KR20230118618A - 업라이트 및 사이드라이트 렌즈를 이용하는 열학하고 위험한 위치의 발광 다이오드(led) 조명 기구 어셈블리 및 방법 - Google Patents

Abstract

LED 조명 기구 어셈블리의 실시예가 제공된다. LED 조명 기구 어셈블리는 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 LED 어셈블리에 결합되고 LED 어셈블리를 향하는 오목부를 형성하는 렌즈를 포함한다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽은 저부에 근접하여 위치되고, LED 어셈블리로부터 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함한다.

Description

업라이트 및 사이드라이트 렌즈를 이용하는 열학하고 위험한 위치의 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리 및 방법

관련 출원 상호 참조

본 특허 출원은 "HARSH AND HAZARDOUS LOCATION LIGHT EMITTING DIODE (LED) LUMINAIRE ASSEMBLY AND METHOD WITH UPLIGHT AND SIDELIGHT LENS"라는 명칭으로 2020년 12월 11일자로 출원된 미국 가 특허출원 제63/124,342호의 이익을 주장하며, 이의 전체 내용 및 개시 내용 전문이 여기서 참조로 포함된다.

본 개시의 분야는 일반적으로 열악하고 위험한 환경을 위한 산업용 조명 기구 어셈블리(luminaire assembly), 그리고 더 구체적으로는, 사이드라이트 및 업라이트를 제공하는 열악하고 위험한 환경을 위한 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명 기구 및 렌즈 어셈블리 및 제조 방법들에 관한 것이다.

전통적인 조명 형상에서의 백열 전구의 단점을 해결하기 위해, LED 형태의 더 에너지 효율적이고 더 오래 지속되는 조명원이 절실히 요구되고 있다. LED 조명 기구는 루멘스/와트(Lumens/Watt)와 작업면 쪽으로 빛을 조준하는 것 둘 모두에 있어 매우 효율적이다. 이러한 고효율성은 천장과 실내 벽의 상단이 작업면보다 상당히 더 어두울 정도로 조명 기구의 옆과 위로 빛이 손실되는 경우가 거의 없다는 것을 의미한다. 그러나, 열악하고 위험한 환경에서의 특정 설비에서는 파이프 랙, 다른 기계, 또는 주변을 보기 위해 조명 기구 위의 천장과 천장 부근의 실내 벽 부분에 약간의 조명이 요구된다. 따라서, 개선이 요구된다.

일 양태에서, 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리가 개시된다. 어셈블리는 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 LED 어셈블리에 결합되고 LED 어셈블리를 향하는 오목부를 형성하는 렌즈를 포함한다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽은 저부에 근접하여 위치되고, LED 어셈블리로부터 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함한다.

다른 양태에서, 발광 다이오드(LED) 어셈블리용 렌즈가 개시된다. 어셈블리는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽 및 저부는 개구를 향하는 오목부를 형성하고, 측벽은 저부에 근접하여 위치되고 개구를 통해 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함한다.

또 다른 양태에서, 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리를 제조하는 방법이 개시된다. 본 방법은 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 렌즈를 제공하는 단계를 포함한다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽은 저부에 근접하여 형성되고, 개구를 통해 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하며, 렌즈는 오목부를 형성한다. 본 방법은 LED 어셈블리로부터 방출된 광이 렌즈의 저부 쪽으로 지향되도록 렌즈의 오목부를 LED 어셈블리 쪽으로 향하게 함으로써 LED 어셈블리를 렌즈와 결합시키는 단계를 더 포함한다.

본 특허 또는 출원 파일은 컬러로 실행되는 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면(들)을 갖는 본 특허 또는 특허 출원 공보 사본은 청구 및 필요한 수수료의 지불 시에 특허청에 의해 제공될 것이다.
비제한적이고 불완전한 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 여기서 동일한 참조 번호들은 달리 명시되지 않는 한 다양한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다.
도 1은 공지된 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리의 빔 패턴의 극도표이다.
도 2a는 예시적인 조명 기구 어셈블리의 정면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 조명 기구 어셈블리의 측면도이다.
도 2c는 도 2b의 라인 2C-2C에 따른 도 2a에 도시된 조명 기구 어셈블리의 단면도이다.
도 3a는 도 2a에 도시된 조명 기구 어셈블리용 예시적인 렌즈의 상부 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 렌즈의 저부 사시도이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 렌즈의 측면도이다.
도 4a는 도 3a에 도시된 렌즈의 일부의 라인 4A-4A예 따른 확대 단면도이다.
도 4b는 도 3a에 도시된 렌즈를 통해 이동하는 광의 개략도이다.
도 5는 도 3a에 도시된 렌즈의 저면도이다.
도 6a는 렌즈의 저부에 불스아이 링들(bullseye rings)을 갖는 렌즈에 대한 충격 시험의 시뮬레이션 결과들을 도시한다.
도 6b는 렌즈의 저부에 불스아이 링들 및 렌티큘러 리브들(lenticular ribs)을 갖는 렌즈에 대한 충격 시험의 시뮬레이션 결과들을 도시한다.
도 7은 도 1에 대한 공지된 조명 기구 어셈블리 및 도 2a에 도시된 조명 기구 어셈블리의 빔 도해들의 극도표이다.
도 8은 도 2a 내지 도 6b에 도시된 조명 기구 어셈블리를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다.

이에 따라, 열악하고 위험한 위치에 설치를 위한 사이드라이트 및 업라이트의 바람직한 방출을 제공하는 산업용 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리 및 방법이 여기서 개시된다. 특정 설치에 대해 요구되는 사이드라이트 및 업라이트가 바람직하지 않게 결여된 산업용 기존 LED 어셈블리의 차선 조명은 회피되고 실질적인 이점들이 실현된다. 방법 양태들은 부분적으로 분명하고, 다음의 설명에서 부분적으로 명시적으로 논의될 것이다.

LED를 이용하는 다양한 유형들의 조명 설비들이 다수의 유형들의 상업적 및 산업적 환경들에 대해 개발되었다. 더 구체적으로, LED 조명 설비들은 방폭되도록 설계되는 것과 같이, 열악하고 위험한 환경에서의 조명 작업들을 위해 개발되었다. 이러한 조명 설비들은 필라멘트나 유리가 파손되지 않고 충격에 강하고 진동에 강하도록, 즉각적인 완전 조명으로 즉시 시작하도록, 전환 사이클로 인한 수명 단축이 없도록, 그리고 폐기 비용이 감소되도록 구성된다.

위험한 환경 내에서 동작하는 조명 기구 어셈블리들은 주변 가스 또는 증기 분진, 섬유소 또는 공중 부스러기의 발화를 통해 폭발의 위험을 보인다. 이러한 위험한 환경은 예를 들어 단지, 석유 정제소, 석유화학 플랜트, 그레인 사일로, 폐수 및/또는 다른 산업 설비들 중 처리 설비들에서, 발생할 수 있으며, 이때 휘발성 조건들은 주위 환경에서 초래되고 높아진 화재 또는 폭발 위험을 보인다. 공기 중의 발화성 가스, 발화성 증기 또는 발화성 분진, 또는 다른 가연성 물질의 간헐적인 또는 연속적인 존재는 만약 초과된다면, 화재 또는 폭발이 가능한 발화원을 생성할 수 있는 미리 결정된 온도 한계 내에서의 조명 설비들의 안전한 동작을 포함하지만 이에 제한되지 않는 이러한 설비들의 안전하고 신뢰성 있는 동작에 관한 실질적인 우려를 보인다. 이에 따라, 폭발 또는 화재 위험의 평가된 확률을 고려하여 위험한 위치에서 안전성을 개선하기 위해 폭발 환경에서의 전기 제품 사용에 관한 다수의 표준들이 공표되었다.

예를 들어, "UL"(Underwriter's Laboratories) 표준 UL 1203은 위험한 위치에 대한 Explosion-Proof and Dust-Ignition-Proof Electrical Equipment 기준을 제시한다. 전기 장비 제조업체들은 위험 위치에 대한 적용가능한 등급 표준들의 준수의 UL 인증을 받을 수 있고, UL 인증은 북미 시장 또는 UL 표준 1203을 수용하는 다른 시장에서 제품을 성공적으로 시장에 출시할 수 있는 제조업체들의 능력에 있어 중요한 측면이다.

National Electric Code (NEC)는 일반적으로 위험 위치를 부류(class) 및 부문(division)에 의해 분류한다. 부류 1 위치는 가연성 증기 및 가스가 존재할 수 있는 곳이다. 부류 II 위치는 가연성 분진이 발견될 수 있는 곳이다. 부류 III 위치는 쉽게 발화가능한 섬유소 또는 공중 부스러기의 존재로 인해 위험한 곳이다. 부류 1을 고려하면, 부문 1은 가연성 가스 또는 증기가 정상 동작 조건 하에서, 빈번한 수리 또는 유지보수 동작 하에서, 또는 공정 장비의 파손 또는 결함 동작이 또한 전기 장비의 동시 고장을 야기할 수 있는 곳을 커버한다. 부류 1은 예를 들어, 가연성 가스 또는 증기가 폐쇄 시스템에서 정상적으로 핸들링되거나, 적합한 인클로저 내에 한정되거나, 또는 양압 기계적 환기에 의해 정상적으로 방지되는 부류 2보다 더 큰 폭발 위험을 나타낸다.

IEC(International Electrotechnical Commission)는 마찬가지로 위험 위치들을, 가연성 가스 또는 증기가 폭발성 또는 발화성 혼합물을 생성하기에 충분한 양으로 공중에 떠 있거나 공중에 떠 있을 수 있는 위치를 나타내는 부류 I, 구역 0, 1, 또는 2로 범주화한다. IEC에서 정의된 바와 같이, 부류 I, 구역 0 위치는 가연성 가스 또는 증기의 발화성 농도가 연속적으로 또는 장기간 동안 존재하는 위치이다. 부류 I, 구역 1 위치는 수리 또는 유지보수 동작 때문에 또는 가연성 가스 또는 증기의 발화성 농도의 누출 또는 가능한 방출 때문에 가연성 가스 또는 증기의 발화성 농도가 존재할 가능성이 있는 위치이거나, 또는 증기의 발화성 농도가 전달될 수 있는 부류 I, 구역 0 위치에 인접한 위치가다.

약간 다르게 표현되었지만, IEC 구역 1 및 NEC 부문 2는 실제로, 일반적으로 위험 환경의 평가에서 공통 위치로 수렴한다. 최신 환경 규제 및 부류 1 및 구역 0 적용의 집중된 성질의 관점에서, 이러한 위험 위치에 설치된 임의의 조명 설비는 주변 대기에 대해 안전한 온도에서 신뢰성 있게 작동해야 한다. 이와 같이, 위험 위치에 대한 종래의 LED 조명 설비는 다른 유형의 조명 설비보다 열을 소산시키기 위한 더 광범위한 히트 싱크 특징부를 포함하고, 히트 싱크는 조명 설비 어셈블리를 상당히 복잡하게 할 수 있고 또한 위험 위치 LED 조명 설비의 비용을 바람직하지 않게 높게 할 수 있다.

위에서 논의된 위험 위치에 더하여, 소위 열악한 위치는 또한 이와 함께 사용되는 조명 설비의 설계에 특정 초점을 필요로 한다. 열악한 위치는 반드시 폭발성일 필요는 없고/없거나 열악하지 않은 작업 환경에 전형적으로 존재하지 않는 온도 사이클링, 압력 사이클링, 충격 및/또는 기계적 진동력을 받는 대기 내의 부식 요소 등을 수반할 수 있다. 물론, LED 조명 설비가 바람직하게 채용되는 일부 위치는 열악하고 성질상 위험하며, 이에 따라 다른 용도에 대한 전형적인 조명 특징부가 견딜 수 없는 다양한 동작 조건을 견디도록 설계된 중장비 설비이다.

LED 조명 기구 어셈블리는 임의의 광이 조명 기구 어셈블리 옆으로 그리고 위로 방출되는 경우가 거의 없도록 극도의 효율로 광을 작업면 쪽으로 조준하는 것과 루멘스/와트 둘 모두에서 고휘도 방전(high intensity discharge, HID) 조명 기구 어셈블리 또는 백열광보다 더 효율적이다. 대조적으로, HID 또는 백열등과 같은 과거 기술은 바람직하게는 모든 방향으로 광을 방출할 수 있어서, 조명 기구 옆과 위 둘 모두로 지향되는 광의 상당한 부분이 존재할 수 있게 한다. 공지된 산업용 LED 조명 기구 어셈블리의 특정 유형에서, 무시해도 될 정도의 사이드라이트 또는 업라이트가 조명 기구 어셈블리로부터 방출되어, 사이드라이트 및/또는 업라이트가 조명 기구 어셈블리 및 벽면 위의 천장의 일부를 조명하는 것이 바람직한 열악하고/하거나 위험한 위치와 같은 특정 설치에서 때때로 동굴 효과로 지칭되는 바람직하지 않은 시각적 효과를 생성한다. 이러한 사이드라이트 및 업라이트는 유익하게 그리고 바람직하게는 작업자가 필요한 작업을 수행하고 열악한 또는 위험한 환경에서 안전을 보장하기 위해 적절한 조치를 취하기 위해 동굴 효과에 의해 달리 가려질 파이프 랙, 기계, 또는 다른 주변을 더 자연스럽게 볼 수 있게 한다.

도 1은 열악하고/하거나 위험한 위치의 사용에 적합한 공지된 산업용 LED 어셈블리(103)의 빔 패턴(111)의 극도표(101)를 도시한다. LED 어셈블리(103)는 극도표의 중심에서 천장에 매달려 있고, 극도표에서의 0° 위치 아래로 일정 거리에 위치되고 0° 위치에 대체로 수직하여 연장되는 바닥을 향한다. 벽면이 또한 LED 어셈블리(103)로부터 어느 정도의 거리에 위치될 수 있고, 전형적인 설비에서 극도표에서의 플러스 또는 마이너스 90° 위치에 대체로 수직하여 연장될 수 있다. 업라이트 존(105)은 -90°/90° 위치 위의 존이며, 여기서 업라이트 존(105) 내의 위치를 LED 어셈블리(103)와 연결하는 라인이 90° 초과 또는 -90° 미만의 각도를 형성하며, 중심으로부터 시작하여 바닥에 수직으로 라인(109)이 연장된다. 여기서 설명될 때, 업라이트는 업라이트 존(105)에 있는 LED 어셈블리(103)로부터 방출되는 광이다. 사이드라이트는 플러스 또는 마이너스 60°-90° 존(사이드라이트 존(107)으로 지칭될 수 있음)에 있는 LED 어셈블리(103)로부터 방출되는 광이다. 빔 패턴(111)에 의해 도시된 바와 같이, LED 어셈블리(103)는 무시할 수 있는 사이드라이트를 방출하고 어떠한 업라이트도 방출하지 않고, 이에 따라 LED 어셈블리(103) 바로 밑 영역이 밝게 조명되는 동안 천장과 벽이 일반적으로 조명되지 않고 이에 따라 어두운 동굴 효과(cave effect)를 생성한다. 산업용 설비에서, 동굴 효과는 예를 들어, 벽 부근에 위치된 머리 위 파이프, 기계 또는 장비, 또는 산업용 시설에서 작업자들에게 관심 있는 다른 물품을 보거나 검사할 수 있는 작업자들의 능력에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.

여기서 개시되는 본 발명의 LED 조명 기구 어셈블리는 바람직하게는 LED 조명 기구 어셈블리로부터 방출된 광에서의 사이드라이트 및 업라이트를 증가시키도록 구성된다. LED 조명 기구 어셈블리에 대한 동굴 효과는 LED 조명 기구 어셈블리로부터 방출된 광이 작업자가 작업 영역 자체 이외에, 작업 영역의 주변을 볼 수 있게 하도록, 제거되지 않는다면, 상당히 감소된다. 특성상 열악하고/하거나 위험할 수 있는 산업 환경의 맥락에서 설명되었지만, 본 발명의 LED 조명 기구 어셈블리의 이점들 중 적어도 일부는 마찬가지로 반드시 열악하거나 위험하지는 않은 환경에 기여할 수 있다. 이들 양태들에서의 설명은 제한이 아니라 예시를 위해 제공된다.

도 2a 내지 도 2c는 예시적인 LED 조명 기구 어셈블리(100)의 도면들이다. 도 2a 및 도 2b는 각각 LED 조명 기구 어셈블리(100)의 정면도 및 측면도이다. 도 2c는 LED 조명 기구 어셈블리(100)의 도 2b의 라인 2C-2C에 따른 단면도이다. LED 조명 기구 어셈블리(100)는 하나 이상의 LED(도시되지 않음)를 갖는 LED 어셈블리(102)를 포함한다. LED 조명 기구 어셈블리(100)는 드라이버(106) 및 드라이버 하우징(108)을 더 포함할 수 있다. 드라이버(106)는 드라이버 하우징(108) 내부에 봉입되고 LED 어셈블리(102)의 LED에 공지된 방식으로 전력을 공급한다. LED 조명 기구 어셈블리(100)는 LED 어셈블리 및/또는 드라이버(106)에 의해 발생된 열을 소산시키기 위한 히트 싱크(110)를 또한 포함할 수 있다. LED 조명 기구 어셈블리(100)는 렌즈(112)를 더 포함한다. 렌즈(112)는 LED 어셈블리(102)로부터 방출된 광을 LED 조명 기구 어셈블리(100) 옆으로 그리고 LED 조명 기구 어셈블리(100) 위로 방향 전환시키도록 구성된다. 고려되는 실시예들에서, 어셈블리(100)는 위에서 설명된 바와 같이 열악하고/하거나 위험한 위치의 요건을 충족시키도록 제조되고 어셈블된다.

동작 시, 드라이버(106)는 LED 어셈블리(102)에 전기를 제공한다. 그 결과, LED 어셈블리(102)는 렌즈(112) 쪽으로 광을 방출한다. LED 어셈블리(102)로부터 방출된 광의 일부는 렌즈(112)에 의해 LED 조명 기구 어셈블리(100) 옆으로 그리고 LED 조명 기구 어셈블리(100) 위로 재지향된다. 이에 따라, LED 조명 기구 어셈블리(100)로부터 방출된 광은 LED 조명 기구 어셈블리(100) 옆으로부터의 사이드라이트, 및 LED 조명 기구 어셈블리(100) 위의 업라이트를 포함한다. 이에 따라, 도 1에 도시된 극도표와 달리, LED 조명 기구 어셈블리(100)는 업라이트 존(105) 및 사이드라이트 존(107)에서 광을 방출하여 동굴 효과를 효과적으로 감소시키거나 제거하고 열악하거나 위험한 환경에서의 설치를 위한 관련 결점들을 회피한다.

도 3a 내지 도 3c는 렌즈(112)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 3a 및 도 3b는 각각 렌즈(112)의 상부 사시도 및 저부 사시도이다. 도 3c는 렌즈(112)의 측면도이다. 렌즈(112)는 유리 또는 플라스틱과 같은 반투명 또는 투명 물질로 제조된다. 렌즈(112)는 측벽(302), 및 측벽(302)에 결합된 저부(304)를 포함한다.

예시적인 실시예에서, 측벽(302)은 저부(304) 반대편에 있는 개구(306)를 형성한다. 개구(306)는 렌즈(112)가 LED 조명 기구 어셈블리(100) 상에 설치될 때, 렌즈(112)가 LED 어셈블리(102)의 적어도 일부 위에 돔을 형성하도록, LED 어셈블리(102)의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된다. 측벽(302)은 개구(306)에 근접한 단부(308)에서 외측으로 경사지고, 수직선(305)에 대해 각도(303)를 갖는 상하 반전된 플레어(upside-down flare)를 형성한다(도 3c). 예시적인 각도(303)는 12°이지만, 다른 실시예에서는 더 크거나 더 작은 각도가 가능하다. 렌즈(112)의 상부 부분(320)의 치수는 렌즈(112)의 하부 부분(322)의 치수보다 더 크다. 경사진 측벽(302)은 경사진 측벽(302)에 부딪치는 LED 어셈블리(102)로부터 방출된 광을 굴절 및 확산시켜, 사이드라이트를 제공한다. 측벽(302) 및 저부(304)는 개구를 향하는 오목부(309)를 형성한다. 측벽(302)의 단부(308)는 렌즈(112)의 중심으로부터 옆으로 연장되고 플랜지(310)로 형성될 수 있다. 플랜지(310)는 플랜지(310)가 LED 조명 기구 어셈블리(100)의 홈(220) 내로 삽입되는 것에 의해 LED 조명 기구 어셈블리(100)에 렌즈(112)를 결합시키는 데 사용된다(도 2c 참조).

예시적인 실시예에서, 측벽(302)은 측벽(302)의 외부면 상에 위치된 렌티큘러 링(312)을 더 포함한다. 렌즈(112)의 내부면(316)은 돌출부 또는 리세스가 없는 것과 같이 매끄럽다. 측벽(302)은 저부(304)와 합쳐지는 측벽의 부분에 하나 이상의 프리즘(314)을 또한 포함한다. 측벽의 횡단면은 도시된 예에서 원형이고, 직사각형, 타원형, 또는 다각형과 같은 다른 형상들을 취할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 렌즈(112)는 하나의 피스로서 제조된다. 렌즈(112)는 몰딩에 의해 제조될 수 있다.

도 4a는 렌티큘러 링들(312) 및 프리즘들(314)을 도시하는, 렌즈(112)의 일부의 도 3a의 라인 4A-4A에 따른 확대 단면도이다. 도 4b는 렌즈(112)의 프리즘(314)을 통해 이동하는 광의 개략도이다. 예시적인 실시예에서, 렌티큘러 링들(312)은 측벽(302)의 외부면 상에 위치되고, 외부면으로부터 돌출한다. 렌티큘러 링들(312)은 볼록형이다. 렌티큘러 링들(312)은 서로 평행할 수 있다. 일례에서, 렌티큘러 링들(312)은 렌즈(112)가 그 자체에 의해 직립으로 배치될 때 대체로 수평이다. 일부 실시예들에서, 이웃하거나 인접한 렌티큘러 링들(312-l, 312-s)은 상이한 곡률 반경들을 갖는다. 예를 들어, 렌티큘러 링(312-l)은 약 3.2 mm(0.125 인치(in.))의 곡률 반경을 갖고, 렌티큘러 링(312-s)은 약 0.5 mm(0.02 in.)의 곡률 반경을 갖는다(도 3c 참조). 상이한 곡률 반경들을 갖는 이웃하는 렌티큘러 링들은 광을 또한 확산시킨다. 일례에서, 더 큰 반경을 갖는 두 개의 인접한 렌티큘러 링들(312-l) 사이의 거리(315)는 약 4.3 mm(0.17 in.)이다(도 3c 참조).

예시적인 실시예에서, 프리즘들(314)은 볼록형이다. 프리즘들(314)은 저부(304)와 측벽(302) 사이의 접합부에 근접하여 위치된다. 프리즘의 단면은 대략 삼각형이다. 삼각형 단면에서의 예시적인 각도는 48°이다(도 3c 참조). 프리즘(314)의 에지(317)는 에지에 수직인 방향을 따라 만곡되는 곡면일 수 있다(도 4b). 달리 말하면, 프리즘(314)의 두 개의 표면들은 교차하고, 예리한 에지 대신, 둥근 에지를 형성한다. 둥근 에지(317)는 에지(317)에 부딪치는 광을 확산시키는 것을 돕는다. 에지(317)의 예시적인 곡률 반경은 0.8 mm(0.03 in.)이다(도 3c 참조). 일례에서 프리즘(314)은 내부 전반사(TIR) 프리즘이며, 여기서 광은 광이 렌즈(112)의 매체로부터 공기로 이동할 때 완전히 반사된다. 예를 들어, LED 어셈블리(102)로부터 방출된 광(318)은 측벽(302)으로 이동하고 측벽(302)에 의해 굴절된다. 광(318)이 렌즈(112)의 매체와 공기 사이의 계면(321)으로 또한 이동할 때, 광(318)의 입사각은 렌즈(112)의 매체와 공기에 대한 임계각보다 더 크고, 광(318)은 계면(321)에 의해 완전히 반사된다. 반사된 광(323)은 상향으로 이동하여, LED 조명 기구 어셈블리(100)에 업라이트를 제공한다. 도 3b 및 도 4b에 도시된 렌즈(112)는 두 개의 프리즘들을 포함한다. 프리즘의 수는 프리즘(314)의 설계에 따라 요구되는 업라이트 및/또는 사이드라이트의 양에 의해 결정된다. 원하는 사이드라이트의 양을 달성하기 위해, 렌티큘러 링들(312)의 반경 및 간격이 또한 조정될 수 있다. 두 개의 인접한 프리즘들(314) 사이의 예시적인 거리는 2.2 mm(0.09 in.)이다(도 3c 참조).

도 5는 렌즈(112)의 저면도이다. 예시적인 실시예에서, 저부(304)는 볼록형이고, 구형 돔으로 형성될 수 있다. 저부(304)는 렌티큘러 리브들(502)을 포함할 수 있다. 렌티큘러 리브들(502)은 저부(304)의 외부면을 따라 위치된다. 렌티큘러 리브들(502)은 광을 확산시키고, 핫 스폿들을 제거한다. 렌티큘러 리브들(502)은 또한 렌즈(112)의 구조를 강화하고 잠재적인 충격 동안 응력을 감소시킨다. 렌티큘러 리브들(502)은 복수의 섹션들(504)로 형성되고 그룹화될 수 있다. 섹션들은 저부를 동일한 섹션들(504) ― 섹션들(504)은 동일한 중심각들(506)을 가짐 ― 로 분할할 수 있다. 하나의 섹션(504)에서의 렌티큘러 리브들(502)은 서로 평행할 수 있다. 하나의 섹션에서의 렌티큘러 리브들의 곡률 반경들은 다양할 수 있다. 이웃하는 렌티큘러 리브들 사이의 간격도 또한 다양할 수 있다. 다양한 반경들 및 간격은 LED 어셈블리(102)로부터 방출된 광을 확산시키는 것을 돕는다. 각 섹션(504)의 중심 렌티큘러 리브 또는 횡방향 리브들(502-c)은 저부(304)의 정점을 둘러싸는 저부(304)의 중심 영역(505)에 위치되는 지점(510) 쪽으로 수렴한다. 일례에서, 지점(510)은 저부(304)의 정점이다. 중심 렌티큘러 리브들(502-c)은 섹션(504)을 동일한 중심각(506)을 갖는 두 개의 서브섹션들로 분할할 수 있다. 저부(304)는 다면체와 같은 다른 형상들일 수 있다. 저부(304)와 측벽(302)이 교차하는 저부(304)의 베이스(512)는 도시된 실시예에서 구형이다. 베이스(512)는 다각형과 같은 다른 형상들일 수 있다. 렌티큘러 리브들은 도시된 것과 다른 패턴들로 형상화되거나 형성될 수 있다. 설명된 특징부들의 형상, 기하구조, 곡률, 치수들, 및 각도 위치의 변화 및 적응은 설명된 이점들 중 적어도 일부를 실현하는 것이 가능하다.

도 6a 및 도 6b는 불스아이 렌티큘러 리브들을 갖는 렌즈(112-b)와 불스아이 렌티큘러 리브들 및 횡방향 리브들(502-c)을 갖는 렌즈(112-b-c)의 응력 시험의 시뮬레이션 결과들을 도시한다.렌즈 상의 응력은 매끄러운 강철 구가 고정된 거리로부터 렌즈(112-b, 112-b-c) 상에 떨어질 때 시뮬레이션된다. 렌즈(112-b-c)에 대한 최대 응력은 렌즈(112-b)에 대한 최대 응력보다 대략 15% 더 작다.불스아이 렌티큘러 리브들과 비교하여, 횡방향 리브들(502-c)은 충격으로부터의 렌즈 상의 응력을 감소시키고, 렌즈가 충격으로부터 파손될 가능성을 감소시킨다.

도 7은 도 1에 대한 공지된 조명 기구 어셈블리의 빔 패턴(111)과 본원에서 설명된 바와 같은 LED 조명 기구 어셈블리(100)의 빔 패턴(701)의 비교를 포함하는 극도표(700)이다. 업라이트(702)의 양은 대략 5%이고 사이드라이트(704)의 양은 대략 18%이며, 이는 사이드라이트에 대해 대략 12% 내지 20% 및 업라이트에 대해 대략 5%의 요구되는 범위들 내이다. 이에 따라, 열악하고 위험한 위치들에 대해 더 최적의 조명이 생성되어, 그렇지 않았다면 종래의 LED 조명 기구 어셈블리들에 의해 초래된 동굴 효과에 의해 방해받았을 작업자들의 상황 인식 및 안전을 개선한다.

도 8은 LED 조명 기구 어셈블리를 제조하는 예시적인 방법(800)의 흐름도이다. 본 방법(800)은 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 렌즈를 제공하는 단계(802)를 포함한다. 렌즈는 측벽 및 저부를 포함한다. 렌즈의 측벽은 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성한다. 저부는 개구 반대편에 위치되고, 측벽에 결합된다. 측벽은 저부에 근접하여 위치되고, 개구를 통해 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하며, 렌즈는 오목부를 형성한다. 본 방법(800)은 LED 어셈블리로부터 방출된 광이 렌즈의 저부 쪽으로 지향되도록 렌즈의 오목부를 LED 어셈블리 쪽으로 향하게 함으로써 LED 어셈블리를 렌즈와 결합시키는 단계(804)를 또한 포함한다.

본원에서 설명된 LED 조명 기구 어셈블리들 및 방법들의 적어도 하나의 기술적 효과는 (a) 프리즘들이 LED 광의 업라이트 및 사이드라이트 방출을 재지향시키고 제공하는 것; (b) 렌티큘러 링들이 렌즈의 외부 상에 위치되어, LED 광을 확산시키고 사이드라이트를 제공하는 것; (c) 렌티큘러 리브들이 렌즈의 저부 상에 위치되어, LED 광을 확산시키고 렌즈의 구조를 강화시키는 것을 포함한다.

이제 본 발명의 개념들의 이익들 및 이점들이 개시되는 예시적인 실시예들과 관련하여 충분히 예시된 것으로 여겨진다.

LED 조명 기구 어셈블리의 실시예가 제공된다. LED 조명 기구 어셈블리는 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 LED 어셈블리에 결합되고 LED 어셈블리를 향하는 오목부를 형성하는 렌즈를 포함한다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽은 저부에 근접하여 위치되고, LED 어셈블리로부터 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함한다.

선택사항으로서, 하나 이상의 프리즘은 TIR 프리즘이다. 하나 이상의 프리즘의 에지는 에지에 수직인 방향을 따라 만곡된 곡면이다. 렌즈의 측벽은 두 개의 프리즘들을 포함한다. 렌즈의 저부는 저부의 외부면을 따라 위치된 렌티큘러 리브들을 더 포함한다. 렌티큘러 리브들 중 적어도 일부는 저부의 중심 영역 내의 지점 쪽으로 수렴한다. 렌즈의 측벽은 측벽의 외부면 상에 위치되고 측벽 주위를 감싸는 렌티큘러 링들(lenticular rings)을 더 포함하며, 렌티큘러 링들은 LED 어셈블리로부터 방출된 광을 조명 기구 어셈블리 옆으로 그리고 조명 기구 어셈블리로부터 멀어지게 그리고 지향시키도록 구성된다. 이웃하는 렌티큘러 링들은 상이한 곡률 반경들을 갖는다. 렌즈는 매끄러운 내부면을 포함한다. 측벽은 개구에 근접한 측벽의 단부에서 외측으로 경사지고, 상하 반전된 플레어를 형성한다. 조명 기구 어셈블리는 대략 5% 업라이트를 방출하도록 구성된다. 조명 기구 어셈블리는 대략 12% 내지 대략 20% 범위의 사이드라이트를 방출하도록 구성된다.

발광 다이오드(LED) 어셈블리용 렌즈의 실시예가 개시된다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽 및 저부는 개구를 향하는 오목부를 형성하고, 측벽은 저부에 근접하여 위치되고 개구를 통해 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함한다.

선택사항으로서, 하나 이상의 프리즘은 TIR 프리즘이다. 하나 이상의 프리즘의 에지는 에지에 수직인 방향을 따라 만곡된 곡면이다. 측벽은 두 개의 프리즘들을 포함한다. 렌즈의 저부는 저부의 외부면을 따라 위치된 렌티큘러 리브들을 더 포함하고, 렌티큘러 리브들 중 적어도 일부는 저부의 중심 영역 내의 지점 쪽으로 수렴한다. 렌즈의 측벽은 측벽의 외부면 상에 위치되고 측벽 주위를 감싸는 렌티큘러 링들을 더 포함하며, 렌티큘러 링들은 LED 어셈블리로부터 방출된 광을 렌즈 옆으로 그리고 렌즈로부터 멀어지게 지향시키도록 구성되며, 이웃하는 렌티큘러 링들은 상이한 곡률 반경들을 갖는다. 측벽은 개구에 근접한 측벽의 단부에서 외측으로 경사지고, 상하 반전된 플레어를 형성한다.

발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리를 제조하는 방법의 실시예가 개시된다. 본 방법은 광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 렌즈를 제공하는 단계를 포함한다. 렌즈는 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽 및 개구 반대편에 있고 측벽에 결합된 저부를 포함한다. 측벽은 저부에 근접하여 형성되고, 개구를 통해 방출된 광을 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하며, 렌즈는 오목부를 형성한다. 본 방법은 LED 어셈블리로부터 방출된 광이 렌즈의 저부 쪽으로 지향되도록 렌즈의 오목부를 LED 어셈블리 쪽으로 향하게 함으로써 LED 어셈블리를 렌즈와 결합시키는 단계를 또한 포함한다.

구성요소, 어셈블리 및 시스템의 예시적인 실시예가 설명되지만, 유사한 이점 및 효과를 달성하기 위해 구성요소, 어셈블리 및 시스템의 변형이 가능하다. 구체적으로, 구성요소 및 어셈블리의 형상 및 기하구조, 및 어셈블리에서의 구성요소의 상대적인 위치가 설명된 발명 개념으로부터 벗어나지 않고 설명되고 도시된 것으로부터 변경될 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서, 설명된 어셈블리에서의 특정 구성요소는 필요한 성능 및 기능성을 여전히 제공하면서, 특정 유형의 조명 기구 어셈블리 및/또는 렌즈 또는 특정 설치의 필요성을 수용하기 위해 생략될 수 있다.

통상의 기술자가 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제작하고 사용하는 것과 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하는 본 발명을 실시할 수 있게 하기 위한 최상의 모드를 포함하는 이와 같이 기재된 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 본 발명의 특허가능한 범위는 본 청구항들에 의해 규정되며, 당업자가 떠올릴 수 있는 다른 예시들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예시들은, 청구항의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 갖는 경우, 또는 청구항의 문자 언어와 비실질적인 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명 기구 어셈블리로서,
   광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리; 및
   상기 LED 어셈블리에 결합되고 상기 LED 어셈블리를 향하는 오목부를 형성하는 렌즈 ― 상기 렌즈는:
   상기 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽; 및
   상기 개구 반대편에 있고 상기 측벽에 결합된 저부를 포함함 ― 를 포함하되,
   상기 측벽은 상기 저부에 근접하여 위치되고, 상기 LED 어셈블리로부터 방출된 광을 상기 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하는 것인, 조명 기구 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프리즘은 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 프리즘인 것인, 조명 기구 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프리즘의 에지는 상기 에지에 수직인 방향을 따라 만곡된 곡면인 것인, 조명 기구 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 측벽은 두 개의 프리즘들을 포함하는 것인, 조명 기구 어셈블리.
5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 저부는 상기 저부의 외부면을 따라 위치된 렌티큘러 리브들(lenticular ribs)을 더 포함하는, 조명 기구 어셈블리.
6. 제5항에 있어서, 상기 렌티큘러 리브들 중 적어도 일부는 상기 저부의 중심 영역 내의 지점 쪽으로 수렴하는 것인, 조명 기구 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 측벽은 상기 측벽의 외부면 상에 위치되고 상기 측벽 주위를 감싸는 렌티큘러 링들(lenticular rings)을 더 포함하며, 상기 렌티큘러 링들은 상기 LED 어셈블리로부터 방출된 상기 광을 상기 조명 기구 어셈블리 옆으로 그리고 상기 조명 기구 어셈블리로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 것인, 조명 기구 어셈블리.
8. 제7항에 있어서, 이웃하는 렌티큘러 링들은 상이한 곡률 반경들을 갖는 것인, 조명 기구 어셈블리.
9. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 매끄러운 내부면을 포함하는 것인, 조명 기구 어셈블리.
10. 제1항에 있어서, 상기 측벽은 상기 개구에 근접한 상기 측벽의 단부에서 외측으로 경사지고, 상하 반전된 플레어(upside-down flare)를 형성하는 것인, 조명 기구 어셈블리.
11. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구 어셈블리는 대략 5% 업라이트를 방출하도록 구성된 것인, 조명 기구 어셈블리.
12. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구 어셈블리는 대략 12% 내지 대략 20% 범위의 사이드라이트를 방출하도록 구성된 것인, 조명 기구 어셈블리.
13. 발광 다이오드(LED) 어셈블리용 렌즈로서,
    상기 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽; 및
    상기 개구 반대편에 있고 상기 측벽에 결합된 저부를 포함하되,
    상기 측벽 및 상기 저부는 상기 개구를 향하는 오목부를 형성하고, 상기 측벽은 상기 저부에 근접하여 위치되고 상기 개구를 통해 방출된 광을 상기 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하는 것인, 렌즈.
14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 프리즘은 내부 전반사(TIR) 프리즘인 것인, 렌즈.
15. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 프리즘의 에지는 상기 에지에 수직인 방향을 따라 만곡된 곡면인 것인, 렌즈.
16. 제13항에 있어서, 상기 측벽은 두 개의 프리즘들을 포함하는 것인, 렌즈.
17. 제13항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 저부는 상기 저부의 외부면을 따라 위치된 렌티큘러 리브들을 더 포함하고, 렌티큘러 리브들 중 적어도 일부는 상기 저부의 중심 영역 내의 지점 쪽으로 수렴하는 것인, 렌즈.
18. 제13항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 측벽은 상기 측벽의 외부면 상에 위치되고 상기 측벽 주위를 감싸는 렌티큘러 링들을 더 포함하며, 상기 렌티큘러 링들은 상기 LED 어셈블리로부터 방출된 광을 상기 렌즈 옆으로 그리고 상기 렌즈로부터 멀어지게 지향시키도록 구성되며, 이웃하는 렌티큘러 링들은 상이한 곡률 반경들을 갖는 것인, 렌즈.
19. 제13항에 있어서, 상기 측벽은 상기 개구에 근접한 상기 측벽의 단부에서 외측으로 경사지고, 상하 반전된 플레어를 형성하는 것인, 렌즈.
20. 발광 다이오드(LED) 조명 기구 어셈블리를 제조하는 방법으로서,
    광을 방출하도록 구성된 LED 어셈블리 및 렌즈를 제공하는 단계 ― 상기 렌즈는:
    상기 LED 어셈블리의 적어도 일부를 수용하도록 크기 설정된 개구를 형성하는 측벽; 및
    상기 개구 반대편에 있고 상기 측벽에 결합된 저부를 포함하되,
    상기 측벽은 상기 저부에 근접하여 형성되고, 상기 개구를 통해 방출된 광을 상기 저부로부터 멀어지게 지향시키도록 구성된 하나 이상의 프리즘을 더 포함하며, 상기 렌즈는 오목부를 형성함 ―; 및
    상기 LED 어셈블리로부터 방출된 광이 상기 렌즈의 상기 저부 쪽으로 지향되도록 상기 렌즈의 상기 오목부를 상기 LED 어셈블리 쪽으로 향하게 함으로써 상기 LED 어셈블리를 상기 렌즈와 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.

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