KR101926363B1 - 조명 장치의 방열 구조 및 조명장치 - Google Patents

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Abstract

링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체를 기준으로 해서, 상기 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향의 일측에 설치되는 제1 히트싱크; 및 상기 중심축 방향의 타측에 설치되는 제2 히트싱크;를 구비하며, 상기 발열체는 상기 발광소자, 및 상기 발광소자가 링형으로 배치된 발광소자 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치의 방열 구조가 제공된다.

Description

조명 장치의 방열 구조 및 조명장치 {HEATSINK FOR LIGHTING APPARATUS AND LIGHTING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은, 발광소자를 사용한 조명 장치의 방열 구조 및 이를 구비한 조명 장치에 관한 것이다.
발광소자를 사용한 조명 장치에 있어서, 종래, 발광소자로부터의 발열을 방열하는 히트싱크는, 발광소자를 실장한 기판의 뒷면에만 배치되어 있다. 그러나, 방열 효율이 충분하지 않아 생기는 조명 장치의 성능 저하를 회피하기 위해, 조명 장치의 방열 효율을 향상시키는 대책이 다양하게 실시되고 있다.
또한, 발광소자를 사용한 조명 장치에서는, 광원으로서 지향성이 강한 LED를 사용하고 있기 때문에, 한정된 방향으로밖에 배광시킬 수 없다. 한편, 백열전구는, 금속 소켓(socket) 등으로 가려지는 영역을 제외하고, 거의 모든 방향으로 배광시킬 수 있기 때문에, 거의 모든 방향으로 배광시키는 것이 필요한 조명 장치와 같은 용도에서는, LED 조명 장치를 백열전구의 대체품으로서 사용하는 것은 곤란하다. 따라서, LED 조명 장치의 분야에서는, 배광성을 향상시키기 위한 기술이 요구되고 있다.
그러나, 조명 장치의 규격 등에 의해 형상에 제약이 있는 경우에는 히트싱크의 방열 면적을 늘릴 수 없고, 방열 효율을 개선해지는 것이 곤란하며, 배광성을 향상시키는데도 한계가 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 신규한 방열구조 및 방열구조를 이용한 조명장치가 요구되고 있다.
본 발명의 제1 실시형태의 일 관점에 따르면, 광을 출사하는 적어도 하나의 발광소자 및 상기 발광소자가 배치되는 발광소자 기판을 갖는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 해서, 상기 링의 중심축 방향의 일측에 설치되는 하우징; 및 상기 발광모듈을 덮도록 설치되는 수지제 글로브;를 구비하고, 상기 글로브는, 상기 글로브의 성형에 사용된 게이트부의 적어도 일부를 잔존시킨 돌출부를 2 이상 갖고, 상기 발광소자 기판은, 상기 돌출부와 결합하는 노치(notch)부를 갖는, 조명 장치가 제공된다.
본 발명의 제1 실시형태의 다른 관점에 따르면, 광을 출사하는 적어도 하나의 발광소자 및 상기 발광소자가 배치되는 발광소자 기판을 갖는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 해서, 상기 링의 중심축 방향의 일측에 설치되는 하우징; 상기 발광모듈을 덮도록 설치되는 수지제 글로브; 및 상기 발광소자 기판과 상기 하우징 양쪽 모두에 접촉하도록 설치되고, 상기 발광모듈에서 발생한 열을 상기 하우징에 전달하는 방열판;을 구비하고, 상기 글로브는, 상기 글로브의 성형에 사용된 게이트부의 적어도 일부를 잔존시킨 돌출부를 2이상 갖고, 상기 발광소자 기판과 상기 방열판 중 적어도 어느 하나는, 상기 돌출부와 결합하는 노치부를 갖는, 조명 장치가 제공된다.
여기서, 상기 각 조명 장치에 있어서, 상기 각 돌출부가, 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 조명 장치에 있어서, 상기 글로브가, 상기 발광소자 기판측의 단부에 원형상의 개구부를 갖고 있고, 상기 개구부의 주연을 따라 상기 돌출부가 설치될 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 광을 출사하는 복수의 발광소자 및 상기 발광소자가 링형으로 배치되는 발광소자 기판을 갖는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 해서, 상기 링의 중심축 방향의 일측에 설치되고, 중공이며 거의 통형의 하우징; 상기 발광소자 기판에서의 상기 일측과는 반대측의 타측의 면에 지지되고, 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사시키는 리플렉터; 및 상기 발광모듈 및 상기 리플렉터를 덮도록 설치되고, 상기 하우징의 최대 직경보다 큰 최대 직경을 갖는 글로브;를 구비하고, 상기 리플렉터는, 상기 발광소자 기판에서 이격함에 따라 직경이 확장되는 원뿔대형이 되도록 상기 발광소자 기판의 상기 타측의 면에서 돌출해 설치되고, 상기 원뿔대의 측주면(側周面)에 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사시키는 반사면을 갖고, 상기 글로브는, 상기 하우징에 접속되고, 상기 반사면의 경사를 따른 경사면을 갖는 글로브 넥부(neck portion); 및 상기 글로브 넥부에 연결 설치되는 거의 반구형의 글로브 헤드부;로 이루어진, 조명 장치가 제공된다.
여기서, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 리플렉터의 상기 반사면과 상기 글로브의 상기 경사면이 거의 평행한 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 글로브의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나, 상기 글로브의 표면에 형광체가 도포되어 있고, 상기 발광소자가, 상기 글로브에 설치된 형광체를 여기하는 광을 발광하는 LED인 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 글로브의 소재가 광확산재를 더 함유하는 재료이거나, 상기 글로브의 표면에 광확산재가 더 도포될 수 있다.
또한, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 글로브의 소재가 광확산재를 함유하는 재료이거나, 상기 글로브의 표면에 광확산재가 도포되어 있고, 상기 발광소자가, 백색광을 발하는 LED일 수 있다.
또한, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 리플렉터의 상기 링의 중심축 방향의 길이(d1)가, 상기 글로브 넥부의 상기 링의 중심축 방향의 길이(d2)보다 긴 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 리플렉터를 상기 리플렉터의 직경 확장 방향에서 상기 발광소자 기판으로 투영한 경우에, 상기 투영 영역 내에 상기 발광소자의 적어도 일부가 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시형태에 따르면, 발광소자를 이용한 조명장치의 방열 부재가 제공된다. 본 발명의 방열 부재는, 길이방향의 일단에 발광소자가 배치된 발광소자 기판을 덮는 글로브가 접속되는 금속제의 중공의 본체부; 본체부의 외주면에 인서트 성형되어 설치된 수지제의 방열부;를 구비하고, 본체부에는 방열부를 형성하는 수지재료를 계지하는 계지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
계지부는 본체부의 외주면에 형성된 복수의 구멍일 수 있다. 이 때, 구멍은 인서트 성형 시에 방열부를 형성하는 수지재료가 유동하는 방향이면서 또한, 본체부의 길이방향으로 직경이 긴 타원형 또는 다각형으로 형성할 수 있다.
또한, 계지부는 본체부의 외주면에 형성된 본체부의 길이방향으로 연장되는 복수의 슬릿일 수 있다.
또한, 계지부는 본체부의 외주면에 형성된 글로브부와 접속되는 일단측에서 타단측을 향해 외주의 직경이 작아지는 단차부일 수 있다.
또한, 계지부는 본체부의 외주면에 형성된 복수의 오목부일 수 있다.
또한, 계지부는 본체부의 외주면에 형성된 복수의 돌기부일 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태(제4 및 제5 실시형태)에 따르면, 발광소자를 사용한 조명 장치의 방열 구조가 제공된다. 본 발명의 조명 장치의 방열 구조는, 링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체를 기준으로 해서, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향의 일측에 설치되는 제1 히트싱크; 및 중심축 방향의 타측에 설치되는 제2 히트싱크;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 발광체는, 발광소자; 및 상기 발광소자가 탑재되는 발광소자 기판;으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 히트싱크 및 제2 히트싱크는 중공의 본체부를 각각 갖고, 본체부의 중심축과 발광소자의 중심축이 일치하도록 구성해도 된다.
또한, 제1 히트싱크와 제2 히트싱크 사이에는, 제1 히트싱크의 본체부 또는 제2 히트싱크의 본체부의 외주면에서 연장 설치되는, 발열체를 지지하는 플랜지부를 설치할 수 있다.
또한, 발열체는, 제2 히트싱크의 외주면에 설치할 수 있다.
또한, 제1 히트싱크와 제2 히트싱크는 일체로 형성할 수 있다.
본 발명의 제6 실시형태의 다른 관점에 따르면, 광을 출사하는 발광소자; 발광소자가 링형으로 배치된 발광소자 기판; 발광소자를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열하는 히트싱크; 및 발광소자가 배치된 발광소자 기판을 덮는 글로브;를 구비하고, 히트싱크는, 발열체를 기준으로 해서, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향의 일측에 설치되는 제1 히트싱크; 및 중심축 방향의 타측에 설치되는 제2 히트싱크;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치가 제공된다.
여기서, 제1 히트싱크 및 제2 히트싱크는, 발광소자의 중심축과 일치하는 중심축을 갖는 중공의 본체부를 각각 갖고, 글로브는, 상기 글로브부측에 설치되는 제2 히트싱크의 본체부의 중공 부분과 접속되는 개구부를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 특정 실시형태(제7 및 제8 실시형태)에 따르면, 광을 출사하는 복수의 발광소자와 상기 발광소자가 링형으로 배치되는 발광소자 기판을 가지는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 일측에 설치되는 제1 히트싱크; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 타측에 설치되는 제2 히트싱크; 상기 발광모듈을 덮도록 설치되는 글로브; 및 상기 제2의 히트싱크의 내부에 설치되어 상기 발광소자를 구동시키는 구동회로;를 구비하며, 상기 제1 히트싱크는 상기 발광모듈과 상기 구동회로의 어느 하나에서 발생한 열만을 외부로 방출하고, 상기 제2 히트싱크는 상기 발광모듈과 상기 구동회로의 다른 하나에서 발생한 열만을 외부로 방출하는 조명장치가 제공된다.
여기서, 상기 조명장치에 있어서, 상기 제1 히트싱크는 상기 구동회로에서 발생한 열을 외부로 방출하고, 상기 제2 히트싱크는 상기 발광모듈에서 발생한 열을 외부로 방출하도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 히트싱크는 거의 원통형 또는 거의 기둥형이며, 상기 발광소자 기판의 중앙부에는 상기 제1 히트싱크와 접촉하지 않는 개구부가 설치되어 있으며, 상기 발광소자 기판은 상기 제2 히트싱크와 열적으로 결합됨과 동시에 상기 구동회로는 열전도성을 가지는 재료로 이루어지는 열전도 부재를 통해 상기 제1 히트싱크와 열적으로 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 조명장치는, 상기 발광소자 기판과 상기 제2 히트싱크 사이에 상기 발광소자 기판에서 발생한 열을 상기 제2 히트싱크에 전달하는 방열판을 추가로 구비하며, 상기 방열판의 중앙부에는 상기 제1 히트싱크와 접촉하지 않는 개구부가 설치되어 있을 수 있다.
또한, 상기 조명장치에 있어서, 상기 제1 히트싱크는 상기 발광모듈에서 발생한 열을 외부로 방출하고, 상기 제2 히트싱크는 상기 구동회로에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다.
본 발명의 제9 실시형태의 일 관점에 따르면, 발광소자를 사용한 조명 장치의 방열 구조가 제공된다. 본 발명의 조명 장치의 방열 구조는, 링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체의 중심부에 설치되고, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향으로 연장 설치되는 중공의 히트싱크; 및 히트싱크의 내부에 설치되는 중공의 내부 히트싱크;를 구비하고, 히트싱크의 중심을 지나는 히트싱크의 내주면에서 내부 히트싱크의 외주면까지의 거리는 불균일한 것을 특징으로 한다.
여기서, 중심축 방향에서 본 히트싱크의 평면 형상은 원형이고, 내부 히트싱크의 평면 형상은 장경 및 단경을 갖는 타원형 또는 다각형이어도 된다.
본 발명의 제9 실시형태의 다른 관점에 따르면, 광을 출사하는 발광소자; 발광소자가 링형으로 배치된 발광소자 기판; 발광소자가 배치된 발광소자 기판을 덮는 글로브; 링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체의 중심부에 설치되고, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향으로 연장 설치되는 중공의 히트싱크; 및 히트싱크의 내부에 설치되는 중공의 내부 히트싱크;를 구비하고, 히트싱크의 중심을 지나는 히트싱크의 내주면에서 내부 히트싱크의 외주면까지의 거리는 불균일한 것을 특징으로 하는, 조명 장치가 제공된다.
본 발명의 제10 실시형태의 일 관점에 따르면, 발광소자를 사용한 조명 장치의 방열 구조가 제공된다. 본 발명의 조명 장치의 방열 구조는, 링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체의 중심부에 설치되고, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향으로 연장 설치되는 중공의 히트싱크; 및 히트싱크의 내주면에서 연장 설치되는 적어도 하나의 핀;을 구비하고, 히트싱크의 중심을 지나는 히트싱크의 내주면간의 거리는 불균일한 것을 특징으로 한다.
여기서, 히트싱크의 내주면에 설치되는 복수의 핀 중 적어도 하나는 다른 핀의 반경 방향의 길이와 다르게 형성해도 된다.
또한, 각 핀은, 히트싱크의 내주면에서 중심을 향해 원주 방향으로 방사상으로 배치해도 된다. 또는, 각 핀은, 히트싱크의 내주면에서 내부 공간을 향해 한 방향으로 연장 설치해도 된다.
본 발명의 제10 실시형태의 다른 관점에 따르면, 광을 출사하는 발광소자; 발광소자가 링형으로 배치된 발광소자 기판; 발광소자가 배치된 발광소자 기판을 덮는 글로브; 링형으로 배치된 발광소자를 포함하는 발열체의 중심부에 설치되고, 링형으로 배치된 발광소자의 중심축 방향으로 연장 설치되는 중공의 히트싱크; 및 히트싱크의 내주면에서 연장 설치되는 적어도 하나의 핀;을 구비하고, 히트싱크의 중심을 지나는 히트싱크의 내주면간의 거리는 불균일한 것을 특징으로 하는, 조명 장치가 제공된다.
본 발명의 제11 실시형태에 따르면, 광을 출사하는 복수의 발광소자와 상기 발광소자가 링형으로 배치되는 발광소자 기판을 가지는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 일측에 상기 발광소자 기판과 접촉하여 설치되는 제1 히트싱크; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 타측에 설치되며, 중공 형상을 가지는 제2 히트싱크; 상기 발광소자 기판의 상기 일측면에 유지되며, 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사시키는 리플렉터; 상기 발광모듈 및 상기 리플렉터를 덮도록 설치되는 글로브; 상기 제2 히트싱크의 내부에 설치되어 상기 발광소자를 구동시키는 구동회로;를 구비하며, 상기 제1 히트싱크 및 상기 제2 히트싱크는 각각 상기 발광모듈에서 발생한 열과 상기 구동회로에서 발생한 열 중 적어도 어느 하나를 외부로 방출하는 조명장치가 제공된다.
상기 조명장치는 상기 발광소자 기판과 상기 제2 히트싱크 모두에 접촉하도록 설치되며, 상기 발광모듈에서 발생한 열을 상기 제2 히트싱크로 전달하는 방열판을 추가로 구비할 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 리플렉터는 상기 발광소자 기판으로부터 이격됨에 따라 직경이 확장되는 원뿔대형이 되도록 상기 발광소자 기판의 상기 일측면에서 돌출되어 설치되는 상기 원뿔대의 측주면에 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사시키는 반사면을 가질 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 제2 히트싱크는 거의 원통형이며, 상기 글로브의 최대 직경이 상기 제2 히트싱크의 최대 직경보다 큰 것이 바람직하다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 글로브의 최대 직경이 상기 제2 히트싱크의 최대 직경의 1.2배 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 글로브의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나 또는 상기 글로브의 표면에 형광체가 도포되어 있으며 상기 발광소자가 상기 글로브에 구비된 형광체를 여기하는 광을 발광하는 LED이며, 상기 리플렉터에서 반사된 광 및 상기 발광소자에서 출사된 광의 파장이 상기 형광체에 의해 변환될 수 있다.
이 경우, 상기 글로브의 소재는 추가로 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 상기 글로브의 표면에 추가로 광확산제가 도포될 수 있다.
또한, 상기 조명장치에 있어서, 상기 글로브의 소재는 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 상기 글로브의 표면에 광확산제가 도포되어 있어 상기 발광소자가 백색광을 발하는 LED일 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 제2 히트싱크는 수지의 내부에 금속부재가 삽입되며, 상기 수지와 상기 금속부재가 일체로 인서트 성형되어서 얻어지는 것일 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 구동회로는 교류를 직류로 변환하는 전해 커패시터를 가지지 않을 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 제1 히트싱크는 거의 원통형 또는 거의 기둥형이며, 상기 글로브는 상기 제1 히트싱크의 일단과 접속되는 개구부를 가지고 있을 수 있다.
상기 조명장치에 있어서, 상기 리플렉터는 중공 형상을 가지며, 상기 제1 히트싱크가 상기 리플렉터의 중공부에 배치되며 상기 제1 히트싱크의 최대 직경이 상기 리플렉터의 최대 직경 이하일 수 있다.
본 발명의 제12 실시형태에 따르면, 광을 출사하는 복수의 발광소자와 상기 발광소자가 링형으로 배치되는 발광소자 기판을 가지는 발광모듈; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 일측에 상기 발광소자 기판과 접촉하여 설치되는 제1 히트싱크; 상기 발광소자 기판을 기준으로 상기 링의 중심축 방향의 타측에 설치되어 중공 형상을 가지는 제2 히트싱크; 상기 발광모듈 및 상기 리플렉터를 덮도록 설치되는 글로브; 상기 제2 히트싱크의 내부에 설치되어 상기 발광소자를 구동시키는 구동회로;를 구비하며, 상기 제1 히트싱크 및 상기 제2 히트싱크는 각각 상기 발광모듈에서 발생한 열과 상기 구동회로에서 발생한 열 중 적어도 어느 하나를 외부로 방출하고, 상기 제1 히트싱크는 상기 발광소자에서 출사된 광을 반사시키는 반사면을 가지는 조명장치가 제공된다.
발열체로부터의 열을 적극적으로 방열할 수 있는 조명 장치의 방열 구조 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
수지제 글로브의 성형 시에 사용되는 게이트 부분을, 발광모듈과 글로브간의 위치 결정용 리브 대신으로 이용함으로써, 발광소자를 사용한 조명 장치에 있어서, 글로브의 성형품으로서의 품질을 담보함과 동시에, 발광모듈과 글로브간의 위치 맞춤의 정밀도를 확보할 수 있다(특히, 제1 실시형태).
보다 간단한 구조로 배광 설계가 용이하면서, 백열전구와 동등한 넓은 배광각을 가짐으로써, 백열전구로 대체 가능한 조명 장치를 제공할 수 있다(특히, 제2 실시형태).
인서트 성형하는 금속재료를 한정하지 않고, 금속재료와 수지재료를 복합할 수 있는 조명장치의 방열 부재를 제공할 수 있다(특히, 제3 실시형태).
새로운 방열 구조를 구비함으로써 구동회로로부터의 발열에 대해, 발광모듈로부터의 발열의 영향을 받지 않고 구동회로의 방열효율을 향상시킬 수 있는 조명장치를 제공할 수 있다(특히, 제7 및 제8 실시형태).
방열효율이 우수하고 백열전구와 동등한 넓은 배광각을 가지면서 고발광효율, 고광량, 우수한 연색성, 백열전구와 동등한 형상(사이즈)을 가짐으로써 백열전구를 대체할 수 있는 전구형 조명장치를 제공할 수 있다(제11 및 제12 실시형태).
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 조명 장치의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 조명 장치를 도 1(a)의 II-II선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 P부를 확대한 단면도이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 글로브의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 발광모듈의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 글로브의 성형 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 2의 P부에 대응하는 구성으로서, 본 실시형태에 따른 조명 장치의 변경예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 조명 장치의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 9는 제2 실시형태에 따른 조명 장치를 도 8(a)의 II-II선으로 절단한 단면도이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 리플렉터의 구성을 나타내는 일부 노치(notch) 사시 단면도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 발광모듈의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 조명 장치에서의 광의 움직임을 나타내는 설명도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 조명장치를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 14는 도 1의 조명장치의 A-A 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 15는 제3 실시 형태에 관한 제1 히트싱크 중 금속재료로 형성되는 본체부 및 플랜지부를 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 15의 측면도이다.
도 17은 제3 실시 형태에 관한 제1 히트싱크의 금속부의 일 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 17의 측면도이다.
도 19는 제3 실시 형태에 관한 제1 히트싱크의 금속부의 다른 변형 예를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 측면도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시 형태의 다른 응용예에 관한 제1 히트싱크 중 금속재료로 형성되는 본체부 및 플랜지부를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 21의 측면도이다.
도 23은 제3 실시 형태의 다른 응용예에 관한 제1 히트싱크의 금속부의 일 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 24는 도 23의 측면도이다.
도 25는 또 다른 응용예의 제1 히트싱크 중 금속재료로 형성되는 본체부 및 플랜지부의 일 변형례를 나타내는 사시도이다.
도 26은 도 25의 측면도이다.
도 27은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 조명 장치를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 28은 도 27의 조명 장치의 A-A 절단선을 따른 단면도이다.
도 29는 발광소자 기판 상의 발광소자의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 30은 제5 실시 형태에 따른 조명 장치를 나타내는 단면도이다.
도 31은 제6 실시 형태에 따른 조명 장치를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 32는 도 31의 조명 장치의 B-B 절단선을 따른 단면도이다.
도 33은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 조명장치의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 34는 제7 실시 형태에 관한 조명장치를 도 33(a)의 II-II선을 따라 절단한 단면도이다.
도 35(a)는 제7 실시 형태에 관한 발광모듈의 구성을 나타내는 상면도이며, 도35(b)는 제7 실시 형태에 관한 방열판의 구성을 나타내는 상면도이다.
도 36은 제7 실시 형태에 관한 조명장치에서의 열의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 37은 제7 실시 형태에 관한 조명장치의 제조 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 38은 제8 실시 형태에 관한 조명장치의 전체 구성 및 열의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 39는 본 발명의 제9 실시형태에 따른 조명 장치를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 40은 도 39의 조명 장치의 A-A 절단선을 따른 단면도이다.
도 41은 제9 실시형태에 따른 제2 히트싱크 및 제3 히트싱크를 나타내는 평면도이다.
도 42는 제9 실시형태에 따른 제2 히트싱크 및 제3 히트싱크의 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 43은 본 발명의 제10 실시형태에 따른 제2 히트싱크를 나타내는 평면도이다.
도 44는 제10 실시형태에 따른 제2 히트싱크의 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 45는 제10 실시형태에 따른 제2 히트싱크의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 46은 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 전구형 조명장치의 전체 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 47은 제11 실시 형태에 관한 조명장치의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 48은 제11 실시 형태에 관한 조명장치를 도 2(a)의 III-III선을 따라 절단한 단면도이다.
도 49는 제11 실시 형태에 관한 조명장치에서의 열의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 50은 제11 실시 형태에 관한 조명장치에서의 광의 움직임을 나타내는 설명도이다.
도 51은 제11 실시 형태에 관한 조명장치의 배광특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 52는 제11 실시 형태에 관한 글로브의 직경과 하부 히트싱크의 직경의 비율에 의한 배광의 차이를 나타내는 설명도이다.
도 53은 제11 실시 형태에 관한 상부 히트싱크의 최대 직경과 리플렉터의 최대 직경의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 54는 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 전구형 조명장치의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 55는 제12 실시 형태에 관한 조명장치를 도 9(a)의 X-X선을 따라 절단한 단면도이다.
도 56은 제12 실시 형태에 관한 조명장치에서의 열의 흐름 및 광의 움직임을 나타내는 설명도이다.
도57은 본 발명의 조명장치에 채용가능한 LED 칩의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도58은 본 발명의 조명장치에 채용가능한 LED 칩의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도59는 본 발명의 조명장치에 채용가능한 LED 칩의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도60은 본 발명의 조명장치에 채용가능한 발광소자로서 실장용 기판에 실장된 LED 칩의 예를 나타내는 단면도이다.
도61은 본 발명의 조명장치에 채용가능한 LED 패키지의 일 예(칩스케일 패키지)를 나타내는 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 관해서는, 동일한 부호를 달아 중복 설명을 생략한다.
<제1 실시형태>
[제1 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
우선, 도 1 내지 도 5를 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 조명 장치의 구성에 관해 상세히 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 조명 장치(90)의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다. 도 2는, 동 실시형태에 따른 조명 장치(90)를 도 1(a)의 II-II선으로 절단한 단면도이다. 도 3은, 도 2의 P부를 확대한 단면도이다. 도 4는, 본 실시형태에 따른 글로브(30)의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 발광모듈(10)의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 조명 장치(90)는, 발광모듈(10); 하우징(20); 글로브(30); 및 방열판(70);을 주로 갖는다.
(발광모듈(10))
발광모듈(10)은, 발광소자(11)와 발광소자 기판(13)을 갖고, 조명 장치(90)의 광원이 되는 부재이다.
발광소자(11)는, LED(Light Emitting Diode) 등의 반도체 발광소자이고, 광을 출사한다. 이 발광소자(11)의 발광색은, 특별히 한정되지 않지만, 글로브(30)의 구성 재료에 따라 다르게 해도 된다. 예를 들어, 글로브(30)가 형광체를 함유한 재료(수지 등)로 구성될 경우, 발광소자(11)의 발광색은 청색이고, 글로브(30)에 있어서 광의 파장이 변환되고, 백색이 된다. 한편, 글로브(30)가 광확산재를 함유한 재료(수지 등)로 구성될 경우, 발광소자(11)의 발광색은 백색(6500K~2000K)이다. 발광소자(11)에서 출사된 광은, 글로브(30)에서 확산되어 외부로 방사된다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 발광소자(11)는, 본 실시형태에서는 복수 준비되고, 이들 복수의 발광소자(11)가, 발광소자 기판(13)의 한쪽 면 상에 링형으로 배치된다. 여기서 말하는 '링형'이란, 도 5에 나타내는 바와 같은 원형의 링형 뿐만 아니라, 타원형의 링형, 다각형의 링형도 포함하는 개념이다. 또한, 발광소자(11)의 수는, 도 5에 나타내는 바와 같은 복수가 아니어도 되고, 단일의 발광소자(11)가 발광소자 기판(13) 상에 실장되어 있어도 된다. 단일인 경우의 발광소자(11)의 위치도 특별히 한정되지는 않지만, 배광성을 고려하면, 거의 중심부에 위치하는 것이 바람직하다.
발광소자 기판(13)은, 발광소자(11)가 실장되는 기판이고, 바람직하게는, 알루미늄, 니켈 등의 금속이나, 유리 컴포짓(CEM3)이나, 세라믹 등의 열전도성이 높은 재료로 형성된다. 이에 의해, 발광모듈(10)에서 발생한 열을 효율적으로 하우징(20)에 전달할 수 있고, 조명 장치(90)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 발광소자 기판(13)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전구형 조명 장치의 사이즈의 규격인 ANSI 규격을 만족시키기 위해서는, 거의 원형상 또는 거의 다각형상인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서의 발광소자 기판(13)에는, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 노치부(13a, 13b, 13c)가 형성되어 있고, 이들 노치부(13a, 13b, 13c)는, 각각, 후술하는 글로브(30)의 돌출부(33a, 33b, 33c)와 결합한다. 이에 의해, 발광소자 기판(13)과 글로브(30)간의 상대 위치가 고정된다.
여기서, 발광소자 기판(13)에 형성되는 노치부의 수는, 글로브(30)에 형성하는 돌출부의 수에 대응해 결정하면 되지만, 2개 이상 형성하는 것이 필요하다. 이처럼, 발광소자 기판(13)과 글로브(30)간의 결합 부분이 2군데 이상이 됨으로써, 발광소자 기판(13)과 글로브(30)간의 상대 위치가 고정될 뿐만 아니라, 발광소자 기판(13)과 글로브(30)가 상대적으로 회전하는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 발광소자 기판(13)은, 하우징(20)의 상부(또는 방열판(70))에 지지됨으로써, 위치가 고정된다.
( 하우징 (20))
하우징(20)은, 그 일단(도 1 및 도 2의 하단)에서 소켓(socket)(미도시)과 접속됨과 동시에, 발광소자(11)를 구동시키기 위한 구동 회로(미도시)가 수납되는 하우징으로서의 기능을 갖는다. 본 실시형태에서는, 하우징(20)의 중공의 본체부의 내부에, 구동 회로를 설치할 수 있다.
또한, 하우징(20)은, 발광모듈(10)에서 발생한 열과, 구동 회로에서 발생한 열을 외부로 방출하는, 소위 히트싱크로서의 기능을 갖는다. 이 방열 기능을 실현하기 위해, 하우징(20)은, 열전도성이 높은 수지로 형성된다. 본 실시형태에 있어서, 하우징(20)이, 금속이 아니라 수지로 형성되어 있는 것은, 조명 장치(90)를 경량화하기 위함이고, 또한, 수지는 절연성이므로, 소켓과 접속되었을 때의 코킹(caulking) 부분에 절연 대책을 쓸 필요가 없기 때문이다. 따라서, 조명 장치(90)의 중량 증가가 문제가 되지 않을 경우에는, 하우징(20)의 재질로서, 알루미늄이나 구리 등의 금속 재료를 사용해도 된다. 단, 하우징(20)을 금속 재질로 한 경우에는, 소켓의 코킹 부분에 절연 대책을 쓸 필요가 있다.
또한, 방열 효과를 더 높이기 위해, 하우징(20)의 표면에, 요부나 복수의 핀 등이 설치됨으로써, 하우징(20)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점과 관련하여, 본 실시형태에서는, 하우징(20)은, 양단에 개구부를 갖는 중공의 거의 통형의 본체부의 외주면에, 복수의 핀(29)이 설치되어 있다. 이 복수의 핀(29)을 가짐으로써 하우징(20)의 외부로 노출한 면의 표면적(열을 방출하는데 사용되는 면의 면적)이 커지고, 방열 효과를 높일 수 있다. 한편, 방열 효과를 높이기 위한 구성은, 이 같은 핀(29) 뿐만 아니라, 예를 들어, 하우징(20)의 본체부의 외주면에, 복수의 요부(미도시)를 갖는 구성이어도 된다.
또한, 하우징(20)은, 발광소자 기판(13)을 기준으로 해서, 발광소자(11)의 배치에 따라 구성되는 링의 중심축 방향의 일측(발광소자(11)가 배치되어 있지 않는 쪽의 면측)에 설치된다. 이에 의해, 하우징(20)은, 구동 회로나 발광모듈(10)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 하우징(20)은, 수지(21); 및 이 수지(21) 내부에 삽입된 금속부재(23);로 구성되어 있다. 그리고, 하우징(20)은, 수지(21)와 금속부재(23)가 일체로 인서트 성형됨으로써 얻어지는 것이다. 이는, 수지(21)만이라면, 알루미늄이나 구리 등의 금속과 비교해 다소 열전도성이 낮기 때문에, 열전도성을 더 높이기 위해, 알루미늄이나 구리 등의 금속부재(23)를 삽입한 것이다. 따라서, 발광모듈(10)이나 구동 회로의 성능에 의해 발열이 억제되거나 해서, 방열 효과가 충분한 경우에는, 금속부재(23)를 삽입할 필요는 없다.
또한, 금속부재(23)를 삽입할 경우에는, 발광모듈(10)에서 발생한 열이, 하우징(20)에 전달되기 쉬워지도록 하기 위해, 방열판(70)(방열판(70)이 설치되지 않는 경우에는, 발광소자 기판(13))과 접촉하도록, 금속부재(23)를 배치하는 것이 바람직하다.
( 글로브 (30))
글로브(30)는, 발광모듈(10)을 덮도록 거의 구형으로 설치되고, 발광소자(11)에서 출사된 광의 색(발광소자(11)의 발광색)을 제어하는 역할 및, 이들 광을 글로브(30)의 표면 상에서 확산시킴으로써 조명 장치(90)의 배광각을 넓히는 역할을 갖는다.
글로브(30)는, 발광소자(11)의 발광색을 제어하는 역할을 실현하기 위해, 발광소자(11)의 발광색에 따라, 형광체나 광확산재를 포함하고 있다. 구체적으로는, 발광소자(11)가, 청색으로 발광하는 LED인 경우에는, 글로브(30)의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(30)의 표면에 형광체가 도포되어 있다. 그리고, 발광소자(11)에서 출사되고, 글로브(30)에 도달한 광의 파장이, 글로브(30)의 형광체에 의해 변환되고, 백색 발광이 된다.
여기서, 형광체에 의한 발광은, 광확산도가 크므로, 발광소자(11)에서 출사된 광의 배광 분포가 불충분해도, 형광체에 의한 발광 시의 광확산에 의해, 양호한 배광 분포를 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 종래처럼, 배광각을 넓히기 위해, 글로브를 확산성이 높은 재질로 형성한 결과, 광의 투과율이 저하해, 글로브 내부의 발광모듈 등의 부재가 비쳐 보인다는 문제도 해소할 수 있다. 또한, 청색 LED와 형광체를 조합함으로써, 자연광에 가까운 색으로 발광시킬 수 있게 된다.
또한, 조명 장치(90)의 배광각을 보다 넓히기 위해, 글로브(30)의 소재가, 형광체에 더해 광확산재를 더 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(30)의 표면에, 형광체에 더해 광확산재가 더 도포될 수 있다.
한편, 발광소자(11)가, 백색 광을 발하는 LED인 경우에는, 글로브(30)의 소재가 광확산재를 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(30)의 표면에 광확산재가 도포되어 있어도 된다. 이 경우에도, 광확산재에 의해, 발광소자(11)에서 출사된 광이, 글로브(30)의 표면에서 확산되고, 조명 장치(90)의 배광각을 넓힐 수 있다.
다음으로, 도 4 및 도 6을 참조하면서, 본 실시형태에 따른 글로브(30)의 특징적 구성에 관해 설명한다. 도 6은, 본 실시형태에 따른 수지제 글로브(30)의 성형 방법을 나타내는 설명도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서의 글로브(30)는, 상술한 발광소자 기판(13)의 노치부(13a, 13b, 13c)의 각각과 결합하는 돌출부(33a, 33b, 33c)를 갖는다. 이들 돌출부(33a, 33b, 33c)는, 글로브(30)의 성형 시에 사용된 게이트부의 적어도 일부를 컷하지 않고 잔존시킨 것이고, 글로브(30)의 저부(발광소자 기판(13)과 연결되는 측의 단부)에 형성된 개구부(31)의 주연을 따라 설치되어 있다. 이처럼, 본 실시형태에서는, 수지 성형 시에 사용되는 게이트부를 이용하므로, 글로브(30)의 재질은, 수지제이다.
여기서, 도 6을 참조하면서, 글로브(30)의 성형 방법에 관해 설명한다. 한편, 도 6에는, 게이트 형상으로서, 거의 구형으로 성형하는데 적합한 스포크 게이트의 예를 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 글로브(30)의 성형 시에는, 노즐에서 용융 상태의 수지가 사출되고, 이 수지가, 스프루(35), 러너(37a, 37b, 37c(러너의 수는 3개에 한정되는 것은 아님.))를 지나, 성형품이 되는 캐비티 부분(틀)에 대한 유입구인 게이트(33a, 33b, 33c)를 지난다. 이 게이트로는, 여러 종류의 것이 존재하지만, 이들 중, 성형품의 외관, 강도, 정밀도, 기타 목적의 제품을 얻기 위해 가장 적합한 게이트가 선택된다.
게이트(33a, 33b, 33c)는, 글로브(30)의 성형용 틀에 유입된 용융 상태의 수지가, 냉각 고화하기까지 유로를 차단해 역류를 막고, 게이트(33a, 33b, 33c) 부근에 일어나는 성형품의 변형, 깨짐, 휨 등의 잔류 응력을 경감한다. 일반적으로는, 수지 성형 후의 게이트는, 게이트 커터 등을 사용해 절제되는 것이다. 이처럼, 성형 후에 불필요해지는 게이트 부분은, 될 수 있는 한 작게 해야 한다. 특히, 게이트가, 도 6에 나타내는 바와 같이 원형의 개구부(31)의 주연을 따라 형성될 경우에는, 게이트의 폭(도 4의 폭(D))이 크면, 게이트 부분이 남지 않도록 절제하는 것이 곤란해진다. 반대로, 게이트의 폭을 너무 작게 하면, 게이트 부분의 유속이 떨어지고, 용접이나 게이트 플로우 등의 성형 불량이 발생하기 쉬워지기 때문에, 제품 품질의 저하로 이어진다는 문제도 있다.
이에 반해, 본 실시형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 글로브(30)의 성형 시에 사용한 게이트(33a, 33b, 33c)의 적어도 일부를 남기고(도 4에서는, 전부 남긴 예를 나타내고 있음.), 이것을 그대로, 발광소자 기판(113)과의 위치 결정용 돌출부(리브)(33a, 33b, 33c)로서 이용하고 있다. 즉, 게이트(33a, 33b, 33c)를 컷할 필요가 없으므로, 게이트의 폭(D)을 크게 해도, 게이트 컷 시에 절제가 곤란해진다는 문제는 일어나지 않는다. 또한, 게이트의 폭(D)을 크게 할 수 있기 때문에, 용접이나 게이트 플로우 등의 성형 불량의 발생을 방지할 수도 있다. 따라서, 게이트(33a, 33b, 33c)의 사이즈나 형상의 자유도가 향상된다. 특히, 게이트가, 원형의 개구부(31)의 주연을 따라 형성될 경우에는, 그 효과가 크다.
이처럼, 게이트의 사이즈나 형상의 자유도가 향상됨으로써, 글로브(30)의 성형 시의 게이트부에서의 수지의 유동성이 개선되고, 용접이나 게이트 플로우 등의 성형 불량의 저감에 기여하므로, 글로브(30)의 제품 품질의 향상으로도 이어진다.
또한, 글로브(30)의 성형 시에 틀로 수지가 공급되는 방법을 균일하게 하기 위해서는, 게이트(33a, 33b, 33c)가 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 당연한 것이지만, 글로브(30)의 돌출부(33a, 33b, 33c)도 등간격으로 배치되게 된다.
또한, 게이트(33a, 33b, 33c)를, 그대로, 발광소자 기판(13)과의 위치 결정, 및, 글로브(30)의 회전 고정용 돌출부(33a, 33b, 33c)로서 사용함으로써, 글로브(30)에 새롭게 위치 결정 및 회전 고정용 리브 등의 부재를 설치하는 스페이스를 생략할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 돌출부(33a, 33b, 33c)는, 2개 이상 설치하는 것이 필요하다. 이처럼, 발광소자 기판(13)과의 위치 결정, 및, 글로브(30)의 회전 고정용 돌출부(33a, 33b, 33c)를 복수 설치함으로써, 광학렌즈로서도 기능하는 글로브(30)의 위치 결정 정밀도를 높일 수 있다. 글로브(30)의 위치 결정 정밀도를 보다 높인다는 관점에서 보면, 돌출부의 개수가 3개 이상인 것이 바람직하지만, 이 경우, 글로브(30)를 발광소자 기판(13)에 장착할 때의 여유 간격이 없어지기 때문에, 조명 장치(90)의 용도에 따라 돌출부의 수를 적절히 정하는 것이 바람직하다.
(방열판(70))
방열판(70)은, 발광소자 기판(13)과 하우징(20) 양쪽 모두에 접촉하도록 설치되고, 주로, 발광모듈(10)에서 발생한 열을 하우징(20)에 전달하는 역할을 갖는다. 이 방열판(70)은, 상기 열전달의 역할을 실현하기 위해, 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 높은 금속으로 구성된다.
또한, 본 실시형태에 따른 조명 장치(90)에서는, 글로브(30)의 돌출부(33a, 33b, 33c)와 결합하는 노치부가, 발광소자 기판(13)이 아니라, 도 7에 나타내는 바와 같이, 방열판(70)에 설치되어 있어도 된다. 이 경우에는, 글로브(30)와 방열판(70)의 사이에서 위치 결정이 되기 때문에, 발광소자 기판(13)을 나사 고정 등에 의해 방열판(70)에 고정해 둘 필요가 있다.
한편, 글로브(30)의 돌출부(33a, 33b, 33c)와 결합하는 노치부를, 방열판(70)과 발광소자 기판(13) 양쪽 모두에 설치해도 되지만, 이 경우는, 글로브(30)와 발광소자 기판(13)과 방열판(70)의 3개의 부재의 사이에서 위치 결정을 하는 것이 필요해지므로, 조립이 다소 복잡해질 가능성이 있다.
또한, 조명 장치(90)의 방열 효율이 충분히 높고, 또한, 발광소자 기판(13) 및 글로브(30)의 위치 결정 정밀도를 확보할 수 있으면, 방열판(70)은, 반드시 설치되어 있지 않을 수 있다.
(기타 구성)
기타, 본 실시형태에 따른 조명 장치(90)는, 필요에 따라 다른 부재를 구비하고 있어도 된다. 예를 들어, 조명 장치(90)의 배광성을 향상시키기 위해, 조명 장치(90)는, 발광소자(11)에서 출사시킨 광을 반사해 소켓 방향으로 광을 배광시키기 위한 리플렉터(미도시)를 갖고 있어도 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 본 실시형태는 다양하게 변경되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시형태에서는, 발광소자 기판(13), 하우징(20), 글로브(30), 및 방열판(70)의, 중심축에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면 형상을 원형으로 했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 각 부재의 단면 형상은, 다각형이나 타원형일 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 발광소자 기판(13)에 복수의 발광소자(11)를 링형으로 배치해 구성되는 하나의 발광소자 그룹만을 설치하고 있지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광소자 기판(13)에, 동심원형으로 복수의 발광소자 그룹을 설치할 수 있다.
<제2 실시형태>
[제2 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
도 8 내지 도 11을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 조명 장치의 구성에 관해 상세히 설명한다. 도 8은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 조명 장치(100)의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다. 도 9는, 동 실시형태에 따른 조명 장치(100)를 도 8(a)의 II-II선으로 절단한 단면도이다. 도 10은, 본 실시형태에 따른 리플렉터(140)의 구성을 나타내는 일부 노치 사시 단면도이다. 도 11은, 본 실시형태에 따른 발광모듈(110)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 조명 장치(100)는, 발광모듈(110); 하우징(120); 리플렉터(140); 글로브(130); 및 방열판(170);을 주로 갖는다.
(발광모듈(110))
발광모듈(110)은, 발광소자(111)와 발광소자 기판(113)을 갖고, 조명 장치(100)의 광원이 되는 부재이다.
발광소자(111)는, LED(Light Emitting Diode) 등의 반도체 발광소자이고, 광을 출사한다. 이 발광소자(111)의 발광색은, 후술하는 글로브(130)의 구성 재료에 따라 다르다. 구체적으로는, 글로브(130)가 형광체를 함유한 재료(수지 등)로 구성될 경우, 발광소자(111)는, 상기 형광체를 여기하는 광을 발광하는 LED(예를 들어, 청색 LED)이고, 글로브(130)에 있어서 광의 파장이 변환되고, 백색이 된다.
한편, 글로브(130)가 광확산재를 함유한 재료(수지 등)로 구성될 경우, 발광소자(111)의 발광색은 백색(6500K~2000K)이다. 발광소자(111)에서 출사된 광은, 후술하는 리플렉터(140)에서 반사되어, 또는 직접 글로브(130)에 도달해, 글로브(130)에서 확산되어 외부로 방사된다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 발광소자(111)는, 본 실시형태에서는 복수 준비되고, 이들 복수의 발광소자(111)가, 발광소자 기판(113)의 한쪽 면 상에 링형으로 배치된다. 여기서 말하는 "링형"이란, 도 11에 나타내는 바와 같은 원형의 링형 뿐만 아니라, 타원형의 링형, 다각형의 링형도 포함하는 개념이다.
발광소자 기판(113)은, 발광소자(111)가 실장되는 기판이고, 바람직하게는, 알루미늄, 니켈 등의 금속이나, 유리 컴포짓(CEM3)이나, 세라믹 등의 열전도성이 높은 재료로 형성된다. 이에 의해, 발광모듈(110)에서 발생한 열을 효율적으로 하우징(120)에 전달할 수 있고, 조명 장치(100)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 발광소자 기판(113)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 ANSI 규격을 만족시키기 위해서는, 거의 원형상 또는 거의 다각형상인 것이 바람직하다.
또한, 발광소자 기판(113)은, 리플렉터(140)의 저부와, 하우징(120)의 상부(또는 방열판(170))에 의해 사이에 끼워짐으로써, 위치가 고정된다.
( 하우징 (120))
하우징(120)은, 발광소자를 구동시키기 위한 구동 회로(미도시)가 수납되는 하우징으로서의 기능을 갖는다. 본 실시형태에서는, 하우징(120)의 중공의 본체부의 내부에, 구동 회로를 설치할 수 있다.
또한, 하우징(120)은, 그 일단(도 8 및 도 9의 하단)에서 소켓(미도시)과 접속됨과 동시에, 발광모듈(110)에서 발생한 열과, 구동 회로에서 발생한 열을 외부로 방출하는, 소위 히트싱크로서의 기능을 갖는다. 이 방열 기능을 실현하기 위해, 하우징(120)은, 열전도성이 높은 수지로 형성된다. 본 실시형태에 있어서, 하우징(120)이, 금속이 아니라 수지로 형성되어 있는 것은, 조명 장치(100)를 경량화하기 위함이고, 또한, 수지는 절연성이므로, 소켓과 접속되었을 때의 코킹 부분에 절연 대책을 쓸 필요가 없기 때문이다. 따라서, 조명 장치(100)의 중량 증가가 문제가 되지 않는 경우에는, 하우징(120)의 재질로서, 알루미늄이나 구리 등의 금속 재료를 사용해도 된다. 단, 하우징(120)을 금속 재질로 한 경우에는, 소켓의 코킹 부분에 절연 대책을 쓸 필요가 있다.
또한, 방열 효과를 더 높이기 위해, 하우징(120)의 표면에, 요부나 복수의 핀 등이 설치됨으로써, 하우징(120)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점, 본 실시형태에서는, 하우징(120)은, 양단에 개구부(120a, 120b)를 갖는 중공의 거의 통형의 본체부의 외주면에, 복수의 핀(129)이 설치되어 있다. 이 복수의 핀(129)을 가짐으로써, 하우징(120)의 외부로 노출한 면의 표면적(열을 방산하는데 사용되는 면의 면적)이 커지고, 방열 효과를 높일 수 있다. 한편, 방열 효과를 높이기 위한 구성은, 이 같은 핀(129) 뿐만 아니라, 예를 들어, 하우징(120)의 본체부의 외주면에, 복수의 요부(미도시)를 갖는 구성일 수 있다.
또한, 하우징(120)은, 발광소자 기판(113)을 기준으로 해서, 발광소자(111)의 배치에 따라 구성되는 링의 중심축 방향의 일측(발광소자(111)가 배치되어 있지 않는 쪽의 면측)에 설치된다. 이에 의해, 하우징(120)은, 구동 회로나 발광모듈(110)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 하우징(120)은, 수지(121); 및 이 수지(121) 내부에 삽입된 금속부재(123);로 구성되어 있다. 그리고, 하우징(120)은, 수지(121)와 금속부재(123)가 일체로 인서트 성형됨으로써 얻어지는 것이다. 이는, 수지(121) 만이라면, 알루미늄이나 구리 등의 금속과 비교해 다소 열전도성이 낮기 때문에, 열전도성을 더 높이기 위해, 알루미늄이나 구리 등의 금속부재(123)를 삽입한 것이다. 따라서, 발광모듈(110)이나 구동 회로의 성능에 의해 발열이 억제되거나 해서, 방열 효과가 충분한 경우에는, 금속부재(123)를 삽입할 필요는 없다.
또한, 금속부재(123)를 삽입할 경우에는, 발광모듈(110)에서 발생한 열이, 하우징(120)에 전달되기 쉬워지도록 하기 위해, 방열판(170)(방열판(170)이 설치되지 않는 경우에는, 발광소자 기판(113))과 접촉하도록, 금속부재(123)를 배치하는 것이 바람직하다.
( 리플렉터 (140))
리플렉터(140)는, 발광소자 기판(113)의 면 중 발광소자(111)가 배치된 면(이하, "발광소자(111)측의 면"이라 칭함.)에 지지되고, 발광소자(111)에서 출사된 광을 반사시킨다. 본 실시형태에서의 리플렉터(140)는, 높은 광반사성을 갖는 재료로 구성되고, 발광소자(111)로부터의 광을 소켓 방향(하우징(120)이 있는 측의 방향)으로 반사시키고, 조명 장치(100)의 배광각을 소켓 방향으로 넓히는 기능을 갖는다.
이 같은 기능을 실현하기 위해, 리플렉터(140)는, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같은 역(逆)원뿔대형, 즉, 발광소자 기판(113)에서 이격함에 따라 직경이 확장되는 원뿔대형이 되도록, 발광소자 기판(113)의 발광소자(111)측의 면에서 돌출해 설치되어 있다. 또한, 원뿔대형의 리플렉터(140)의 측주면은, 발광소자(111)에서 출사된 광이 반사되는 반사면(141)으로 되어 있다. 따라서, 이 반사면(141) 만이, 높은 광반사성을 갖는 재료로 구성되고, 다른 부분이 광반사성을 갖지 않는 재료로 구성될 수 있다.
또한, 도 9의 화살표(S)에 나타내는 바와 같이, 리플렉터(140)를 상기 리플렉터(140)의 직경 확장 방향(도 9에 나타내는 예에서는, 리플렉터(140)의 수직 방향 상방)에서 발광소자 기판(113)으로 투영한 경우에, 상기 투영 영역 내에 발광소자(111)의 적어도 일부가 존재하는 것이 바람직하다. 리플렉터(140)와 발광소자(111) 간의 위치 관계를 상기처럼 함으로써, 발광소자(111)에서 출사된 광의 대부분을 리플렉터(140)의 반사면(141)에 닿게 할 수 있고, 이에 의해, 소켓 방향으로의 광의 방사 비율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 조명 장치(100)에서의 배광각을 보다 넓힐 수 있다.
( 글로브 (130))
글로브(130)는, 발광모듈(110) 및 리플렉터(140)를 덮도록 거의 구형으로 설치되고, 발광소자(111)에서 출사된 광, 또는, 리플렉터(140)에서 반사된 광의 색(발광소자(111)의 발광색)을 제어하는 역할, 및, 이들 광을 글로브(130)의 표면 상에서 확산시킴으로써 조명 장치(100)의 배광각을 넓히는 역할을 갖는다.
글로브(130)는, 발광소자(111)의 발광색을 제어하는 역할을 실현하기 위해, 발광소자(111)의 발광색에 따라, 형광체나 광확산재를 포함하고 있다. 구체적으로는, 발광소자(111)가, 청색으로 발광하는 LED인 경우에는, 글로브(130)의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(130)의 표면에 형광체가 도포되어 있다. 예를 들어, 글로브(130)가 수지로 이루어질 경우에는, 이 수지 중에 형광 안료를 함유시키도록 해도 되고, 글로브(130)가 유리 재료로 이루어질 경우에는, 이 글로브의 표면에 형광 도료를 도포하도록 해도 된다. 그리고, 리플렉터(140)에서 반사되고, 또는, 발광소자(111)에서 출사되고, 글로브(130)에 도달한 광의 파장이, 글로브(130)의 형광체에 의해 변환되고, 백색의 발광이 된다.
여기서, 형광체에 의한 발광은, 광확산도가 크므로, 리플렉터(140)에서 반사된 광의 배광 분포가 불충분해도, 형광체에 의한 발광 시의 광확산에 의해, 양호한 배광 분포를 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 종래처럼, 배광각을 넓히기 위해, 글로브를 확산성이 높은 재질로 형성한 결과, 광의 투과율이 저하되어, 글로브 내부의 발광모듈 등의 부재가 비쳐 보인다는 문제도 해소할 수 있다. 또한, 청색 LED와 형광체를 조합함으로써, 자연광에 가까운 색으로 발광시킬 수 있게 된다.
또한, 조명 장치(100)의 배광각을 보다 넓히기 위해, 글로브(130)의 소재가, 형광체에 더해 광확산재를 더 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(130)의 표면에, 형광체에 더해 광확산재가 더 도포되어 있어도 된다.
한편, 발광소자(111)가, 백색광을 발하는 LED인 경우에는, 글로브(130)의 소재가 광확산재를 함유하는 재료이거나, 또는, 글로브(130)의 표면에 광확산재가 도포되어 있어도 된다. 이 경우에도, 광확산재에 의해, 발광소자(111)에서 출사된 광, 또는, 리플렉터(140)에서 반사된 광이, 글로브(130)의 표면에서 확산되고, 조명 장치(100)의 배광각을 넓힐 수 있다.
또한, 조명 장치(100)의 배광각을 넓히기 위해서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 글로브(130)의 최대 직경(D1)은, 하우징(120)의 최대 직경(D2)보다 큰 것이 필요하다. 글로브(130)의 최대 직경(D1)에 대해, 하우징(120)의 최대 직경(D2)이 너무 크면, 글로브(130) 표면에서 소켓 방향으로 방사된 광이, 하우징(120)에 의해 차단되어 버리는 영역이 넓어지기 때문에, 소켓 방향의 광의 배광각이 작아져 버린다.
여기서, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서의 글로브(130)는, 글로브 넥부(131)와 글로브 헤드부(133)의 2개의 부분으로 이루어져 있다. 이들 글로브 넥부(131)와 글로브 헤드부(133)는, 물리적으로 별개로서 형성되어 있어도 되고, 일체로 형성될 수도 있다. 
( 글로브 넥부 (131))
글로브 넥부(131)는, 글로브(130) 중, 하우징(120)에 접속되는 측의 부분이고, 리플렉터(140)의 반사면(141)의 경사를 따른 경사면(131a)을 갖고 있다. 이처럼, 글로브 넥부(131)가, 리플렉터(140)의 반사면(141)을 따른 경사를 갖는 경사면(131a)을 가짐으로써, 발광소자(111)에서 출사되어 반사면(141)에서 반사된 광이, 글로브 넥부(131)에 도달하기 쉬워지기 때문에, 소켓 방향으로 배광되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 이 같은 효과는, 특히, 리플렉터(140)의 반사면(141)과, 글로브 넥부(131)의 경사면(131a)이 거의 평행한 경우에 현저해진다. 따라서, 리플렉터(140)의 반사면(141)과, 글로브 넥부(131)의 경사면(131a)은, 거의 평행한 것이 바람직하다.
또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상술한 리플렉터(140)의 발광소자(111)가 배치되어 이루어진 링의 중심축 방향의 길이(d1)가, 글로브 넥부(131)의 중심축 방향의 길이(d2)보다 긴 것이 바람직하다. 리플렉터(140)와 글로브 넥부(131)의 형상과 위치 관계가 상기처럼 되어 있음으로써, 발광소자(111)에서 출사된 광이 글로브 넥부(131)의 경사면(131a)에 도달하는 비율을 증가시킬 수 있으므로, 소켓 방향으로 배광되는 광의 양을 증가시킬 수 있다.
한편, 글로브 넥부(131)의 저부(글로브 헤드부(133)와 접속되어 있는 측과는 반대측의 단부)에는 개구부(미도시)가 설치되어 있고, 글로브 넥부(131)는, 이 개구부에 있어서 하우징(120)과 접속된다.
( 글로브 헤드부 (133))
글로브 헤드부(133)는, 글로브 넥부(131)에 연결 설치되는 거의 반구형의 부분이다. 이 글로브 헤드부(133)는, 주로, 발광소자(111)에서 출사되고, 리플렉터(140)에는 닿지 않고 직접 글로브(130)에 도달하는 광을 확산시킨다. 전술한 글로브 넥부(131)가 소켓 방향으로 배광되는 광의 양을 증가시키는 역할을 갖는데 반해, 이 글로브 헤드부(133)는, 글로브(130)의 정상부 방향으로 배광되는 광의 양을 증가시키는 역할을 갖고 있다.
(기타)
글로브(130)의 표면에는, 광을 확산할 수 있는 구조가 설치될 수도 있다. 광을 확산할 수 있는 구조로는, 예를 들어, 글로브(130) 표면에 형성되는 요철면 등이 고려된다. 이 경우의 요철면은, 랜덤의 구조도 되고, 규칙적인 구조도 될 수 있다.
(방열판(170))
방열판(170)은, 발광소자 기판(113)과 하우징(120) 양쪽 모두에 접촉하도록 설치되고, 주로, 발광모듈(110)에서 발생한 열을 하우징(120)에 전달하는 역할을 갖는다. 이 방열판(170)은, 상기 열전달의 역할을 실현하기 위해, 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 높은 금속으로 구성된다.
또한, 방열판(170)에는, 도시되어 있지 않은 리플렉터(140)의 위치 오차 방지핀이 설치되어 있어도 되고, 이 경우에는, 방열판(170)은, 상기의 열 전달의 역할 뿐만 아니라, 발광소자 기판(113), 리플렉터(140), 글로브(130)의 위치의 기준이 되는 역할도 갖는다.
한편, 조명 장치(100)의 방열 효율이 충분히 높고, 또한, 발광소자 기판(113), 리플렉터(140), 글로브(130)의 위치 결정 정밀도를 확보할 수 있으면, 방열판(170)은, 반드시 설치되어 있지 않아도 된다.
[제2 실시형태에 따른 조명 장치의 작용 효과]
다음으로, 도 12를 참조하면서, 본 실시형태에 따른 조명 장치(100)의 작용 효과, 즉, 배광성의 향상(광(廣)배광화) 효과에 관해 설명한다. 도 12는, 본 실시형태에 따른 조명 장치(100)에서의 광의 움직임을 나타내는 설명도이다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(100)에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 발광소자(111)에서 출사된 광은, 주로, 4종류의 경로를 지난다. 제1 경로는, 발광소자(111)로부터 직접 글로브 넥부(131)에 도달하는 경로(L1)이고, 제2 경로는, 발광소자(111)로부터 리플렉터(140)의 반사면(141)에서 반사되고, 글로브 넥부(131)에 도달하는 경로(L2)이고, 제3 경로는, 발광소자(111)로부터 리플렉터(140)의 반사면(141)에서 반사되고, 글로브 헤드부(133)에 도달하는 경로(L3)이고, 제4 경로는, 발광소자(111)로부터 직접 글로브 헤드부(133)에 도달하는 경로(L4)이다.
제1 경로를 지날 경우는, 발광소자(111)에서 출사된 광(L1)은, 리플렉터(140)에 닿지 않고, 직접 글로브 넥부(131)에 입사하고, 글로브 넥부(131)의 표면에서 확산된다. 확산광(L1')은, 여러 방향(주로, 수평 방향에서 소켓 방향측)으로 확산된다. 상술한 바와 같이, 발광소자(111)가 청색 LED이고, 글로브(130)가 형광체를 함유하거나, 글로브(130) 표면에 형광체가 도포되어 있는 경우에는, 광확산도가 크기 때문에, 확산광(L1')은, 보다 넓은 범위로 확산된다. 또한, 글로브(130)가 광확산재를 함유하거나, 글로브(130)의 표면에 광확산재가 도포되어 있는 경우에도, 확산광(L1')의 확산 범위를 넓힐 수 있다(이하 동일).
제2 경로를 지날 경우는, 발광소자(111)에서 출사된 광(L2)은, 리플렉터(140)의 반사면(141)에서 반사되고, 반사광(L2)이, 글로브 넥부(131)에 입사해, 글로브 넥부(131)의 표면에서 확산된다. 확산광(L2')은, 여러 방향으로 방사된다.
여기서, 리플렉터(140)가, 상술한 바와 같이 역원뿔대형의 형상을 갖고 있음과 동시에, 글로브 넥부(131)가 리플렉터(140)의 반사면(141)을 따른 경사면(131a)을 가지며, 글로브(130)의 최대 직경(D1)이, 하우징(120)의 최대 직경(D2)보다 크므로, 발광소자(111)에서 출사된 광이 제1 및 제2 경로를 지날 경우에는, 발광소자(111)에서 출사된 광을 소켓 방향으로 방사할 수 있다. 즉, 리플렉터(140)가, 발광소자 기판(113)에서 이격함(소켓 방향과는 반대 방향으로 감)에 따라 직경이 확장되는 역원뿔대형의 형상을 하고 있고, 이 리플렉터(140)의 측주면이 광반사면(141)으로 되어 있으므로, 발광소자(111)에서 출사된 광(L2)을, 광반사면(141)에 의해 수평 방향에서 소켓 방향측으로 반사시킬 수 있고, 이 반사광(L2)을 글로브 넥부(131)에서 더 확산시킬 수 있다. 이 확산 시, 글로브(130)의 최대 직경(D1)이, 하우징(120)의 최대 직경(D2)보다 크므로, 하우징(130)이, 글로브 넥부(131) 표면에서 확산한 확산광(L1', L2')을 차단하지 않기 때문에, 수평 방향에서 소켓 방향측의 보다 넓은 범위로, 확산광(L1', L2')을 방사할 수 있다. 또한, 글로브 넥부(131)가 갖는 경사면(131a)이, 반사면(141)을 따라, 발광소자 기판(113)에서 이격함에 따라 직경이 확장되는 형상을 하고 있으므로, 글로브 넥부(131)에 도달한 광(L1,L2)을 수평 방향에서 소켓 방향측으로 배광시키기 쉬워진다. 특히, 리플렉터(140)의 반사면(141)과, 글로브 넥부(131)의 경사면(131a)이 거의 평행한 경우에는, 광(L2)을 글로브 넥부(131)에 도달시키기 쉽기 때문에, 소켓 방향측으로의 배광을 보다 증가시킬 수 있다.
또한, 제3 경로를 지날 경우는, 발광소자(111)에서 출사된 광(L3)은, 리플렉터(140)의 반사면(141)에서 반사되고, 반사광(L3)이, 글로브 헤드부(133)에 입사해, 글로브 헤드부(133)의 표면에서 확산된다. 확산광(L3')은, 여러 방향으로 방사된다.
제4 경로를 지날 경우는, 발광소자(111)에서 출사된 광(L4)은, 리플렉터(140)에 닿지 않고, 직접 글로브 헤드부(133)에 입사하고, 글로브 헤드부(133)의 표면에서 확산된다. 이 경우도, 확산광(L4')은, 여러 방향으로 확산된다.
여기서, 발광소자(111)에서 출사된 광이 제1 및 제2 경로를 지날 경우에는, 수평 방향보다 글로브(130)의 정상부 방향(소켓 방향과는 반대 방향)측으로의 광의 확산량이 적다. 그러나, 발광소자(111)에서 출사된 광이 제3 및 제4 경로를 지남으로써, 수평 방향보다 글로브(130)의 정상부 방향측으로의 광의 확산량을 충분히 확보할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 조명 장치(100)에서는, 발광소자(111)에서 출사된 광이, 4종류의 경로를 지나므로, 넓은 배광각을 실현할 수 있다. 구체적으로는, 조명 장치(100)에서는, 예를 들어, 배광각 300deg의 범위에서, 발광 강도차를 ±10% 이내라는 매우 높은 배광성을 실현할 수 있고, 백열전구와 동등한 성능을 갖고, 백열전구의 대체품으로서 조명 장치(100)를 사용하는 것이 가능해진다.
상기 광(廣)배광화의 효과는, 리플렉터(140)의 발광소자(111)가 배치되어 이루어진 링의 중심축 방향의 길이(d1)가, 글로브 넥부(131)의 중심축 방향의 길이(d2)보다 긴 경우에, 특히 현저해진다. 발광소자(111)가 LED 등의 반도체 소자인 경우에는, 지향성이 강하기 때문에, 발광소자(111)에서 출사된 광은, 상기 제3 경로(L3) 및 제4 경로(L4)를 취하기 쉬워진다. 그러나, 리플렉터(140)의 발광소자(111)가 배치되어 이루어진 링의 중심축 방향의 길이(d1)가, 글로브 넥부(131)의 중심축 방향의 길이(d2)보다 긴 경우에는, 발광소자(111)에서 출사된 광이, 제2 경로(L2)를 취하기 쉬워지기 때문에, 수평 방향에서 소켓 방향측으로의 배광을 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 넓은 범위에서 안정적이며 큰 광량이 되도록, 배광 설계하는 것이 용이해진다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 본 실시형태는 다양하게 변경되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시형태에서는, 발광소자 기판(113), 리플렉터(140), 글로브(130), 및 방열판(170)의, 중심축(C)에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면 형상을 원형으로 했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 각 부재의 단면 형상은, 다각형이나 타원형일 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 발광소자 기판(113)에 복수의 발광소자(111)을 링형으로 배치해 구성되는 하나의 발광소자 그룹만을 설치하고 있지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광소자 기판(113)에, 동심원형으로 복수의 발광소자 그룹을 설치할 수 있다.
<제3 실시형태>
[제3 실시형태에 따른 조명장치의 구성]
도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 조명장치(200)의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 도 13은 본 실시 형태에 관한 조명장치(200)를 나타내는 평면도 및 측면도이며, 도 14는 도 13의 조명장치(200)의 A-A절단선을 따라 절단한 단면도이다.
본 실시 형태에 관한 조명장치(200)는 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 광을 출사하는 발광소자(212); 발광소자(212)가 탑재된 발광소자 기판(210); 발광소자 기판(210)이 장착된 제1 히트싱크(220); 제1 히트싱크(220)에 장착된 발광소자 기판(210)을 덮는 글로브(230); 및 글로브(230)의 중앙 부분에 설치된 제2 히트싱크(240)로 이루어진다. 발광소자 기판(210)과 제1 히트싱크(220) 사이에는 방열 효과를 높이는 원반형의 금속 기판(250)이 설치되어 있다.
발광소자(212)에는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode;발광다이오드)를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 조명장치(200)에 있어서, 발광소자(212)는 발광소자 기판(210)상에 링형으로 복수개(예를 들어, 12개)가 등간격으로 배치된다. 발광소자 기판(210)은 예를 들어 알루미늄 기판이며, 발광소자 기판(210)은 금속 기판(250)을 통해 고정되는 제1 히트싱크(220)의 형상에 대응하여 원반형이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 발광소자(212) 및 이들을 구비하는 발광소자 기판(210)을 발열체라 한다. 발열체는 적어도 발광소자(212)를 포함하는 것이며, 발광소자 기판(210)은 반드시 발열체로 고려하지 않아도 된다. 또한, 조명장치(200)의 열원으로는 발광소자(212)를 포함한 발열체 이외에 전원 회로(미도시)가 있다.
제1 히트싱크(220)는 조명장치(200)의 열원으로부터의 열을 방열하는 부재이다. 제1 히트싱크(220)는, 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이 원통의 본체부(222)에 수지 방열부인 복수의 핀(223)을 구비한다. 본 실시 형태의 제1 히트싱크(220)는 본체부(222) 및 후술하는 플랜지부(224)가 알루미늄 등의 금속재료로 형성되고, 핀(223)이 플라스틱 등의 수지재료로 형성된 복합 부재이다. 또한, 제1 히트싱크(220)의 본체부(222)의 상세한 구성 및 복합 부재로 형성됨으로 인한 작용 효과에 대해서는 후술한다.
본체부(222)의 일단(z축 음방향측의 단부)에 있는 핀(223)의 단부에는 소켓(미도시)이 설치되고, 본체부(222)의 타단(z축 양방향측의 단부)에는 발광소자 기판(210)을 유지하는 플랜지부(224)가 설치되어 있다. 플랜지부(224)의 외주에는 발광소자 기판(210)의 외주를 감싸도록 본체부(222)의 연설(延設)방향(기축(C);z방향) 발광소자 기판(210)의 배치(양의 방향)측을 향해 돌출되는 가장자리부(224a)가 형성되어 있다. 플랜지부(224)의 상면에는, 발광소자 기판(210)이 금속 기판(250)을 개재하여 배치된다. 금속 기판(250)으로는 예를 들어 알루미늄 기판을 이용할 수 있다.
제1 히트싱크(220)의 본체부(222)의 내부 공간(226)에는 전원 회로(미도시)가 설치된다. 본체부(222)가 금속재료로 형성되어 있는 경우에는 전원 회로를 본체부(222)와 절연하기 위해서 본체부(222)의 내면에 수지재료로 이루어진 수지층(227)이 설치된다. 또는, 본체부(222)가 금속재료로 형성되어 있는 경우에는 전원 회로를 본체부(222)와 절연하기 위해서 절연 케이스(미도시)를 통해 내부 공간(226)에 수납할 수도 있다.
제1 히트싱크(220)는 발광소자(212)에서 발광소자 기판(210) 및 금속 기판(250)을 통해 전달되는 발광소자(212)를 포함한 발열체로부터의 열을 방열함과 동시에 전원회로로부터의 열을 방열한다. 본체부(222)의 외주면에 복수의 핀(223)을 설치함으로써 방열 면적이 증가되어 방열효율을 높일 수 있다.
글로브(230)는 제1 히트싱크(220)에 장착된 발광소자 기판(210)을 덮으며, 발광소자(212)가 출사하는 광을 투과시키는 부재로 형성되는 커버 부재이다. 글로브(230)는 예를 들어 투과성을 가지는 유리나 수지 등으로 형성할 수 있다. 글로브(230)는 거의 반구형의 곡면을 가지도록 형성되며, 그 중앙 부분에는 개구부(232)가 형성되어 있다. 개구부(232)의 중심은 발광소자 기판(210)에 링형으로 배치된 복수의 발광소자(212)의 중심을 지나며 발광소자 기판(210)에 대해 수직한 기축(C) 상에 있다. 개구부(232)에는 제2 히트싱크(240)가 삽입된다.
제2 히트싱크(240)는 발광소자(212)를 포함한 발열체로부터의 열을 방열하는 부재이다. 제2 히트싱크(240)는 도 14에 나타낸 바와 같이 원통부(242)와 저부(244)로 이루어진다. 원통부(242)는 개구되는 z축 양?향측의 일단이 글로브(230)의 개구부(232)와 접속되어 있다. 저부(244)는 발열체로부터의 열이 쉽게 전달되도록 하기 위해서 발광소자 기판(210)의 상면(210a)과 접촉되어 설치된다. 제2 히트싱크(240)도, 예를 들어 알루미늄 등의 금속재료로 형성할 수 있고, 플라스틱 등의 수지재료로 형성할 수 있다. 제2 히트싱크(240)를 설치함으로써 방열 면적이 더욱 증가되어 방열효율을 높일 수 있다.
[제3 실시형태에 따른 복합 부재인 히트싱크의 구성]
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크(220)는 본체부(222) 및 플랜지부(224)가 알루미늄 등의 금속재료로 형성되고, 방열부인 핀(223)이 플라스틱 등의 수지재료로 형성된 복합 부재이다. 이러한 복합 부재로 제1 히트싱크(220)를 구성함으로써 높은 방열효율을 유지할 수 있으며, 또한 재료비용도 삭감할 수 있게 된다.
여기서, 종래에는 금속재료와 수지재료로 이루어지는 복합 부재의 형성 수법으로, 예를 들어 상기 특허 문헌 1(일본등록특허 제4541153호)와 특허 문헌 2(일본등록특허 제4292514호)에 개시되어 있는 수법이 있다. 그러나, 특허 문헌 1 및 2에 기재되어 있는 수법에서는, 인서트 성형하는 금속재료는 양극산화처리를 실시하기 때문에 알루미늄재료로 한정되어 있어 다른 금속으로는 대응할 수 없다.
그래서 본 실시 형태에서는, 인서트 성형하는 금속재료로 알루미늄재료 이외의 재료도 이용할 수 있도록 하기 위해서, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이 금속재료로 형성하는 본체부(222)에 수지재료와 금속재료가 계지되는 계지부로서 복수의 관통공(222a)을 형성한다.
도 15는 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크(220) 중 금속재료로 형성되는 본체부(222) 및 플랜지부(224)를 나타내는 사시도이다. 도 16은 도 15의 측면도이다.이하에서는, 금속재료로 이루어지는 본체부(222) 및 플랜지부(224)를 함께 금속부(225)라 한다. 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크(220)의 금속재료에 의해 형성되는 본체부(222)에는, 예를 들어 제1 히트싱크(220)의 길이방향(z방향)에 3개씩, 원주방향에 4개씩 형성된 합계 12개의 관통공(222a)이 형성되어 있다. 각 관통공(222a)은 길이방향 및 원주방향에 각각 등간격으로 형성되어 있다.
이러한 금속부(225)에 수지재료로 이루어진 핀(223) 및 본체부(222)의 외주면을 덮는 표면부(부호 없음)를 인서트 성형할 때, 본 실시 형태에서는 본체부(222)의 관통공(222a)에 수지재료가 유입되고 냉각되어 고화된다. 이에 의해, 금속재료와 수지재료와의 밀착성이 향상된다. 본체부(222)에 관통공(222a)을 형성하는 것은 금속재료가 아니라도 실시할 수 있기 때문에 제1 히트싱크(220)의 금속부(225)로 선택된 금속재료를 인서트 성형할 수 있게 된다. 또한, 미리 형성된 관통공(222a)에 유입시킨 수지재료가 냉각되어 고화하면 복합 부재가 형성되기 때문에, 2차 표면처리나 2차 가공을 할 필요가 없다. 이에 의해, 제조비용을 삭감할 수 있게 된다.
또한, 본체부(222)에 관통공(222a)을 형성함으로써 인서트 성형시의 수지재료의 유동성을 희생시키지 않고 성형할 수 있다. 그리고, 금속재료와 수지재료의 선팽창계수의 차이에 의해 인서트 성형의 냉각사이클에서 금속재료와 수지재료의 접합부분에 기계적 스트레스가 발생한다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 본체부(222)에 형성된 관통공(222a)에 수지재료를 유입시킴으로써 관통공(222a)에 유입된 수지재료와 금속재료의 접합부에서의 수지재료의 전단강도를 충분히 확보할 수 있다. 이에 의해, 제품의 신뢰성도 충분히 유지할 수 있다.
여기서, 금속재료와 수지재료의 접합부에서 충분한 전단강도를 확보하기 위해서, 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이 관통공(222a')의 형상을 본체부(222')의 길이방향이면서 수지재료의 유동방향으로 직경이 긴 거의 타원형으로 형성하는 것이 좋다. 관통공(222a')의 형상은 도 17 및 도 18과 같이 거의 타원형이 아니어도 되며, 본체부의 길이방향이면서 수지재료의 유동 방향으로 직경이 긴 다각형일 수 있다. 관통공(222a')의 형상을 수지재료의 유동방향으로 직경이 긴 거의 타원형이나 다각형으로 함으로써 금속재료에 관통공(222a')를 형성할 때 버(bur) 등이 발생하더라도 수지재료의 유동성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크(220)의 금속부에 형성하는 관통공은, 도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이 본체부(322)의 내주측에서 외주측을 향해 개구면적이 넓어지는 테이퍼형의 관통공(322a)일 수 있다. 또는, 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크(220)의 본체부(222)의 외주면에, 내부 공간까지 관통하지 않은 홈인 오목부를 복수개 형성할 수 있다.
또한, 금속부에 형성하는 관통공의 수는 도 15 내지 도 20에 나타낸 수에 한정되지 않으며, 적어도 원주방향에 2개 이상의 관통공이 형성되어 있으면 된다. 이 때, 관통공은 기축(c)에 대해 대향하도록 형성하는 것이 좋다. 관통공의 수 및 관통공의 크기는 본체부를 과도하게 개구하여 방열효율을 저하시키지 않을 것을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
이상, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 조명장치(200)의 구성 및 금속재료와 수지재료의 혼합 부재인 제1 히트싱크(220)에 대해 설명했다. 본 실시 형태에 따르면, 제1 히트싱크(220)의 금속부(225)의 본체부(222)에 복수의 관통공(222a)을 형성한다. 관통공(222a)이 형성된 금속부(225)와 핀(223)을 형성하는 수지재료를 인서트 성형함으로써 금속재료의 선택이 제한되지 않으며, 수지재료의 유동성을 방지하지 않고 이들 접합부의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 제품 신뢰성을 확보할 수 있으며, 또한 금속재료의 2차 표면처리나 2차 가공이 필요 없어 제조비용을 삭감할 수 있게 된다.
<다른 응용예에 따른 히트싱크의 구성>
다음으로, 도 21 및 도 22에 기초하여 본 발명의 제3 실시 형태의 다른 응용예에 관한 조명장치의 방열 부재에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 조명장치는 앞선 예의 조명장치(200)와 동일한 구성으로 할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 조명장치는 앞선 예와 비교하여 제1 히트싱크의 금속부의 구성이 상이하다. 이하, 본 실시 형태에 관한 조명장치의 제1 히트싱크의 금속부(425)의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 도 21은 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크 중 금속재료로 형성되는 본체부(422) 및 플랜지부(424)를 나타내는 사시도이다. 도 22는 도 21의 측면도이다.
본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크도 본체부(422) 및 플랜지부(424)(둘을 함께 「금속부(425)」라 한다.)가 알루미늄 등의 금속재료로 형성되고, 핀이 플라스틱 등의 수지재료로 형성된 복합 부재이다. 이러한 복합 부재로 제1 히트싱크를 구성함으로써 높은 방열효율을 유지할 수 있고, 재료비용도 삭감할 수 있게 된다.
본 실시 형태의 금속부(425)는 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이 수지재료와 금속재료가 계지되는 계지부로서 본체부(422)에 복수의 슬릿(423)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 관한 제1 히트싱크의 금속재료에 의해 형성되는 본체부(422)에는, 예를 들어 제1 히트싱크의 길이방향(z방향)으로 연장되는 9개의 슬릿(423)이 원주방향에 등간격으로 형성되어 있다. 각 슬릿(423)은 플랜지부(424)의 반대측이 개구되는 좁은 슬릿부(423a)와 좁은 슬릿부(423a)에 연속하여 형성된 좁은 슬릿부(423a) 보다 원주방향의 폭이 넓은 넓은 슬릿부(423b)로 이루어진다.
이러한 금속부(425)에, 수지재료로 이루어진 핀 및 본체부(422)의 외주면을 덮는 표면부(부호 없음)를 인서트 성형할 때, 본체부(422)의 각 슬릿(423)에 수지재료가 유입되고 냉각되어 고화된다. 이에 의해, 금속재료와 수지재료와의 밀착성이 향상된다. 또한, 본체부(422)에 슬릿(423)을 형성하는 것은 금속재료가 아니더라도 실시할 수 있기 때문에 제1 히트싱크의 금속부(425)로 선택된 금속재료를 인서트 성형할 수 있게 된다. 또한, 미리 형성된 슬릿(423)에 유입된 수지재료가 냉각되어 고화되면 복합 부재가 형성되기 때문에, 2차 표면처리나 2차 가공을 할 필요가 없다. 이에 의해, 제조비용을 삭감할 수 있게 된다.
또한, 본체부(422)에 슬릿(423)을 형성함으로써 인서트 성형시의 수지재료의 유동성을 희생시키지 않고 성형할 수 있다. 또한, 금속재료와 수지재료의 선팽창계수의 차이에 의해 인서트 성형의 냉각사이클에서 금속재료와 수지재료의 접합부분에 기계적 스트레스가 발생한다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 본체부(422)에 형성된 슬릿(423)에 수지재료를 유입시킴으로써 슬릿(423)에 유입된 수지재료와 금속재료의 접합부에서의 수지재료의 전단강도를 충분히 확보할 수 있다. 이에 의해, 제품의 신뢰성도 충분히 유지할 수 있다.
금속부의 본체부에 형성되는 슬릿의 형상은, 도 21 및 도 22에 나타내는 예에 한정되지 않으며 예를 들어 도 23 및 도 24에 나타낸 것 같은 형상으로 할 수도 있다. 본 예에서는 금속부(525)의 본체부(522)에, 예를 들어 제1 히트싱크의 길이방향(z방향)으로 연장되는 12개의 슬릿(523)이 원주방향에 등간격으로 형성되어 있다.
각 슬릿(523)은 플랜지부(524)의 반대측이 개구되는 제1의 좁은 슬릿부(523a)와, 제1의 좁은 슬릿부(523a)에 연속하여 형성된 제1의 좁은 슬릿부(523a)보다 원주방향의 폭이 넓은 제1의 넓은 슬릿부(523b)와, 제1의 넓은 슬릿부(523b)에 연속하여 형성된 제2의 좁은 슬릿부(523c)와, 제2의 좁은 슬릿부(523c)에 연속하여 형성된 제2의 넓은 슬릿부(523d)로 이루어진다. 제1의 좁은 슬릿부(523a) 및 제2의 좁은 슬릿부(523c), 제1의 넓은 슬릿부(523b) 및 제2의 넓은 슬릿부(523d)의 원주방향의 폭은 각각 동일하게 할 수 있다.
이와 같이, 슬릿(523)의 형상이나 수는 본체부를 과도하게 개구하여 방열효율을 저하시키지 않을 것을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
이상, 제3 실시형태의 다른 응용예에 관한 조명장치에 설치되는 금속재료와 수지재료의 혼합 부재인 제1 히트싱크에 대해서 설명했다. 본 실시 형태에 따르면, 제1 히트싱크의 금속부(425)의 본체부(422)에 복수의 슬릿(423)을 형성한다. 슬릿(423)이 형성된 금속부(425)와 핀을 형성하는 수지재료를 인서트 성형함으로써 금속재료의 선택이 제한되지 않고 수지재료의 유동성을 방지하지 않으며 이들 접합부의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 제품 신뢰성을 확보할 수 있으며 또한, 금속재료의 2차 표면처리나 2차 가공이 필요 없기 때문에 제조비용을 삭감할 수 있게 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 본 실시형태는 다양하게 변경되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 수지재료와 금속재료를 계지하는 계지부로서 본체부에 관통공이나 슬릿을 복수개 형성했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 25 및 도 26에 나타낸 바와 같이 제1 히트싱크의 금속부(625)의 본체부(622)의 외주면에 반구형의 돌출부(622a)를 복수개 설치할 수도 있다. 또한, 계지부로서 제1 히트싱크(220)의 본체부(222)에 길이방향에 글로브(230)와 접속되는 일단측에서 타단측을 향해 외주의 직경이 작아지는 단차부를 설치할 수도 있다. 나아가 상기 실시 형태나 변형예로 나타낸 각 계지부의 형상 중에 복수개를 조합하여 설치할 수도 있다. 이러한 계지부에 의해도 금속재료의 선택이 제한되지 않으며, 수지재료의 유동성을 방지하지 않고 이들 접합부의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 제품 신뢰성을 확보할 수 있으며 금속재료의 2차 표면처리나 2차 가공이 필요 없기 때문에 제조비용을 삭감할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 제1 히트싱크(220) 및 제2 히트싱크(240)의 본체부의 기축(C)에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면 형상이 원통형이었다. 그러나, 본 발명은 이 예에 한정되지 않으며, 본체부의 형상은 다각형이나 타원형일 수도 있다.
그리고 상기 실시 형태에서는 발광소자 기판(210)에 복수의 발광소자(212)를 링형으로 배치했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않으며, 발광소자 기판(210)에 발광소자(212)를 1개만 배치해도 된다. 또한, 발광소자 기판(210)은 플랜지부(224) 이외에 제2 히트싱크(240)의 외주면에 설치할 수도 있다. 또한, 발광소자 기판(210)을 제1 히트싱크(220)의 플랜지부(224)나 제2 히트싱크(240)의 외주면에 설치할 때, 복수의 발광소자(212)를 링형으로 배치하여 구성되는 1개의 발광소자 군만을 배치할 수도 있고, 동심원상에 복수의 발광소자군을 배치할 수도 있다.
<제4 실시형태>
[제4 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
우선, 도 27 내지 도 29을 참조하여, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)의 구성에 관해 설명한다. 한편, 도 27은, 본 실시형태에 따른 조명 장치(700)를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 도 28은, 도 27의 조명 장치(700)의 A-A 절단선을 따른 단면도이다. 도 29는, 발광소자 기판(710) 상의 발광소자(712)의 배치를 나타내는 평면도이다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(700)는, 도 27 및 도 28에 나타내는 바와 같이, 광을 출사하는 발광소자(712); 발광소자(712)가 탑재된 발광소자 기판(710); 발광소자 기판(710)이 장착된 제1 히트싱크(720); 제1 히트싱크(720)에 장착된 발광소자 기판(710)을 덮는 글로브(730); 및 글로브(730)의 중앙 부분에 설치된 제2 히트싱크(740);로 이루어진다. 발광소자 기판(710)과 제1 히트싱크(720) 사이에는, 방열 효과를 높이는 원반형의 금속 기판(750)이 설치되어 있다.
발광소자(712)에는, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode; 발광다이오드)를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 조명 장치(700)에 있어서, 발광소자(712)는, 도 29에 나타내는 바와 같이 발광소자 기판(710) 상에 링형으로 복수개(예를 들어, 12개) 등간격으로 배치된다. 발광소자 기판(710)은, 예를 들어 알루미늄 기판이고, 발광소자 기판(710)이 금속 기판(750)을 사이에 두고 고정되는 제1 히트싱크(720)의 형상에 대응해 원반형으로 되어 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 발광소자(712) 및 이들을 구비하는 발광소자 기판(710)을 발열체라고 칭한다. 발열체는, 적어도 발광소자(712)를 포함하는 것으로 하고, 발광소자 기판(710)은 반드시 발열체로서 고려해야 하는 것은 아니다. 또한, 조명 장치(700)의 열원으로는 발광소자(712)를 포함하는 발열체 외에, 전원 회로(미도시)가 있다.
제1 히트싱크(720)는, 조명 장치(700)의 열원으로부터의 열을 방열하는 부재이다. 제1 히트싱크(720)는, 도 27 및 도 28에 나타내는 바와 같이, 원통의 본체부(722)에 복수의 핀(723)을 구비한다. 제1 히트싱크(720)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 형성해도 되고, 플라스틱 등의 수지 재료에 의해 형성해도 되고, 본체부(722)와 핀(723)을 다른 재료로 형성해도 된다.
본체부(722)의 일단(z축 음의 방향측의 단부)에는 소켓(미도시)이 설치되고, 본체부(722)의 타단(z축 양의 방향측의 단부)에는 발광소자 기판(710)을 지지하는 플랜지부(724)가 설치되어 있다. 플랜지부(724)의 외주에는, 발광소자 기판(710)의 외주를 둘러싸도록, 본체부(722)의 연장 설치 방향(기축(C); z방향) 발광소자 기판(710)의 배치(양의 방향)측을 향해 돌출하는 테두리부(724a)가 형성되어 있다. 플랜지부(724)의 상면(724b)에는, 발광소자 기판(710)이 금속 기판(750)을 사이에 두고 놓인다. 금속 기판(750)으로는, 예를 들어 알루미늄 기판을 사용할 수 있다.
제1 히트싱크(720)의 본체부(722)의 내부 공간(726)에는, 전원 회로(미도시)가 설치된다. 전원 회로는, 본체부(722)가 금속 재료로 형성되어 있는 경우, 본체부(722)와 절연하기 위해 절연 케이스(미도시)를 사이에 두고 내부 공간(726)에 수납된다.
제1 히트싱크(720)는, 발광소자(712)로부터 발광소자 기판(710) 및 금속 기판(750)을 통해 전달되는, 발광소자(712)를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열함과 동시에, 전원 회로로부터의 열을 방열한다. 본체부(722)의 외주면에 복수의 핀(723)을 설치함으로써, 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
글로브(730)는, 제1 히트싱크(720)에 장착된 발광소자 기판(710)을 덮고, 발광소자(712)가 출사하는 광을 투과하는 부재로 형성되는 커버 부재이다. 글로브(730)는, 예를 들어 투과성을 갖는 유리나 수지 등으로 형성할 수 있다. 글로브(730)는, 거의 반구형의 곡면을 갖도록 형성되고, 그 중앙 부분에는, 개구부(732)가 형성되어 있다. 개구부(732)의 중심은, 발광소자 기판(710)에 링형으로 배치된 복수의 발광소자(712)의 중심을 지나며 발광소자 기판(710)에 대해 수직인 기축(C) 상에 있다. 개구부(732)에는 제2 히트싱크(740)가 삽입된다.
제2 히트싱크(740)는, 발광소자(712)를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열하는 부재이다. 제2 히트싱크(740)는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 원통부(742) 및 저부(744)로 이루어진다. 원통부(742)는, 개구하는 z축 양의 방향측의 일단이 글로브(730)의 개구부(732)와 접속되어 있다. 저부(744)는, 발열체로부터의 열이 전달되기 쉽도록 발광소자 기판(710)의 상면(710a)과 접촉해 설치된다. 제2 히트싱크(740)도, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 형성해도 되고, 플라스틱 등의 수지 재료에 의해 형성해도 된다. 제2 히트싱크(740)를 설치함으로써, 방열 면적이 더 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
[제4 실시형태에 따른 방열 구조]
본 실시형태에 따른 조명 장치(700)는, 발광소자(712)를 포함하는 발열체나 전원 회로로부터의 열을 방열하기 위한 방열 구조로서, 제1 히트싱크(720)와 제2 히트싱크(740)를 구비하고 있다. 여기서, 제1 히트싱크(720)는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 일측(z축 음의 방향측)에 설치되고, 제2 히트싱크(740)는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에 설치된다. 이처럼, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 히트싱크(720, 740)를 각각 설치함으로써 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
따라서, 발광소자(712)에 대한 온도 부하가 경감되고, 제품 신뢰성의 향상 및 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광소자(712)로부터의 열을 방열하는 히트싱크(720, 740)의 형상의 자유도도 높아진다. 또한, 발광소자(712)로의 전력 공급량이 상승하고, 전체 광속을 올리는 것도 가능해진다.
또한, 종래, 발광소자(712)를 포함하는 발열체의 열은, 발광소자 기판(710)의 뒷면측(소켓측)의 히트싱크(제1 히트싱크)에 의해 방열되는 것이 통상적이었다. 이처럼 한 방향으로만 방열 구조를 설치하면, 조명 장치의 배치 방향에 따라 방열 효율에 변화가 생긴다. 이에 반해, 본 실시형태에 따른 조명 장치(700)에서는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 제1 히트싱크(720)와 제2 히트싱크(740)를 각각 설치하고 있기 때문에, 조명 장치(700)의 설치 방향에 따른 방열 효율의 변화를 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)와 그 방열 구조에 관해 설명하였다. 본 실시형태에 따르면, 링형으로 배치된 발광소자(712)를 포함하는 발열체를 기준으로 해서, 발광소자(712)의 중심을 지나며 발광소자 기판(710)에 대해 수직인 기축(C)의 일측에 제1 히트싱크를 설치하고, 타측에 제2 히트싱크를 설치한다. 이에 의해, 방열 면적이 증가하고, 발열체로부터의 방열 효율을 높이는 것이 가능해진다.
<제5 실시형태>
[제5 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
다음으로, 도 30을 참조하여, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 조명 장치(800)의 구성에 관해 설명한다. 한편, 도 30은, 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)는, 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)와 비교해, 제2 히트싱크(740)의 원통부(742)의 외주면에 발광소자(812)를 복수 구비한 발광소자 기판(810)을 설치한 점에서 상이하다. 이하, 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)에 관하여, 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)와의 상이점을 상세히 설명하며, 동일 구성, 동일 기능의 부재에 관한 설명은 생략한다. 또한, 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)의 외관은 도27에 도시된 외관과 동일하고, 도 30은 도 27이 본 실시형태의 조명 장치(800)라고 할 때에 A-A 절단선으로 절단한 단면도인 것으로 이해할 수 있다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(800)는, 도 30에 나타내는 바와 같이, 광을 출사하는 발광소자(812); 발광소자(812)가 탑재된 발광소자 기판(810); 제1 히트싱크(720); 글로브(730); 및 발광소자 기판(810)이 장착되고, 글로브(730)의 중앙 부분에 설치된 제2 히트싱크(740);로 이루어진다. 또한, 제1 히트싱크(720)와 제2 히트싱크(740)의 사이에는, 방열 효과를 높이는 원반형의 금속 기판(750)이 설치되어 있다. 여기서, 제1 히트싱크(720), 글로브(730), 제2 히트싱크(740) 및 금속 기판(750)은, 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)의 구성 부재와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(800)는, 제2 히트싱크(740)의 원통부(742)의 외주면에 발광소자(812)를 복수 구비한 발광소자 기판(810)이 설치된다. 발광소자 기판(810)은, 예를 들어 알루미늄 기판이고, 제2 히트싱크(740)의 외주를 따라 연속한 원통 형상이어도 되고, 제2 히트싱크(740)의 외주를 따라 불연속적으로 배치된 복수의 판상 기판으로 이루어진 것이어도 된다. 예를 들어 LED인 발광소자(812)는, 제1 히트싱크(720) 및 제2 히트싱크(740)의 중심을 지나며 연장 설치 방향으로 연장되는 기축(C)에 대해 수직인 평면 상에 링형으로 배치된 발광소자 그룹을 형성하고 있다. 하나의 발광소자 그룹은, 발광소자 기판(810) 상에 링형으로 발광소자(812)를 복수개(예를 들어, 12개) 등간격으로 배치해 구성된다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(800)에서는, 도 30에 나타내는 바와 같이, 링형으로 배치된 3개의 발광소자 그룹(812A, 812B 및 812C)이 기축(C) 방향으로 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 발광소자(812) 및 이들을 구비하는 발광소자 기판(810)을 발열체라고 칭한다. 발열체는, 적어도 발광소자(812)를 포함하는 것으로 하고, 발광소자 기판(810)은 반드시 발열체로서 고려해야 하는 것은 아니다. 또한, 조명 장치(800)의 열원으로는, 발광소자(812)를 포함하는 발열체 외에, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제1 히트싱크(720)의 내부 공간(726)에 설치되는 전원 회로(미도시)가 있다.
[제5 실시형태에 따른 방열 구조]
본 실시형태에 따른 조명 장치(800)도, 제4 실시형태와 마찬가지로, 발광소자(812)를 포함하는 발열체나 전원 회로로부터의 열을 방열하기 위한 방열 구조로서, 제1 히트싱크(720)와 제2 히트싱크(740)를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서도, 제1 히트싱크(720)는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 일측(z축 음의 방향측)에 설치되고, 제2 히트싱크(740)의 적어도 일부는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에 설치된다. 이처럼, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 히트싱크(720, 740)를 각각 설치함으로써 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
따라서, 발광소자(812)에 대한 온도 부하가 경감되고, 제품 신뢰성의 향상 및 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광소자(812)로부터의 열을 방열하는 히트싱크(720, 740)의 형상의 자유도도 높아진다. 또한, 발광소자(812)로의 전력 공급량이 상승하고, 전체 광속을 올리는 것도 가능해진다. 또한, 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)에 있어서도, 도 30에 나타내는 바와 같이, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 제1 히트싱크(720)와 제2 히트싱크(740)를 각각 설치하고 있기 때문에, 조명 장치(800)의 설치 방향에 따른 방열 효율의 변화를 저감할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 조명 장치(800)에서는, 제2 히트싱크(740)의 원통부(742)에 발광소자(812)가 배치된 발광소자 기판(810)이 접촉해 있으므로, 보다 효과적으로 발열체로부터의 열을 제2 히트싱크(740)에 의해 방열할 수 있다.
<제6 실시형태>
[제6 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
다음으로, 도 31 및 도 32을 참조하여, 본 발명의 제6 실시형태에 따른 조명 장치(900)의 구성에 관해 설명한다. 한편, 도 31은, 본 실시형태에 따른 조명 장치(900)를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 도 32는, 도 31의 조명 장치(300)의 B-B 절단선을 따른 단면도이다. 본 실시형태에 따른 조명 장치(900)는, 제4 실시형태에 따른 조명 장치(700)와 비교해, 제1 히트싱크와 제2 히트싱크를 일체로 형성하고 있는 점에서 상이하다. 이하, 본 실시형태에 따른 조명 장치(900)에 관해, 제1 실시형태에 따른 조명 장치(700)와의 상이점을 상세히 설명하고, 동일 구성, 동일 기능의 부재에 관한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(900)는, 도 31 및 도 32에 나타내는 바와 같이, 광을 출사하는 발광소자(912); 발광소자(912)가 탑재된 발광소자 기판(910); 히트싱크(920); 및 글로브(930);로 이루어진다. 또한, 발광소자 기판(910)과 히트싱크(920)의 사이에는, 방열 효과를 높이는 금속 기판(950)이 설치되어 있다.
예를 들어, LED인 발광소자(912)는, 발광소자 기판(910) 상에 링형으로 복수개(예를 들어, 12개) 등간격으로 배치된다. 발광소자 기판(910)은, 예를 들어 알루미늄 기판이고, 히트싱크(920)의 본체부(922)(922a 및 922b)에 삽입 통과되기 위한 관통홀(914)이 형성된 링형 부재이다. 본 실시형태에서는, 발광소자(912) 및 이들을 구비하는 발광소자 기판(910)을 발열체라고 칭한다. 발열체는, 적어도 발광소자(912)를 포함하는 것으로 하고, 발광소자 기판(910)은 반드시 발열체로서 고려해야 하는 것은 아니다. 또한, 조명 장치(900)의 열원으로는 발광소자(912)를 포함하는 발열체 외에, 제4 실시형태와 마찬가지로, 히트싱크(920)의 내부 공간(926)에 설치되는 전원 회로(미도시)가 있다.
히트싱크(920)는, 조명 장치(900)의 열원으로부터의 열을 방열하는 부재이다. 본 실시형태에 따른 히트싱크(920)는, 원통의 본체부(922)와, 본체부(922)의 연장 설치 방향(z방향)에는, 발광소자 기판(910)을 지지하는 플랜지부(924)가 설치된다. 여기서, 본체부(922)에서, 플랜지부(924)를 기준으로 해서, 소켓(미도시)이 설치되는 측(z축 음의 방향측)을 제1 본체부(922a)라고 하고, 발광소자 기판(910)이 설치되는 측(z축 양의 방향측)을 제2 본체부(922b)라고 한다. 제1 본체부(922a)는 제4 실시형태의 제1 히트싱크(720)에 대응하고, 제2 본체부(922b)는 제5 실시형태의 제2 히트싱크(740)에 대응한다. 히트싱크(920)의 제1 본체부(922a)에는, 도 31 및 도 32에 나타내는 바와 같이, 복수의 핀(923)을 구비한다. 히트싱크(920)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 형성해도 되고, 플라스틱 등의 수지 재료에 의해 형성해도 되고, 본체부(922)와 핀(923)을 다른 재료로 형성할 수 있다.
플랜지부(924)는 발광소자 기판(910)을 지지한다. 플랜지부(924)의 외주에는, 발광소자 기판(910)의 외주를 둘러싸도록, 본체부(922)의 연장 설치 방향(z방향)으로 발광소자 기판(910)의 배치(양의 방향)측을 향해 돌출하는 테두리부(924a)가 형성되어 있다. 플랜지부(924)의 상면(924b)에는, 발광소자 기판(910)이 금속 기판(950)을 사이에 두고 놓인다. 금속 기판(950)으로는, 예를 들어 알루미늄 기판을 사용할 수 있다.
히트싱크(920)의, 예를 들어 제1 본체부(922a)의 내부 공간(926)에는, 전원 회로(미도시)가 설치된다. 전원 회로는, 본체부(922)가 금속 재료로 형성되어 있는 경우, 본체부(922)와 절연하기 위해 절연 케이스(미도시)를 사이에 두고 내부 공간(926)에 수납된다. 히트싱크(920)는, 발광소자(912)로부터 발광소자 기판(310) 및 금속 기판(950)을 통해 전달되는, 발광소자(912)를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열함과 동시에, 전원 회로로부터의 열을 방열한다. 또한, 본체부(922)의 외주면에 복수의 핀(923)을 설치함으로써, 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
글로브(930)는, 히트싱크(920)의 제2 본체부(922b)측에 장착된, 발광소자 기판(910)을 덮고, 발광소자(912)가 출사하는 광을 투과하는 부재로 형성되는 커버 부재이다. 글로브(930)는, 예를 들어 투과성을 갖는 유리나 수지 등으로 형성할 수 있다. 글로브(930)는, 거의 반구형의 곡면을 갖도록 형성되고, 그 중앙 부분에는, 개구부(932)가 형성되어 있다. 개구부(932)의 중심은, 발광소자 기판(910)에 링형으로 배치된 복수의 발광소자(912)의 중심을 지나며 발광소자 기판(910)에 대해 수직인 기축(C) 상에 있다. 기축(C)은, 히트싱크(920)의 본체부(922)의 중심축이기도 하다. 개구부(932)는 히트싱크(920)의 제2 본체부(922b)와 접속된다.
[제6 실시형태에 따른 방열 구조]
본 실시형태에 따른 조명 장치(900)는, 발광소자(912)를 포함하는 발열체나 전원 회로로부터의 열을 방열하기 위한 방열 구조로서 히트싱크(920)를 구비하고 있다. 여기서, 히트싱크(920)는, 도 32에 나타내는 바와 같이, 발열체를 기준으로 해서, 기축(C)의 일측(z축 음의 방향측)에 제1 본체부(922a)가 설치되고, 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에 제2 본체부(922b)가 설치된다. 이처럼, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 히트싱크(920)를 설치함으로써 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
따라서, 발광소자(912)에 대한 온도 부하가 경감되고, 제품 신뢰성의 향상 및 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광소자(912)로부터의 열을 방열하는 히트싱크(920)의 형상의 자유도도 높아진다. 또한, 발광소자(912)로의 전력 공급량이 상승하고, 전체 광속을 올리는 것도 가능해진다. 또한, 조명 장치(900)의 설치 방향에 따른 방열 효율의 변화를 저감할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 일측과 타측에 설치되는 히트싱크(920)를 일체로 형성함으로써, 조명 장치(900)의 구성 부품수를 적게 할 수 있다. 이에 의해, 비용을 삭감할 수 있음과 동시에, 조립 공수도 적어지고, 완성 시의 부품의 위치 맞춤 정밀도가 안정되기 때문에 불량품의 발생을 저감할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 도 32에 나타내는 바와 같이, 발광소자(912)를 포함하는 발열체는 히트싱크(920)의 플랜지부(924)에 설치했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어 발광소자를 포함하는 발열체를, 도 30에 나타내는 제5 실시형태처럼, 본체부(922)의 제2 본체부(922b)측에 설치해도 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제5 실시형태에서는, 복수의 발광소자 그룹(812A~812C)을 제2 히트싱크(740)의 원통부(742)의 연장 설치 방향으로 배치했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 적어도 하나의 발광소자 그룹을 설치해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제1 히트싱크(720), 제2 히트싱크(740), 및 히트싱크(920)의 본체부의, 기축(C)에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면 형상은 원통형이었다. 그러나, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 본체부의 형상은 다각형이나 타원형일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 발광소자 기판에 복수의 발광소자를 링형으로 배치했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 발광소자 기판에 발광소자를 하나만 배치해도 된다. 또한, 발광소자 기판을 히트싱크의 플랜지부에 설치할 때, 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 발광소자를 링형으로 배치해 구성되는 하나의 발광소자 그룹만을 배치해도 되고, 동심원 상에 복수의 발광소자 그룹을 배치해도 된다.
<제7 실시형태>
[제7 실시형태에 따른 조명장치의 구성]
우선, 도 33 내지 도 35를 참조하여 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 조명장치의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 33은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 조명장치(1100)의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다. 도 34는 제7 실시 형태에 관한 조명장치(1100)를 도 1(a)의 II-II선을 따라 절단한 단면도이다. 도 35의 (a)는 제7 실시 형태에 관한 발광모듈(1110)의 구성을 나타내는 상면도이며, 도 35의 (b)는 제7 실시 형태에 관한 방열판(1170)의 구성을 나타내는 상면도이다.
도 33 및 도 34에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)는 발광모듈(1110), 제1 히트싱크(1140, 이하 「상부 히트싱크」라 한다.), 제2 히트싱크(1120, 이하 「하부 히트싱크」라 한다.), 글로브(1130), 구동회로(1160), 방열판(1170) 및 열전도 부재(1180)를 주로 가진다.
(발광모듈(1110))
발광모듈(1110)은 발광소자(1111)와 발광소자 기판(1113)을 가지며, 조명장치(1100)의 광원이 되는 부재이다.
발광소자(1111)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 반도체 발광소자로, 광을 사출한다. 이 발광소자(1111)의 발광색은 후술하는 글로브(1130)의 구성 재료에 의해 달라진다. 구체적으로는, 글로브(1130)가 형광체를 함유한 재료(수지 등)로 구성되는 경우, 발광소자(1111)의 발광색은 청색이며, 글로브(1130)에서 광의 파장이 변환되어 백색이 된다. 한편, 글로브(1130)가 광확산제를 함유한 재료(수지 등)로 구성되는 경우, 발광소자(1111)의 발광색은 백색(6500K ~ 2000K)이다. 발광소자(1111)에서 출사된 광은, 후술하는 리플렉터(미도시)에서 반사되거나 또는 직접 글로브(1130)에 도달하여 글로브(1130)에서 확산되어 외부로 방사된다.
또한, 본 실시 형태에서는 발광소자(1111)가 복수개 준비되며, 이들 복수의 발광소자(1111)는 발광소자 기판(1113)의 일면상에 링형으로 배치된다. 여기서 말하는 「링형」이란, 도 35(a)에 나타낸 바와 같은 원형의 링형 뿐만이 아니라, 타원형의 링형, 다각형의 링형도 포함하는 개념이다.
발광소자 기판(1113)은 발광소자(1111)가 실장되는 기판이며, 바람직하게는 알루미늄, 니켈 등의 금속이나 유리 컴포지트(CEM3)나 세라믹 등 열전도성이 높은 재료로 형성된다. 이에 의해, 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 효율적으로 하부 히트싱크(1120)에 전달할 수 있어 조명장치(1100)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
발광소자 기판(1113)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 ANSI규격을 만족하기 위해서는 거의 원형 또는 거의 다각형인 것이 바람직하다. 여기서, 본 실시 형태에 관한 발광소자 기판(1113)은 도 35(a)에 나타낸 바와 같이 중앙에 개구부(1113a)를 가진다. 개구부(1113a)의 형상은 거의 원형, 거의 타원형, 거의 다각형 등 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 개구부(1113a)의 크기는 상부 히트싱크(1140)의 저부보다 크고, 발광소자 기판(1113)과 상부 히트싱크(1140)가 접촉하지 않게 해야 한다. 이는, 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서 상부 히트싱크(1140)는 발광모듈(1110)과는 열적으로 차단되면서 구동회로(1160)에서 발생한 열만을 외부로 방출하도록 설치될 필요가 있기 때문이다.
또한, 발광소자 기판(1113)은 하부 히트싱크(1120)의 상부(또는 방열판(1170))에 유지됨으로써 위치가 고정된다.
(상부 히트싱크 (1140))
상부 히트싱크(1140)는 구동회로(1160)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 상부 히트싱크(1140)는 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 높은 금속이나, 열전도성이 높은 수지 등의 재질로 형성된다. 또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 상부 히트싱크(1140)에는 오목부나 복수의 핀 등을 설치하여 상부 히트싱크(1140)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 본 실시 형태는 상부 히트싱크(1140)는 일단에 개구부(1141)를 가지는 중공의 거의 원통형의 형상을 가진다. 거의 원통형의 중공부를 가지기 때문에 상부 히트싱크(1140)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져서 방열 효과를 높일 수 있다. 또한, 방열 효과를 높이기 위한 구성은, 이러한 중공 형상뿐만이 아니라 예를 들어, 상부 히트싱크(1140)는 거의 원통형 또는 거의 기둥형의 본체부를 가지며, 이 본체부가 외부에 노출한 복수의 핀을 가지는 구성일 수 있다.
또한, 상부 히트싱크(1140)는 발광소자 기판(1113)을 기준으로 발광소자(1111)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축 방향의 일측에 설치된다. 이 때, 상부 히트싱크(1140)는 구동회로(1160)와 열전도 부재(1180)를 통해 접촉하도록 설치된다. 이와 같이, 상부 히트싱크(1140)가 구동회로(1160)와 열전도 부재(1180)를 통해 접촉되어 설치됨으로써 구동회로(1160)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 역할을 가진다. 여기서, 상부 히트싱크(1140)는 상술한 바와 같이 발광모듈(1110)과 접촉하지 않게 설치되며 또한 상부 히트싱크(1140)는(후술하는 단열재(1181)에 의해) 하부 히트싱크(1120)와도 열적으로 차단되어 있기(완전하게 차단되어 있지 않아도 된다. 이하 동일.) 때문에 구동회로(1160)로부터의 발열에 대해, 발광모듈(1110)로부터의 발열의 영향을 받지 않고 구동회로(1160)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
도 33 및 도 34에서는, 상부 히트싱크(1140)는 원통형으로 도시되어 있지만, 상부 히트싱크(1140)의 형상은 이에 한정되는 것이 아니며 예를 들어, 발광소자 기판(1113)에서 이격됨에 따라 직경이 확장되는 역원뿔대형일 수 있다.
(하부 히트싱크 (1120))
하부 히트싱크(1120)는 그 일단(도 33 내지 도 35의 하단)에서 소켓(미도시)과 접속됨과 동시에, 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 하부 히트싱크(1120)는 열전도성이 높은 수지로 형성된다. 본 실시 형태에 있어서, 하부 히트싱크(1120)가 금속이 아니라 수지로 형성되는 것은, 조명장치(1100)를 경량화하기 위함이며, 또한 수지는 절연성이기 때문에 소켓과 접속되었을 때의 코킹부분에 절연 대책을 실시할 필요가 없기 때문이다. 따라서, 조명장치(1100)의 중량증가가 문제가 되지 않는 경우에는, 하부 히트싱크(1120)의 재질로 알루미늄이나 구리 등의 금속재료를 사용해도 된다. 단, 하부 히트싱크(1120)를 금속재질로 했을 경우에는, 소켓의 코킹부분에 절연 대책을 실시할 필요가 있다.
또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 하부 히트싱크(1120)에도 오목부나 복수의 핀 등을 설치하여 하부 히트싱크(1120)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 본 실시 형태는 하부 히트싱크(1120)는 양단에 개구부를 가지는 중공의 거의 원통형의 본체부의 외주면에 복수의 핀(1129)이 설치되어 있다. 이 복수의 핀(1129)을 가짐으로써 하부 히트싱크(1120)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져서 방열 효과를 높일 수 있다. 또한, 방열 효과를 높이기 위한 구성은 이러한 핀(1129)뿐만이 아니라, 예를 들어, 하부 히트싱크(1120)의 본체부의 외주면에 복수의 오목부(미도시)를 가지는 구성일 수 있다.
또한, 하부 히트싱크(1120)는 발광소자 기판(1113)을 기준으로 발광소자(1111)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축 방향의 타측에 설치된다. 이에 의해, 하부 히트싱크(1120)는 상부 히트싱크(1140)와는 독립적으로 구동회로(1160)나 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다. 따라서, 히트싱크가 하나뿐인 경우와 비교하여 조명장치(1100)의 방열효율을 현저하게 높일 수 있다.
여기서, 하부 히트싱크(1120)는 후술하는 바와 같이, 단열재(1181)에 의해 구동회로(1160)와 열적으로 차단되어 있으며 또한, 상부 히트싱크(1140)와도 열적으로 차단되어 있다. 따라서, 하부 히트싱크(1120)는 발광모듈(1110)로부터의 발열에 대해, 구동회로(1160)로부터의 발열의 영향을 받지 않고 발광모듈(1110)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 실시 형태에서 하부 히트싱크(1120)는 수지(1121)와 이 수지(1121) 내부에 삽입된 금속 부재(1123)로 구성되어 있다. 그리고, 하부 히트싱크(1120)는 수지(1121)와 금속 부재(1123)가 일체로 인서트 성형됨으로써 얻어진다. 이는 수지(1121)만으로는 알루미늄이나 구리 등의 금속과 비교하여 열전도성이 다소 낮기 때문에, 더욱 열전도성을 높이기 위해서 알루미늄이나 구리 등의 금속 부재(1123)를 삽입한 것이다. 따라서, 발광모듈(1110)의 성능에 의해 발열이 억제되거나 하여 방열 효과가 충분한 경우에는, 금속 부재(1123)를 삽입할 필요가 없다.
또한, 금속 부재(1123)를 삽입하는 경우에는, 발광모듈(1110)에서 발생한 열이 하부 히트싱크(1120)에 보다 쉽게 전달되도록 하기 위해서 방열판(1170)(방열판(1170)이 설치되어 있지 않은 경우에는 발광소자 기판(1113))과 접촉하도록 금속 부재(1123)를 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 하부 히트싱크(1120)는 상술한 방열 기능 이외에, 구동회로(1160)가 수납되는 케이스로서의 기능도 가진다. 본 실시 형태에서는, 하부 히트싱크(1120)의 중공의 본체부의 내부에 구동회로(1160)가 설치되어 있다.
또한, 일반적으로 LED 등의 반도체 발광소자를 이용한 조명장치에서는, 구동회로(1160)보다 발광모듈(1110)이 발열량이 크다. 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)의 구성에 따르면, 발열량이 큰 발광모듈(1110)이 상부 히트싱크(1140)보다 사이즈(표면적)가 크고, 방열량도 큰 하부 히트싱크(1120)와 열적으로 결합되어 있기 때문에 반대의 경우와 비교하여 방열효율을 높일 수 있다.
( 글로브 (1130))
글로브(1130)는 발광모듈(1110)을 덮도록 거의 구상으로 설치되어 발광소자(1111)에서 출사된 광의 색(발광소자(1111)의 발광색)을 제어하는 역할 및 이들 광을 글로브(1130)의 표면상에서 확산시킴으로써 조명장치(1100)의 배광각을 넓히는 역할을 가진다.
글로브(1130)는 발광소자(1111)의 발광색을 제어하는 역할을 실현하기 위해서 발광소자(1111)의 발광색에 따라 형광체나 광확산제를 포함한다. 구체적으로는, 발광소자(1111)가 청색으로 발광하는 LED인 경우에는, 글로브(1130)의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(1130)의 표면에 형광체가 도포되어 있다. 예를 들어, 글로브(1130)가 수지로 이루어진 경우에는 이 수지 중에 형광안료를 함유시킬 수 있고, 글로브(1130)가 유리 재료로 이루어진 경우에는 이 글로브의 표면에 형광 도료를 도포할 수 있다. 그리고, 발광소자(1111)에서 출사되어 글로브(1130)에 도달한 광의 파장이 글로브(1130)의 형광체에 의해 변환되어 백색이 발광된다.
여기서, 형광체에 의한 발광은 광확산도가 크기 때문에 발광소자(1111)에서 출사된 광의 배광분포가 불충분해도 형광체에 의한 발광시의 광확산으로 양호한 배광분포를 얻을 수 있게 된다. 또한, 청색 LED와 형광체를 조합함으로써 자연광에 가까운 색으로 발광시킬 수 있게 된다.
또한, 조명장치(1100)의 배광각을 보다 넓히기 위해서 글로브(1130)의 소재가 형광체에 추가로 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(1130)의 표면에 형광체에 추가로 광확산제가 도포되어 있어도 된다.
한편, 발광소자(1111)가 백색광을 발하는 LED인 경우에는, 글로브(1130)의 소재가 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(1130)의 표면에 광확산제가 도포되어 있어도 된다. 이 경우에도 광확산제에 의해 발광소자(1111)에서 출사된 광이 글로브(1130)의 표면에서 확산되어 조명장치(1100)의 배광각을 넓힐 수 있다.
본 실시 형태에서는, 글로브(1130)의 정상부(발광모듈(1110)측과는 반대측의 단부)에는 상부 히트싱크(1140)의 상단부(개구부(1141)가 형성되어 있는 측의 단부)와 접속되는 개구부가 형성되어 있다. 이에 의해, 상부 히트싱크(1140)의 중공부분이 외부에 노출되기 때문에 조명장치(1100)의 방열효율을 높일 수 있다.
또한, 글로브(1130)의 저부(발광모듈(1110)측의 단부)에도 개구부(미도시)가 설치되어 있으며, 글로브(1130)는 이 개구부에서 발광소자 기판(1113), 방열판(1170) 또는 하부 히트싱크(1120)와 접속된다.
(구동회로(1160))
구동회로(1160)는 하부 히트싱크(1120)의 내부에 설치되어 소켓을 통해 외부로부터 공급되는 전력을 이용하여 발광소자(1111)를 구동(점등)시키는 전원 회로이다. 구동회로(1160)는 기판에 실장되어 있는 복수의 전자부품으로 구성되어 있으며, 발광소자(1111)를 구동시킬 때에 복수의 전자부품이 발열한다. 이 구동회로(1160)에서 발생한 열은 열전도 부재(1180)를 통해 상부 히트싱크(1140)에 전달되어 외부로 방출된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동회로(1160)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전해 커패시터를 가지지 않았다. 시판되고 있는 LED 조명장치의 제품 수명은 수만 시간이라고 하지만, 실제로는 전해 커패시터의 수명이 수천 시간이기 때문에 LED 조명장치 전체로서의 제품 수명에 도달하기 전에 전해 커패시터를 교환할 필요가 있다. 하지만, 본 실시 형태에 관한 구동회로(1160)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전해 커패시터를 가지지 않기 때문에, 수천 시간에서 부품을 교환할 필요가 없고 조명장치(1100)의 제품 수명을 현저하게 늘릴 수 있다.
(방열판(1170))
방열판(1170)은 하부 히트싱크(1120)에 접촉하도록 설치되어 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 하부 히트싱크(1120)에 전달하는 역할을 가진다. 방열판(1170)은 상기 열전달의 역할을 실현하기 위해서, 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 높은 금속으로 구성된다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 방열판(1170)은 도 35의 (b)에 나타낸 바와 같이 중앙에 개구부(1170a)를 가진다. 개구부(1170a)의 형상은 거의 원형, 거의 타원형, 거의 다각형 등으로 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 개구부(1170a)의 크기는 상부 히트싱크(1140)의 저부보다 크고, 방열판(1170)과 상부 히트싱크(1140)가 접촉하지 않게 할 필요가 있다. 이는 본 실시 형태에서 상부 히트싱크(1140)는 발광모듈(1110)과는 열적으로 차단되면서 구동회로(1160)에서 발생한 열만을 외부로 방출하도록 설치될 필요가 있기 때문이다.
또한, 조명장치(1100)의 방열효율이 충분히 높으며, 또한 발광소자 기판(1113), 글로브(1130), 상부 히트싱크(1140)의 위치결정 정밀도를 확보할 수 있다면 방열판(1170)은 반드시 설치되지 않아도 된다.
(열전도 부재(1180))
열전도 부재(1180)는 열전도성을 가지는 재료(이하, 「열전도재」라 한다.)로 이루어지며 상부 히트싱크(1140)와 구동회로(1160)를 열적으로 결합하는 역할을 가진다. 상기 열전도재로는 시트형태 또는 막형태로 성형할 수 있는 재료, 혹은 틀에 주입해 충전할 수 있는 성질과 상태를 가지는 재료 등을 들 수 있다. 이러한 재료로는 예를 들어, 열전도성을 가지는 수지 등이 있지만, 이러한 수지 중에서도 특히, 열전도성이 높은 실리콘계의 수지 또는 에폭시계의 수지가 바람직하다.
또한, 열전도 부재(1180)가 하부 히트싱크(1120)나 발광모듈(1110)과 접촉해서 상부 히트싱크(1140)가 하부 히트싱크(1120) 및 발광모듈(1110)과 열적으로 결합되면 발광모듈(1110)에서 발생한 열이 구동회로(1160)나 상부 히트싱크(1140)에 전달된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 수지 등의 단열재(1181)를 하부 히트싱크(1120)의 내주면을 따라서 나아가서는 상부 히트싱크(1140)의 저부나 열전도 부재(1180)의 주면을 덮도록 구비함으로써 상부 히트싱크(1140)를 하부 히트싱크(1120) 및 발광모듈(1110)과 열적으로 차단하도록 하였다.
(그 외의 구성)
그 외, 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)는 필요에 따라서 다른 부재를 구비할 수 있다. 예를 들어, 조명장치(1100)의 배광성을 향상시키기 위해서 조명장치(1100)는 발광소자(1111)에서 출사된 광을 반사하여 소켓 방향으로 광을 배광시키기 위한 리플렉터(미도시)를 구비할 수 있다.
<제7 실시형태>
[제7 실시형태에 따른 조명장치의 작용 효과]
다음으로, 도 36을 참조하여 상술한 구성을 가지는 조명장치(1100)의 작용 효과에 대해서 설명한다. 도 36은 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)에서의 열의 흐름을 나타내는 설명도이다. 또한 도 36에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해 글로브(1130)가 생략되어 있다.
조명장치(1100)에서는, 주로 발열하는 부분(발열체)이 2개 있다. 1번째는 발광모듈(1110)이다. 발광모듈(1110)에서는 발광소자(1111)가 구동회로(1160)에 의해 구동되어 광이 사출될 때 열이 발생한다. 그리고, 각 발광소자(1111)에서 발생한 열은 이 발광소자(1111)가 실장되어 있는 발광소자 기판(1113)에 전달된다. 여기서, 발광소자 기판(1113), 방열판(1170) 및 하부 히트싱크(1120)(수지(1121), 금속 부재(1123))는 열전도성이 높은 재질이다.
따라서, 발광모듈(1110)에서 발생한 열(발광소자(1111)에서 발생하여 발광소자 기판(1113)에 전달된 열)은 우선 발광소자 기판(1113)의 하면에 접촉되어 있는 방열판(1170)에 전달되어 도 36의 화살표(B1)로 나타낸 바와 같이 금속 부재(1123)를 통과하여 수지(1121)까지 전달된다. 수지(1121)까지 전달된 열은 화살표(B2)로 나타낸 바와 같이 핀(1129) 등에서 외부로 방출된다.
한편, 2번째 발열체는 구동회로(1160)이다. 구동회로(1160)에서 발생한 열은 도 36의 화살표(T1)로 나타낸 바와 같이 구동회로(1160)에서 열전도 부재(1180)를 지나 상부 히트싱크(1140)에 전달되어 도 36의 화살표(T2)로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(1140)의 개구부(1141)내의 주면에서 외부로 방출된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 상부 히트싱크(1140)는 2개의 발열체 중에서 구동회로(1160)와만 열적으로 결합되어 있고, 발광소자(1111) 및 하부 히트싱크(1120)와는 열적으로 차단되어 있다. 또한, 하부 히트싱크(1120)는 2개의 발열체 중 발광모듈(1110)과만 열적으로 결합되어 있으며 구동회로(1160) 및 상부 히트싱크(1140)와는 열적으로 차단되어 있다. 이 때문에, 하부 히트싱크(1120)는 발광모듈(1110)로부터의 발열에 대해, 구동회로(1160)로부터의 발열의 영향을 받지 않고, 발광모듈(1110)의 방열효율을 향상시킬 수 있다. 반대로, 상부 히트싱크(1140)는 구동회로(1160)으로부터의 발열에 대해, 발광모듈(1110)으로부터의 발열의 영향을 받지 않고 구동회로(1160)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 상술할 바와 같이 조명장치(1100)는 상부 히트싱크(1140)로부터의 방열과 하부 히트싱크(1120)로부터의 방열의 2개의 방열 경로를 가지지만, 이들 2개의 방열 경로가 2개의 발열체 중 어느 하나의 방열에만 이용되기 때문에, 각 방열 경로(특히, 상부 히트싱크(1140))로부터의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
[제7 실시형태에 따른 조명장치의 제조 방법]
도 37을 참조하여 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 37은 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)의 제조 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
조명장치(1100)를 조립할 때에는, 우선 각 부품, 즉 발광모듈(1110), 상부 히트싱크(1140), 하부 히트싱크(1120), 글로브(1130), 구동회로(1160), 필요에 따라서 방열판(1170)을 준비한다. 이어서, 하부 히트싱크(1120)의 내부(중공부)에 구동회로(1160)를 설치하고, 구동회로(1160)가 설치된 하부 히트싱크(1120)의 상부에 방열판(1170)을 배치한다. 방열판(1170)은 이 시점에서 하부 히트싱크(1120)의 금속 부재(1123)에 고정한다.
다음으로, 방열판(1170)상에 발광모듈(1110)을 고정한다. 그리고 발광모듈(1110)을 덮도록 글로브(1130)을 씌우고 글로브(1130)의 개구부로부터 상부 히트싱크(1140)의 개구부측의 단부의 위치와 글로브(1130)의 개구부의 위치가 맞도록 상부 히트싱크(1140)를 삽입한다. 또한, 하부 히트싱크(1120)의 내주면을 따라 수지 등의 단열재(1181)를 배치하여 단열재(1181)의 단부가 상부 히트싱크(1140)의 저부의 주연부와 접촉하도록 한다.
여기까지 조립한 상태로 전체를 상하반전시켜서 하부 히트싱크(1120)의 소켓 접속측 개구부로부터, 예를 들어, 노즐(1183) 등을 이용하여 용융상태의 열전도재를 하부 히트싱크(1120)의 중공부에 주입한다. 그리고, 적어도 상부 히트싱크(1140)의 저부와 구동회로(1160)가 열전도재에 의해 열적으로 결합될 때까지 열전도재를 주입한 후에 이 열전도재를 경화시킴으로써 열전도 부재(1180)를 형성한다.
마지막으로, 도시하지 않았지만, 하부 히트싱크(1120)의 하단부에 소켓을 접속시킴으로써 본 실시 형태에 관한 조명장치(1100)를 제조할 수 있다.
<제8 실시 형태>
다음으로 도 38을 참조하여 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 조명장치에 대해서 설명한다. 도 38은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 조명장치(1200)의 전체 구성 및 열의 흐름을 나타내는 설명도이다.
상술한 제7 실시 형태에 관한 조명장치(1100)에서는, 상부 히트싱크(1140)가 구동회로(1160)에서 발생한 열을 방출하고 하부 히트싱크(1120)가 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 방출하고 있지만, 본 실시 형태에 관한 조명장치(1200)에서는, 상부 히트싱크(1140)가 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 방출하고 하부 히트싱크(1120)가 구동회로(1160)에서 발생한 열을 방출한다.
상술한 바와 같이, 일반적으로는 발광모듈(1110)에서 발생하는 열량이 구동회로(1160)에서 발생하는 열량보다 크기 때문에, 구조적으로 표면적을 크게 하기 쉬운 하부 히트싱크(1120)에서 발광모듈에서 발생한 열을 방출하는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 상부 히트싱크(1140)의 재질로 알루미늄이나 구리 등보다도 열전도율이 높고, 방열효율이 뛰어난 재질(예를 들어, 카본 등)을 이용함으로써 발광모듈(1110)에서 발생하는 다량의 열을 방출할 수 있다면 상부 히트싱크(1140)가 발광모듈(1110)에서 발생한 열을 방출하고, 하부 히트싱크(1120)가 구동회로(1160)에서 발생한 열을 방출하도록 할 수 있다.
이와 같이, 발열량이 비교적 작은 구동회로(1160)로부터의 열을 하부 히트싱크(1120)에 의해 방출하도록 함으로써 하부 히트싱크(1120)의 사이즈를 소형화할 수 있기 때문에 발광소자(1111)에서 출사된 광을 수평방향보다 소켓방향측으로 배광시키기 쉬워진다. 이하, 조명장치(1200)의 각 구성 요소에 대해 설명한다.
[제8 실시 형태에 따른 조명장치의 구성]
도 38에 나타낸 바와 같이 본 실시 형태에 관한 조명장치(1200)는 발광모듈(1210), 상부 히트싱크(1240), 하부 히트싱크(1220), 열전도 부재(1290), 글로브(1230), 구동회로(1260) 및 단열재(1280)를 주로 가진다.
(발광모듈(1210))
발광모듈(1210)의 구성은 제8 실시 형태에 관한 발광모듈(1110)의 구성과 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
(상부 히트싱크 (1240))
상부 히트싱크(1240)는 발광모듈(1210)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 상부 히트싱크(1240)는 열전도성이 높은 금속이나 열전도성이 높은 수지나 무기 재료 등의 재질로 형성되지만, 본 실시 형태에 관한 상부 히트싱크(1240)는 특히 높은 방열효율이 요구되기 때문에, 예를 들어, 카본 등의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 상부 히트싱크(1240)에는 오목부나 복수의 핀 등을 설치하여 상부 히트싱크(1240)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 본 실시 형태는, 상부 히트싱크(1240)는 일단에 개구부(1241)를 가지는 중공의 거의 원통형의 본체부의 단부에 거의 원판형의 저부가 연결된 형상을 가진다. 이 거의 원통형의 중공부를 가짐으로써 상부 히트싱크(1240)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져 방열 효과를 높일 수 있다. 또한, 방열 효과를 높이기 위한 구성은 이러한 중공 형상뿐만이 아니라 예를 들어, 상부 히트싱크(1240)는 거의 원통형 또는 거의 기둥형의 본체부를 가지며, 이 본체부가 외부에 노출된 복수의 핀을 가지는 구성일 수도 있다. 또한, 상부 히트싱크(1240)가 상기 거의 원판형의 저부를 가지며, 이 저부에 제8 실시 형태와 같은 도너츠 형상의 발광소자 기판(1213)을 배치함으로써 상부 히트싱크(1240)와 발광소자 기판(1213)을 직접 접촉시킬 수 있다.
또한, 상부 히트싱크(1240)는 발광소자 기판(1213)을 기준으로 발광소자(1211)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축 방향의 일측에 설치된다. 이 때, 상부 히트싱크(1240)는 발광소자 기판(1213)과만 접촉하도록 설치된다. 이와 같이, 상부 히트싱크(1240)가 발광소자 기판(1213)과만 접촉하여 설치됨으로써 발광모듈(1210)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 역할을 가진다. 여기서, 상부 히트싱크(1240)는 후술하는 단열재(1280)에 의해, 구동회로(1260) 및 하부 히트싱크(1220)와 열적으로 차단되어 있기 때문에, 발광모듈(1210)로부터의 발열에 대해, 구동회로(1260)로부터의 발열의 영향을 받지 않고, 발광모듈(1210)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 38에서는 상부 히트싱크(1240)의 본체부는 원통형으로 도시되어 있지만, 상부 히트싱크(1240)의 본체부의 형상은 이에 한정되는 것이 아니며 예를 들어, 원판형의 저부에서 이격됨에 따라 직경이 확장되는 역원뿔대형일 수도 있다.
(하부 히트싱크 (1220))
하부 히트싱크(1220)는 그 일단(도 38의 하단)에서 소켓(미도시)과 접속됨과 동시에, 구동회로(1260)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 하부 히트싱크(1220)는 열전도성이 높은 수지로 형성된다. 본 실시 형태에 있어서, 하부 히트싱크(1220)가 금속이 아니라 수지로 형성되어 있는 것은 조명장치(1200)를 경량화하기 위함이며, 또한 수지는 절연성이기 때문에 소켓과 접속되었을 때의 코킹부분에 절연 대책을 실시할 필요가 없기 때문이다. 따라서, 조명장치(1200)의 중량증가가 문제가 되지 않는 경우에는 하부 히트싱크(1220)의 재질로 알루미늄이나 구리 등의 금속재료를 사용해도 된다. 단, 하부 히트싱크(1220)를 금속재질로 했을 경우에는, 소켓의 코킹부분에 절연 대책을 실시할 필요가 있다.
또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 하부 히트싱크(1220)에도 오목부나 복수의 핀 등을 설치하여 하부 히트싱크(1220)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 하부 히트싱크(1220)는 발광소자 기판(1213)을 기준으로 발광소자(1211)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축 방향의 타측에 설치된다. 이에 의해, 하부 히트싱크(1220)는 상부 히트싱크(1240)와는 독립적으로 구동회로(1260)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다. 따라서, 히트싱크가 하나뿐인 경우와 비교하여 조명장치(1200)의 방열효율을 현저하게 높일 수 있다.
여기서, 하부 히트싱크(1220)는 후술하는 바와 같이, 단열재(1280)에 의해 발광모듈(1210)과 열적으로 차단되어 있으며, 또한, 상부 히트싱크(1240)와도 열적으로 차단되어 있다. 따라서, 하부 히트싱크(1220)는 구동회로(1260)로부터의 발열에 대해, 발광모듈(1210)로부터의 발열의 영향을 받지 않고 구동회로(1260)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 하부 히트싱크(1220)는 상술한 방열 기능 이외에, 구동회로(1260)가 수납되는 케이스로서의 기능도 가진다. 본 실시 형태에서는, 하부 히트싱크(1220)의 중공의 본체부의 내부에 구동회로(1260)가 설치되어 있다.
단, 본 실시 형태에서는, 하부 히트싱크(1220)와 구동회로(1260)를 열적으로 결합시키기 위해서 하부 히트싱크(1220)의 중공부가 열전도재(1290)로 충전되어 있다. 이 열전도재(1290)로는 시트형태 또는 막형태로 성형할 수 있는 재료, 혹은 틀에 주입하여 충전할 수 있는 성질과 상태를 가지는 재료 등을 들 수 있다. 이러한 재료로는 예를 들어 열전도성을 가지는 수지 등이 있지만, 이러한 수지 중에서도 특히 열전도성이 높은 실리콘계의 수지 또는 에폭시계의 수지가 바람직하다.
( 글로브 (1230))
글로브(1230)의 구성은 제8 실시 형태에 관한 글로브(1130)의 구성과 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
(구동회로(1260))
구동회로(1260)는 하부 히트싱크(1220)의 내부에 설치되어 소켓을 통해 외부로부터 공급되는 전력을 이용하여 발광소자(1211)를 구동(점등)시키는 전원회로이다. 구동회로(1260)는 기판에 실장되어 있는 복수의 전자부품으로 구성되어 있으며, 발광소자(1211)를 구동시킬 때 복수의 전자부품이 발열한다. 이 구동회로(1260)에서 발생한 열은 열전도재(1290)를 통해 하부 히트싱크(1220)에 전달되어 외부로 방출된다.
또한, 구동회로(1260)의 그 외의 구성은 제8 실시 형태에 관한 구동회로(1160)의 구성과 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
(단열재(1280))
단열재(1280)는 열전도성을 가지지 않는 수지 등으로 이루어지며, 하부 히트싱크(1220) 및 구동회로(1260)와 상부 히트싱크(1240)를 열적으로 차단하는 역할을 가진다. 상부 히트싱크(1240)가 하부 히트싱크(1220) 및 구동회로(1260)와 열적으로 결합되면 발광모듈(1210)에서 발생한 열이 구동회로(1260)나 하부 히트싱크(1220)에 전달되게 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 거의 원판형의 단열재(1280)를 상부 히트싱크(1240)의 저부와 하부 히트싱크(1220) 사이에 배치함으로써 상부 히트싱크(1240)를 하부 히트싱크(1220) 및 구동회로(1260)와 열적으로 차단하도록 하였다. 또한 단열재(1280)의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니며, 하부 히트싱크(1220) 및 구동회로(1260)와 상부 히트싱크(1240)를 열적으로 차단할 수 있는 형상이라면 임의의 형상을 가질 수 있다.
(그 외의 구성)
그 외, 본 실시 형태에 관한 조명장치(1200)는 필요에 따라서 다른 부재를 구비할 수 있다. 예를 들어, 조명장치(1200)의 배광성을 향상시키기 위해서 조명장치(1200)는 발광소자(1211)에서 출사된 광을 반사하여 소켓 방향으로 광을 배광시키기 위한 리플렉터(미도시)를 구비할 수 있다.
[제8 실시형태에 따른 조명장치의 작용 효과]
다음으로 다시 도 38을 참조하여 상술한 구성을 가지는 조명장치(1200)의 작용 효과에 대해서 설명한다.
조명장치(1200)에서는, 주로 발열하는 부분(발열체)이 2개 있다. 1번째는 발광모듈(1210)이다. 발광모듈(1210)에서는 발광소자(1211)가 구동회로(1260)에 의해 구동되어 광이 사출될 때에 열이 발생한다. 그리고 각 발광소자(1211)에서 발생한 열은 이 발광소자(1211)가 실장되어 있는 발광소자 기판(1213)에 전달된다. 여기서, 발광소자 기판(1213) 및 상부 히트싱크(1240)는 열전도성이 높은 재질이다.
따라서, 발광모듈(1210)에서 발생한 열(발광소자(1211)에서 발생하여 발광소자 기판(1213)에 전달된 열)은 도 38의 화살표(T3)로 나타낸 바와 같이 발광소자 기판(1213)의 하면에 접촉되어 있는 상부 히트싱크(1240)의 저부에 전달된다. 상부 히트싱크(1240)의 저부에 전달된 열은 화살표(T4)로 나타낸 바와 같이 그대로 상부 히트싱크(1240)의 개구부(1241)내의 저면에서 외부로 방출된다. 혹은 상부 히트싱크(1240)의 저부에 전달된 열은 화살표(T3)로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(1240)의 본체부에 전달된 후에, 화살표(T4)로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(1240)의 본체부의 내주면의 어느 한 부분에서 외부로 방출된다.
한편, 2번째 발열체는 구동회로(1260)이다. 구동회로(1260)에서 발생한 열은 도 38의 화살표(B3)로 나타낸 바와 같이 구동회로(1260)에서 열전도재(1290)을 거쳐 하부 히트싱크(1220)에 전달되어 화살표(B4)로 나타낸 바와 같이 하부 히트싱크(1220)의 외주면에서 외부로 방출된다.
여기서, 본 실시 형태에서 상부 히트싱크(1240)는 2개의 발열체 중 발광모듈(1210)과만 열적으로 결합되어 있고 구동회로(1260) 및 하부 히트싱크(1220)와는 열적으로 차단되어 있다. 또한, 하부 히트싱크(1220)는 2개의 발열체 중에서 구동회로(1260)와만 열적으로 결합되어 있고, 발광모듈(1210) 및 상부 히트싱크(1240)와는 열적으로 차단되어 있다. 이 때문에, 상부 히트싱크(1240)는 발광모듈(1210)로부터의 발열에 대해, 구동회로(1260)로부터의 발열의 영향을 받지 않고, 발광모듈(1210)의 방열효율을 향상시킬 수 있다. 반대로, 하부 히트싱크(1220)는 구동회로(1260)로부터의 발열에 대해, 발광모듈(1210)로부터의 발열의 영향을 받지 않고 구동회로(1260)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이 조명장치(1200)는 상부 히트싱크(1240)로부터의 방열과 하부 히트싱크(1220)로부터의 방열의 2개의 방열 경로를 가지지만, 이들 2개의 방열 경로가 2개의 발열체 중 어느 하나의 방열에만 이용되기 때문에, 각 방열 경로로부터의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
[제8 실시형태에 따른 조명장치의 제조 방법]
다음으로 본 실시 형태에 관한 조명장치(1200)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.
조명장치(1200)를 조립할 때, 우선, 각부품 즉 발광모듈(1210), 상부 히트싱크(1240), 하부 히트싱크(1220), 글로브(1230), 구동회로(1260) 및 단열재(1280)를 준비한다. 이어서, 하부 히트싱크(1220)의 내부(중공부)에 구동회로(1260)를 설치하고, 구동회로(1260)가 설치된 하부 히트싱크(1220)의 상부에 단열재(1280)를 배치한다. 단열재(1280)는 이 시점에서 하부 히트싱크(1220)에 고정한다.
다음으로 단열재(1280)상에 상부 히트싱크(1240)를 고정한다. 그리고 상부 히트싱크(1240)의 저부 위에 발광모듈(1210)을 설치하고 발광모듈(1210)을 덮도록 글로브(1230)를 씌운다. 이 때, 상부 히트싱크(1240)의 개구부측의 단부의 위치와 글로브(1230)의 개구부의 위치가 맞도록 설치한다.
여기까지 조립한 상태에서 전체를 상하반전시켜고 하부 히트싱크(1220)의 소켓 접속측의 개구부에서 예를 들어, 노즐 등을 이용하여 용융상태의 열전도재(1290)를 하부 히트싱크(1220)의 중공부에 주입한다. 그리고, 하부 히트싱크(1220)의 중공부내에 열전도재(1290)가 충전될 때까지 열전도재(1290)를 주입한 후에 이 열전도재(1290)을 경화시킨다.
마지막으로, 도시하지는 않았지만, 하부 히트싱크(1220)의 하단부에 소켓을 접속함으로써 본 실시 형태에 관한 조명장치(1200)를 제조할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상술한 제7 및 제8 실시 형태에서는 발광소자 기판, 제1 히트싱크, 제2 히트싱크, 글로브 및 방열판의 중심축에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면형상을 원형으로 했지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 각부재의 단면 형상은 다각형이나 타원형일 수 있다.
또한, 상술한 제7 및 제8 실시 형태에서는, 발광소자 기판에 복수의 발광소자를 링형으로 배치하여 구성되는 1개의 발광소자군을 구비하고 있지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광소자 기판에 동심원상으로 복수의 발광소자군을 구비할 수 있다.
<제9 실시형태>
[제9 실시형태에 따른 조명 장치의 구성]
우선, 도 39 내지 도 41을 참조하여, 본 발명의 제9 실시형태에 따른 조명 장치(2100)의 구성에 관해 설명한다. 한편, 도 39는, 본 실시형태에 따른 조명 장치(2100)를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 도 40은, 도 39의 조명 장치(2100)의 A-A 절단선을 따른 단면도이다. 도 41은, 본 실시형태에 따른 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160)를 나타내는 평면도이다.
본 실시형태에 따른 조명 장치(2100)는, 도 39 및 도 40에 나타내는 바와 같이, 광을 출사하는 발광소자(2112); 발광소자(2112)가 탑재된 발광소자 기판(2110); 발광소자 기판(2110)이 장착된 제1 히트싱크(2120); 제1 히트싱크(2120)에 장착된 발광소자 기판(2110)을 덮는 글로브(2130); 및 글로브(2130)의 중앙 부분에 설치된 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160);로 이루어진다. 발광소자 기판(2110)과 제1 히트싱크(2120)의 사이에는, 방열 효과를 높이는 원반형의 금속 기판(2150)이 설치되어 있다.
발광소자(2112)에는, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode; 발광다이오드)를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 조명 장치(2100)에 있어서, 발광소자(2112)는, 발광소자 기판(2110) 상에 링형으로 복수개(예를 들어, 12개) 등간격으로 배치된다. 발광소자 기판(2110)은, 예를 들어 알루미늄 기판이고, 발광소자 기판(2110)이 금속 기판(2150)을 사이에 두고 고정되는 제1 히트싱크(2120)의 형상에 대응해 원반형으로 되어 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 발광소자(2112) 및 이들을 구비하는 발광소자 기판(2110)을 발열체라고 칭한다. 발열체는, 적어도 발광소자(2112)를 포함하는 것으로 하고, 발광소자 기판(2110)은 반드시 발열체로서 고려해야 하는 것은 아니다. 또한, 조명 장치(2100)의 열원으로는 발광소자(2112)를 포함하는 발열체 외에, 전원 회로(미도시)가 있다.
제1 히트싱크(2120)는, 조명 장치(2000)의 열원으로부터의 열을 방열하는 부재이다. 제1 히트싱크(2120)는, 도 39 및 도 40에 나타내는 바와 같이, 원통의 본체부(2122)에 복수의 핀(2123)을 구비한다. 제1 히트싱크(2120)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 형성해도 되고, 플라스틱 등의 수지 재료에 의해 형성해도 되고, 본체부(2122)와 핀(2123)을 다른 재료로 형성해도 된다.
본체부(2122)의 일단(z축 음의 방향측의 단부)에는 소켓(미도시)이 설치되고, 본체부(2112)의 타단(z축 양의 방향측의 단부)에는 발광소자 기판(2110)을 지지하는 플랜지부(2124)가 설치되어 있다. 플랜지부(2124)의 외주에는, 발광소자 기판(2110)의 외주를 둘러싸도록, 본체부(2122)의 연장 설치 방향(z방향)으로 발광소자 기판(2110)의 배치(양의 방향)측을 향해 돌출하는 테두리부(2124a)가 형성되어 있다. 플랜지부(2124)의 상면(2124b)에는, 발광소자 기판(2110)이 금속 기판(2150)을 사이에 두고 놓인다. 금속 기판(2150)으로는, 예를 들어 알루미늄 기판을 사용할 수 있다.
제1 히트싱크(2120)의 본체부(2122)의 내부 공간(2126)에는, 전원 회로(미도시)가 설치된다. 본체부(2122)가 금속 재료로 형성되어 있는 경우, 전원 회로를 본체부(2122)와 절연하기 위해 본체부(2122)의 내면에 수지 재료로 이루어진 수지층(2127)이 설치된다. 또는, 본체부(2122)가 금속 재료로 형성되어 있는 경우, 전원 회로를 본체부(2122)와 절연하기 위해 절연 케이스(미도시)를 사이에 두고 내부 공간(2126)에 수납해도 된다.
제1 히트싱크(2120)는, 발광소자(2112)로부터 발광소자 기판(2110) 및 금속 기판(2150)을 통해 전달되는, 발광소자(2112)를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열함과 동시에, 전원 회로로부터의 열을 방열한다. 본체부(2122)의 외주면에 복수의 핀(2123)을 설치함으로써, 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
글로브(2130)는, 제1 히트싱크(2120)에 장착된 발광소자 기판(2110)을 덮고, 발광소자(2112)가 출사하는 광을 투과하는 부재로 형성되는 커버 부재이다. 글로브(2130)는, 예를 들어 투과성을 갖는 유리나 수지 등으로 형성할 수 있다. 글로브(2130)는, 거의 반구형의 곡면을 갖도록 형성되고, 그 중앙 부분에는, 개구부(2132)가 형성되어 있다. 개구부(2132)의 중심은, 발광소자 기판(2110)에 링형으로 배치된 복수의 발광소자(2112)의 중심을 지나며 발광소자 기판(2110)에 대해 수직인 기축(C) 상에 있다. 개구부(2132)에는 제2 히트싱크(2140)가 삽입된다.
제2 히트싱크(2140)는, 발광소자(2112)를 포함하는 발열체로부터의 열을 방열하는 부재(히트싱크)이다. 제2 히트싱크(2140)는, 도 40에 나타내는 바와 같이, 원통부(2142)와 저부(2144)로 이루어진다. 원통부(2142)는, 개구하는 z축 양의 방향측의 일단이 글로브(2130)의 개구부(2132)와 접속되어 있다. 저부(2144)는, 발열체로부터의 열이 전달되기 쉽도록 발광소자 기판(2110)의 상면과 접촉해 설치된다. 제2 히트싱크(2140)도, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 형성해도 되고, 플라스틱 등의 수지 재료에 의해 형성해도 된다. 제2 히트싱크(2140)를 설치함으로써, 방열 면적이 더 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
제3 히트싱크(2160)는, 제2 히트싱크(2140)의 원통부(2142)의 내부 공간(2146)에 삽입 통과되는 통형의 중공 부재(내부 히트싱크)이다. 제3 히트싱크(2160)는, 도 40에 나타내는 바와 같이, 일단이 제2 히트싱크(2140)의 저부(2144)에 접촉해 있다. 또한, 제3 히트싱크(2160)의 타단은, 제2 히트싱크(2140)의 연장 설치 방향(z방향)에 있어서, 글로브(2130)의 개구부(2132)와 제2 히트싱크(2140)의 일단과의 접속 부분과 거의 동일 위치에 있다. 제3 히트싱크(2160)의 평면 형상은, 도 41에 나타내는 바와 같이 거의 타원형이다. 이는, 제2 히트싱크(2140)와 원통부(2142)의 내주면(2142a)과 제3 히트싱크(2160)의 외주면에 의해 형성되는 공간(2146)의 형상을, 제2 히트싱크(2140)의 중심(O)을 지나는 z축에 평행한 평면에 대해 적어도 비대칭이 되는 경우가 있도록 하기 위함이다. 한편, 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160)에 의한 방열 구조의 상세한 설명은 후술한다.
[제9 실시형태에 따른 방열 구조]
본 실시형태에 따른 조명 장치(2100)는, 발광소자(2112)를 포함하는 발열체나 전원 회로로부터의 열을 방열하기 위한 방열 구조로서, 제1 히트싱크(2120), 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160)를 구비하고 있다. 여기서, 제1 히트싱크(2120)는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 일측(z축 음의 방향측)에 설치되고, 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160)는 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에 설치된다. 이처럼, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 상하 방향으로 히트싱크(2120, 2140)를 각각 설치함으로써 방열 면적이 증가하고, 방열 효율을 높일 수 있다.
여기서, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조에 관해 살펴보면, 평면 형상이 원형인 제2 히트싱크(2140)에 의한 방열의 온도 분포는, 원통부(2142)의 내주면에서 중심을 향해 낮아지도록 링형의 분포가 된다. 이처럼 온도 분포가 동일한 경우, 공기가 대류하기 어렵게 열이 체류하는 경향에 있다. 그러면 발열체로부터의 열이 히트싱크를 통해 외부로 방열되어도 조명 장치(2100) 근방에 그 열이 체류하게 되어, 충분한 방열 효과를 얻을 수 없다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제2 히트싱크(2140)의 내부에 상기 제2 히트싱크(2140)와 다른 평면 형상을 갖는 제3 히트싱크(2160)를 설치한다. 즉, 제2 히트싱크(2140)의 중심(O)을 지나며, 제2 히트싱크(2140)의 내주면(2142a)에서 제3 히트싱크(2160)의 외주면(2160b)까지의 거리가 불균일해지도록, 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160)를 설치한다. 제3 히트싱크(2160)는 상술한 바와 같이 거의 타원형의 평면을 갖고 있다. 제2 히트싱크(2140)와 제3 히트싱크(2160)간의 형상의 차이에 의해, 부분적으로 방열 효율에 차이가 생기고, 그 결과, 각 히트싱크(2140, 2160)에 따른 방열의 온도 분포에 차이가 생긴다. 그러면, 제2 히트싱크(2140)의 내주면(2142a)과 제3 히트싱크(2160)의 외주면(2160b)으로 형성되는 내부 공간(2146)에 대류가 발생한다.
본 실시형태에서는, 도 41에 나타내는 바와 같이, 제2 히트싱크(2140)의 내주면(2142a)에서 제3 히트싱크(2160)의 외주면(2160b)까지의 거리가 짧은 L1 부분에서는 공기가 유입되기 쉽다. 한편, 제2 히트싱크(2140)의 내주면(2142a)에서 제3 히트싱크(2160)의 외주면(2160b)까지의 거리가 긴 L2 부분에서는 공기가 유출되기 쉽다. 이처럼, 내부 공간(2146)에서 공기의 유입 및 유출이 저절로 발생하는 방열 구조에 의해, 열의 체류를 막고, 적극적으로 열을 외부로 방출해 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 히트싱크(2140)에 더해 제3 히트싱크(2160)를 설치함으로써, 방열 면적이 더 증가하고, 방열 효율을 보다 높일 수 있다.
[제9 실시형태의 방열 구조의 변형예
본 실시형태의 도 41에 나타내는 방열 구조에서는, 제2 히트싱크(2140)의 평면 형상은 원형이었지만 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 도 42에 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조의 변형예를 나타낸다. 도 42에 나타내는 예에서는, 제2 히트싱크(2240)의 평면 형상을 육각형으로 하고, 제3 히트싱크(2260)의 평면 형상을 거의 타원형으로 하고 있다. 제2 히트싱크(2240)의 평면 형상은, 육각형 이외의 다각형이어도 된다.
이 경우도, 도 41에 나타내는 방열 구조와 마찬가지로, 제2 히트싱크(2240)의 내주면(2242a)에서 제3 히트싱크(2260)의 외주면(2260b)까지의 거리가 짧은 L1 부분에서는 공기가 유입되기 쉽다. 한편, 제2 히트싱크(2240)의 내주면(2242a)에서 제3 히트싱크(2260)의 외주면(2260b)까지의 거리가 긴 L2 부분에서는 공기가 유출되기 쉽다. 이처럼, 내부 공간(2246)에서 공기의 유입 및 유출이 저절로 발생하는 방열 구조에 의해, 열의 체류를 막고, 적극적으로 열을 외부로 방출해 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 제9 실시형태에 따른 조명 장치(2100)와 그 방열 구조에 관해 설명하였다. 본 실시형태에 따르면, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조에 관해, 제2 히트싱크(2140)의 중심(O)을 지나는, 제2 히트싱크(2140)의 내주면(2142a)과 제3 히트싱크(2160)의 외주면(2160b)간의 거리를 불균일하게 한다. 이에 의해, 내부 공간(2146)에 대류가 발생하고, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 제3 히트싱크(2160, 2260)의 평면 형상은 타원형이었지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 예를 들어 다각형이어도 된다.
<제10 실시형태>
다음으로, 도 43를 참조하여 본 발명의 제10 실시형태에 따른 조명 장치의 방열 구조에 관해 설명한다. 한편, 도 43은, 본 실시형태에 따른 제2 히트싱크(2340)를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에 따른 조명 장치의 제2 히트싱크(2340)는, 도 39 및 도 40에 나타낸 제9 실시형태에 따른 조명 장치(2100)의 제2 히트싱크(2140) 및 제3 히트싱크(2160) 대신에 설치할 수 있다. 이하, 본 실시형태의, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조에 관해, 상세히 설명한다. 한편, 본 실시형태에 따른 제2 히트싱크(2340)를 설치하는 것이 가능한 조명 장치는, 제9 실시형태에 따른 조명 장치(2100)와 동일하기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제10 실시형태에 따른 방열 구조]
본 실시형태에 따른 조명 장치는, 발광소자를 포함하는 발열체나 전원 회로로부터의 열을 방열하기 위한 방열 구조로서, 도 39 및 도 40에 나타내는 제1 히트싱크(2120); 및 도 41에 나타내는 제2 히트싱크(2140);를 구비하고 있다. 제1 히트싱크(2120)의 구성은 제9 실시형태와 동일한 것으로 한다.
제2 히트싱크(2340)는, 제9 실시형태에 따른 제2 히트싱크(2140)와 마찬가지로 원통부(2342)와 저부(2344)를 갖고, 원통부(2342)의 내주면(2342a)에서 제2 히트싱크(2340)의 중심(O)을 향해 연장되는 복수의 핀(2345)(예를 들어 12개의 핀(2345a~2345l))이 더 설치되어 있다. 각 핀(2345a~2345l)은, 도 39 및 도 40에 나타내는 제1 히트싱크(2120)의 핀(2123)과 같은 유선형이어도 되고, 거의 장방형의 판상 부재여도 된다. 또한, 도 43에 나타내는 예에서는, 핀(2345)은 원주 방향으로 등간격으로 설치되어 있지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 인접하는 핀(2345)의 간격은 적절히 변경 가능하다.
제2 히트싱크(2340)의 각 핀(2345a~2345l)의 반경 방향의 길이(L)는, 도 43에 나타내는 바와 같이 모두 동일하지는 않고, 적어도 하나가 다르게 설정된다. 도 43에 나타내는 예에서는, 대향하는 핀의 길이가 동일하다. 그리고, 길이(L)가 최대인 핀(2345a, 2345g)에 인접하는 핀(2345b, 2345f, 2345h, 2345l), 이들에 인접하는 핀(2345c, 2345e, 2345i, 2345k)의 순으로 반경 방향의 길이(L)가 짧아지고, 핀(2345d, 2345j)에서 반경 방향의 길이(L)는 최소가 된다.
핀(2345)의 반경 방향의 길이(L)를 상이하게 함으로써, 제2 히트싱크(2340)의 중심(O)을 지나는 내주면(2342a)간의 길이가 상이하다. 예를 들어, 핀(2345)이 형성되지 않는 부분이면 내주면(2342a)간의 길이는 제2 히트싱크(2340)의 직경(D)이 된다. 또한, 핀(2345)이 형성되어 있는 부분에 있어서는, 반경 방향의 길이(L)가 최대인 핀(2345a, 2345g)간의 길이(d1)가 최소가 되고, 반경 방향의 길이(L)가 최소인 핀(2345d, 2345j)간의 길이(d2)가 최대가 된다.
이처럼, 제2 히트싱크(2340)의 내부 공간(2346)의 형상을, 중심(O)을 지나는 z축에 평행한 평면에 대해 적어도 비대칭이 되는 경우가 있도록, 불균일하게 형성한다. 즉, 제2 히트싱크(2340)의 중심(O)을 지나며, 제2 히트싱크(2340)의 내주면(2342a)간의 거리가 불균일해지도록, 제2 히트싱크(2340)를 형성한다. 이에 의해, 제2 히트싱크(2340)의 방열 부분에 의해 방열 효율에 차이가 생기고, 그 결과, 방열의 온도 분포가 불균일해진다. 그러면, 제2 히트싱크(2340)의 내부 공간(2346)에 대류가 발생한다. 이처럼, 내부 공간(2346)에서 공기의 유입 및 유출이 저절로 발생하는 방열 구조에 의해, 열의 체류를 막고, 적극적으로 열을 외부로 방출해 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
[제10 실시형태의 방열구조의 변형예
본 실시형태의 도 43에 나타내는 방열 구조에서는, 제2 히트싱크(2340)의 핀(2345)은 원통부(2342)의 내주면(2342a)에서 중심(O)을 향해 방사상으로 연장되도록 배치했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 도 44에 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조의 변형예를 나타낸다. 도 44에 나타내는 예에서는, 제2 히트싱크(2440)의 핀(2445)을 원통부(2442)의 내주면(2442a)에서 한 방향으로 연장 설치하고 있다.
구체적으로는, 도 44에 나타내는 바와 같이, 원통부(2442)의 내주면(2442a)에서 y방향으로 대향하는 5쌍 10개의 핀(2445a~2445j)이 x방향으로 인접해 연장 설치되어 있다. 대향하는 핀(2445)의 길이(L)는 동일하고, 제2 히트싱크(2440)의 중심(O)에서 이격함에 따라 길이(L)가 짧아진다. 핀(2445)의 반경 방향의 길이(L)를 상이하게 함으로써, 제2 히트싱크(2440)의 중심(O)을 지나는 내주면(2442a)간의 길이가 상이하다. 예를 들어, 핀(2445)이 형성되어 있지 않는 부분이면 내주면(2442a)간의 길이는 제2 히트싱크(2440)의 직경(D)이 된다. 또한, 핀(2445)이 형성되어 있는 부분에 있어서는, 길이(L)가 최대인 핀(2445a, 2445b)간의 길이(d1)가 최소가 되고, 길이(L)가 최소인 핀(2445g, 2445j)간 및 (2445i, 2445h)간의 길이(d2)가 최대가 된다.
이처럼, 도 44에 나타내는 예에 있어서도, 제2 히트싱크(2440)의 내부 공간(2446)의 형상을, 중심(O)을 지나는 z축에 평행한 평면에 대해 적어도 비대칭이 되는 경우가 있도록, 불균일하게 형성한다. 이에 의해, 제2 히트싱크(2440)의 방열 부분에 의해 방열 효율에 차이가 생기고, 그 결과, 방열의 온도 분포가 불균일해진다. 그러면, 제2 히트싱크(2440)의 내부 공간(2446)에 대류가 발생한다. 이처럼, 내부 공간(2446)에서 공기의 유입 및 유출이 저절로 발생하는 방열 구조에 의해, 열의 체류를 막고, 적극적으로 열을 외부로 방출해 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 44의 제2 히트싱크(2440)의 변형예로서, 도 45에 나타내는 바와 같이 제2 히트싱크(2540)의 원통부(2542)의 내주면(2542a)에서 한 방향으로 연장 설치되는 핀(2545)의 길이를, 제2 히트싱크(2540)의 중심(O)에서 이격함에 따라 길이(L)가 길어지게 해도 된다. 따라서, 도 45에 나타내는 제2 히트싱크(2540)에서는, 핀(2545)이 형성되어 있는 부분에서의 중심(O)을 지나는 내주면(2542a)간의 길이가, 길이(L)가 최소인 핀(2545a, 2545b)간에서 최대가 되고(길이(d1)), 길이(L)가 최대인 핀(2545g, 2545j)간 및 (2545i, 2545h)간에서 최소가 된다(길이(d2)).
이처럼 제2 히트싱크(2540)의 내부 공간(2546)의 형상을, 중심(O)을 지나는 z축에 평행한 평면에 대해 적어도 비대칭이 되는 경우가 있도록, 불균일하게 형성하고, 내부 공간(2546)에 대류가 발생하도록 해도 된다.
이상, 본 발명의 제10 실시형태에 따른 조명 장치의 방열 구조에 관해 설명하였다. 본 실시형태에 따르면, 발열체를 기준으로 해서 기축(C)의 타측(z축 양의 방향측)에서의 방열 구조에 관해, 제2 히트싱크(2340)의 원통부(2342)의 내주면(2342a)으로부터, 길이가 상이한 복수의 핀(2345)을 설치하고, 내부 공간(2346)의 내주면(2342a)간의 거리를 불균일하게 한다. 이에 의해, 내부 공간(2346)에 대류가 발생하고, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 제2 히트싱크의 평면 형상은 원형이었지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않고, 예를 들어 거의 타원형이나 다각형이어도 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 발광소자를 링형으로 배치한 발광소자 기판이 제1 히트싱크의 플랜지부에 놓였지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광소자가 놓인 발광소자 기판은 제2 히트싱크의 외주면에 설치해도 된다. 또한, 발광소자 기판을 히트싱크의 플랜지부의 플랜지부 또는 본체부에 설치할 때, 도 40에 나타내는 바와 같이 복수의 발광소자를 링형으로 배치해 구성되는 하나의 발광소자 그룹만을 배치해도 되고, 동심원 상에 복수의 발광소자 그룹을 배치해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제2 히트싱크는 연장 설치 방향으로 동일 직경의 원이 연속하는 원통 형상이었지만, 본 발명은 이 같은 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 히트싱크는, 개구부측을 향함에 따라 내경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성해도 된다.
<전구의 대체품이 되기 위한 조건의 검토>
상술된 실시형태와 함께 후술될 다양한 실시형태에 따른 조명장치는 전구형 조명장치에 유용하게 적용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 발명자가 백열전구의 대체품이 되기 위한 조건에 대해 검토한 결과에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이 지금까지 개발된 전구형 LED 조명장치는, 방열효율이 충분하지 않고 배광성도 백열전구의 대체품으로서는 불충분한 것이다. 백열전구는 발광효율(90lm/W이상), 발광광량(800lm이상), 색온도(2700~3000 K), 연색성(Ra90이상), 배광특성(300deg이상), 형상(ANSI규격이라 불리는 전구 사이즈에 관한 규격) 등을 만족하는 것이지만, 현재 LED등의 반도체 발광소자를 이용한 전구형 조명장치에서는, 상기한 모든 특성에 있어서 백열전구와 동등한 성능을 가지는 것이 시장에는 없다.
그래서 본 발명자가 상기 특성을 모두 만족하는 백열전구의 대체품이 될 수 있는 전구형 조명장치를 실현하기 위한 조건을 검토한 결과, 이하의 (1) 내지 (3)이 필요하다는 것을 알아냈다.
(1) 형상으로서 ANSI 규격을 만족할 것
(2) 발광부(글로브부분)의 직경이 히트싱크(소켓과 접속되는 케이스 부분) 보다도 클 것
(3) 고방열 특성을 가질 것
상기 (1)의 조건은 백열전구의 대체품에는 불가결한 것이며, (2)의 조건은 우수한 배광특성을 실현하기 위해서 필요하며, (3)의 조건은 고효율 및 고출력을 실현하기 위해서 필요하다.
여기서, 방열효율을 올리려면 히트싱크의 표면적이나 크기를 크게 할 필요가 있다. 즉, 전구형 조명장치 전체의 사이즈를 크게 하거나, 히트싱크에 설치되는 핀의 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 이는 ANSI규격을 만족하는 조건 내에서, 즉, 전구형 조명장치로서의 형상이 제한되어 있을 때에는 실현하기 곤란하며, 또한 히트싱크의 사이즈를 크게 하면 그 만큼 광을 배광할 수 있는 영역도 좁아지기 때문에 백열전구와 동등한 배광각을 실현하기 어렵다.
이상의 검토 내용으로부터 본 발명자는 새로운 광학계의 구조와 방열 구조를 신규하게 완성시킴으로써, 전구형 조명장치 전체의 사이즈나 핀 등의 사이즈를 ANSI규격을 만족하는 조건내이면서, 백열전구와 동등한 배광특성을 실현하는데 성공했다. 이하, 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 조명장치에 대해서 상세하게 설명한다.
<제11 실시형태>
[제11 실시 형태에 따른 조명장치]
우선, 도 46 내지 도 48을 참조하여 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 전구형 조명장치의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 46은 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 전구형 조명장치(3100, 이하, 간단히 「조명장치」라 함.)의 전체 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 도 47은 제11 실시 형태에 관한 조명장치(3100)의 상면도(a) 및 정면도(b)이다. 도 48은 제11 실시 형태에 관한 조명장치(3100)를 도 47(a)의 III-III선을 따라 절단한 단면도이다.
도 47 내지 도 49에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)는 발광모듈(3110), 제1 히트싱크(3120, 이하 「상부 히트싱크」라 한다.), 제2히트싱크(3130, 이하 「하부 히트싱크」라 한다.), 리플렉터(3140), 글로브(3150), 구동회로(3160) 및 방열판(3170)을 주로 가진다.
(발광모듈(3110))
발광모듈(3110)은 발광소자(3111)와 발광소자 기판(3113)을 가지며 조명장치(3100)의 광원이 되는 부재이다.
발광소자(3111)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 반도체 발광소자이며, 광을 사출한다. 이 발광소자(3111)의 발광색은 후술하는 글로브(3150)의 구성 재료에 의해 달라진다. 구체적으로, 글로브(3150)가 형광체를 함유한 재료(수지 등)로 구성되는 경우, 발광소자(3111)는 상기 형광체를 여기하는 광을 발광하는 LED(예를 들어, 청색 LED)이며, 글로브(3150)에서 광의 파장이 변환되어 백색이 된다. 한편, 글로브(3150)가 광확산제를 함유한 재료(수지 등)로 구성되는 경우, 발광소자(3111)의 발광색은 백색(6500K ~ 2000K)이다. 발광소자(3111)에서 출사된 광은 후술하는 리플렉터(3140)에서 반사되거나 혹은 직접 글로브(3150)에 도달하여 글로브(3150)에서 확산되어 외부로 방사된다.
그리고, 본 실시 형태에서는 발광소자(3111)가 복수개가 준비되며, 이들 복수의 발광소자(3111)가 발광소자 기판(3113)의 일측면상에 링형으로 배치된다. 여기서 말하는 「링형」이란, 도 46에 나타낸 바와 같은 원형의 링 형뿐만이 아니라, 타원형의 링형, 다각형의 링형도 포함하는 개념이다.
발광소자 기판(3113)은 발광소자(3111)가 실장되는 기판이며, 바람직하게는 알루미늄, 니켈 등의 금속이나, 유리 컴포지트(CEM3)나, 세라믹 등 열전도성이 높은 재료로 형성된다. 이에 의해, 발광모듈(3110)에서 발생한 열을 효율적으로 상부 히트싱크(3120)나 하부 히트싱크(3130)에 전달할 수 있어 조명장치(3100)의 방열효율을 향상시킬 수 있다. 발광소자 기판(3113)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 ANSI규격을 만족하기 위해서는 거의 원형 또는 거의 다각형인 것이 바람직하다.
또한, 발광소자 기판(3113)은 상부 히트싱크(3120)의 저부와 하부 히트싱크(3130)의 상부(또는 방열판(3170))에 의해 협지되어 위치가 고정된다. 이 때, 발광소자 기판(3113)의 거의 중심부에는 나사 구멍(3115)이 설치되어 있으며, 이 나사 구멍(3115)의 위치는, 후술하는 바와 같이 상부 히트싱크(3120) 저부의 나사 구멍(3125) 및 방열판(3170)의 나사 구멍(3175)의 위치와 대응하며 나사 구멍(3125, 3115, 3175)을 통해 상부 히트싱크(3120), 발광소자 기판(3113) 및 방열판(3170)이 나사결합된다.
(상부 히트싱크 (3120))
상부 히트싱크(3120)는 발광모듈(3110)에서 발생한 열과 구동회로(3160)에서 발생한 열 중에서 적어도 어느 하나를 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 상부 히트싱크(3120)는 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 높은 금속이나, 열전도성이 높은 수지 등의 재질로 형성된다. 또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 상부 히트싱크(3120)에는 오목부나 복수의 핀 등을 설치하며 상부 히트싱크(3120)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 본 실시 형태는 상부 히트싱크(3120)는 일단에 개구부(3121)를 가지는 중공의 거의 원통형을 가진다. 이 거의 원통형의 중공부를 가짐으로써 상부 히트싱크(3120)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져 방열 효과를 높일 수 있다. 또한 방열 효과를 높이기 위한 구성은 이러한 중공 형상뿐만이 아니라, 예를 들어, 상부 히트싱크(3120)는 거의 원통형 또는 거의 기둥형의 본체부를 가지며, 이 본체부가 외부에 노출된 복수의 핀을 가지는 구성일 수도 있다.
또한, 상부 히트싱크(3120)는 발광소자 기판(3113)을 기준으로 발광소자(3111)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축C 방향의 일측에 발광소자 기판(3113)과 접촉되어 설치된다. 이와 같이, 상부 히트싱크(3120)는 발광소자 기판(3113)에 접촉되어 설치됨으로써 주로, 발광소자 기판(3113, 또는 발광모듈(3110) 전체)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 역할을 가진다. 이에 의해, 일반적으로 구동회로(3160)보다 다량의 열이 발생하는 발광모듈(3110)로부터의 열을, 상부 히트싱크(3120)와 후술하는 하부 히트싱크(3130) 모두에서 방출할 수 있기 때문에, 히트싱크가 하나뿐인 경우에 비해 조명장치(3100)의 방열효율을 현저하게 높일 수 있다.
또한, 상부 히트싱크(3120)의 저면(폐쇄된 면)의 거의 중심부에는, 나사 구멍(3125)이 설치되며, 상술한 바와 같이 상부 히트싱크(3120)는 발광소자 기판(3113) 및 방열판(3170)과 나사결합되어 위치가 고정된다.
또한, 도 46 및 도 48에는 상부 히트싱크(3120)가 원통형으로 도시되어 있지만, 상부 히트싱크(3120)의 형상은 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어, 후술하는 리플렉터(3140)와 같이 역원뿔대형일 수도 있다.
(하부 히트싱크 (3130))
하부 히트싱크(3130)는 그 일단(도 46 내지 도 48의 하단)에서 소켓(미도시)과 접속됨과 동시에, 발광모듈(3110)에서 발생한 열과 구동회로(3160)에서 발생한 열 중에서 적어도 어느 하나를 외부로 방출하는 기능을 가진다. 이 방열 기능을 실현하기 위해서, 하부 히트싱크(3130)는 열전도성이 높은 수지로 형성된다. 본 실시 형태에 있어서, 하부 히트싱크(3130)가 금속이 아니라 수지로 형성된 것은 조명장치(3100)를 경량화하기 때문이며, 또한 수지는 절연성이기 때문에 소켓과 접속되었을 때의 코킹부분에 절연대책을 실시할 필요가 없기 때문이다. 따라서, 조명장치(3100)의 중량증가가 문제가 되지 않는 경우에는, 하부 히트싱크(3130)의 재질로 알루미늄이나 구리 등의 금속재료를 사용해도 된다. 단, 하부 히트싱크(3130)을 금속재질로 했을 경우에는, 소켓의 코킹부분에 절연 대책을 실시할 필요가 있다.
또한, 방열 효과를 더욱 높이기 위해서, 하부 히트싱크(3130)에도 오목부나 복수의 핀 등을 설치하여 하부 히트싱크(3130)의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 본 실시 형태는 하부 히트싱크(3130)는 양단에 개구부(3130a, 3130b)를 가지는 중공의 거의 원통형의 본체부의 외주면에 복수의 핀(3139)이 설치되어 있다. 이 복수의 핀(3139)을 가지므로 하부 히트싱크(3130)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져 방열 효과를 높일 수 있다. 또한, 방열 효과를 높이기 위한 구성은 이러한 핀(3139)뿐만이 아니라 예를 들어, 하부 히트싱크(3130)의 본체부의 외주면에 복수의 오목부(미도시)를 가지는 구성이어도 된다.
또한, 하부 히트싱크(3130)는 발광소자 기판(3113)을 기준으로 발광소자(3111)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축C 방향의 타측에 설치된다. 이에 의해, 하부 히트싱크(3130)는 상부 히트싱크(3120)와는 독립적으로 구동회로(3160)나 발광모듈(3110)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다. 따라서, 히트싱크가 하나뿐인 경우와 비교하여 조명장치(3100)의 방열효율을 현저하게 높일 수 있다.
나아가, 본 실시 형태에서는, 하부 히트싱크(3130)는 수지(3131)와 이 수지(3131) 내부에 삽입된 금속부재(3133)로 구성된다. 그리고, 하부 히트싱크(3130)는 수지(3131)와 금속부재(3133)가 일체로 인서트 성형되어서 얻어지는 것이다. 이는 수지(3131)만으로는 알루미늄이나 구리 등의 금속과 비교하여 열전도성이 다소 낮기 때문에, 열전도성을 더욱 높이기 위해서 알루미늄이나 구리 등의 금속부재(3133)를 삽입한 것이다. 따라서, 발광모듈(3110)이나 구동회로(3160)의 성능에 의해 발열이 억제되거나 하여 방열 효과가 충분한 경우에는 금속부재(3133)를 삽입할 필요가 없다.
또한, 금속부재(3133)를 삽입하는 경우에는 구동회로(3160)에서 발생한 열이 하부 히트싱크(3130) 뿐만 아니라, 상부 히트싱크(3120)에도 쉽게 전달되게 하기 위해서 방열판(3170)(방열판(3170)이 설치되어 있지 않은 경우에는 발광소자 기판(3113))과 접촉하도록 금속부재(3133)를 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 금속부재(3133)의 방열판(3170)과 접촉하는 면에는 나사 구멍(3135)이 후술하는 방열판(3170)에 설치된 나사 구멍(3173)과 대응하는 위치에 설치되어 있으며 이 나사 구멍(3135, 3173)을 통해 금속부재(3133)와 방열판(3170)이 나사결합된다.
또한, 하부 히트싱크(3130)는 상술한 방열 기능 이외에, 구동회로(3160)가 수납되는 케이스로서의 기능도 가진다. 본 실시 형태에서는 하부 히트싱크(3130)의 중공의 본체부의 내부에 구동회로(3160)가 설치되어 있다.
( 리플렉터 (3140))
리플렉터(3140)는 발광소자 기판(3113)의 면 중 발광소자(3111)가 배치된 면(이하, 「발광소자(3111)측의 면」이라 한다.)에 유지되며, 발광소자(3111)에서 출사된 광을 반사시킨다. 본 실시 형태에 있어서의 리플렉터(3140)는 높은 광반사성을 가지는 재료로 구성되며, 발광소자(3111)로부터의 광을 소켓방향(하부 히트싱크(3130)측의 방향)으로 반사시켜서 조명장치(3100)의 배광각을 소켓방향으로 넓히는 기능을 가진다.
이러한 기능을 실현하기 위해서, 리플렉터(3140)는 역원뿔대형, 즉, 발광소자 기판(3113)에서 이격됨에 따라 직경이 확장되는 원뿔대형이 되도록 발광소자 기판(3113)의 발광소자(3111)측의 면에서 돌출되어 설치된다. 또한, 원뿔대형상인 리플렉터(3140)의 측주면(3141)은 발광소자(3111)에서 출사된 광이 반사되는 반사면이다. 따라서, 이 반사면(3141)만 높은 광반사성을 가지는 재료로 구성되고, 다른 부분은 광반사성을 가지지 않는 재료로 구성될 수도 있다.
또한, 리플렉터(3140)는 원뿔대형의 상하 양단면이 개방되어 있으며, 발광소자 기판(3113)과 접촉하는 측의 단부(도 46, 도 48에서는 하단부)에 상부 히트싱크(3120)의 저부와 접속되기 위한 개구부(3143)를 가진다. 리플렉터(3140)가 이 개구부(3143)를 가짐으로써 상부 히트싱크(3120)를 발광소자 기판(3113)에 직접 접촉시킬 수 있기 때문에, 조명장치(3100)의 방열효율(특히, 발광모듈(3110)에서 발생한 열의 방출효율)을 높일 수 있다. 따라서, 개구부(3143)는 반드시 상부 히트싱크(3120)의 저부와 접촉할 필요는 없고, 상부 히트싱크(3120)의 저부의 직경보다 직경이 커도 된다.
( 글로브 (3150))
글로브(3150)는 발광모듈(3110) 및 리플렉터(3140)를 덮도록 거의 구형으로 설치되며, 발광소자(3111)에서 출사된 광 또는 리플렉터(3140)에서 반사된 광의 색(발광소자(3111)의 발광색)을 제어하는 역할 및 이들 광을 글로브(3150)의 표면상에서 확산시킴으로써 조명장치(3100)의 배광각을 넓히는 역할을 가진다.
글로브(3150)는 발광소자(3111)의 발광색을 제어하는 역할을 실현하기 위해서, 발광소자(3111)의 발광색에 따라 형광체나 광확산제를 포함한다.
구체적으로는, 발광소자(3111)가 청색LED 등의 형광체를 여기하는 광을 발광하는 LED인 경우에는, 글로브(3150)의 소재가 형광체를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(3150)의 표면(외표면뿐만이 아니라 내표면도 포함한다.)에 형광체가 도포되어 있다. 예를 들어, 글로브(3150)가 수지로 이루어진 경우에는 이 수지 중에 형광안료를 함유시킬 수 있으며, 글로브(3150)가 유리 재료로 이루어진 경우에는 이 글로브의 표면에 형광 도료를 도포할 수 있다. 그리고, 리플렉터(3140)에서 반사되거나 또는 발광소자(3111)에서 출사되어 글로브(3150)에 도달한 광의 파장이 글로브(3150)의 형광체에 의해 변환되어 백색이 발광된다.
여기서, 형광체에 의한 발광은 광확산도가 크기 때문에 리플렉터(3140)에서 반사된 광의 배광분포가 불충분해도 형광체에 의한 발광시의 광확산으로 양호한 배광분포를 얻을 수 있게 된다. 또한, 청색LED와 형광체를 조합함으로써 자연광에 가까운 색으로 발광시킬 수 있게 된다.
또한, 조명장치(3100)의 배광각을 보다 넓히기 위해서, 글로브(3150)의 소재가 형광체에 추가로 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(3150)의 표면에 형광체에 추가로 광확산제가 도포되도 된다.
한편, 발광소자(3111)가 백색광을 발하는 LED인 경우에는, 글로브(3150)의 소재가 광확산제를 함유하는 재료이거나 또는 글로브(3150)의 표면에 광확산제가 도포되어 있어도 된다. 이 경우에도, 광확산제에 의해 발광소자(3111)에서 출사된 광 또는 리플렉터(3140)에서 반사된 광이 글로브(3150)의 표면에서 확산되어 조명장치(3100)의 배광각을 넓힐 수 있.
또한, 조명장치(3100)의 배광각을 넓히기 위해서는, 글로브(3150)의 최대 직경(도 50의 길이 D1을 참조)은 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(도 50의 길이 D2를 참조)보다 큰 것이 바람직하고, 1.2배 이상인 것이 보다 바람직하다. 글로브(3150)의 최대 직경에 대해 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경이 너무 크면, 글로브(3150) 표면에서 소켓방향으로 방사된 광이 하부 히트싱크(3130)에 의해 차단되는 영역이 넓어지기 때문에 소켓방향의 광의 배광각이 작아진다. 상세하게는 후술한다.
본 실시 형태에서는, 글로브(3150)의 정상부(발광모듈(3110)측과 반대측의 단부)에는, 상부 히트싱크(3120)의 상단부(개구부(3121)이 형성되어 있는 측의 단부)와 접속되는 개구부(3151)가 형성되어 있다. 이에 의해, 상부 히트싱크(3120)의 중공부분이 외부에 노출되게 되기 때문에 조명장치(3100)의 방열효율을 높일 수 있다.
또한, 글로브(3150)의 저부(발광모듈(3110)측의 단부)에도 개구부(미도시)가 설치되어 있으며, 글로브(3150)는 이 개구부에서 하부 히트싱크(3130)와 접속된다.
(구동회로(3160))
구동회로(3160)는 하부 히트싱크(3130)의 내부에 설치되며, 소켓을 통해 외부로부터 공급되는 전력을 이용하여 발광소자(3111)를 구동(점등)시키는 전원회로이다. 구동회로(3160)는 기판에 실장되어 있는 복수의 전자부품으로 구성되며, 발광소자(3111)를 구동시킬 때 복수의 전자부품에서 발열한다. 이 구동회로(3160)에서 발생한 열은 하부 히트싱크(3130)에 전달되거나 금속 부재(3133, 방열판(3170)), 발광소자 기판(3113)을 통해 상부 히트싱크(3120)에 전달되어 외부로 방출된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동회로(3160)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전해 커패시터를 가지지 않았다. 시판되고 있는 LED 조명장치의 제품 수명은 수만 시간이라고 하지만, 실제로는 전해 커패시터의 수명이 수천 시간이기 때문에 LED 조명장치 전체로서의 제품 수명에 도달하기 전에 전해 커패시터를 교환할 필요가 있다. 하지만, 본 실시 형태에 관한 구동회로(3160)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전해 커패시터를 가지지 않기 때문에, 수천 시간에서 부품을 교환할 필요가 없고 조명장치(3100)의 제품 수명을 현저하게 늘릴 수 있다.
(방열판(3170))
방열판(3170)은 발광소자 기판(3113)와 하부 히트싱크(3130) 모두에 접촉하도록 설치되며, 주로 발광모듈(3110)에서 발생한 열을 하부 히트싱크(3130)에 전달하는 역할을 가진다. 물론, 방열판(3170)이 구동회로(3160)에서 발생한 열을 상부 히트싱크(3120)에 전달하는 역할을 가질 수도 있다. 이 방열판(3170)은 상기 열전달의 역할을 실현하기 위해서, 알루미늄이나 구리 등 열전도성이 높은 금속으로 구성된다.
또한, 방열판(3170)에는 도시하지 않은 리플렉터(3140)의 위치 어긋남 방지 핀이 설치되어 있어도 되며, 이 경우에는, 방열판(3170)은 상기의 열전달 역할 뿐만 아니라 발광소자 기판(3113), 리플렉터(3140), 글로브(3150), 상부 히트싱크(3120)의 위치의 기준이 되는 역할도 가진다.
또한, 조명장치(3100)의 방열효율이 충분히 높고 발광소자 기판(3113), 리플렉터(3140), 글로브(3150), 상부 히트싱크(3120)의 위치 결정 정밀도를 확보할 수 있다면, 방열판(3170)은 반드시 설치되지 않아도 된다.
[제11 실시형태에 따른 조명장치의 조립 방법]
이상, 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 조명장치(3100)의 구성에 대해서 상세하게 설명했지만, 이어서 다시 도 46을 참조하여 이에 관한 구성을 가지는 조명장치(3100)의 조립 방법에 대해 설명한다.
조명장치(3100)를 조립할 때에는 우선, 각 부품 즉, 발광모듈(3110), 상부 히트싱크(3120), 하부 히트싱크(3130), 리플렉터(3140), 글로브(3150), 구동회로(3160), 필요한 경우에는 방열판(3170)을 준비한다. 이어서, 하부 히트싱크(3130)의 내부(중공부)에 구동회로(3160)를 설치하고, 구동회로(3160)가 설치된 하부 히트싱크(3130)의 상부에 방열판(3170)을 배치한다. 방열판(3170)은 이 시점에서 나사 구멍(3135)의 위치와 나사 구멍(3173)의 위치를 맞추어 하부 히트싱크(3130)의 금속부재(3133)에 나사결합한다.
그리고, 방열판(3170)상에 하부 히트싱크(3130)측에서 순서대로 발광모듈(3110), 리플렉터(3140)를 배치한다. 리플렉터(3140)는 나사고정 등에 의해 발광소자 기판(3113)에 고정한다. 또한, 발광모듈(3110) 및 리플렉터(3140)를 덮도록 글로브(3150)을 씌우고 글로브(3150)의 개구부(3151)에서 상부 히트싱크(3120)를 발광소자 기판(3113)에 접촉할 때까지 삽입한다. 마지막으로, 상부 히트싱크(3120)의 나사 구멍(3125)에서 발광소자 기판(3113)의 나사 구멍(3115), 방열판(3170)의 나사 구멍(3175)을 관통하도록 하여 나사고정 등에 의해 고정함으로써 조명장치(3100)를 조립할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 하부 히트싱크(3130)의 하단부에는 소켓을 접속 한다.
이상 상술한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)를 조립할 때에는 소켓 이외의 부품은 모두 한방향(도 46의 예에서는 하부 히트싱크(3130)의 윗쪽)에서 장착할 수 있게 되어 있기 때문에, 용이하게 조립할 수 있어서 위치 결정 등의 정밀도도 높힐 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에 따르면, 제조성 및 수율을 향상시킬 수도 있다.
[제11 실시형태에 따른 조명장치의 작용 효과]
다음으로, 도 49 내지 도 53을 참조하여 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)의 작용 효과에 대해서 설명한다. 도 49는 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에서의 열의 흐름을 나타내는 설명도이다. 도 50은 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에서의 광의 움직임을 나타내는 설명도이다. 도 51은 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)의 배광특성의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 52은 본 실시 형태에 관한 글로브(3150)의 직경과 하부 히트싱크(3130)의 직경의 비율에 의한 배광의 차이를 나타내는 설명도이다. 도 53은 본 실시 형태에 관한 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경과 리플렉터(3140)의 최대 직경의 관계를 나타내는 설명도이다.
(방열효율의 향상 효과)
우선, 도 49에 기초하여 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에 의한 방열효율의 향상 효과에 대해서 설명한다.
조명장치(3100)에서는, 주로 발열하는 부분(발열체)이 2개 있다. 1번째는 발광모듈(3110)이다. 발광모듈(3110)에서는, 발광소자(3111)가 구동회로(3160)에 의해 구동되어 광이 사출될 때 열이 발생한다. 그리고, 각 발광소자(3111)에서 발생한 열은 이 발광소자(3111)가 실장되어 있는 발광소자 기판(3113)에 전달된다. 여기서, 발광소자 기판(3113), 상부 히트싱크(3120), 방열판(3170) 및 하부 히트싱크(3130, 수지(3131), 금속부재(3133))는 열전도성이 높은 재질이다.
따라서, 발광모듈(3110)에서 발생한 열(발광소자(3111)에서 발생하여 발광소자 기판(3113)에 전달된 열)은 우선, 발광소자 기판(3113)의 상면에 접촉되어 있는 상부 히트싱크(3120)에 전달되어 도 49의 화살표(H1)로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3120)의 개구부(3121)의 내주면에서 외부로 방출된다. 발광모듈(3110)에서 발생한 열은 또한 발광소자 기판(3113)의 하면에 접촉되어 있는 방열판(3170)에 전달되어 도 49의 화살표(H2)로 나타낸 바와 같이 금속부재(3133)를 통과하여 수지(3131)까지 전달된다. 수지(3131)까지 전달된 열은 화살표(H3)로 나타낸 바와 같이 핀(3139) 등에서 외부로 방출된다.
한편, 2번째 발열체는 구동회로(3160)이다. 구동회로(3160)에서 발생한 열은 하부 히트싱크(3130)의 중공부에서 금속부재(3133), 수지(3131)의 순서로 전달되어 발광모듈(3110)에서 발생한 열과 동일하게 화살표(H3)로 나타낸 바와 같이 핀(3139)등에서 외부로 방출된다. 또한, 구동회로(3160)에서 발생한 열은 하부 히트싱크(3130)의 중공부에서 방열판(3170), 발광소자 기판(3113), 상부 히트싱크(3120)의 순서로 전달되어 도 49의 화살표(H1)로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3120)의 개구부(3121)의 내주면에서 외부로 방출된다.
이상, 상술한 바와 같이 조명장치(3100)에서는, 발광모듈(3110) 및 구동회로(3160)에서 발생한 열(특히, 발광모듈(3110)에서 발생한 열)을 종래의 히트싱크가 1개인 경우와는 달리 하부 히트싱크(3130)뿐만이 아니라 상부 히트싱크(3120)로부터도 방열시킬 수 있다. 따라서, 하부 히트싱크(3130)에서 방출하는 열량의 일부를 상부 히트싱크(3120)로 대체할 수 있기 때문에 방열효율이 향상되고 나아가서는 발광효율의 향상으로도 연결된다.
또한, 하부 히트싱크(3130)의 방열량을 줄일 수 있기 때문에 하부 히트싱크(3130) 전체의 사이즈를 작게 하거나 하부 히트싱크(3130)의 핀(3139)의 면적을 삭감할 수도 있게 된다. 그리고, 하부 히트싱크(3130)의 사이즈를 작게 할 수 있게 되면, 글로브(3150)에서 소켓방향으로 확산되는 광이 하부 히트싱크(3130)에 의해 차단되는 영역을 좁힐 수 있으므로, 광 배광화에도 기여한다.
(배광성의 향상 효과)
다음으로, 도 50 내지 도 52에 기초하여 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에 의한 배광성의 향상(광배광화) 효과에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에서는, 도 50에 나타낸 바와 같이 발광소자(3111)에서 출사된 광은 주로 2 종류의 경로를 지난다. 제1 경로는 발광소자(3111)로부터 리플렉터(3140)의 반사면(3141)에서 반사되어 글로브(3150)에 도달하는 경로이며, 제2 경로는 발광소자(3111)로부터 직접 글로브(3150)에 도달하는 경로이다.
제1 경로를 지나는 경우는 발광소자(3111)에서 출사된 광(L1)은 리플렉터(3140)의 반사면(3141)에서 반사되어 반사광(L2)이 글로브(3150)에 입사되어 글로브(3150)의 표면에서 확산된다. 확산광(L3)은 여러 방향으로 방사된다. 상술한 바와 같이, 발광소자(3111)가 청색 LED이며, 글로브(3150)가 형광체를 함유하거나 글로브(3150) 표면에 형광체가 도포되어 있는 경우에는, 광확산도가 크기 때문에 확산광(L3)이 보다 넓은 범위로 확산된다. 또한, 글로브(3150)가 광확산제를 함유하거나 글로브(3150)의 표면에 광확산제가 도포되어 있는 경우에도, 확산광(L3)의 확산 범위를 넓힐 수 있다.
여기서, 리플렉터(3140)가 상술한 바와 같이 역원뿔대형을 가지며, 글로브(3150)의 최대 직경(D1)이 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(D2)보다도 크기 때문에, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 제1 경로를 지나는 경우에는, 발광소자(3111)에서 출사된 광을 소켓방향으로 방사할 수 있다. 즉, 리플렉터(3140)가 발광소자 기판(3113)에서 이격(소켓방향과는 역방향으로 감)됨에 따라 직경이 확장되는 역원뿔대형이며, 이 리플렉터(3140)의 측주면이 광 반사면(3141)이기 때문에 발광소자(3111)에서 출사된 광(L1)를 광 반사면(3141)에 의해 수평방향보다 소켓방향측으로 반사시킬 수 있고, 이 반사광(L2)을 글로브(3150)에서 더욱 확산시킬 수 있다. 확산할 때, 글로브(3150)의 최대 직경(D1)이 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(D2)보다 크기 때문에, 하부 히트싱크(3130)가 글로브(3150) 표면에서 확산된 확산광(L3)을 차단하지 않아서 수평방향보다 소켓방향측의 보다 넓은 범위로 확산광(L3)을 방사할 수 있다.
제2 경로를 지나는 경우는 발광소자(3111)에서 출사된 광(L4)은 리플렉터(3140)에 닿지 않고 직접 글로브(3150)에 입사되어 글로브(3150)의 표면에서 확산된다. 이 경우도, 확산광(L5)은 여러 방향으로 확산된다. 여기서, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 제1 경로를 지나는 경우에는, 수평방향보다도 글로브(3150)의 정상부방향(소켓방향과는 역방향) 측으로의 광의 확산량이 적다. 그러나, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 제2 경로를 지나므로 수평방향보다 글로브(3150)의 정상부방향측으로의 광의 확산량을 충분히 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에서는, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 2 종류의 경로를 지나기 때문에 넓은 배광각을 실현할 수 있다. 구체적으로는, 조명장치(3100)에서는 도 51에 나타낸 예와 같이 배광각 300deg의 범위에서, 발광강도 차이가 ±10%이내인 매우 높은 배광성을 실현할 수 있으며 백열전구와 동등한 성능을 가지기 때문에 백열전구의 대체품으로 조명장치(3100)를 사용할 수 있다.
상기한 광배광화의 효과는, 글로브(3150)의 최대 직경(D1)이 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(D2)의 1.2배 이상인 경우에 특히 현저하다. 도 52에 글로브(3150)의 최대 직경(D1)과 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(D2)의 관계에 대해서 본 발명자가 검토한 결과를 나타냈다. 도 52에서는, 하부 히트싱크(3130)의 최대 직경(하부 히트싱크의 직경)에 대한 글로브(3150)의 최대 직경(글로브의 직경)의 비율(이하, 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」이라고 한다.)을 횡축에 나타내고, 글로브(3150)에서 확산되는 광량의 최대치에 대한 광량의 최소치의 비율(이하, 「광량 최소치/광량 최대치」라고 한다.)을 종축에 나타냈다. 여기서, 광량의 최대치란 소켓방향을 각도 0도로 하고 반시계방향의 회전각으로 배광각을 나타냈을 경우에 전배광각 중에 광량이 최대가 되는 배광각에서의 광량의 값을 의미하고, 광량의 최소치란 전배광각 중에 광량이 최소가 되는 배광각에서의 광량의 값을 의미한다.
도 52(a)에 나타낸 바와 같이 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」이 1.2미만인 경우에는, 「광량 최소치/광량 최대치」가 작다. 이는 도 52(b)에 점선으로 나타낸 바와 같이, 글로브(3150)로부터의 광의 확산방향에 따른 광량의 차이가 크다는 것을 의미한다. 도 52(b)의 예에서는 배광각이 90도, 270도인 수평방향의 광량은 많지만, 배광각이 0도, 180도인 수평방향과 직교하는 방향의 광량은 적고, 차이가 크다는 것이 나타나 있다.
한편, 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」이 1.2이상이 되면 「광량 최소치/광량 최대치」가 커진다. 이는 도 52(b)에 실선으로 나타낸 바와 같이 글로브(3150)로부터의 광의 확산방향에 따른 광량의 차이가 작다는 것을 의미한다. 도 52(b)의 예에서는 광의 확산방향에 관계없이 거의 일정한 광량인 것이 나타나 있다.
이와 같이, 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」이 1.2이상이 되면 광의 확산방향에 상관없이 거의 일정한 광량으로 할 수가 있기 때문에, 배광각 300deg의 범위이며, 발광강도 차이가 ±10%이내인 매우 높은 배광성을 보다 쉽게 실현할 수 있다.
또한, 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」의 최대치는 특별히 규정하지는 않지만 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」이 너무 크면 전구 사이즈의 규격인 ANSI규격의 범위를 넘을 가능성이 있기 때문에 ANSI규격을 만족하는 범위에서 「글로브의 직경/하부 히트싱크의 직경」을 결정하는 것이 바람직하다.
(상부 히트싱크(3120)의 최대 직경과 리플렉터(3140)의 최대 직경과의 관계)
다음으로 도 53에 기초하여 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경과 리플렉터(3140)의 최대 직경과의 관계에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 상부 히트싱크(3120)는 리플렉터(3140)의 중공부에 배치되지만, 이 경우, 조명장치(3100)의 넓은 배광각화를 고려하면 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경과 리플렉터(3140)의 최대 직경(예를 들어, 발광소자 기판(3113)에서 가장 이격된 부부의 직경)과의 관계에 유의할 필요가 있다.
즉, 도 53(a)에 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경이 리플렉터(3140)의 최대 직경보다 작은 경우 및 도 53(b)에 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경이 리플렉터(3140)의 최대 직경과 같은 경우에는, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 리플렉터(3140)에 닿지 않고 직접 글로브(3150)에 도달할 수 있다. 그러나, 도 53(c)에 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경이 리플렉터(3140)의 최대 직경보다 큰 경우에는, 발광소자(3111)에서 출사된 광이 리플렉터(3140)에 닿지 않는 경우에도, 상부 히트싱크(3120)에 차단되어 글로브(3150)에 도달할 수 없다. 따라서, 이러한 경우에는, 수평방향에서 글로브(3150) 정상부방향측으로의 광량이 줄어들게 된다. 이 때문에, 배광각 300deg의 범위이며, 발광강도 차이가 ±10%이내인 매우 높은 배광성을 실현하기 어려워질 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에서는, 상부 히트싱크(3120)의 최대 직경이 리플렉터(3140)의 최대 직경 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상부 히트싱크(3120)의 사이즈가 너무 작으면 상부 히트싱크(3120)에 의한 방열량이 감소하기 때문에, 방열효율과 배광성의 균형을 고려하여 상부 히트싱크(3120)의 사이즈를 결정하는 것이 바람직하다.
(그 외)
이상과 같은 구성을 가지는 본 실시 형태에 관한 조명장치(3100)에 따르면, 상술한 바와 같은 방열효율 및 배광성의 향상 효과뿐만 아니라 발광효율(90lm/W이상), 발광광량(800lm이상), 색온도(2700~3000K), 연색성(Ra90이상), 형상(ANSI규격으로 불리는 전구 사이즈에 관한 규격) 등을 만족할 수 있으며, 백열전구와 동등한 성능을 가지기 때문에, 백열전구의 대체품으로 사용할 수 있다.
<제12 실시형태>
[제12 실시 형태에 따른 조명장치의 구성]
이어서, 도 54 및 도 55을 참조하여 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 전구형 조명장치의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 54는 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 전구형 조명장치(3200)의 전체 구성을 나타내는 상면도(a) 및 정면도(b)이다. 도 55는 제12 실시 형태에 관한 조명장치(3200)를 도 54(a)의 X-X선을 따라 절단한 단면도이다.
도 54 및 도 55에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)는 발광모듈(3210), 제1 히트싱크(3220, 이하 「상부 히트싱크」라고 한다.), 제2 히트싱크(3230, 이하 「하부 히트싱크」라고 한다.), 글로브(3250), 구동회로(3260) 및 방열판(3270)을 주로 가진다. 조명장치(3200)는 상술한 제11 실시 형태에 관한 조명장치(3100)와는 달리 리플렉터를 가지지 않으며 상부 히트싱크(3220)가 리플렉터의 기능을 겸비한다. 이하, 각 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.
(발광모듈(3210), 하부 히트싱크 (3230), 글로브 (3250), 구동회로(3260), 방열판(3270))
발광모듈(3210), 하부 히트싱크(3230), 글로브(3250), 구동회로(3260) 및 방열판(3270)은 각각 제11 실시 형태에 관한 발광모듈(3110), 하부 히트싱크(3130), 글로브(3150), 구동회로(3160) 및 방열판(3170)과 동일한 구성 및 기능을 가지므로 그 상세한 설명을 생략한다.
(상부 히트싱크 (3220))
상부 히트싱크(3220)는 제11 실시 형태에 관한 상부 히트싱크(3120)의 기능과 리플렉터(3140)의 기능을 겸비한다. 즉, 상부 히트싱크(3220)는 발광모듈(3210)에서 발생한 열과 구동회로(3260)에서 발생한 열 중에서 적어도 어느 하나를 외부로 방출함과 동시에 발광소자 기판(3213)의 면 중 발광소자(3211)가 배치된 면(이하, 「발광소자(3211)측의 면」이라 한다.)에 유지되어 발광소자(3211)에서 출사된 광을 반사시킨다.
따라서, 상부 히트싱크(3220)는 열전도성이 높으면서 높은 광반사성을 가지는 재질로 형성된다. 이러한 재질로는 예를 들어, 상부 히트싱크(3220)의 외주면이 되는 면을 경면가공한 알루미늄 등의 금속을 들 수 있다.
이 상부 히트싱크(3220)는 발광소자(3211)로부터의 광을 소켓방향으로 반사시켜서 조명장치(3200)의 배광각을 소켓방향으로 넓히는 기능을 가지기 때문에 역원뿔대형, 즉, 발광소자 기판(3213)으로부터 이격됨에 따라 직경이 확장되는 원뿔대형이 되도록 발광소자 기판(3213)의 발광소자(3211)측의 면에서 돌출되어 설치되어 있다. 또한, 원뿔대형상의 상부 히트싱크(3220)의 외주면은 발광소자(3211)에서 출사된 광이 반사되는 반사면(3223)이다. 따라서, 이 반사면(3223)에만 상기 경면가공을 실시해도 된다.
또한, 상부 히트싱크(3220)는 일단에 개구부(3221)를 가지는 중공 형상을 가지어 있다. 이 중공부를 가지기 때문에 상부 히트싱크(3220)의 외부에 노출된 면의 표면적(열을 방산하는데 이용되는 면의 면적)이 커져 방열 효과를 높일 수 있다.
또한, 상부 히트싱크(3220)는 발광소자 기판(3213)을 기준으로 발광소자(3211)의 배치에 의해 구성되는 링의 중심축 방향의 일측에 발광소자 기판(3213)과 접촉되어 설치된다. 이와 같이, 상부 히트싱크(3220)는 발광소자 기판(3213)에 접촉되어 설치되기 때문에, 주로 발광소자 기판(3213)(또는 발광모듈(3210) 전체)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 역할을 한다. 이에 의해, 일반적으로 구동회로(3260)보다 다량의 열이 발생하는 발광모듈(3210)로부터의 열을 상부 히트싱크(3220)와 하부 히트싱크(3230) 모두에서 방출할 수 있기 때문에, 히트싱크가 하나뿐인 경우와 비교하여 조명장치(3200)의 방열효율을 현저하게 높일 수 있다.
또한, 상부 히트싱크(3220)의 저면(폐쇄되어 있는 면)의 거의 중심부에는 나사 구멍(3225)이 설치되며, 상부 히트싱크(3220)는 나사 구멍(3215, 3275)을 통해 발광소자 기판(3213) 및 방열판(3270)과 나사결합되어 위치가 고정된다.
그리고, 조명장치(3200)의 조립 방법은 리플렉터가 없는 것을 제외하고 상술한 제11 실시 형태에 관한 조명장치(3100)와 동일하기 때문에 그 상세한 설명을 생략한다.
[제12 실시형태에 따른 조명장치의 작용 효과]
다음으로, 도 56을 참조하여 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)의 작용 효과에 대해서 설명한다. 도 56은 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)에서의 열의 흐름 및 광의 움직임을 나타내는 설명도이다.
(방열효율의 향상 효과)
우선, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)에 의한 방열효율의 향상 효과에 대해서 설명한다.
조명장치(3200)에서는, 주로 발열하는 부분(발열체)이 2개 있다. 1번째는 발광모듈(3210)이다. 발광모듈(3210)에서는, 발광소자(3211)가 구동회로(3260)에 의해 구동되어 광이 사출될 때 열이 발생한다. 그리고, 각 발광소자(3211)에서 발생한 열은 이 발광소자(3211)가 실장되어 있는 발광소자 기판(3213)에 전달된다. 여기서, 발광소자 기판(3213), 상부 히트싱크(3220), 방열판(3270) 및 하부 히트싱크(3230)(수지(3231), 금속 부재(3233))는 열전도성이 높은 재질이다.
따라서, 발광모듈(3210)에서 발생한 열(발광소자(3211)에서 발생하여 발광소자 기판(3213)에 전달된 열)은 우선, 발광소자 기판(3213)의 상면에 접촉되어 있는 상부 히트싱크(3220)에 전달되어 도 56의 화살표(H1')로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3220)의 개구부(3221)의 내주면에서 외부로 방출된다. 발광모듈(3210)에서 발생한 열은 또한 발광소자 기판(3213)의 하면에 접촉되어 있는 방열판(3270)에 전달되고 나서 금속 부재(3233)을 통과하여 수지(3231)까지 전달된 후에 하부 히트싱크(3230)에서 외부로 방출되는 것은, 제11 실시 형태와 같다.
한편, 2번째 발열체 구동회로(3260)이다. 구동회로(3260)에서 발생한 열은 하부 히트싱크(3230)의 중공부에서 금속 부재(3233), 수지(3231)의 순서로 전달되어 발광모듈(3210)에서 발생한 열과 같이 하부 히트싱크(3230)에서 외부로 방출된다. 또한, 구동회로(3260)에서 발생한 열은 하부 히트싱크(3230)의 중공부에서 방열판(3270), 발광소자 기판(3213), 상부 히트싱크(3220)의 순서로 전달되어 도 56의 화살표(H1')로 나타낸 바와 같이 상부 히트싱크(3220)의 개구부(3221)내의 내주면에서 외부로 방출된다.
이상, 상술한 바와 같이 조명장치(3200)에서는, 발광모듈(3210) 및 구동회로(3260)에서 발생한 열(특히, 발광모듈(3210)에서 발생한 열)을 종래의 히트싱크가 1개인 경우와는 달리 하부 히트싱크(3230)뿐만이 아니라, 상부 히트싱크(3220)에서도 방열시킬 수 있다. 따라서, 하부 히트싱크(3230)에서 방출하는 열량의 일부를 상부 히트싱크(3220)로 대체할 수 있기 때문에 방열효율이 향상되고 나아가서는 발광효율의 향상으로도 이어진다.
또한, 하부 히트싱크(3230)의 방열량을 줄일 수 있기 때문에 하부 히트싱크(3230) 전체의 사이즈를 작게 하거나 하부 히트싱크(3230)의 핀(미도시)의 면적도 삭감할 수 있게 된다. 또한, 하부 히트싱크(3230)의 사이즈를 작게 할 수 있게 되면, 글로브(3250)에서 소켓방향으로 확산되는 광이 하부 히트싱크(3230)에 의해 차단되는 영역을 좁힐 수 있게 때문에 넓은 배광화에도 기여한다.
(배광성의 향상 효과)
다음으로, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)에 의한 배광성의 향상(광 배광화) 효과에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)에서는, 도 56에 나타낸 바와 같이 발광소자(3211)에서 출사된 광은 주로 2 종류의 경로를 지난다. 제1 경로는 발광소자(3211)로부터 상부 히트싱크(3220)의 반사면(3223)에서 반사되어 글로브(3250)에 도달하는 경로이며, 제2 경로는 발광소자(3211)로부터 직접 글로브(3250)에 도달하는 경로이다.
제1 경로를 지나는 경우는 발광소자(3211)에서 출사된 광(L1')은 상부 히트싱크(3220)의 반사면(3223)에서 반사되고, 반사광(L2')이 글로브(3250)에 입사되어 글로브(3250)의 표면에서 확산된다. 확산광(L3')은 여러 방향으로 방사된다. 발광소자(3211)가 청색 LED이며, 글로브(3250)가 형광체를 함유하거나 글로브(3250) 표면에 형광체가 도포되어 있는 경우에는 광확산도가 크기 때문에, 확산광(L3')은 보다 넓은 범위로 확산된다. 또한, 글로브(3250)가 광확산제를 함유하거나 글로브(3250)의 표면에 광확산제가 도포되어 있는 경우에도 확산광(L3')의 확산 범위를 넓힐 수 있다.
여기서, 상부 히트싱크(3220)가 상술한 바와 같이 역원뿔대형을 가지며 글로브(3250)의 최대 직경이 하부 히트싱크(3230)의 최대 직경보다 크기 때문에 발광소자(3211)에서 출사된 광이 제1 경로를 지나는 경우에는, 발광소자(3211)에서 출사된 광을 소켓방향으로 방사할 수 있다. 즉, 상부 히트싱크(3220)가 발광소자 기판(3213)에서 이격(소켓방향과는 역방향으로 감)됨에 따라 직경이 확장되는 역원뿔대형이며, 이 상부 히트싱크(3220)의 측주면이 광반사면(3223)이므로 발광소자(3211)에서 출사된 광(L1')을 광반사면(3223)에 의해 수평방향보다 소켓방향측으로 반사시킬 수 있으며 이 반사광(L2')을 글로브(3250)에서 더욱 확산시킬 수 있다. 확산할 때, 글로브(3250)의 최대 직경이 하부 히트싱크(3230)의 최대 직경보다 크기 때문에, 하부 히트싱크(3230)가 글로브(3250) 표면에서 확산된 확산광(L3')을 차단하지 않아서 수평방향보다 소켓방향측의 보다 넓은 범위로 확산광(L3')을 방사할 수 있다.
제2 경로를 지나는 경우는 발광소자(3211)에서 출사된 광(L4')은 상부 히트싱크(3220)에 닿지 않고 직접 글로브(3250)에 입사되어 글로브(3250)의 표면에서 확산된다. 이 경우도, 확산광(L5')은 여러 방향으로 확산된다. 여기서, 발광소자(3211)에서 출사된 광이 제1 경로를 지나는 경우에는, 수평방향보다 글로브(3250)의 정상부방향(소켓방향과는 역방향) 측으로의 광의 확산량이 적다. 그러나, 발광소자(3211)에서 출사된 광이 제2 경로를 지나므로 수평방향보다 글로브(3250)의 정상부방향측으로의 광의 확산량을 충분히 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 조명장치(3200)에서는 발광소자(3211)에서 출사된 광이, 2 종류의 경로를 지나기 때문에 넓은 배광각을 실현할 수 있다. 구체적으로는, 조명장치(3200)에서는 도 51에 나타낸 예와 같이 배광각 300deg의 범위이며, 발광강도 차이가 ±10%이내라는 매우 높은 배광성을 실현할 수 있고, 백열전구와 동등한 성능을 가지기 때문에 백열전구의 대체품으로 조명장치(3200)를 사용할 수 있게 된다.
또한, 그 외의 작용 효과에 대해서는, 상부 히트싱크의 최대 직경과 리플렉터의 최대 직경의 관계 이외에 대해서는 상술한 제11 실시 형태와 동일하기 때문에 그 상세한 설명을 생략한다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상술한 제11 및 제12 실시 형태에서는 발광소자 기판(3113), 제1 히트싱크(3120), 제2 히트싱크(3130), 리플렉터(3140), 글로브(3150) 및 방열판(3170)의 중심축(C)에 대해 직교하는 방향으로 절단했을 때의 단면형상을 원형으로 했지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 각부재의 단면 형상은 다각형이나 타원형일 수 있다.
또한, 상술한 제11 실시 형태에서는, 발광소자 기판(3113)에 복수의 발광소자(3111)를 링형으로 배치하여 구성되는 1개의 발광소자군만을 설치하고 있지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광소자 기판(3113)에 동심원상으로 복수의 발광소자군을 설치할 수 있다.
상술된 실시형태에 따른 조명장치에 채용가능한 발광소자는 다양한 구조의 LED 칩 또는 이러한 LED 칩을 포함한 다양한 형태의 LED 패키지가 사용될 수 있다. 이하, 본 조명장치들에 유익하게 채용될 수 있는 다양한 LED 칩 및 LED 패키지를 상세히 설명하기로 한다.
< LED 칩 - 제1 예>
도57에는 상술된 조명장치에 사용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도57에 도시된 바와 같이, LED 칩(1500)은 반도체 기판(1501) 상에 형성된 발광 적층체(S)를 포함한다. 상기 발광 적층체(S)는 제1 도전형 반도체층(1504), 활성층(1505) 및 제2 도전형 반도체층(1506)을 포함한다.
또한, 제2 도전형 반도체층(1506) 상에 형성된 오믹전극층(1508)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(1504) 및 오믹 콘택층(1508)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)이 형성된다.
본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
이하, LED 칩(1500)의 주요 구성요소에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
(기판(1501))
상기 기판(1501)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(1501)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
상기 기판(1501)은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 상기 기판 제거시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 LED 구조 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙한 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의 차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56% 정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
( 버퍼층 (1502))
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 기판(1501)과 발광적층체(S) 사이에 버퍼층(1502)을 배치시킨다. 버퍼층은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
상기 버퍼층(1502)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
Si 기판은 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 기판에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 기판과 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장응력을 보상한다.
실리콘(Si)은 GaN과의 격자 상수 차이로 인해 결함 발생 가능성도 크다. Si 기판을 사용하는 경우는 결함 제어 뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층을 사용한다.
예를 들어, 먼저 기판(1501) 상에 AlN를 형성한다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용하는 것이 좋다. AlN 뿐만 아니라 SiC 등의 물질도 사용할 수 있다. Al 소스와 N 소스를 이용하여 400 ~ 1300 ℃ 사이의 온도에서 성장시킨다. 필요에 따라, 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입할 수 있다.
(발광 적층체 (S))
상기 발광적층체(S)가 3족 질화물 반도체의 다층 구조를 구비하는 발광적층체(S)를 보다 자세히 설명하면, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(1504)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전류 확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(1506)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1505)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(1506)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
상기 발광 적층체(S)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 기판(1501)을 설치한 반응 용기내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)을 공급하고, 기판의 온도를 900℃∼1100℃의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p 형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용된다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506) 사이에 배치된 활성층(1505)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
( 오믹콘택층 (1508) 및 제1 및 제2 전극(1509a,1509b))
상기 오믹 콘택층(1508)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 콘택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상 시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(1508)은 GaN, InGaN, ZnO 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1509a,1509b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
도57에 도시된 LED 칩은 일 예로서 제1 및 제2 전극(1509a,1509b)이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성된 수직 구조, 전류 분산의 효율을 위해서 비아구조를 채용하는 수직-수평 구조 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
< LED 칩 - 제2 예>
조명용으로, 고출력을 위한 대면적 발광소자 칩을 제조하는 경우, 전류분산의 효율과 방열 효율을 위한 구조로 도58에 도시된 LED 칩이 있을 수 있다.
도58에 도시된 바와 같이, LED 칩(1600)은 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(1604), 활성층(1605), 제2 도전형 반도체층(1606), 제2 전극층(1607), 절연층(1602), 제1 전극층(1608) 및 기판(1601)을 포함한다. 이 때 제1 전극층(1608)은 제1 도전형 반도체층(1604)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1608)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1604)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(1608)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(1608)의 계면에서부터 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1604) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1605) 및 제1 도전형 반도체층(1604)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1604)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1604)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제1 도전형 반도체층(1604)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(1606) 상에 형성된 제2 전극층(1607)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1606)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용될 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(1604)에 연결되도록 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 관통하는 형상을 갖는다.이러한 콘택홀(H)은 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
상기 콘택홀(H)의 측벽과 상기 제2 전극층(1607)의 하면을 덮도록 절연층(1602)을 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(H)에 의해 제1 도전형 반도체층(1604)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연층(1602)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H) 내부에는 도전 물질을 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제1 전극층(1608)이 형성된다. 이어 제1 전극층(1608) 상에 기판(1601)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(1601)은 제1 도전형 반도체층(1604)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 기판(1601)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, Sic, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1604, 1606)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이 경우, 도전성 비아는 절연층(1602)에 의하여 둘러싸여 활성층(1605) 및 제2 도전형 반도체층(1606)과 전기적으로 분리될 수 있다. 
상기 제2 전극층(1607)은 상기 제2 도전형 반도체층(1606)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역(E)을 적어도 하나 이상 구비하고 있다. 상기 노출 영역(E) 상에는 외부 전원을 상기 제2 전극층(1607)에 연결하기 위한 전극패드부(1609)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 도58에 도시된 LED칩(1600)은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가지며, 각각 상기 제1 및 제2 주면을 제공하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1604, 1606)과 그 사이에 형성된 활성층(1605)을 갖는 발광 구조체와, 상기 제2 주면으로부터 상기 활성층(1605)을 지나 상기 제1 도전형 반도체층(1604)의 일 영역에 연결된 콘택홀(H)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제1 도전형 반도체층(1604)의 일 영역에 상기 콘택홀(H)을 통해 연결된 제1 전극층(1608)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층(1606)에 연결된 제2 전극층(1607)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극층(1608, 1607)중 어느 하나가 상기 발광 구조체의 측방향으로 인출된 구조를 가질 수 있다.
< LED 칩- 제3 예>
LED 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에, 조명장치에 채용되는 LED 칩 자체를 발열량이 적은 LED 칩으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 LED칩으로서, 나노 구조체를 포함한 LED 칩(이하, "나노 LED 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.
이러한 나노 LED 칩으로 최근에 개발된 코어(core)/셀(shell)형 나노 LED 칩이 있으며, 특히, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드랍(droop)특성을 개선할 수 있다.
도59에는 상술된 조명장치에 채용될 수 있는 LED 칩의 또 다른 예로서 나노 LED 칩이 예시되어 있다.
도59에 도시된 바와 같이, 나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 베이스층(1702)을 포함한다. 상기 베이스층(1702)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 상기 제1 도전형 반도체일 수 있다. 상기 베이스층(1702) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈영역을 갖는 마스크층(1703)이 형성될 수 있다. 상기 마스크층(1703)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 나노 발광 구조체(N)는 오픈영역을 갖는 마스크층(1703)을 이용하여 제1 도전형 반도체를 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(1704)를 형성하고, 상기 나노 코어(1704)의 표면에 쉘층으로서 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체가 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 나노 LED 칩(1700)은 나노 발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(1707)을 포함한다. 상기 충전물질(1707)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시킬 수 있다. 상기 충전물질(1707)은 이에 한정되지는 않으나, SiO2와 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(1706)에 접속되도록 오믹콘택층(1708)이 형성될 수 있다. 상기 나노 LED 칩(1700)은 제1 도전형 반도체로 이루어진 상기 베이스층(1702)과 상기 오믹콘택층(1708)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1709a,1709b)을 포함한다.
나노 발광 구조체(N)의 직경, 성분 및 도핑농도 중 적어도 하나를 달리 구현하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
< LED 칩 - 제4 예>
도 60에는 상술된 조명장치에 채용될 수 있는 광원으로서, 실장 기판(1820) 상에 실장된 LED 칩(1810)을 갖는 반도체 발광소자(1800)가 도시되어 있다.
도 60에 도시된 반도체 발광소자(1800)는 실장 기판(1820)과 실장 기판(1820)에 탑재된 LED 칩(1810)을 포함한다. 상기 LED 칩(1810)은 앞서 설명된 예와 다른 LED 칩으로 제시되어 있다.
상기 LED 칩(1810)은 기판(1801)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(S)와, 상기 발광 적층체(S)를 기준으로 상기 기판(1801) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극 (1808a,1808b)을 포함한다. 또한, 상기 LED 칩(1810)은 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)을 덮도록 형성되는 절연부(1803)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 제1 및 제2 전기연결부(1809a,1809b)에 의해 제1 및 제2 전극 패드(1819a,1819b)을 포함할 수 있다.
상기 발광 적층체(S)는 기판(1801) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(1804), 활성층(1805) 및 제2 도전형 반도체층(1806)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(1804)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)는 제2 도전형 반도체층(1806)과 접속될 수 있다.
상기 절연부(1803)는 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a,1819b)은 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1804,1806)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1809a,1809b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립 칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1804) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 발광 적층체(S) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(1804)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전기연결부(1809a)와 접속될 수 있다.
도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(1809a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(1804)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(1809a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
다른 한편의 전극구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 상에 직접 형성되는 제2 전극(1808b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(1809b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)은 상기 제2 도전형 반도체층(1806)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도60에 도시된 바와 같이, LED 칩(1810)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(1805)에서 방출된 빛을 기판(1801) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출방향에 따라, 상기 제2 전극(1808b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(1803)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(1803)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 덜어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극패드(1819a, 1819b)은 각각 제1 및 제2 전기연결부(1809a,1809b)와 접속되어 LED 칩(1810)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)은 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(1820)에 실장시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립 칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)은 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
상기 기판(1801) 및 상기 발광 적층체(S)는 반대되는 설명이 없는 한, 도 57을 참조하여 설명된 내용을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광구조물(S)과 기판(1801) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
상기 기판(1801)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(1801)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(1801)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(1801)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 상기 기판(1801)과 상기 제1 도전형 반도체층(1804)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(1805)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
구체적으로, 상기 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있다. 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indum Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al 또는 굴절율이 서로 다른 다층막 구조의 DBR을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기판(1801)은 상기 제1 도전형 반도체층(1804)으로부터 제거될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO(Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용할 수 있다. 또한, 기판이 제거된 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
도60에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩(1810)은 실장 기판(1820)에 탑재되어 있다. 상기 실장 기판(1820)은 기판 본체(1811) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(1812b,1812a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(1812b,1812a)을 연결하도록 상기 기판 본체(1811)를 관통하는 비아(1813)를 포함한다. 상기 기판 본체(1811)는 수지, 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(1812b,1812a)은 Au, Cu, Ag, Al과 같은 금속층일 수 있다.
물론, 상술된 LED 칩(1810)이 탑재되는 기판은 도60에 도시된 실장 기판(1820)의 형태에 한정되지 않으며, LED 칩(1810)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 LED 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.
< LED 칩의 기타 예>
상술된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용 시킴으로써 광추출효율을 크게 개선된 LED 칩도 유용하게 사용될 수 있다.
[ LED 패키지]
다양한 형태의 LED 칩이 베어 칩으로 회로기판에 실장되어 상술된 조명장치에 사용될 수 있으나, 이와 달리, 한 쌍의 전극구조를 갖는 패키지 본체에 실장된 다양한 형태의 패키지 구조로 사용될 수 있다.
이러한 LED 칩을 구비한 패키지(이하, LED 패키지)는 외부 회로와 연결을 용이한 외부단자구조를 제공할 뿐만 아니라, LED 칩의 방열 특성을 개선하는 방열구조 및 광특성을 향상시키기 위한 다양한 광학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 광학적 구조로서, LED 칩으로부터 방출된 광을 다른 파장의 광을 변환하는 파장변환부 또는 배광특성을 개선하기 위한 렌즈구조가 있을 수 있다.
< LED 패키지의 예 - 칩 스케일 패키지( CSP )>
상술된 조명장치에 채용될 수 있는 LED 패키지의 일 예로서, 칩 스케일 패키지(chip scale package: CSP) 구조를 갖는 LED 칩 패키지가 사용될 수 있다.
상기 칩 스케일 패키지는 상기 LED 칩 패키지의 사이즈를 줄이고 제조 공정을 단순화하여 대량 생산에 적합하며, LED 칩과 함께, 형광체와 같은 파장변환물질과 렌즈와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있으므로, 특히 조명 장치에 적합하게 사용될 수 있다.
도61에는 이러한 칩 스케일 패키지의 일 예로서, 주된 광추출면과 반대 방향인 LED(1910)의 하면을 통해 전극이 형성되며 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)가 일체로 형성된 패키지 구조이다.
도61에 도시된 칩 스케일 패키지(1900)는 기판(1911)에 배치된 발광 적층체(S), 제1 및 제2 단자부(Ta,Tb), 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)를 포함한다.
상기 발광 적층체(S)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 그 사이에 배치된 활성층(1905)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906) 사이에 형성되는 활성층(1905)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 활성층(1905)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도61에 도시된 LED(1910)은 성장 기판이 제거된 상태이며, 성장 기판이 제거된 면에는 요철(P)이 형성될 수 있다. 또한, 요철이 형성된 면에 광변환층으로서 형광체층(1907)이 적용된다.
상기 LED(1910)은 도60에 도시된 LED 칩과 유사하게 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904,1906)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)을 갖는다. 상기 제1 전극(1909a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1906) 및 활성층(1905)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(1904)에 접속된 도전성 비아(1908)를 구비한다. 상기 도전성 비아(1908)는 활성층(1905) 및 제2 도전형 반도체층(1906) 사이에 절연층(1903)이 형성되어 단락을 방지할 수 있다.
상기 도전성 비아(1908)는 1개로 예시되어 있으나, 전류 분산에 유리하도록 상기 도전성 비아(1908)는 2개 이상 구비하고, 다양한 형태로 배열될 수 있다.
본 예에 채용된 실장 기판(1911)은 실리콘 기판과 같은 반도체 공정이 용이하게 적용될 수 있는 지지 기판으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실장 기판(1911)과 상기 LED(1910)은 본딩층(1902,1912)에 의해 접합될 수 있다. 상기 본딩층(1902,1912)은 전기 절연성 물질 또는 전기 전도성 물질으로 이루어지며, 예를 들어 전기 절연성 물질의 경우, SiO2 또는 SiN과 같은 산화물 또는 질화물, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등과 같은 수지류의 물질, 전기 전도성 물질로는 Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융금속을 들 수 있다. 본 공정은 LED(1910)와 기판(1911)의 각 접합면에 제1 및 제2 본딩층(1902,1912)을 적용한 후에 접합시키는 방식으로 구현될 수 있다.
상기 실장 기판(1911)에는 접합된 LED(1910)의 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)에 연결되도록 상기 실장 기판(1911)의 하면으로부터 비아가 형성될 수 있다. 상기 비아의 측면 및 상기 실장 기판(1911)의 하면에 절연체(1913)가 형성된다. 상기 실장 기판(1911)이 실리콘 기판일 경우에 상기 절연체(1913)는 열 산화공정을 통해서 실리콘 산화막으로 제공될 수 있다. 상기 비아에 도전성 물질을 충전함으로써 상기 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)에 연결되도록 제1 및 제2 단자(Ta,Tb)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 단자(Ta,Tb)는 시드층(1918a,1918b)과 상기 시드층(1918a,1918b)을 이용하여 도금공정으로 형성된 도금 충전부(1919a,1919b)일 수 있다.
<형광체>
[연색성 개선]
조명장치는 자연광과 가까운 조명광을 제공하기 위해서 높은 연색성(color rendering ind)을 갖도록 구현하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 연색성을 향상시키기 위해서, 적색, 녹색, 청색의 LED 칩 또는 패키지를 함께 사용할 수 있으며, 청색 LED 칩 또는 패키지에 적색 및 녹색 형광체를 조합하거나, 청색 및 녹색 LED 칩 또는 청색 및 적색 LED 칩에 적색 또는 녹색형광체를 조합하여 백색 광원을 제공할 수 있다. 추가적으로, 황색 및/또는 연두색의 형광체 또는 칩을 사용하여 연색성을 높일 수 있다. 이러한 추가적인 형광체로는 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2+, L3Si6O11:Ce3 +, (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2 + , Y3Al5O12:Ce3 +, LiAlO2:Fe3 + 및 (Ba,Sr,Mg)3Si2O7:Pb2 +으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
[형광체 적용기술]
형광체는 LED 칩에 직접 적용하거나 패키지의 광추출경로 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 상면 또는 상면 및 측면에 적용하거나, 패키지의 컵 구조에에 층 구조 또는 포장 수지와 혼합 도포될 수 있다. 형광체의 적용형태에 따라서는 LED 칩에 접촉하는 형태와 리모트 방식으로 LED 칩으로부터 일정 거리를 갖도록 형광체가 배치되는 형태로 구분될 수 있다.
이러한 형광체의 적용 방법으로는, 공압방식 또는 기구적인 디스펜싱(dispensing) 및 소량 제어를 위한 제팅(jetting)방식의 디스펜싱이 이 사용되거나, 다량의 제품에 일괄적으로 적용될 수 있는 스크린 프린팅(screen printing) 또는 스프레이(spray) 공정이 사용될 수 있다. 또한, LED 칩의 상면과 같이 특정 영역에 국부적인 코팅을 위한 전기영동 또는 컨포말(conformal coating) 공정이 사용될 수 있다.
이와 달리, 세라믹 형광체막 또는 형광체 함유 수지필름을 별도 제조하여 LED 칩 또는 패키지에 접합하는 방법으로 형광체가 적용될 수 있다.
상술된 LED를 이용한 조명 장치는 그 용도에 따라 크게 실내용(indoor) 과 실외용(outdoor)으로 구분될 수 있다. 실내용 LED 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용(Retrofit)으로 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명장치가 여기에 해당되며 실외용 LED 조명장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
조명에 활용되는 발광다이오드(LED) 칩, 패키지 장치, 또는 LED 칩 또는 패키지를 장착한 기판 모듈구조는 발열 효과가 우수해야 하며. 또한 연색성이 태양광에 가까워야 좋다.
또한, 활용 공간에 맞게 광학설계 및 조명제어가 이루어져야 하며, 비용측면에서 장점이 있어야 우수한 조명제품이 될 수 있다.저렴한 실리콘(Si) 기판을 사용한 칩 구조(GaN on Si substrate) 또는 칩 사이즈 패키지(Chip Scale PKG: CSP)구조를 적용할 수 있다.
우선적으로, 방열 측면에서 열을 발생하지 않거나 가능하면 작은 양의 열을 발생하는 LED 칩을 사용하는 것이 바람직하며, 최근에 개발되고 있는 코어(core)/셀(shell)형 나노 LED 구조는 LED 구조 내부에 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작다는 장점이 있다.
또한, LED 칩 내부에 여러 개의 비아(via)를 형성하여 전기적, 열적으로 안전한 구조를 가지는 플립칩 또는 수직구조 또는 수직-수평구조가 방열 효과를 높일 수 있어 조명용 LED 칩으로 적합하다. 연색성을 높이기 위해 적색, 녹색, 청색의 LED 칩 또는 패키지를 사용할 수 있으며, 청색 LED 칩 또는 패키지에 적색, 녹색 형광체를 조합하거나, 청색, 녹색 또는 청색, 적색 LED 칩에 적색 또는 녹색 형광체를 조합하여 백색 발광소자를 제조할 수 있다. 추가적으로, 황색 및/또는 연두색의 형광체 또는 칩을 사용하여 연색성을 높일 수 있다.
LED를 이용한 조명 장치는 제품 형태, 장소 및 목적에 따라 광학 설계가 변할 수 있다. 감성조명과 관련하여 조명의 색, 온도, 밝기 및 색상을 컨트롤 하는 기술 및 스마트폰과 같은 휴대기기를 활용한 무선(원격) 제어 기술을 이용하여 조명제어가 가능하다.
또한, 이와 더불어 LED 조명 장치와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 가시광 무선통신 기술도 가능하다. 이는 LED 광원이 기존의 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 디지털 통신을 위한 스위칭 속도가 빠르고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다.
또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
또한 LED를 이용한 조명장치는 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다. 특수한 파장대를 이용한 LED 조명은 식물의 성장을 촉지 시키고, 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다. 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED가 적용될 수 있다.
이와 같이, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 특별히 반대되는 설명이 없는 이상, 상술된 실시형태는 서로 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술의 분야에서 통상의 지식을 가지는 사람이라면 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 고려할 수 있으며, 이들도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것은 물론이다.
10... 발광모듈 11... 발광소자
13... 발광소자 기판 20... 하우