KR101233634B1 - 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진 - Google Patents

아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디(LED) 조명 엔진에 관한 것으로서, 면광원의 특성을 갖는 LED 조명원과 이에 대응하는 아이시클형 확산유닛의 상호 커플링에 의한 일체 구성으로 방수(防水) 및 방진(防振)이 가능한 밀폐형 구조를 제공하고, 기존에 비해 조명 효율은 높이면서도 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 용도로의 응용이 가능하며, 사용자의 눈으로 보는 가장 큰 변수인 LED 조명의 질과 가격을 만족시킬 수 있고, 제조자의 눈으로 보는 제조비용의 절감은 물론 다양한 시장 파생력을 가지는 전통조명의 조명원에 대해 1 대 1의 비율(크기)로 하여 LED 조명으로 간단히 교체할 수 있으며, 단순하면서도 광균일도 및 광확산각 조율을 자유자재로 수행할 수 있는 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진에 관한 것이다.

Description

아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진{LED LIGHTING ENGINE APPLIED ICICLE TYPE DIFFUSER}
본 발명은 엘이디(LED)가 적용된 조명 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광균일도(light uniformity) 및 동일면적 대비 효율 향상을 위해 면광원의 특성을 갖는 특정한 LED 발광체를 기본 소자로 적용하고 내부 전반사 및 굴절을 이용한 이중의 광확산 처리를 수행하는 특징을 갖는 아이시클형 확산유닛(icicle type diffuser)을 적용한 조명 엔진을 제공하되 LED 발산광에 대해 광 조사면의 밝기를 전체적으로 동일하게 맞춰주면서 눈부심 현상을 개선 및 빛 공해를 제거할 수 있도록 하고 발광체에 의한 패턴 발생을 제거 및 효율적인 광 제어가 가능하도록 한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진에 관한 것이다.
최근 조명장치를 비롯한 산업전반에 걸쳐 광원으로 LED를 사용하는 경우가 많아지고 있으며, 이에 따라 LED를 효과적이면서 효율적으로 사용하기 위한 각 산업분야에서의 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
특히, 전통조명을 대체하는 개념의 신(新)조명으로서 LED 조명에 대한 연구가 가장 두각되고 있다.
하지만, 전통적인 조명에 대한 기본지식이 전무한 LED 관련 업체와 관련시장의 실제 대응은 기대치만큼 따라주지 못하고 있다.
특히나 시장에서 가장 중요시되는 가격 형성대에 있어, 전통 조명을 LED 조명으로 대체하고자 하는 경우, 적게는 5배에서 많게는 20배 이상의 고가로 형성되다보니 전통 조명원(照明原)을 LED로 대체하기에는 많이 미흡한 실정에 있다.
이러한 시장 형성에 대한 딜레마(dilemma)를 탈출하기 위하여 가격이 아닌 다른 변수들(예를 들면, CO2 절감이나 신뢰성 증대 등)로 시장을 키우려는 노력들이 각 업체별로 많이 시행되고 있지만, 실제 시장 및 사용자 입장에서는 냉담하여 무엇보다 가격이 내려가길 바라고 있다.
이에 대응하기 위한 몇몇 후발업체들의 노력들도 분명히 있었지만 가격대만을 맞추다보니 조명원의 질이 떨어져 '빛 공해'라는 새로운 부작용을 가져오게 되고, 실 사용자인 지역주민들과 지방정부들의 빈축을 사는 경우가 많아졌다.
또한, 기존에 LED를 경관조명으로 적용한 경우에는 LED 자체가 갖는 직진성의 발광특성에 의해 정면에서만 바라볼 뿐 측면에서는 어두워 광고 등의 이미지를 전혀 바라볼 수가 없었으며, 이는 LED의 직진성 특성에 의해 시야 개구각이 좁아지는데서 기인되고 광 제어가 어려운 문제점이 있었으며, 이로 인해 눈부심 및 빛공해 유발로 불편함을 제공하고 있다.
덧붙여, 기존에 LED를 TV 등의 백라이트로 적용한 경우에는 52인치 이하의 사이드 방식에 적용되고 있고, 60인치 이상의 대면적에는 주로 직하 방식이 적용되는데 가격이 비싸질 뿐만 아니라 백라이트로서 조명품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
즉, 시장에서 항상 문제시 되는 것은 상술한 내용과 같은 모순을 해결하는 것이며, 사용자 입장과 제조자 입장을 모두 만족하는 모순을 해결하기 위해서는 혁신적인 아이디어를 창출해내는 것이 최우선 과제라 할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 및 모순점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광균일도(light uniformity) 및 동일면적 대비 효율 향상을 위해 면광원의 특성을 갖는 특정한 LED 발광체를 기본 소자로 적용하고 내부 전반사 및 굴절을 이용한 이중의 광확산 처리를 수행하는 특징을 갖는 아이시클형 확산유닛(icicle type diffuser)을 적용한 조명 엔진을 제공하되 LED 발산광에 대해 광 조사면의 밝기를 전체적으로 동일하게 맞춰주면서 눈부심 현상을 개선 및 빛 공해를 제거할 수 있도록 하고 발광체에 의한 패턴 발생을 제거 및 효율적인 광 제어가 가능하도록 한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 면광원의 특성을 갖는 LED 조명원과 이에 대응하는 아이시클형 확산유닛을 상호 커플링 타입으로 하여 일체 구성하되, 방수(防水) 및 방진(防振)이 가능한 밀폐형 구조를 갖게 하는 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 제공하는데 있다.
나아가, 본 발명은 정면에서뿐만 아니라 측면의 밝기 또한 높일 수 있어 시야 개구각을 넓힐 수 있으며, 대면적 직하방식의 백라이트로도 적용할 수 있되 기존에 비해 조명 효율은 높이면서도 비용을 절감시킬 수 있는 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 제공하는데 있다.
덧붙여, 본 발명은 사용자의 눈으로 보는 가장 큰 변수인 LED 조명의 질과 가격을 만족시킬 수 있도록 하고, 제조자의 눈으로 보는 제조비용의 절감은 물론 다양한 시장 파생력을 가지는 전통조명의 조명원에 대해 1 대 1의 비율(크기)로 하여 LED 조명으로 간단히 교체할 수 있도록 하며, 단순하면서도 광균일도 및 광확산각 조율이 자유자재로 가능한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진은, COB(Chip On Board)로서 알루미늄재질에 의한 메탈 PCB나 열전도성 플라스틱에 의한 열전도성 PCB로 구성되며, 식각 처리에 의해 요홈부를 갖되 중심부에 융기된 형태의 탑재부가 형성되고 가장자리 주변에 결합홈을 형성시킨 기판; 상기 기판의 탑재부 상에 탑재되며, 면광원의 특성을 갖는 단일의 LED칩 또는 OLED로 구성되는 LED발광체; 상기 LED발광체를 덮어 발산광의 파장 변환을 유도하기 위한 형광체; 상기 기판의 요홈부 상에 안착 가능하도록 대응 크기로 형성되는 렌즈구조체로서, 기판에 본딩 결합되어 일체 구비되며, LED발광체의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광 확산 처리하기 위한 아이시클형 확산유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진은, 하나의 COB(Chip On Board)에 LED칩이 다수 배열된 멀티칩 어레이모듈 또는 OLED로 구성되며, 면광원의 특성을 갖는 LED발광체; 상기 면광원 특성을 갖는 LED발광체의 방열(放熱)을 위해 구비되며, 알루미늄재질에 의한 금속 방열체 또는 흑연이나 탄소나노섬유에 의한 세라믹 방열체로 이루어지는 히트싱크; 상기 LED발광체를 히트싱크 측에 결합시킴과 더불어 방열을 위한 열 전달효과를 발휘하도록 구비되는 서멀그리스 또는 서멀테이프; 상기 히트싱크에 체결 고정되고 LED발광체를 커버하도록 안착 배치되는 렌즈구조체이며, LED발광체의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광 확산 처리하기 위한 아이시클형 확산유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 LED발광체는 위상적으로 매우 안정된 광 제어를 위해 다음의 (수학식)
Figure 112011071634748-pat00001
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광균일도(light uniformity) 및 동일면적 대비 광 제어효율을 향상시킬 수 있고 면광원의 특성을 더욱 넓혀 시야각을 확장시킬 수 있는 유용함을 달성할 수 있으며, LED발광체의 발산광에 대해 광 조사면의 밝기를 전체적으로 동일하게 맞춰주면서 눈부심 현상을 개선 및 빛 공해를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 LED발광체 자체 패턴에 의해 발생될 수 있는 패턴을 제거할 수 있다.
본 발명은 면광원의 특성을 갖는 LED 조명원과 이에 대응하는 아이시클형 확산유닛의 상호 커플링에 의한 일체 구성으로 방수(防水) 및 방진(防振)이 가능한 밀폐형 구조를 제공하며, 기존에 비해 조명 효율은 높이면서도 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 용도로의 응용이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 사용자의 눈으로 보는 가장 큰 변수인 LED 조명의 질과 가격을 만족시킬 수 있고, 제조자의 눈으로 보는 제조비용의 절감은 물론 다양한 시장 파생력을 가지는 전통조명의 조명원에 대해 1 대 1의 비율(크기)로 하여 LED 조명으로 간단히 교체할 수 있으며, 단순하면서도 광균일도 및 광확산각 조율을 자유자재로 수행할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진의 제조공정을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 있어 면광원의 특성을 갖는 단일 칩 구성의 LED발광체를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 있어 LED발광체의 패턴 제거를 위한 광 제어 조건을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진의 활용 예시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 나타낸 구성도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진의 제조공정을 나타낸 공정도.
도 10은 본 발명에 있어 면광원의 특성을 갖는 멀티칩 어레이모듈의 LED발광체를 나타낸 예시도.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진의 활용 예시도.
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 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(100)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(110), LED발광체(120), 형광체(130), 아이시클형 확산유닛(140)을 포함하도록 구성된다.
상기 기판(110)은 LED발광체(120)를 탑재(mounting) 및 전기적인 연결을 가능하게 하는 COB(Chip On Board)이며, LED발광체(120)의 열방출(放熱)을 위한 것으로서 알루미늄재질 등에 의한 메탈 PCB, 열전도성 플라스틱에 의한 열전도성 PCB로 구성함이 바람직하다.
이때, 상기 기판(110)은 에칭, 레이저, NC나 CNC 중에서 선택된 어느 하나의 식각방식을 통해 상면을 식각 처리함으로써 요홈부(111)를 형성하되 아이시클형 확산유닛(140)을 상호 커플링 타입이 되도록 안착 배치 및 조합하여 일체로 구성할 수 있도록 구비된다.
상기 요홈부(111)에는 그 중심부분에 LED발광체(120)를 탑재하기 위한 탑재부(112)를 형성하되 차후에 기술되는 아이시클 비구면 내면(141)의 중심에 형성되는 광조정돌부(141a)의 끝단과 LED발광체(120)를 근접 배치할 수 있도록 요홈부 상에서 융기(隆起)된 형태로 구비함이 바람직하다.
또한, 상기 요홈부(111) 내에는 가장자리 주변에 결합홈(113)을 형성시킴이 바람직한데, 이러한 결합홈(113)은 접착제를 이용한 본딩 결합을 유도 및 이를 통해 기판(110)과 아이시클형 확산유닛(140) 상호간의 안정된 결합을 기대함과 아울러 내부 밀폐구조를 형성시키는데 활용하기 위함이다.
상기 LED발광체(120)는 직진성의 특성을 갖는 일반적인 LED칩이 아닌 면광원의 특성을 갖는 LED칩에 의한 단일 칩(chip)으로 구성하거나 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode; 유기발광다이오드)로 구성함이 바람직하며, 1W급 미만의 것이 사용된다 할 것이다.
이때, 상기 LED발광체(120)는 동등관계 램버시안 표면(Homogeneous Lambertian Surface)을 형성하는 조건의 아래 수학식 1을 만족시킬 수 있도록 함으로써 표면발광부에 의해 형성될 수 있는 패턴을 제거할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
(수학식 1)
Figure 112011071634748-pat00002
즉, 수학식 1은 도 4를 참조하여, LED발광체(120)의 발광부 표면이 a1, a2...an의 어느 부분에서든지 패턴이 "램버시안(lambertian)을 형성하는가?, 동등관계(homogeneous)를 형성하는가?, 연속 발광부를 형성하는가?"를 만족시킴으로써 LED발광체(120)를 통한 발광패턴의 영향력을 제거하기 위한 조건을 의미하며, 위상적으로 매우 안정된 광 제어를 위한 최적화 조건이다.
여기서, 면광원의 특성을 가지면서 상기한 수학식 1의 조건을 만족하는 LED칩으로는 도 3의 예시에서와 같이, 빅칩(big chip), 플립칩(flip chip), 버티컬칩(vertical chip) 중에서 어느 1종을 선택 적용할 수 있다 할 것이다.
상기 형광체(130)는 LED발광체(120)에서 발생되는 발산광의 파장 변환을 유도하기 위한 것으로서, R(빨간색), G(녹색), B(파란색)의 삼원색이 사용될 수 있고, 또는 이러한 형광체를 통해 LED발광체(120)를 백색(white) 조명으로 만들 수 있으며, 형광물질이 LED발광체(120)를 덮도록 도포 또는 형광시트를 LED발광체(120) 위에 올림으로써 구성될 수 있다.
상기 아이시클형 확산유닛(140)은 기판(110)의 요홈부(111) 상에 안착 가능하도록 대응 크기로 형성되는 렌즈구조체로 구비되며, LED발광체(120) 위에 위치시키고 기판(110)에 본딩 결합하여 일체 구비함으로써 LED발광체(120)의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체(120)의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광을 조정하기 위한 것으로서, 본원출원인에 의해 제안 및 등록된 등록특허 제10-1053951호(엘이디 조명장치용 아이시클형 광 조정렌즈)의 기술을 적용 및 응용하는 것이다.
상기 아이시클형 확산유닛(140)은 유리, 실리콘, 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC) 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어지는 일정 형상의 몸체를 갖는 렌즈구조체로서,
상기 LED발광체(120)의 발산광이 입사되는 법선방향에 형성되어 렌즈구조체의 내측 표면을 이루게 되고 산과 골의 형태를 갖는 곡면이되 중심부분에 고드름(icicle) 형상의 광조정돌부(141a)를 형성시킨 좌우 대칭구조이며 비구면으로 형성되는 아이시클 비구면 내면(141)과, 상기 렌즈구조체의 외측 표면을 이루는 곡면의 구성이되 구면 또는 비구면으로 형성되는 외면(142)과, 상기 렌즈구조체의 하면에 돌출 형성되는 결합돌부(143)가 구비된다.
이때, 상기 아이시클 비구면 내면(141)의 중심에 돌기형으로 형성시킨 광조정돌부(141a)의 끝단은 LED발광체(120)의 상면에 최대한 근접되게 돌출 형성시킴이 바람직하다.
여기서, 상기 아이시클 비구면 내면(141)은 LED발광체(120)의 발산광이 입사되기 시작하는 부분이면서 LED발광체(120)의 발산광에 대해 실제 확산광 유니트로 기능하게 되는 광분포 조정부분으로서, 상기 고드름과 같은 유형으로 형성시킨 광조정돌부(141a)를 통해 LED발광체(120)의 발산광에 대해 내부 반사(reflection)와 굴절(refraction)의 동시 작용을 유도하고 광조정돌부(141a)를 제외한 LED발광체(120) 측 방향에서 오목면을 갖는 좌우측부에서는 LED발광체(120)의 발산광을 굴절시킴으로써 면광원 특성을 갖는 LED발광체(120)의 발산광에 대해 면광원을 더욱 넓히면서 고르게 광 확산시키도록 조정하기 위한 것이다.
또한, 상기 외면(142)은 아이시클 비구면 내면(141)을 통해 광확산 및 광 조정된 상태에 있는 LED발광체(120)의 광원을 앞 방향으로 투과시켜 빛을 내보내는 기능을 담당하도록 한 것으로서, 대칭이나 비대칭 구조 등 자유 곡면으로 형성될 수 있고 외면의 곡면 형태에 대한 다양한 수정 및 변형이 가해질 수 있다 할 것이다.
이하, 도 2를 참조하여 상술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(100)의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.
LED발광체(120)를 탑재(mounting) 및 전기적인 연결을 가능하게 하는 COB(Chip On Board)용 기판(110)을 구비하되, 도 2의 (a)에서와 같이 식각 처리를 통해 탑재부(112)와 결합홈(113)을 포함하는 요홈부(111)를 상면에 형성시킨다.
도 2의 (b)에서와 같이, 기판(110)의 탑재부(112) 상에 면광원 특성을 갖는 LED칩 또는 OLED의 LED발광체(120)를 얹고 와이어 본딩 처리하는 등 기판(110)과의 전기적인 연결 및 신호 처리가 가능하도록 탑재한다.
도 2의 (c)에서와 같이, 기판(110)의 탑재부(112) 상에 탑재시킨 LED발광체(120) 위로 형광체(130)를 올린다.
도 2의 (d)에서와 같이, 기판(110)의 결합홈(113) 내에 아이시클형 확산유닛(140)과의 본딩 결합을 위한 접착제를 도포한다.
이때, 접착제로는 UV 본드 또는 일반 본드를 사용할 수 있다 할 것이다.
도 2의 (e)에서와 같이, 기판(110)의 요홈부(111) 상에 아이시클형 확산유닛(140)을 안착 배치 및 매칭시키고 본딩 결합력을 통해 커플링 형태로 일체 구성되게 한다.
이때, 상기에서 UV 본드를 사용한 경우에는 UV 조사를 통해 경화시킴으로써 면광원의 특성을 갖는 LED발광체(120)가 탑재된 기판(110) 상에 아이시클형 확산유닛(140)이 일체 결합되게 한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(100)은 도 5에 나타낸 바와 같이 경관조명의 용도로 적용할 수 있되, 광 제어가 가능하고 빛 공해를 차단하는 특성을 발휘할 수 있으며, 시야 개구각을 넓힐 수 있어 정면에서뿐만 아니라 측면에서도 확인할 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 광고판이나 교통신호 표지판의 용도로 적용할 수 있고, 눈부심 개선으로 선명성을 더욱 확보할 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
나아가, 도 7에 나타낸 바와 같이, 60인치 이상의 대면적을 갖는 LED TV에도 적용할 수 있되, 사이드 방식이 아닌 직하 방식의 백라이트로서 적용할 수 있음으로써 기존에 비해 가격을 낮추면서도 광균일성 및 눈부심 개선 등 품질은 향상시킬 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진을 나타낸 구성도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진의 제조공정을 나타낸 공정도로서, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(200)은 하나의 COB(Chip On Board)에 LED칩이 다수 배열되어있는 멀티칩 어레이모듈 또는 OLED에 의한 LED발광체(210), 히트싱크(220), 서멀그리스(230), 체결부를 갖는 아이시클형 확산유닛(240)을 포함하도록 구성된다.
상기 LED발광체(210)는 기판을 포함하는 구성으로, 하나의 COB(Chip On Board)에 LED칩이 100~150개 정도 다중 배열되어 모듈화된 것으로서, 10W급 이상의 것이 사용된다 할 것이며, 기본적으로 면광원의 특성을 갖는 것이다.
이때, 상기 LED발광체(210) 또한 상술한 수학식 1의 조건을 만족시킬 수 있도록 함으로써 표면발광부에 의해 형성될 수 있는 패턴을 제거 및 위상적으로 매우 안정된 광 제어가 가능하도록 구성함이 바람직하다.
여기서, 면광원의 특성을 가지면서 상기한 수학식 1의 조건을 만족하는 LED발광체(210)는 멀티칩 어레이모듈 제품을 사용함에 있어 도 10의 예시에서와 같이, 니치아(Nichia)社, 브릿지룩스(Bridgelux)社, 크리(Cree)社, 시티즌(Citizen)社, 라이트오션(Light Ocean)社 중에서 어느 1종을 선택 적용할 수 있다 할 것이다.
상기 히트싱크(220)는 멀티칩 어레이모듈 또는 OLED에 의한 LED발광체(210)의 방열(放熱)을 위해 구비되는 것으로서, 알루미늄재질에 의한 금속 방열체 또는 흑연이나 탄소나노섬유에 의한 세라믹 방열체로 구성될 수 있다 할 것이다.
상기 서멀그리스(230)는 LED발광체(210)를 히트싱크(220) 측에 결합시킴과 더불어 방열을 위한 열 전달효과를 발휘하도록 구비되는 것인데, 서멀 테이프로 대체 구성될 수 있다 할 것이다.
상기 아이시클형 확산유닛(240)은 역시 LED발광체(210)의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체(210)의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광을 조정하기 위한 것으로서, 본원출원인에 의해 제안 및 등록된 등록특허 제10-1053951호(엘이디 조명장치용 아이시클형 광 조정렌즈)의 기술을 적용 및 응용하는 것이며, 유리, 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC) 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어지는 일정 형상의 몸체를 갖는 렌즈구조체이되,
상기 LED발광체(210)의 발산광이 입사되는 법선방향에 형성되어 렌즈구조체의 내측 표면을 이루게 되고 산과 골의 형태를 갖는 곡면이되 중심부분에 고드름과 같은 광조정돌부(241a)를 형성시킨 좌우 대칭구조이며 비구면으로 형성되는 아이시클 비구면 내면(241)과, 상기 렌즈구조체의 외측 표면을 이루는 곡면의 구성이되 구면 또는 비구면으로 형성되는 외면(242)과, 상기 렌즈구조체의 가장자리에 연장 형성되는 체결부(243)가 구비된다.
이때, 상기 아이시클 비구면 내면(241)의 중심에 돌기형으로 형성시킨 광조정돌부(241a)의 끝단은 LED발광체(210)의 상면에 최대한 근접되게 돌출 형성시킴이 바람직하다.
상기 아이시클형 확산유닛(240)은 일 실시예에 있어서의 아이시클형 확산유닛(140)과 기능이 동일하므로 준용하기로 하며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 9를 참조하여 상술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(200)의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.
도 9의 (a)에서와 같이 히트싱크(220)를 구비하고, 도 9의 (b)에서와 같이 히트싱크(220)의 상면 중심에 면광원의 특성을 갖는 멀티칩 어레이모듈 또는 OLED에 의한 LED발광체(210)를 안착 배치하되 서멀그리스(230)를 이용하여 히트싱크(220) 상에 고정 결합시킨다.
도 9의 (c)에서와 같이, 히트싱크(220) 상에 고정 결합시킨 LED발광체(210)에 대해 와이어 본딩하는 등 전기적인 연결 및 신호 처리가 가능하도록 배선 처리한다.
도 9의 (d)에서와 같이, LED발광체(210)가 고정 결합된 히트싱크(220) 상에 볼트(B) 체결을 통해 아이시클형 확산유닛(240)을 체결하여 고정 배치하되 아이시클형 확산유닛(240)의 아이시클 비구면 내면(241) 측에 LED발광체(210)가 위치하여 커버되도록 하고 광조정돌부(241a)의 끝단이 LED발광체(210)의 상면에 최대한 근접되게 한다.
도 9의 (e)에서와 같이, 아이시클형 확산유닛(240)과 히트싱크(220)의 체결부위에 실리콘(S) 처리하여 방수 처리한다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(200)은 도 11에 나타낸 바와 같이 공원등의 용도로 적용할 수 있되, 특히 전통 조명의 공원등에 대해 조명원만 대체하여 구성할 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 거실이나 연회장 등의 조명으로 적용할 수 있는 것으로서, 기존 전통 조명에는 섬광(glare)을 위한 커버부재가 필수적으로 구비되는데, 본 발명을 통해서는 조명원을 대체함과 아울러 아이시클형 확산유닛(240)이 커버부재로 자체 기능하므로 커버부재가 필요 없는 등 비용을 절감할 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
나아가, 도 13에 나타낸 바와 같이, 주유소나 공장등 또는 주차장 등의 조명으로 적용할 수 있는 것으로서, 기존 전통 조명에는 광 제어를 위해 반사미러가 필수적으로 구비되어야 하나, 본 발명을 통해서는 조명원을 대체함과 아울러 아이시클형 확산유닛(240)이 반사미러 기능을 수행하므로 반사미러를 제거하는 등 비용을 절감할 수 있으면서 광 제어효율을 높일 수 있는 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
한편, 상술한 일 실시예와 다른 실시예를 갖는 본 발명에 의한 아이시클형 확산유닛을 적용한 LED 조명 엔진(100)(200)은 도시하지는 않았으나, SMPS(Switching Mode Power Supply; 스위칭 모드 전원공급장치)를 내부 공간에 장착시켜 내장형으로 더 포함시킨 구성을 갖게 할 수 있으며, 때로는 SMPS를 외부에 장착시켜 외장형으로 더 포함시킨 구성을 갖게 할 수도 있다 할 것이다.
100: LED 조명 엔진 110: 기판
111: 요홈부 112: 탑재부
113: 결합홈 120: LED발광체
130: 형광체 140: 아이시클형 확산유닛
141: 아이시클 비구면 내면 141a: 광조정돌부
142: 외면 143: 결합돌부
200: LED 조명 엔진 210: LED발광체
220: 히트싱크 230: 서멀 그리스
240: 아이시클형 확산유닛 241: 아이시클 비구면 내면
241a: 광조정돌부 242: 외면
243: 체결부

Claims (6)

  1. COB(Chip On Board)로서 알루미늄재질에 의한 메탈 PCB나 열전도성 플라스틱에 의한 열전도성 PCB로 구성되며, 식각 처리에 의해 요홈부를 갖되 중심부에 융기된 형태의 탑재부가 형성되고 가장자리 주변에 결합홈을 형성시킨 기판;
    상기 기판의 탑재부 상에 탑재되며, 면광원의 특성을 갖는 단일의 LED칩 또는 OLED로 구성되는 LED발광체;
    상기 LED발광체를 덮어 발산광의 파장 변환을 유도하기 위한 형광체;
    상기 기판의 요홈부 상에 안착 가능하도록 대응 크기로 형성되는 렌즈구조체로서, 기판에 본딩 결합되어 일체 구비되며, LED발광체의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광 확산 처리하기 위한 아이시클형 확산유닛; 을 포함하여 이루어지되,
    상기 아이시클형 확산유닛은 유리, 실리콘, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 싸이클로올레핀코폴리머 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어지는 렌즈구조체이며,
    상기 LED발광체의 발산광이 입사되는 법선방향에 형성되어 렌즈구조체의 내측 표면을 이루게 되고 산과 골의 형태를 갖는 곡면이되 중심부분에 고드름(icicle) 형상의 광조정돌부를 형성시킨 좌우 대칭구조이고 비구면으로 형성되는 아이시클 비구면 내면과, 상기 렌즈구조체의 외측 표면을 이루는 곡면의 구성이되 구면 또는 비구면으로 형성되는 외면과, 상기 렌즈구조체의 하면에 돌출 형성되고 기판의 결합홈에 매칭되도록 대응 형성되는 결합돌부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진.
  2. 하나의 COB(Chip On Board)에 LED칩이 다수 배열된 멀티칩 어레이모듈 또는 OLED로 구성되며, 면광원의 특성을 갖는 LED발광체;
    상기 면광원 특성을 갖는 LED발광체의 방열(放熱)을 위해 구비되며, 알루미늄재질에 의한 금속 방열체 또는 흑연이나 탄소나노섬유에 의한 세라믹 방열체로 이루어지는 히트싱크;
    상기 LED발광체를 히트싱크 측에 결합시킴과 더불어 방열을 위한 열 전달효과를 발휘하도록 구비되는 서멀그리스 또는 서멀테이프;
    상기 히트싱크에 체결 고정되고 LED발광체를 커버하도록 안착 배치되는 렌즈구조체이며, LED발광체의 발산광에 대해 내부 반사와 굴절의 동시 작용을 유도하여 LED발광체의 면광원 특성을 넓히면서 고른 확산이 이루어지도록 광 확산 처리하기 위한 아이시클형 확산유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 LED발광체는,
    위상적으로 안정된 광 제어를 위한 최적화를 위해 발광부 표면이 어느 부분에서든지 램버시안(lambertian)의 패턴을 형성하고, 동등관계(homogeneous)를 형성하며, 연속 발광부를 형성하도록 다음의 수학식 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진.
    (수학식)
    Figure 112012071518122-pat00003
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 아이시클형 확산유닛은,
    유리, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 싸이클로올레핀코폴리머 중에서 선택된 어느 1종으로 이루어지는 렌즈구조체이며;
    상기 LED발광체의 발산광이 입사되는 법선방향에 형성되어 렌즈구조체의 내측 표면을 이루게 되고 산과 골의 형태를 갖는 곡면이되 중심부분에 고드름(icicle) 형상의 광조정돌부를 형성시킨 좌우 대칭구조이고 비구면으로 형성되는 아이시클 비구면 내면과;
    상기 렌즈구조체의 외측 표면을 이루는 곡면의 구성이되 구면 또는 비구면으로 형성되는 외면과;
    상기 렌즈구조체의 가장자리에 연장 형성되며, 아이시클형 확산유닛을 히트싱크 측에 체결 고정하기 위한 체결부; 가 구비되는 것을 특징으로 하는 아이시클형 확산유닛을 적용한 엘이디 조명 엔진.
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