KR101241249B1

KR101241249B1 - 조명 장치

Info

Publication number: KR101241249B1
Application number: KR1020110015160A
Authority: KR
Inventors: 김광수; 박기만; 제부관; 신영호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2013-03-14
Also published as: KR20120095690A

Abstract

본 발명의 실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는, 방열층; 상기 방열층 상에 배치된 기판 및 상기 기판 상에 배치된 발광 소자를 포함하는 발광 모듈; 상기 방열층 상에 배치되고, 상기 발광 소자 상에 배치된 렌즈와 상기 렌즈와 결합되고 상기 발광 모듈의 기판을 둘러싸는 외곽부를 포함하는 렌즈 구조물; 상기 렌즈 구조물의 외곽부 상에 배치된 패킹 구조물; 및 상기 패킹 구조물 상에 배치되고, 상기 방열층과 결합하는 케이스;를 포함하고, 상기 패킹 구조물은 상기 렌즈 구조물과 상기 케이스 사이에서 압박되고, 상기 발광 소자는 발광 다이오드이고, 상기 렌즈는 형광체를 포함한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}

본 발명의 실시 예는 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이미 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.

하지만 발광 다이오드가 기존의 광원들을 완전히 대체하기 위해서는 높은 가격, 열이나 습도에 대한 취약성, 낮은 연색성, 낮은 휘도 등의 문제점을 극복해야 한다.

본 발명의 실시 예는 수분이나 이물질로부터 발광 모듈을 보호할 수 있는 조명 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는, 방열층; 상기 방열층 상에 배치된 기판 및 상기 기판 상에 배치된 발광 소자를 포함하는 발광 모듈; 상기 방열층 상에 배치되고, 상기 발광 소자 상에 배치된 렌즈와 상기 렌즈와 결합되고 상기 발광 모듈의 기판을 둘러싸는 외곽부를 포함하는 렌즈 구조물; 상기 렌즈 구조물의 외곽부 상에 배치된 패킹 구조물; 및 상기 패킹 구조물 상에 배치되고, 상기 방열층과 결합하는 케이스;를 포함하고, 상기 패킹 구조물은 상기 렌즈 구조물과 상기 케이스 사이에서 압박되고, 상기 발광 소자는 발광 다이오드이고, 상기 렌즈는 형광체를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치를 사용하면, 발광 모듈로의 수분이나 이물질의 유입을 막아 상기 발광 모듈을 보호할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치를 위에서 바라본 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 조명 장치의 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 조명 장치의 분해 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 조명 장치에서 렌즈 구조물의 다른 실시 예,
도 6은 도 5에 도시된 렌즈 구조물의 단면도,
도 7은 도 4에 도시된 조명 장치에서 A-A’으로의 단면도.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 조명 장치의 단면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는 케이스(100), 패킹 구조물(200), 렌즈 구조물(300), 발광 모듈(400) 및 절연 구조물(500)을 포함할 수 있다. 그리고, 여기에 클래드 메탈층(600)을 더 포함할 수 있다.

케이스(100)는 클래드 메탈층(600)과 결합나사 등과 같은 체결수단에 의해 서로 결합 및 고정되어 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치의 몸체를 이룰 수 있다. 구체적으로, 결합나사가 케이스(100)의 관통홀(H1)을 관통하여 클래드 메탈층(600)의 체결홈(H2)에 삽입되어 끼워지면, 케이스(100)와 클래드 메탈층(600)은 서로 결합 및 고정될 수 있다.

케이스(100)는 결합나사에 의해 클래드 메탈층(600)과 결합 또는 클래드 메탈층(600)으로부터 분리될 수 있으므로, 상기 조명 장치에 고장이 발생한 경우, 상기 결합나사를 삽입 또는 제거하여 용이하게 유지 또는 보수를 실시할 수 있다.

케이스(100)는 원형 몸체를 가질 수 있다. 케이스(100)는 패킹 구조물(200), 렌즈 구조물(300), 발광 모듈(400) 및 절연 구조물(500)을 수납하여 패킹 구조물(200), 렌즈 구조물(300), 발광 모듈(400) 및 절연 구조물(500)을 보호한다.

케이스(100)는 렌즈 구조물(300)을 통과한 광이 외부로 방출되는 개구(G)를 갖는다. 따라서, 렌즈 구조물(300)이 개구(G)를 통해 외부에 노출된다.

케이스(100)는 발광 모듈(400)로부터의 열을 방열하기 위해, 열 전도성 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 케이스(100)는 금속 재질이 바람직하며, 구체적으로 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Au), 주석(Sn) 중 적어도 하나일 수 있다. 여기서, 케이스(100)는 외측 표면에 발광 모듈(400)로부터의 열을 방열하기 위한 방열핀(110)을 복수로 가질 수 있다. 방열핀(110)에 의해 케이스(100)의 표면적은 더 넓어져 방열이 더 효과적인 이점이 있다.

패킹 구조물(200)은 케이스(100)와 렌즈 구조물(300) 사이에 배치되어, 발광 모듈(400)로 수분과 이물질이 침투하지 못하도록 한다. 패킹 구조물(200)은 수분이 투과되지 않고, 탄성의 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어 방수용 고무 또는 실리콘 재질 등일 수 있다.

패킹 구조물(200)은 렌즈 구조물(300)의 외곽부(330) 위에 배치되도록 원형의 링 형태가 사용된다. 물론 렌즈 구조물의 형태에 따라 다양한 형태를 사용할 수 있다. 패킹 구조물(200)이 렌즈 구조물(300) 위에 배치되면, 케이스(100)는 패킹 구조물(200)을 압박한다. 따라서, 패킹 구조물(200)은 케이스(100)와 렌즈 구조물(300) 사이의 공간을 채우게 되므로, 케이스(100)의 개구(G)를 통해 수분과 이물질이 발광 모듈(400)로 침투되지 못하게 막는다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.

렌즈 구조물(300)은 발광 모듈(400) 상에 배치되어 발광 모듈(400)로부터 방출된 광을 광학적으로 조절한다. 이러한 렌즈 구조물(300)은 렌즈(310)와 외곽부(330)를 포함할 수 있다.

렌즈 구조물(300)은 투광성 재질을 이용하여 사출 성형될 수 있으며, 그 재질은 글래스 또는 PMMA(Poly methyl methacrylate), PC(Polycarbonate) 등과 같은 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.

렌즈 구조물(300)은 도 4에서 돔 형태의 렌즈(310)가 복수로 설치된 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다. 구체적인 다른 실시 예는 후술하도록 한다.

렌즈(310)는 복수로 렌즈 구조물(300)의 상면에 배치될 수 있다. 이러한 렌즈(310)는 돔(dorm) 형상일 수 있다.

렌즈(310)는 발광 모듈(400)에서 입사되는 광을 조절한다. 여기서, 광을 조절한다는 의미는 발광 모듈(400)로부터 입사되는 광을 확산 또는 집광함을 의미한다. 여기서, 렌즈(310)는 발광 모듈(400)의 발광 소자(430)가 발광 다이오드인 경우, 상기 발광 소자(430)로부터의 광을 확산하는 것이 바람직하다. 하지만, 렌즈(310)는 발광 모듈(400)로부터의 광을 확산하지 않고 집광을 할 수 있다.

렌즈(310)는 발광 모듈(400)의 발광 소자(430)와 일대일로 대응하는 것이 바람직하다. 즉, 렌즈(310)의 개수는 발광 소자(430)의 개수와 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 8개의 발광 소자(430)들이 기판(410)에 배치된 경우, 8개의 렌즈(310)들은 8개의 발광 소자(430)들과 일대일로 대응되도록 배치되는 것이 바람직하다.

렌즈(310)는 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 형광체는 황색 계열, 녹색 계열 또는 적색 계열의 형광체를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 발광 모듈(400)의 발광 소자(430)가 청색 발광 다이오드인 경우, 렌즈(310)에는 황색, 녹색 및 적색의 형광체를 적어도 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다. 이처럼, 렌즈(310)에 형광체가 포함되면, 발광 소자(430)에서 방출된 광의 연색지수를 향상시킬 수 있다.

외곽부(330) 위에는 패킹 구조물(200)이 배치된다. 이를 위해, 외곽부(330)는 패킹 구조물(200)이 온전히 안착되도록 평탄한(flat) 형태를 가질 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 외곽부(330)는 평탄하지 않고, 내측 또는 외측으로 경사진 형태일 수 있다. 또한, 패킹 구조물(200)이 소정의 홈을 가진 경우, 외곽부(330)는 상기 소정의 홈에 맞춰 끼워질 수 있는 돌출부(미도시)를 가질 수 있다. 이와 같이, 외곽부(330)는 패킹 구조물(200)이 용이하게 장착될 수 있는 다양한 예들의 형태를 포함한다.

외곽부(330)는 케이스(100)와 함께 패킹 구조물(200)을 압박하는 것이 바람직하다. 이 경우, 외곽부(330)와 패킹 구조물(200) 사이로 수분이나 이물질의 유입되는 것을 차단하여 발광 모듈(400)을 상기 수분이나 이물질로부터 보호한다.

외곽부(330)는 렌즈(310)와 발광 모듈(400)의 발광 소자(430)를 일정 간격 이격시킬 수 있다. 외곽부(330)에 의해, 렌즈(310)와 발광 소자(430) 사이에 소정의 공간이 형성될 수 있다. 이는 발광 모듈(400)의 발광 소자(430)가 발광 다이오드인 경우, 상기 발광 다이오드(430)에서 방출되는 광의 배광 각도는 대략 120°를 가지는데, 이러한 광을 이용하여 원하는 배광 분포를 얻기 위해서는 상기 발광 모듈(400)과 상기 렌즈(310) 사이에 상기 일정 간격이 필요하게 되기 때문이다.

렌즈 구조물(300)의 다른 실시 예를 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

도 5는 도 4에 도시된 조명 장치에서, 렌즈 구조물(300)의 다른 실시 예이고, 도 6은 도 5에 도시된 렌즈 구조물(300)의 단면도이다.

도 5 내지 도 6에 도시된 렌즈 구조물(300)은 도 4에 도시된 렌즈 구조물(300)과 동일하게 렌즈(310)와 외곽부(330)를 포함한다. 다만, 도 5 내지 도 6에 도시된 렌즈 구조물(300)은 렌즈(310)가 복수가 아니라 하나이다.

따라서, 도 5 내지 도 6에 도시된 렌즈 구조물(300)은 도 4에 도시된 렌즈 구조물(300)의 렌즈(310)와 외곽부(330)을 가지므로, 앞서 상술한 도 4에 도시된 렌즈 구조물(300)의 렌즈(310)와 외곽부(330)의 기능과 역할을 포함한다.

여기서, 도 5 내지 도 6에 도시된 렌즈 구조물(300)의 광 입사면(350)은 소정의 요철을 가질 수 있다. 요철의 형상은 도 6에 도시된 바와 같이, 프리즘 형태 혹은 반 원 형태를 포함할 수 있다. 이렇게 렌즈 구조물(300)의 광 입사면(350)이 요철을 가지면, 광추출 효율을 높일 수 있고 원하는 배광 분포를 얻을 수 있는 이점이 있다.

발광 모듈(400)은 클래드 메탈층(600) 위에 배치되고, 렌즈 구조물(300) 아래에 배치된다. 이러한 발광 모듈(400)은 기판(410)과 상기 기판(410) 상에 배치된 복수의 발광 소자(430)를 포함할 수 있다.

기판(410)은, 도면에 도시된 바와 같이, 원판 형태일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

기판(410)은 절연체에 회로가 인쇄된 것으로, 알루미늄 기판, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB, 일반 PCB 일 수 있다.

기판(410)의 일 면에는 복수의 발광 소자(430)들이 배치된다. 기판(410)의 일 면은 광이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 흰색으로 형성될 수 있다.

발광 소자(430)는 복수로 상기 기판(410) 상에 배치된다. 여기서, 복수의 발광 소자(430)들은 상기 기판(410) 상에 어레이 형태로 탑재될 수 있으며, 상기 복수의 발광 소자(430)들의 형태와 개수는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

발광 소자(430)는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 발광 소자(430)는 적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED 또는 백색 LED 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있으며, 이외에도 다양하게 변형되어 사용될 수 있다.

기판(410)에는 교류를 직류로 변환하여 공급하는 직류 변환 장치나, 상기 조명 장치를 정전기 방전 현상(ESD) 또는 서지(Surge) 현상 등으로부터 보호하는 보호 소자 등이 더 형성될 수 있다.

기판(410)의 저면에는 방열판(미도시)이 부착될 수 있다. 상기 방열판(미도시)은 발광 모듈(400)에서 발생하는 열을 효율적으로 클래드 메탈층(600)으로 전달할 수 있다. 방열판(미도시)은 열전도성을 가지는 재질로서 예를 들어, 열전도 실리콘 패드 또는 열전도 테이프 중 어느 하나일 수 있다.

절연 구조물(500)은 발광 모듈(400)의 외주면을 감싼다. 이를 위해, 절연 구조물(500)은 원형태의 발광 모듈(400)에 따라 링 형태를 사용한다. 도면에서는 절연 구조물(500)의 링 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다.

절연 구조물(500)은 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연 구조물(500)은 고무 재질 또는 실리콘 재질인 것이 바람직하다. 이러한 절연 구조물(500)은 발광 모듈(400)을 전기적으로 보호할 수 있다. 즉, 절연 구조물(500)은 발광 모듈(400)의 측면을 클래드 메탈층(600)으로부터 전기적으로 절연하고, 금속성의 케이스(100)로부터 전기적으로 절연한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치의 내전압을 향상시킬 수 있고, 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 절연 구조물(500)은 발광 모듈(400)로의 수분이나 이물질의 유입을 막을 수 있는 이점이 있다.

클래드 메탈층(600)은 발광 모듈(400) 아래에 배치되고, 케이스(100)와 결합할 수 있다. 따라서, 발광 모듈(400)로부터의 열을 자체 방열하거나 케이스(100)로 전달할 수 있다. 여기서, 클래드 메탈층(600)은 발광 모듈(400)의 저면과 직접 혹은 간접적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 여기서, 클래드 메탈층(600)이 발광 모듈(400)의 기판(410)의 저면과 간접적으로 접촉한다는 의미는 기판(410)의 저면에 방열판(미도시)이 배치된 것을 의미할 수 있다.

클래드 메탈층(600)은 이종의 복수의 금속층들이 서로 결합된 층이다. 여기서 클레드 메탈층(600)은 전기적으로는 절연특성을 갖고 열적으로는 방열특성이 우수한 물질을 포함하는 방열층 또는 고분자물질, 비금속불질로 이루어진 지지층으로 대체하여 사용할 수도 있다. 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7은 도 4에 도시된 클래드 메탈층(600)의 A-A’으로의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 클래드 메탈층(600)은 제1 메탈층(610)과 제2 메탈층(630)을 포함할 수 있다. 제1 메탈층(610)과 제2 메탈층(630)은 서로 다른 금속성의 물질이다. 따라서, 클래드 메탈층(600)은 제1 메탈층(610)과 제2 메탈층(630)이 갖는 고유의 장점이 동시에 발현될 수 있다.

도 7에서는 클래드 메탈층(600)의 2개의 금속층들이 결합된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고, 3 이상의 금속층들이 결합된 것일 수 있다. 이러한 클래드 메탈층(600)은 제1 메탈층(610)과 제2 메탈층(630)을 열과 압력을 이용하여 제조할 수 있다.

클래드 메탈층(610)에 있어서, 제2 메탈층(630)의 열 전도율은 제1 메탈층(610) 열 전도율보다 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 메탈층(610)은 알루미늄(Al), 제2 메탈층(630)은 구리(Cu)인 것이 바람직하다.

일반적으로 구리는 알루미늄보다 열 전도율이 좋지만, 열 방출율은 좋지 않다. 발광 모듈(400)에서 방출되는 열을 빠르게 발광 모듈(400)로부터 멀어지게 해야 한다. 그래야 발광 모듈(400)의 수명을 연장시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 메탈층(610)이 알루미늄(Al), 제2 메탈층(630)이 구리(Cu)인 경우, 제2 메탈층(630)은 케이스(100) 및 발광 모듈(400)과 직접 연결된다. 이러한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치가 동작하면, 발광 모듈(400)로부터 열이 발생된다. 그러면, 발광 모듈(400)로부터 발생된 초기의 열은 제2 메탈층(630)과 제1 메탈층(610)의 온도를 높임과 함께 거의 대부분 제1 메탈층(610) 통해 외부로 방출된다. 그러나, 어느 정도 시간이 지나서 발광 모듈(400)이 더 많은 열을 방출하면, 제1 메탈층(610)과 케이스(100)의 온도차는 커지므로, 계속해서 방출되는 대부분의 열은 케이스(100)로 전도된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는, 발광 모듈(400)에 방출되는 열을 빠르게 외부로 방열할 수 있고, 나이가 발광 모듈(400)의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는, 클래드 메탈층(600)을 사용하므로, 상기 조명 장치의 두께와 무게를 줄일 수 있는 이점이 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 케이스
200: 패킹 구조물
300: 렌즈 구조물
400: 발광 모듈
500: 절연 구조물
600: 클래드 메탈층

Claims

방열층;
상기 방열층 상에 배치된 기판 및 상기 기판 상에 배치된 발광 소자를 포함하는 발광 모듈;
상기 방열층 상에 배치되고, 상기 발광 소자 상에 배치된 렌즈와 상기 렌즈와 결합되고 상기 발광 모듈의 기판을 둘러싸는 외곽부를 포함하는 렌즈 구조물;
상기 렌즈 구조물의 외곽부 상에 배치된 패킹 구조물; 및
상기 패킹 구조물 상에 배치되고, 상기 방열층과 결합하는 케이스;를 포함하고,
상기 패킹 구조물은 상기 렌즈 구조물과 상기 케이스 사이에서 압박되고,
상기 발광 소자는 발광 다이오드이고, 상기 렌즈는 형광체를 포함하는 조명 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자는 복수이고, 상기 렌즈는 상기 복수의 발광 소자들과 일대일 대응하는 조명 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 구조물의 광 입사면은 요철을 갖는 조명 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 요철은 프리즘 형상 또는 반 원 형상인 조명 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 구조물의 외곽부는,
상기 발광 소자와 상기 렌즈 사이를 소정 간격 이격시키는 조명 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 패킹 구조물은 고무 또는 실리콘 재질인 조명 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 방열층 상에 배치되고, 상기 렌즈 구조물의 외곽부를 둘러싸는 절연 구조물을 더 포함하는, 조명 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 방열층은 제1 방열층과 상기 제1 방열층 상에 배치된 제2 방열층을 포함하고,
상기 제2 방열층 상에 상기 기판이 배치되고,
상기 제1 방열층과 상기 제2 방열층을 구성하는 금속 물질은 서로 다른, 조명 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제2 방열층의 열 전도율은 상기 제1 방열층의 열 전도율보다 더 큰, 조명 장치.