이다. 또한 면광 전환 부재에 포함되는 투명판(100)의 하면과 상기 LED 소자(300)를 장착한 인쇄회로기판(400)의 상면이 밀착된 구조이고, 투명판(100)의 하면 중 수용홈(120)을 제외한 영역에 대해 반사패턴(130)이 가공되어 있다. 또한, 상기 반사패턴(130)는 점형 또는 선형의 요철 형상일 수 있고, 상기 투명판(100)의 반사패턴(130)에 반사잉크(140)가 일체로 코팅된 구조일 수 있고, 상기 인쇄회로기판(400)의 주연부가 상방으로 절곡되어 프레임 일체의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 6의 실시예와 중복되는 발명 구성에 대한 동작은 동일하게 적용될 수 있으며 그 세부적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8의 실시예에서, 상기 면광 전환 부재는 도 6의 실시예와 마찬가지로 판형의 투명과(100)과 복수의 도광렌즈(200A)를 포함하여 구성되나, 도 6의 실시예와는 달리, 도광렌즈(200A)가 투명판(100)에 삽입되지 않고 투명판(100)의 상면에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명판(100)의 상면 및 하면 각각에는, 상기 도1의 실시예와 마찬가지로, 반사홈(110)과 수용홈(120)이 일체로 가공 형성되어 있다. 상기 반사홈(110)은 상기 복수의 LED 소자(300) 각각에 대응하여 원뿔형으로 음각 형성되어 있으며, 반사홈(110)에는 하방으로 예각 경사진 제1 반사면(112)이 구비된다. 또한 상기 수용홈(120)은 상기 복수의 LED 소자(300) 각각을 수용하며, 상기 수용홈(120)의 내측 상면에는 LED 소자(300) 측으로 반원형으로 돌출 형성된 돌출부(121)가 선택적으로 구비될 수 있다. 상기 돌출부(121)에는 하방으로 예각 경사진 제2 반사면(122)이 곡면 형태로 구비된다. 한편, 상기 투명판(100) 반사홈(110)의 원주 방향으로는 상기 도광렌즈(220A)에 구비된 체결돌기(260)에 맞물려 끼워지는 체결홈(160)이 구비된다. 도 8의 실시예에서, 상기 투명판(110)에 구비된 제1 반사면(112), 제2 반사면(122)과 반사패턴(130) 사이에서의 역반사 및 재반사 과정과, 이에 따른 광의 산란 확산 내지 혼합 효과는 상기 도 2의 실시예에서와 동일하다.
상기 복수의 도광렌즈(200A) 각각은 그 하면에 돌출 형성된 볼록부(221A)를 구비되고, 볼록부(221A) 외측에서 원주 방향으로는 상기 투명판(100)의 체결홈(160)에 맞물려 끼워지는 체결돌기(260)가 구비된다. 이 경우, 상기 볼록부(221A)는 상기 제1 반사면(112)와 동일한 반사각도로 LED 소자(300) 광에 대한 재반사를 수행할 수 있도록 상기 반사홈(110)의 형상에 일치되도록 형성되는 것이 바람직하다. 볼록부(221A)에는 하방으로 예각 경사진 제4 반사면(222A)이 구비된다. 도광렌즈(200A)는 상기 볼록부(221A)가 상기 반사홈(110)에 대응하도록 장착된다. 한편, 투광판(100)의 상면에는 제2반사홈(210A)이 선택적으로 구비될 수 있으며, 제2반사홈(210A)에는 하방으로 예각 경사진 제3 반사면(212A)이 구비된다. 실시예에서는 상기 제3 반사면(212A) 및 제4 반사면(222A)이 모두 구비된 것으로 예시되어 있다.
도 9을 참조할 때, 상기 복수의 도광렌즈(200A) 각각은 상기 볼록부(221A)가 상기 반사홈(110)에 대응하도록 장착되되 도광렌즈(200A)의 상단이 투명판(100)의 상면으로 돌출되도록 장착된다. 이 상태에서, 상기 제3 반사면(212A) 및 제4 반사면(222A)은 상기 도 6의 실시예와 유사하게 투과한 LED 소자(300) 광 중 일부를 투명판(100)의 하면 쪽으로 역반사하는 역할을 함으로써, 반사패턴(130)과의 사이에서의 역반사 및 재반사 과정과 이에 따른 광의 산란 확산 내지 혼합 효과을 증가시키게 된다. 또한, 도 6의 실시예와 유사하게, 상기 도광렌즈(200A)의 내부를 직접 관통하여 출사되는 직접 출사 광에 대한 상기 제3 반사면(212A)의 산란 효과에 의해 반짝이는 장식 효과가 부가될 수 있고, 이러한 장식효과는 제3 반사면(212A)의 전부 또는 일부가 투명판(100) 상면 높이 이상으로 돌출되는 경우 또는 제3 반사면(212A) 면요소의 경사 각도가 크리스탈 면과 같이 다양하게 조절됨으로써 더욱 두드러질 수 있다.
한편 도 6의 실시예와 도 8의 실시예를 비교할 때, 도 6의 실시예의 경우 도광렌즈(200)의 제1 반사면(212) 및 제2 반사면(222)로부터 재반사된 광의 일부는 투명판(100) 수용홀(150) 내측벽에 의해 차단되어 반사패턴(130)까지 도달하지 못할 수 있으나, 도 8의 실시예의 경우 도광렌즈(200A)의 제3 반사면(212A) 및 제4 반사면(222A)로부터 재반사된 광은 대부분 반사패턴(130)으로 유도될 수 있다. 또한 도 6의 실시예에서는 재반사에 관련된 면요소가 도광렌즈(200)에 구비된 제1 반사면(212) 및 제2 반사면(222)인 것에 대해, 도 8의 실시예에서는 투명판(100)에 구비된 제1 반사면(112) 및 제2 반사면(122)과 도광렌즈(200A)에 구비된 제3반사면(212A) 및 제4 반사면(222A)도 재반사에 기여하게 된다. 이에 따라, 도 8의 실시예는 출사광의 확산 및 균일 조도 형성, 휘도 및 광 전환 효율 측면에서 도 6의 실시예 보다 더 우수할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재로서 투명판에 대한 구조 및 LED 소자와 배치 형태를 개선하여 박형 및 소형이면서도 우수한 조도 균일 성 및 광 전환 효율을 갖는다. 또한 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재를 투명판과 투명관에 삽입 설치 또는 상면 장착되는 도광렌즈로 구성하고 상기 투명판, 도광렌즈의 구조 및 LED 소자와 배치 형태를 통해 상기한 효과와 함께 출사광에 대한 장식 효과를 동시에 부여할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 LED 면조명 장치는, 면광 전환 부재에 대한 구조 및 LED 소자를 탑재한 PCB 구조에 대한 개선을 통해 구성 부품을 최소화하여 조립성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있다.
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
예컨대, 도 2 및 도 8의 실시예에서, 투명판(100)의 반사홈(110)은 원뿔형으로 음각 성형되고 반사홈(110)에 구비된 제1 반사면(112)은 직선형인 것을 예시하고 있으나, 제1 반사면(112)이 LED 소자(300)로부터 입사된 광을 투명판(100)의 하면으로 역반사할 수 있도록 하방으로 경사진 면 요소를 구비한 경우라면 반사홈(110) 및 제1 반사면(112)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 반사홈(110)은 다각뿔형 또는 반원형으로 형성되는 것도 가능하며 제1 반사면(112)은 평면 및 곡면 형태로 구현하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 8의 실시예에서, 도광렌즈(200A)의 볼록부(221A)의 형상은 상기 반사홈(110)의 변형된 형상에 일치되도록 변형될 수 있다.
또한 도 2 및 도 8의 실시예에서, 수용홈(120)의 내측 상면에 형성된 돌출부(121)는 대체로 반원형으로 양각 성형되어 곡면 형태의 제2 반사면(122)을 구비한 것으로 예시하고 있으나, 돌출부(121)가 형성되는 경우라도 제2 반사면(122)이 LED 소자(300)로부터 입사된 광을 투명판(110)의 하면으로 역반사할 수 있도록 하방으로 경사진 면 요소를 구비한 경우라면 돌출부(121) 및 제2 반사면(122)의 형상은 특별히 제한되지 않으며 제2 반사면(122)은 평면 및 곡면 형태로 구현하는 것도 가능하다. 한편, 투명판(100)에 제1 반사면(112)이 구비된 경우에 있어서 제2 반사면(122) 내지 돌출부(121)의 형성은 선택적이며, 이 경우 수용홈(120)의 내측 상면은 단순한 수평면 또는 광 조사방향으로 오목하게 함몰된 형상일 수도 있다.
또한 도 6의 실시예에서, 도광렌즈(200)의 상면에 구비되는 반사홈(210) 및 제1 반사면(212)의 형상 및 구조는 상술한 도 2의 실시예에서 투명판(100)의 상면에 구비되는 반사홈(110) 및 제1 반사면(112)에 대한 변형 실시예와 유사한 방식으로 변형될 수 있으며, 도광렌즈(200) 하면에 구비되는 볼록부 (221) 및 제2 반사면(222)의 형상 및 구조는 상술한 도 32 실시예에서 투명판(100)의 하면 수용홈(120)에 선택적으로 구비되는 돌출부(121) 및 제2 반사면(122)에 대한 변형 실시예와 유사한 방식으로 변형될 수 있다.
또한, 도 6의 실시예에서 제1 반사면(212)과 제2 반사면(222) 중 어느 하나의 형성은 선택적이며, 제1 반사면(212)이 형성되지 않는 경우 도광렌즈(200)의 상면은 요구되는 장식효과에 따라 단순한 평면 또는 상방으로 볼록하거나 크리스탈 형상으로 구현하는 것도 가능하고, 제2 반사면(222)이 형성되지 않는 경우 도광렌즈(200)의 하면은 단순한 수평면 또는 광 조사방향으로 오목하게 함몰된 형상일 수도 있다. 경우에 따라, 도 6의 도광렌즈(200)의 하면에 도 3의 투명판(100)의 수용홈(120)에 대응되는 수용홈을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 도 8의 실시예에서, 도광렌즈(200A)의 제2 반사홈(210A) 및 제3 반사면(212A)은 상기 도 6의 실시예에서 도광렌즈(200)의 반사홈(210) 및 제1 반사면(212)에 대한 변형예와 유사한 방식으로 변경될 수 있으며, 제3 반사면(212A)이 형성되지 않는 경우 도광렌즈(200A)의 상면은 요구되는 장식효과에 따라 단순한 평면 또는 상방으로 볼록하거나 크리스탈 형상으로 구현하는 것도 가능하다.
따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.
10: LED 면조명 장치 100: 투명판
110: 반사홈 112: 제1반사면
120: 수용홈 121: 돌출부
122: 제2반사면 130: 반사패턴
140: 반사잉크 150: 수용홀
160: 체결홈
200: 도광렌즈
210: 반사홈 212: 제1반사면
221: 볼록부 222: 제2반사면
200A: 도광렌즈
210A: 제2반사홈 212A: 제3반사면
221A: 볼록부 222A: 제4반사면
260: 체결돌기
300: LED 소자
400: 인쇄회로기판 410: 메탈층
420: 수지층 500: 접착제

Claims (15)

  1. 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서,
    상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판을 포함하고,
    상기 투명판은, 상면에서 상기 복수의 LED 소자 각각에 대응되어 형성되되 하방으로 경사진 제1 반사면이 구비된 복수의 반사홈; 및 하면에서 형성되어 상기 복수의 LED 소자 각각를 수용하는 복수의 수용홈;을 구비하고,
    상기 투명판의 하면 중 상기 수용홈을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공되고,
    상기 수용홈의 내측 상면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2 반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사면은 평면 또는 곡면 형태의 경사면인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  3. 삭제
  4. 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서,
    상기 면광 전환 부재는 복수의 수용홀이 구비된 판형의 투명판; 및 상기 복수의 수용홀 각각에 삽입되되 상기 LED 소자가 수용되는 수용공간이 확보되도록 삽입되는 복수의 도광렌즈;를 포함하고,
    상기 복수의 도광렌즈 각각은 그 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나에 하방으로 경사진 반사면이 구비되고,
    상기 투명판의 하면 중 상기 수용홀을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도광렌즈의 상단은 상기 투명판의 상면으로 돌출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 도광렌즈의 상면에는 상기 LED 소자에 대응되어 형성되는 반사홈이 구비되고, 상기 반사면은 상기 반사홈에 구비되어 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제1반사면인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 도광렌즈의 하면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 볼록부가 구비되고, 상기 반사면은 상기 볼록부에 구비되어 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2반사면인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  8. 면광 전환 부재와, 상기 면광 전환 부재의 일면 측에 배치되는 복수의 LED 소자를 포함하는 직하형 LED 면조명 장치에 있어서,
    상기 면광 전환 부재는 판형의 투명판; 및 상기 투명판에 장착되는 복수의 도광렌즈를 포함하고,
    상기 투명판은, 상면에서 상기 복수의 LED 소자 각각에 대응되어 형성되되 하방으로 경사진 제1 반사면이 구비된 복수의 반사홈; 및 하면에서 형성되어 상기 복수의 LED 소자 각각를 수용하는 복수의 수용홈;을 구비하고,
    상기 복수의 도광렌즈 각각은 그 하면에 상기 반사홈의 형상에 일치되도록 돌출 형성된 볼록부를 구비하여, 상기 볼록부가 상기 반사홈에 대응하도록 장착되되 도광렌즈의 상단이 투명판의 상면으로 돌출되도록 장착되고,
    상기 투명판의 하면 중 상기 수용홈을 제외한 영역에 대해 반사패턴이 가공된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수용홈의 내측 상면에는 상기 LED 소자 측으로 돌출 형성된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제2반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 도광렌즈의 상면에는 상기 LED 소자에 대응되어 형성되는 제2 반사홈이 구비되고, 상기 제2 반사홈에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제3 반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 볼록부에는 하방으로 경사진 평면 또는 곡면 형태의 제4반사면이 구비된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  12. 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사패턴은 점형 또는 선형의 요철 형상인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
  13. 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명판의 반사패턴에 반사잉크가 일체로 코팅된 것을 특징으로 하는 직하형 LED 면조명 장치.
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