KR20080085722A - Ｌｅｄ 스포트라이트 - Google Patents

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KR20080085722A
KR20080085722A KR1020080024667A KR20080024667A KR20080085722A KR 20080085722 A KR20080085722 A KR 20080085722A KR 1020080024667 A KR1020080024667 A KR 1020080024667A KR 20080024667 A KR20080024667 A KR 20080024667A KR 20080085722 A KR20080085722 A KR 20080085722A
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슈사꾸 곤
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엔이씨 라이팅 가부시키가이샤
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Abstract

LED 스포트라이트는 R, G, B LED로 이루어진 RGB-LED 광원과 상기 RGB-LED 광원으로부터 투영된 혼합된 색상의 광 빔을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에서 집광시키기 위한 집광 렌즈를 포함하는 광원 유닛, 입구 단부면으로부터 방출 단부면으로 단면적이 수렴하는 피라미드 로드 렌즈, 피라미드 로드 렌즈의 축선 상에서 피라미드 로드 렌즈의 방출면으로부터의 방출 광선을 점광원으로서 집광시키기 위한 반사체를 포함한다. 피라미드 로드 렌즈 상으로 입사하는 광 빔은 내부적으로 몇차례 반복적으로 반사되면서 진행되어, 로드 렌즈의 방출 단부에서의 휘도 불균일성이 낮아지며, 색 혼합이 가속화되어, 광 빔이 어떠한 방향에서 보아도 동일한 색상으로 관찰되는 백색광의 점광원으로서 방출되며, 상기 광 빔은 반사체에 의해 피라미드 로드 렌즈의 축선 상의 스포트라이트로서 집광된다.
Figure P1020080024667
LED, 로드 렌즈, 집광 수단

Description

ＬＥＤ 스포트라이트{LED SPOTLIGHT}
본 발명은 광원으로서 LED를 가지는 LED 스포트라이트, 특히 로드(rod) 렌즈를 포함하는 LED 스포트라이트에 관한 것이다.
LED(발광 다이오드)는 낮은 전력 소모, 긴 수명, 낮은 발열량, 빠른 응답성 및 공간 절약과 같은 특징을 가진다. 따라서, LED는 광원으로서 상기 LED가 사용되는 조명 분야에 폭 넓게 이용되어 왔으며, 교통 신호등에서 자동차의 헤드라이트의 용도에서 찾아볼 수 있다.
한편, LED로부터의 광은 광 강도가 광 방출 각에 따라 변경된다는 특징을 갖는다. 따라서, 전구를 사용한 경우와 비교해 볼 때, 반사체를 사용하여 광 분배를 제어하는 것은 곤란하다. 또한, LED로부터의 광은 높은 방향성 및 뚜렷한 스펙트럼을 가지기 때문에, LED의 특성으로 인하여 광을 혼합하는 것이 곤란하다. 상기 LED 특성으로 인하여, R, G, B LED를 사용한 백색광 LED의 경우에, 색상이 불충분하게 혼합되었을 때에 보는 각도에 따라 상이한 색상으로 보이게 된다.
또한, 본 발명의 관련 기술으로서, 형광성 재료를 함유하는 투명 바인더와 같은 재료로 청색 발광 소자가 캡슐화되는 백색 광원과, 노랑색으로부터 방출된 광 이 있으며, 청색광을 유입하여 여기된 형광성 재료는 유입 청색 광과 혼합되어 백색광을 방출한다. 또한, 이러한 경우에, 색상 불균일성은 어떻게 대상체가 LED로부터의 광으로 조명되는가에 따라 발생된다.
일본 특허 공개 공보 제2003-262795는 상기 문제점을 해결하기 위해서, 중실 상태의 광원을 사용하고, 로드 렌즈를 사용함으로써 달성되는 단순 구조를 이용하여 균일한 광 강도 분배도를 가지는 출력 광이 형성가능한 조명 시스템을 개시한다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제2004-212469는 복수의 LED 램프가 사용되는 조명 시스템을 개시하며, 이들 광 빔은 로드 렌즈로 입력되어 높은 광 강도를 가지는 균일한 방출 광을 제공하게 된다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제2004-226509는 광원으로서 LED를 사용하여 넓게 광을 조사하기 위한 스트로보(stroboscopic) 장치를 개시한다.
LED는 조명을 위해서 사용되는 폭넓은 용도 범위에서 찾아 볼 수 있으나, 예컨대, 상기 설명된 문제점을 해결하기 위하여 LED가 스포트라이트에 대하여 사용되는 경우에 대한 설명은 존재하지 않았다.
일본 특허 공개 공보 제2003-262795의 발명은 영사기의 전구를 조명시키는 것에 관한 것이며, 로드 렌즈로부터의 방출광은 원통형 렌즈에 의해 전구의 종횡비를 맞추도록 조정된다.
일본 특허 공개 공보 제2004-212469의 발명은 복수의 LED 램프가 사용되며, 높은 광 강도를 가지는 균일한 방출광을 제공하지만 스폿(spot) 광이 형성되지 않는 로드 적분기(rod integrator)로 광 빔이 입력된다는 것을 개시한다.
일본 특허 공개 공보 제2004-226509의 발명에는 LED가 사용되며, 반사체와, 확산 플레이트와 오목 렌즈를 사용하여 폭넓게 광이 조사된다.
그러나, 조사된 광이 스포트라이트로 모아진다는 기재는 어떠한 문서에도 없다.
본 발명의 목적은 LED 광원으로부터의 광을 근간으로 하여, 어떠한 색상 불균일성도 없는 백색광을 가지는 스포트라이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 LED 스포트라이트는 LED를 사용한 광원과, 입구 단부면으로부터 유입 광 빔을 균일하게 한 후에, 방출 단부면으로부터 균일 광 빔을 방출하기 위한 로드 렌즈와, 로드 렌즈의 입구 단부면의 광원으로부터 방출된 광선을 집광하기 위한 제1 집광 수단과, 로드 렌즈로부터 방출된 광선을 집광하기 위한 제2 집광 수단을 포함한다.
로드 렌즈는 단면적이 입구 단부면으로부터 출구 단부면으로 수렴되는 사각 피라미드형의 로드 렌즈일 수 있다.
또한, 로드 렌즈는 전체 길이가 입구 단부면 측의 길이의 15배 이상인 정사각형 프리즘 형태의 로드 렌즈일 수 있다.
또한, LED를 사용한 광원은 R, G, B LED가 일체로 형성된 광원일 수 있으며, 제1 집광 수단은 일체화된 R, G, B LED로부터 방출된 광선을 로드 렌즈의 입구 단부에 집광하기 위한 렌즈일 수 있다.
또한, LED를 사용한 광원은 R, G, B LED가 별도로 제공되는 광원일 수 있으며, 제1 집광 수단은 개별 R, G, B LED로부터의 각각의 방출 광선을 집광하기 위한 렌즈와, 상기 렌즈로부터의 각각의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에서 집광시키기 위한 크로스 다이크로익 미러(dichroic mirror) 렌즈와, 크로스 다이크로익 미러 렌즈로부터의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에서 집광시키기 위한 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, LED를 사용하는 광원은 청색 LED가 형광성 재료를 함유하는 투명 바인더로 캡슐화되는 백색 광원일 수 있으며, 제1 집광 수단은 백색 광원으로부터의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에 집광하기 위한 렌즈일 수 있다.
제2 집광 수단은 반사체 또는 렌즈일 수 있다.
본 발명에 따라, 작은 면적을 가지는 방출 단부를 포함하는 로드 렌즈를 통하여 광이 통과하면, 무결점의 확산광으로 형성된 점광원(point light source)을 제공할 수 있어, 스포트라이트를 설계하기 용이하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 3가지 색상, 즉 R, G, B의 LED가 사용될 시에는 LED로부터의 광은 여기광으로서 사용되고, 백색광이 형광성 재료로부터 얻어질 시에는 광이 로드 렌즈를 통과하여, 색 불균일성이 감소될 수 있다.
본 발명은 LED로부터의 광이 집광 수단에 의해 일 지점에서 초점이 형성되는 위치로 모아지며, 로드 렌즈가 설치되며, 로드 렌즈의 전단부는 작은 면적을 가지는 방출 단부를 포함하며, 광이 집광되도록 반사체 또는 렌즈가 제공되는 구성을 사용한다. 이러한 구성에 따르면, 이러한 출원에 공개된 발명은 무결점의 확산광으로 형성된 점광원을 제공할 수 있으며, 색상을 충분히 혼합할 수 있어서, 색상 불균일성이 없는 백색광의 스포트라이트가 제공되는 이점이 있다.
본 발명으로 어떠한 색상 불균일성도 없는 백색광을 가지는 스포트라이트를 제공할 수 있다.
본 출원은 2007년 3월 19일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-070521를 근거로 하여 우선권 주장하며, 그 기재가 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
다음으로, 본 발명의 제1 예시적 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 설명한다. 도1은 본 발명의 제1 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트의 개략적인 측면도이다.
본 발명의 제1 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트(1)는 RGB-LED 광원(11), 광원 유닛(10), 피라미드 로드 렌즈(21), 반사체(31) 및, 케이스(41)를 포함한다.
광원 유닛(10)은 제1 집광 렌즈(12)를 구비한다. 제1 집광 렌즈(12)는 RGB-LED 광원(11)으로부터 투영된 혼합된 색상의 광 빔을 로드 렌즈(21)의 입구면에 집광하기 위한 제1 집광 수단이다. 피라미드 렌즈(21)는 단면이 방출면을 향하여 수렴되는 피라미드 형상의 렌즈이다. 반사체(31)는 점광원(51)이 형성되도록 피라미드 로드 렌즈(21)의 방출면으로부터 광 방출된 빛을 집광한다. 여기서, 제1 집광 수단은 집광 렌즈로 설명되었으나, 반사체가 사용될 수도 있다.
전류는 미도시의 스위치를 통하여 전원 공급원으로부터 RGB-LED 광원(11)으로 공급된다.
피라미드 로드 렌즈(21)의 원주 벽은 반사면이며, 피라미드 로드 렌즈(21)로 입사하는 광 빔은 내부에서 반복적으로 몇 차례 반사되면서 진행된다. 따라서, 피 라미드 로드 렌즈(21)의 방출 단부에서의 휘도 불균일성은 낮어지며, 광 빔은 점광원(51)으로서 좁은 방출 단부를 빠져나간다.
상기 설명된 바와 같이, LED로부터의 광이 높은 방향성 및 뚜렷한 스펙트럼을 가짐에 따라, LED 본래 특성으로 인하여 광은 혼합되기 어렵다.
상기 특성으로 인하여, R, G, B LED를 사용한 백색광 LED의 경우에, 색상이 불충분하게 혼합될 때에 보는 각도에 따라 상이한 색상으로 보인다는 문제점이 있다.
그러나, 광 빔이 피라미드 로드 렌즈(21)를 통과한다면, 색상 혼합이 촉진되어, LED로부터 방출되는 각각의 색상의 광 강도가 국소적으로 집중되지 않는다. 결과적으로, 피라미드 로드 렌즈(21)에 입사하는 광 빔은 어떠한 방향에서도 동일한 색상으로 관찰되는 백색 광으로서 피라미드 로드 렌즈(21)로부터 방출된다.
점광원(51)으로서 피라미드 로드 렌즈(21)로부터 방출된 광은 제2 집광 수단인 반사체(31)에 의해 피라미드 로드 렌즈(21)의 축선방향의 스포트라이트로서 집광된다.
제1 예시적 실시형태에서, 광원은 R, G, B LED로 이루어진 RGB-LED 광원(11)으로 설명되었으나, 이로써 본 발명이 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은 노랑색의 형광재가 함유된 투명 바인더로 청색 발광 소자가 캡슐화되는 백색광원에 적용될 수 있으며, 상기 청색 발광 소자로부터 방출된 청색광 및 유입 청색 광에 의해 여기된 형광재로부터 방출된 광은 백색광이 방출되도록 서로 혼합된다. 또한 이러한 경우에, LED로부터의 광이 방사되는 방식으로 인해 발생된 색 불균일성은 광이 로드 렌즈(21)를 통과함으로써 방출 단부에서 낮아질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 예시적 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 설명한다. 도2는 본 발명의 제2 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
제2 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트(2)는 피라미드 로드 렌즈(21)가 길게 변경되어 있으며, 정사각형 로드 렌즈(22)의 전체 길이가 입구 단부면의 측의 길이의 15배 이상인 점을 제외하고는 제1 예시적 실시형태와 동일 구조 및 기능을 가진다. 이하의 설명에서, 동일 요소는 동일 도면 부호로 나타내었으며, 설명은 생략한다.
제2 예시적 실시형태에서, 집광 렌즈(12)를 통하여 정사각형 로드 렌즈(22)의 입구 단부에 입사하는 광 빔은 기다랗고 정사각형인 로드 렌즈(22) 내에서 몇차례 반복적으로 반사되면서 진행된다. 따라서, 정사각형 로드 렌즈(22)의 방출 단부에서의 휘도 불균일성은 낮아지며, 광 빔은 점광원(51)으로서 좁은 방출 단부로부터 방출된다.
다음으로, 본 발명의 제3 예시적 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명한다. 도3은 본 발명의 제3 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
제3 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트(3)는 제2 집광 수단이 반사체(31)에서 제2 집광 렌즈(32)로 변경된 것을 제외하고는 제1 예시적 실시형태와 동일한 구조 및 기능을 갖으며, 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타나 있으며, 설명은 생략한다.
제3 예시적 실시형태에서, 방출 광선은 점광원(51)으로서 피라미드 로드 렌즈(21)의 방출면을 빠져 나가, 제2 집광 렌즈(32)에 의해 피라미드 로드 렌즈(21)의 축선 방향의 스포트라이트로 집광된다. 이러한 경우에, 렌즈의 축선 방향으로의 제2 집광 렌즈(32)의 가동 구조는 제2 집광 렌즈(32)의 초점 위치를 이동시키는데 사용될 수 있다. 여기서, 피라미드 로드 렌즈(21)는 제2 예시적 실시형태의 정사각형 로드 렌즈(22)일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제4 예시적 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 설명한다. 도4는 본 발명의 제4 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
제4 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트에서, 제1 예시적 실시형태의 광원 유닛(10)은 광원 유닛(60)으로 변경된다.
광원 유닛(60)은 각기 3방향으로 광을 방출하는 R(적색), G(녹색), B(청색) 광원 유닛(61R, 61G, 61B)과, 각각의 광원 유닛으로부터의 방출 광선을 일 방향으로 모으기 위한 크로스 다이크로익 미러(63)와, 집광 렌즈(64)의 조합을 포함한다.
다른 구성요소에 관하여, 본 예시적 실시형태는 제1 예시적 실시형태와 동일한 구조 및 기능을 갖으며, 동일 구성요소는 동일 도면부호로 나타나 있으며, 설명은 생략한다.
R(적색) 광원 유닛(61R)과, G(녹색) 광원 유닛(61G)과, B(청색) 광원 유 닛(61B)은 각기 R-LED 광원(62R)과, G-LED 광원(62G)과, B-LED 광원(62B) 및, 렌즈를 포함한다. 각각의 광원으로부터 각각 방출되는 녹색광, 청색광 및 적색광은 그자신의 렌즈에 의해 집광되어 크로스 다이크로익 미러(63)의 입구면으로 진입하게 된다. 이들 입사광 빔은 모아져 방출면으로부터 집광 렌즈(64)로 진입하며, 이후 피라미드 로드 렌즈(21)의 진입면으로 진입한다.
도4에 있어서, 도1의 제1 예시적 실시형태의 광원 유닛(10)이 광원 유닛(60)으로 변경되었고, 제2 및 제3 예시적 실시형태의 광원 유닛(10)이 광원 유닛(60)으로 변경될 수 있다는 예를 참조로 설명되었다.
제4 예시적 실시형태에서, 광원 유닛은 R, G, B의 개별 유닛으로 분할되어, LED의 출력은 점광원의 조명이 향상되도록 증가될 수 있다.
상기 설명된 각각의 예시적 실시형태에서, 로드 렌즈는 피라미드 형태 또는 기다란 정사각형의 로드 형태로 설명되었으나, 투명한 원추 형태 또는 원통 기둥 형태가 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도.
도2는 본 발명의 제2 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도.
도3은 본 발명의 제3 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도.
도4는 본 발명의 제4 예시적 실시형태의 LED 스포트라이트를 개략적으로 나타내는 측면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 스포트라이트
10: 광원 유닛
12: 제1 집광 렌즈
21: 피라미드 로드 렌즈
31: 반사체
41: 케이스

Claims (8)

  1. LED를 사용한 광원과,
    입구 단부면으로부터 유입 광 빔을 균일하게 한 후에, 방출 단부면으로부터 균일 광 빔을 방출하기 위한 로드 렌즈와,
    광원으로부터 방출된 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에 집광하기 위한 제1 집광 수단과,
    로드 렌즈로부터 방출된 광선을 집광하기 위한 제2 집광 수단을 포함하는 LED 스포트라이트.
  2. 제1항에 있어서, 로드 렌즈는 단면적이 입구 단부면으로부터 출구 단부면으로 수렴되는 사각 피라미드형의 로드 렌즈인 LED 스포트라이트.
  3. 제1항에 있어서, 로드 렌즈는 전체 길이가 입구 단부면 측의 길이의 15배 이상인 정사각형 프리즘 형태의 로드 렌즈인 LED 스포트라이트.
  4. 제1항에 있어서, LED를 사용한 광원은 R, G, B LED가 일체로 형성된 광원이며,
    제1 집광 수단은 일체화된 R, G, B LED로부터 방출된 광선을 로드 렌즈의 입구 단부에 집광하기 위한 렌즈인 LED 스포트라이트.
  5. 제1항에 있어서, LED를 사용한 광원은 R, G, B LED가 개별적으로 제공되는 광원이며,
    제1 집광 수단은 개별 R, G, B LED로부터의 각각의 방출 광선을 집광하기 위한 렌즈와, 상기 렌즈로부터의 각각의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면으로 집광시키기 위한 크로스 다이크로익 미러 렌즈와, 크로스 다이크로익 미러 렌즈로부터의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에서 집광시키기 위한 렌즈를 포함하는 LED 스포트라이트.
  6. 제1항에 있어서, LED를 사용하는 광원은 형광성 재료를 함유하는 투명 바인더로 청색 LED가 캡슐화되는 백색 광원이며,
    제1 집광 수단은 백색 광원으로부터의 방출 광선을 로드 렌즈의 입구 단부면 상에 집광하기 위한 렌즈인 LED 스포트라이트.
  7. 제1항에 있어서, 제2 집광 수단은 반사체인 LED 스포트라이트.
  8. 제1항에 있어서, 제2 집광 수단은 렌즈인 LED 스포트라이트.
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