KR102140790B1 - 발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치 - Google Patents

발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 모듈용 렌즈판은 견고한 체결이 가능하고, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판을 발광 다이오드 모듈과 탈착이 가능하게 하기 위해, 사각형 평면 구조의 렌즈 기판; 상기 렌즈 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 돔 구조의 렌즈부; 및 상기 렌즈 기판의 각 변에 형성되는 경첩 구조를 포함하는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판을 제공한다.

Description

발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치{Light emitting diode module lens and light emitting diode module lighting apparatus}
본 발명은 발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드 모듈에 장착하는 렌즈판 및 상기 렌즈판을 구비한 발광 다이오드 모듈 조명 장치에 관한 것이다.
최근 발광 소자, 즉 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 그 효율과 휘도가 급격히 증가하면서 기존의 여러 조명용 광원을 대체하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 이를 위해 기존의 소자보다 그 크기와 입력 전력이 훨씬 큰 고휘도 및 고전력의 발광 다이오드가 개발되고 있으며 이의 상용화도 역시 진행되고 있다.
다수의 발광 다이오드가 집합된 발광 다이오드 모듈을 이용한 조명 장치에는 빛의 집광 및 배광을 위해 렌즈판을 장착해야 하고, 상기 발광 다이오드 모듈에 렌즈판을 접착제 등으로 붙여 맞추는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판이 알려져 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 다이오드 모듈에 렌즈판을 장착하는데 있어서, 스크류를 직접 렌즈판에 삽입하는 렌즈 체결 방식을 사용하는 경우 발생하는 시간과 노력을 경감하여 공정 상의 비효율 문제를 해결하고, 견고한 체결와 동시에 탈착이 가능한 발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈를 장착한 발광 다이오드 모듈 조명 장치를 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 사각형 평면 구조의 렌즈 기판; 상기 렌즈 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 돔 구조의 렌즈부; 및 상기 렌즈 기판의 각 변에 형성되는 경첩 구조를 포함하는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 상기 렌즈 기판과 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 탄력성 있는 재료로 형성되어 접힐 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조에는 상기 렌즈 기판의 상면에 평행한 방향으로 일자 형의 체결용 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조의 내측면에 돌출된 형태의 체결용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 상기 렌즈 기판의 각 변 중 대향되는 양변에만 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 또한, 복수의 방열 핀을 포함하는 방열 부재; 상기 방열 부재의 상면에 형성되는 기판; 상기 기판 상에 실장되는 적어도 하나의 발광 다이오드 소자; 및 상기 방열 부재, 기판 및 발광 다이오드 소자의 상면을 덮도록 형성되는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판을 포함하고, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 각 변에는 경첩 구조가 형성되고, 상기 방열 부재 측면의 각면에 체결부가 형성되며, 상기 경첩 구조와 상기 체결부가 결합되어 상기 방열 부재와 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판이 일체로 결합되는 발광 다이오드 모듈 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방열 부재의 상면과 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 하면 사이에 방수용 실런트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방수용 실런트는 상기 방열 부재의 상면의 각 변 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 체결부는 외부로 돌출되도록 형성되고, 상기 경첩 구조에는 상기 체결부와 동일한 크기를 갖는 체결용 홀이 형성되며, 상기 경첩 구조는 상기 체결용 홀을 통해 상기 체결부와 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 체결부에는 상기 소정 크기의 체결용 홈이 형성되고, 상기 경첩 구조는 경첩 몸체 및 상기 경첩 몸체의 내측면에 수직 방향으로 돌출된 체결용 돌출부를 포함하고, 상기 체결용 돌출부는 상기 체결용 홈의 크기와 동일한 크기로 형성되고, 상기 체결용 돌출부가 상기 체결용 홈에 삽입되어 상기 경첩 구조가 상기 방열 부재와 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 각 변 중 대향되는 양변에 형성되고, 상기 체결부는 상기 경첩 구조가 형성되는 양변에 대응되는 상기 방열 부재의 양 측면에 형성되며, 상기 경첩 구조와 상기 체결부가 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 탄력성을 갖도록 형성되어 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 상면에 평행하도록 펴질 수 있고, 상기 방열 부재를 향하는 방향으로 접힐 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조는 상기 체결부와 결합된 후 다시 분리될 수 있고, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판은 상기 방열 부재와 탈착이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 구조에는 적어도 하나의 렌즈판 스크류 홀이 형성되고, 상기 방열 부재에는 상기 렌즈판 스크류 홀에 대응되는 방열 부재 스크류 홀이 형성되며, 상기 렌즈판 스크류 홀을 통해 결합용 스크류가 삽입되고, 상기 결합용 스크류가 상기 방열 부재 스크류 홀에 결합되어 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판과 상기 방열 부재가 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 모듈용 렌즈 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치는, 상기 발광 다이오드 모듈에 렌즈판을 장착함에 있어서, 상기 렌즈판에 탄력성을 가진 경첩 구조를 형성하여 스크류를 이용한 렌즈 체결 방식에 비해 공정에 드는 시간과 노력을 절감하고, 렌즈의 견고한 체결 및 탈부착을 가능하게 할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 사시도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 평면도들이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판 및 발광 다이오드 모듈의 장착 구조를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템의 개념도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상면" 또는 "하면"에 형성되어 있다고 기재된 경우, 상기 "상면" 또는 "하면"의 방향은 도면에 도시되어 있는 대로 상 하의 의미로 이해될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 사각 평면 구조의 렌즈 기판(110), 상기 렌즈 기판(110)의 상면에 형성된 복수의 렌즈부(120) 및 상기 렌즈 기판(110)의 각 변에 형성된 경첩 구조체(130)를 포함한다.
상기 렌즈 기판(110)은 사각형의 형태를 갖도록 형성된 평면 구조를 갖는다. 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 렌즈 기판(110)이 사각형의 평면 구조를 갖도록 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다각형 평면 구조 또는 원형 평면 구조로 형성될 수도 있다. 상기 렌즈 기판(110)은 광투과성이 우수한 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 렌즈 기판(110)은 에폭시 수지(Epoxy resin), 실리콘 수지(Silicon resin), 아크릴 수지(Acrylic resin) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate) 중에서 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈 기판(110)은 폴리카보네이트로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈 기판(110)의 상면에는 적어도 하나 이상의 렌즈부(120)가 형성된다. 상기 렌즈부(120)는 발광 다이오드에서 발생되는 빛의 반사, 집광 및 배광 등의 역할을 하는 것으로, 발생되는 빛의 굴절률이 1보다 큰 투명 재질의 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 렌즈부(120)는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 및 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly Methyl Meth Acrylate, PMMA) 중에서 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부(120)는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있다. 상기 렌즈부(120)는 트랜스퍼 몰딩 또는 인젝션 몰딩 등의 제조 방법에 따라 다양한 몰딩 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 렌즈부(120)의 형태는 다양한 형태가 될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 위로 볼록한 돔(dome) 형태로 형성된다. 도 1 내지 도 3에서는 상기 렌즈부(120)가 8개 형성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 8개 미만 또는 9개 이상으로 형성될 수 있다.
렌즈 기판(110)의 네개의 변에는 경첩 구조체(130)가 형성된다. 상기 경첩 구조체(130)는 경첩 몸체(132), 상기 경첩 몸체(132)와 상기 렌즈 기판(110)의 각 변 사이에 형성된 연결부(134) 및 상기 경첩 몸체(132)에 형성된 체결용 홀(132H)을 포함한다. 상기 경첩 구조체(130)는 상기 렌즈 기판(110)과 일체로 형성될 수 있다.
경첩 몸체(132)는 투명 혹은 반투명의 수지로 이루어질 수 있다. 상기 경첩 몸체(132)는 발광 다이오드로부터 빛을 반사시키거나 집광, 배광 등의 기능과는 무관하므로, 투명성을 필요로 하지 않을 수 있다. 상기 경첩 몸체(132)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경첩 몸체(132)는 렌즈 기판(110)과 일체로 형성될 수 있는바, 상기 경첩 몸체(132)는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있다.
상기 경첩 몸체(132)와 렌즈 기판(110)의 각 변 사이에는 연결부(134)가 형성된다. 상기 경첩 몸체(132)는 상기 연결부(134)를 통해 상기 렌즈 기판(110)과 연결될 수 있다. 상기 연결부(134)는 탄력성이 있는 수지로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부(134)는 상기 경첩 몸체(132)에 비해 두께가 얇고, 접힐 수 있을 정도로 탄력성이 있을 수 있다. 상기 연결부(134)가 접힘으로써, 도 1에 도시된 화살표 방향으로 경첩 몸체(132)가 접힐 수 있다. 구체적으로는, 상기 연결부(134)가 접히는 구조로 형성되어, 상기 경첩 몸체(132)는 렌즈 기판(110)의 상면에 평행한 방향으로 펴질 수 있고, 상기 렌즈 기판(110)의 상면에 수직한 방향으로 접힐 수 있다. 추후 도 5에서 설명하겠지만, 상기 경첩 몸체(132)가 화살표 방향으로 접히면서, 발광 다이오드 모듈(200, 도 5 참조)과 일체로 연결될 수 있다.
경첩 몸체(132)에는 상기 렌즈 기판(110)의 상면에 평행한 방향으로 소정의 길이 및 높이를 갖는 일자형의 체결용 홀(132H)이 형성된다. 상기 체결용 홀(132H)은 발광 다이오드 모듈(200, 도 5 참조)의 방열 부재에 형성된 체결용 돌출부(234, 도 5 참조)와 결합되기 위한 것으로 자세한 설명은 도 5의 설명 부분에서 하기로 한다.
렌즈 기판(110), 렌즈부(120) 및 경첩 구조체(130)는 일체로 형성될 수 있다. 상기 렌즈 기판(110), 상기 렌즈부(120) 및 상기 경첩 구조체(130)를 사출성형(Injection molding) 또는 트랜스퍼 성형(Transfer molding) 등의 제조 방법으로 동시에 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 렌즈 기판(110), 상기 렌즈부(120) 및 상기 경첩 구조체(130)는 같은 물질로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)은 도 1에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과 동일하게 렌즈 기판(110), 적어도 하나의 렌즈부(120) 및 경첩 구조체(130A)를 포함하고 있지만, 경첩 구조체(130A)의 형태가 도 1에 도시된 경첩 구조체(130)와는 다르게 형성된다. 상기 렌즈 기판(110) 및 렌즈부(120)에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
상기 경첩 구조체(130A)는 경첩 몸체(132A) 및 체결용 돌출부(136)을 포함한다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)은 도 1에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)에 포함된 체결용 홀(132H, 도 1 참조)을 포함하지 않는다. 상기 경첩 몸체(132A)는 도 1에 도시된 경첩 몸체(132)와 동일한 형태 및 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 경첩 몸체(132A)에는 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면 상에서 돌출된 형상의 체결용 돌출부(136)이 형성된다. 상기 체결용 돌출부(136)는 경첩 몸체(132A)의 내측면에서 수직한 방향으로 위로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 도 2에서는 상기 체결용 돌출부(136)가 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면의 중앙 부분에서 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면 끝단에서 형성될 수도 있다. 또한, 상기 체결용 돌출부(136)의 형태는 다양하게 형성될 수 있고, 예컨대 L자형 돌출부 또는 후크(hook) 형태로 형성될 수 있다.
상기 체결용 돌출부(136)는 발광 다이오드 모듈(도 8 및 도 9 참조)의 방열 부재(230, 도 8 및 도 9 참조)에 형성된 체결용 홈(236)에 삽입되어 결합되기 위한 것으로 자세한 설명은 도 8 및 도 9의 설명 부분에서 하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102) 역시 도 1에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과 같이 렌즈 기판(110), 렌즈부(120) 및 경첩 구조체(130A)가 일체로 형성될 수 있다. 상기 렌즈 기판(110), 상기 렌즈부(120) 및 상기 경첩 구조체(130A)의 제조 방법은 도 1에서 설명한 바와 동일한 바 중복되는 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104) 역시 도 1에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과 동일하게 렌즈 기판(110), 적어도 하나의 렌즈부(120) 및 경첩 구조체(130B)를 포함하고 있지만, 경첩 구조체(130B)의 형태가 도 1에 도시된 경첩 구조체(130)와 다르게 형성된다. 상기 렌즈 기판(110) 및 렌즈부(120)에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
상기 경첩 구조체(130B)는 경첩 몸체(132B) 및 체결용 스크류 홀(138H)을 포함한다. 상기 체결용 스크류 홀(138H)은 상기 경첩 몸체(132B)에 형성된다. 상기 체결용 스크류 홀(138H)은 한 개 또는 적어도 한 개 이상의 복수개로 형성될 수 있다. 도 3에서는 상기 체결용 스크류 홀(138H)이 네개로 형성되도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 체결용 스크류 홀(138H)은 원형의 구멍으로 형성될 수 있다. 상기 체결용 스크류 홀(138H)에는 체결용 스크류(138, 도 10 및 도 11 참조)가 삽입되는 개구부로써, 상기 체결용 스크류(138)가 삽입됨으로써, 방열 부재(230, 도 10 및 도 11 참조)와 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104)이 결합될 수 있다. 결합 구조에 대한 자세한 설명은 도 10 및 도 11의 설명 부분에서 하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104) 역시 도 1에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과 같이 렌즈 기판(110), 렌즈부(120) 및 경첩 구조체(130B)가 일체로 형성될 수 있다. 상기 렌즈 기판(110), 상기 렌즈부(120) 및 상기 경첩 구조체(130B)의 제조 방법은 도 1에서 설명한 바와 동일한 바 중복되는 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 평면도(100a 내지 100c)들이다.
도 4a를 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100a)은 렌즈 기판(110)과 상기 렌즈 기판(110) 상에 형성된 원형의 렌즈부(120) 및 상기 렌즈 기판(110)의 각 변에 형성된 경첩 구조체(130)를 포함한다. 상기 경첩 구조체(130)는 상기 렌즈 기판(110)의 상면에 평행한 방향으로 형성되어 있다. 즉, 상기 경첩 구조체(130)는 상기 렌즈 기판(110)에 평행하게 펼쳐져 있다(도 1 및 도 1의 설명 부분 참조).
도 4b를 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100b)은 도 4a에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100a)과 동일하지만, 경첩 구조체(130)가 렌즈 기판(110)의 양변에만 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 렌즈 기판(110)은 직사각형의 평면 구조로 형성되고, 상기 직사각형의 대향되는 양변 중 긴 양변에 형성되어 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100c)은 도 4a에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100a)과 동일하되, 경첩 구조체(130)가 렌즈 기판(110)의 양변에만 형성되어 있다. 상기 경첩 구조체(130)는 도 4b에 도시된 바와 달리 직사각형의 평면 구조를 갖는 렌즈 기판(110)의 대향되는 양변 중 짧은 양변에 형성되어 있다.
도 4b 및 도 4c에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100b 및 100c)는 경첩 구조체(130)가 렌즈 기판(110)의 4개의 변이 아닌 두개의 변에만 형성되는데, 이는 상기 렌즈 기판(110)의 두개의 변에만 경첩 구조체(130)가 형성되어도 상기 렌즈 기판(110)의 4개의 변에 형성되는 경우와 추후 방열 부재와 결합됨에 있어서 기능상 큰 차이가 없음을 의미할 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100) 및 발광 다이오드 모듈(200)의 장착 구조를 도시한 사시도이다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 도 1에서 설명하였는바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드 모듈(200)은 방열 부재(230), 상기 방열 부재(230)의 상면에 형성된 기판(210), 상기 기판(210) 상에 실장된 발광 다이오드 소자(220) 및 상기 방열 부재(230)의 상면에 형성된 방수용 실런트(240)을 포함한다.
방열 부재(230)는 직육면체 형태로 형성되어 있고, 하부에는 얇은 직육면체 평면이 세워져 나란히 배열된 형태의 복수의 방열 핀(232)를 포함한다. 상기 방열 부재(230)는 기판(210) 및 발광 다이오드 소자(220)에서 발생한 열을 외부로 방출하기 쉽도록 열 전도성이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 방열 부재(230)는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 구리와 알루미늄의 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 방열 핀(232)은 복수의 얇은 평면이 나란히 세워져 있어 외부와의 접촉면을 넓게 할 수 있어 열방출이 쉽게 되도록 형성된다. 상기 방열 핀(232)은 상기 방열 부재(230)와 동일한 재료로, 상기 방열 부재(230)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 방열 부재(230)의 측면에는 체결용 돌출부(234)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 체결용 돌출부(234)는 상기 방열 부재(230)에 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 기판(210)이나 별도의 프레임에 형성될 수도 있다. 상기 체결용 돌출부(234)는 상기 방열 부재(230)의 상면에 평행한 방향으로 일자형으로 형성되며, 상기 방열 부재(230)의 측면에 수직한 방향으로 돌출되어 있다. 상기 체결용 돌출부(234)는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 체결용 홀(132H)의 크기와 동일하고, 형태도 서로 맞물려 결합되도록 형성된다.
상기 방열 부재(230)의 상면의 중앙부에는 기판(210) 및 상기 기판(210) 상에 실장되는 발광 다이오드 소자(220)가 형성된다. 일부 실시예에서, 상기 방열 부재(230)의 상면과 상기 기판(210)의 하면 사이에는 서멀 그리스(Thermal grease)와 같은 열 전달 물질층이 포함될 수 있다. 상기 열 전달 물질층은 상기 기판(210)과 상기 방열 부재(230) 사이 접촉면의 열 전도성을 증가시켜 상기 방열 부재(230)의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 기판(210)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 혹은 금속판의 표면에 수지 등의 절연 재료를 도포한 절연 금속판(Metal Core PCB, MCPCB)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판(210)은 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 스테인리스 등의 금속판의 표면에 에폭시 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester) 등의 절연재료를 도포하여 이루어진 절연 금속판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 기판(210)의 성장면에는 광추출 효율의 향상뿐만 아니라 고품질 결정성장을 위해서 요철을 가질 수 있다.
발광 다이오드 소자(220)가 상기 기판(210) 상에 실장된다. 상기 발광 다이오드 소자(220)는 한 개 또는 한 개 이상의 복수개로 형성될 수 있다. 도 5에는 상기 발광 다이오드 소자(220)가 8개로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 발광 다이오드 모듈 조명 장치의 용도 및 필요에 따라 다양한 개수로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드 소자(220)는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층의 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 발광적층체와, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층의 일면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택홀을 포함할 수 있다. 상기 콘택홀 내부에는 도전 물질이 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제2 전극층이 될 수 있다.
상기 관통홀은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이 경우, 도전성 비아는 절연부에 의하여 둘러싸여 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 행과 열을 이루는 복수의 비아들이 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광적층체의 평면 면적의 1 % 내지 5 %의 범위가 되도록 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 상기 비아의 반경은 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 상기 비아의 개수는 발광적층체 영역의 넓이에 따라, 발광적층체 영역 당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 도전성 비아는 발광적층체 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 2개 이상이 좋으며, 각 비아 간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 비아 간의 거리가 100㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 상기 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층은 n형 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 GaN일 수 있다. 상기 활성층은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예를 들어, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 이와 달리, 상기 활성층은 단일 양자우물(SQW) 구조일 수도 있다. 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 AlGaN/GaN일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층에 제1 전극이 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에는 오믹 콘택층과 제2 전극이 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹 콘택층은 ITO, ZnO, 그래핀층, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중 적어도 하나를 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. 상기 제1 및 제2 전극은 이에 한정되지 않으며, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 필요에 따라, 반사성 전극구조를 채용하여 플립칩 구조로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극은 Al/Ti/Pt/Ti층을 포함하는 구조(예, Al/Ti/Pt/Ti/Cr/Au/Sn 솔더 또는 Al/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Ni/Pt/Au/Sn 솔더 또는 Al/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Au/Ti/AuSn) 또는 Cr/Au층을 포함하는 구조(예, Cr/Au/Pt/Ti/Ti/TiN/Ti/Ni/Au)일 수 있다. 상기 제2 전극은 Ag층을 포함한 구조(예, Ag/Ti/Pt/ Ti/TiN /Ti/TiN/Cr/Au/Ti/Au)일 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자(220)는 상기 P형 반도체의 정공과 N형 반도체의 전자가 만나 발생하는 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 발생시키는 원리를 통해 발광할 수 있다. 상기 발광 다이오드 소자(220)는 청색 발광 다이오드(LED)이며, 황색, 녹색, 적색 형광체 또는 녹색, 적색 LED의 조합으로 만들어지는 2개 이상의 피크 파장을 가지는 백색광을 발생할 수 있다. 상기 백색광은 CIE 1931 좌표계의 (x, y)좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상 또는 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색광의 색 온도는 2000K 내지 20000K에 해당하는 값을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 발광 다이오드 소자(220)는, 파장 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 파장 변환부는 형광체 또는 양자점과 같은 파장변환물질(P)을 함유한 수지층, 글래스층 또는 세라믹층으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 파장 변환부(45)는 투명성 또는 반투명성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 파장 변환부(45)가 황색 형광체를 함유한 수지층으로 이루어질 경우에, 황색을 띤 반투명한 층으로 제공될 수 있다.
상기 파장 변환부는 상기 발광 다이오드 소자(220)로부터 방출된 빛에 의해 여기되어 적어도 일부의 광을 다른 파장의 빛을 변환시킬 수 있다. 상기 파장변환물질은 서로 다른 파장의 광을 제공하는 2종 이상의 물질일 수 있다. 이러한 파장 변환부로부터 변환된 광과 변환되지 않은 광을 서로 혼합되어 백색광을 출력할 수 있다(상세한 형광체 사용예는 도 12 참조).
일 예에서, 상기 발광 다이오드 소자(220)에서 생성되는 광은 청색광이며, 상기 파장변환물질은 녹색 형광체, 황색 형광체, 황등색 형광체 및 적색 형광체로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자(220)는 와이어 본딩(Wire bonding), 공융 본딩(Eutectic bonding), 다이 본딩(Die bonding) 및 표면 실장 방식(Surface Mounting Technology, SMT) 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 기판(210)에 실장시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자(220)의 상세한 구조는 편의상 도시를 생략한다.
발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 상기 발광 다이오드 모듈(200)의 상면을 덮도록 형성되고, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 경첩 구조체(130)는 방열 부재(230)의 체결용 돌출부(234)와 결합된다. 구체적으로는, 상기 경첩 구조체(130)의 연결부(134)가 화살표 방향으로 접히면서 경첩 몸체(132)가 방열 부재(230)의 측면에 접하게 되고, 이와 동시에 상기 방열 부재(230)의 체결용 돌출부(234)가 상기 경첩 구조체(130)의 체결용 홀(132H)에 삽입되면서 상기 체결용 돌출부(234)와 상기 체결용 홀(132H)이 일체로 결합된다. 상기 체결용 돌출부(234)와 상기 체결용 홀(132H)이 결합됨으로써, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)이 상기 발광 다이오드 모듈(200) 상에 장착되어 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과 상기 발광 다이오드 모듈(200)로 이루어진 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000)가 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100) 및 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000)는 공통적으로 경첩 구조체(130)가 형성된 렌즈판을 포함한다. 도 1에서도 설명하였듯이, 상기 경첩 구조체(130)는 탄력성 있는 물질로 이루어져, 접힐 수 있으며, 따라서 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 상기 발광 다이오드 모듈(200)에 결합된 후 다시 분리될 수 있다. 즉, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 상기 발광 다이오드 모듈(200)과 탈착을 할 수 있다. 렌즈 기판(110) 상에 직접 스크류를 이용해 발광 다이오드 모듈(200)에 부착하는 방식이나 별도의 접착제로 상기 렌즈 기판(110)을 상기 발광 다이오드 모듈(200)에 직접 접착하는 방식은 공정 과정에서 상기 렌즈 기판(110)이 파손되는 등 손실이 발생할 수 있는데, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 탄력성 있는 경첩 구조체(130)를 사용함으로써, 전술한 손실을 방지하여 공정 상 소비되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 방열 부재(230)의 상면에 방수용 실런트(240)를 형성함으로써, 발광 다이오드 모듈(200)의 방수 효과를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000)의 사시도이다.
상기 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000)는 도 5에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)이 발광 다이오드 모듈(200)에 장착되어 일체로 결합되어 형성될 수 있다. 도 5에서 설명한 바와 같이, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 경첩 몸체(132)가 방열 부재(230)의 각 측면에 접하여 연결되고, 체결용 홀(132H)에 상기 방열 부재(230)의 체결용 돌출부(234)가 삽입되어 일체로 결합된다. 상기 발광 다이오드 모듈(200)의 기판(210) 상에 실장된 복수의 발광 다이오드 소자(220)는 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 돔 구조를 갖는 렌즈부(120)의 중앙부에 배치되도록 형성되어 있다. 상기 렌즈부(120)와 상기 발광 다이오드 소자(220) 사이에는 보호막부(250, 도 7 참조)가 형성될 수 있다. 상기 보호막부(250)에 대한 자세한 설명은 도 7의 설명 부분에서 하기로 한다.
도 7은 도 6에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000)의 A - A’ 선 단면도이다.
도 7을 참조하면, 방열 부재(230)의 상면에 기판(210)이 형성되고, 상기 기판(210)에는 복수의 발광 다이오드 소자(220)가 실장되며, 상기 기판(210) 및 상기 복수의 발광 다이오드 소자(220)를 덮는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)이 형성된다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 렌즈부(120)의 돔 구조의 하부면과 상기 복수의 발광 다이오드 소자(220)의 상면 사이에는 보호막부(250)가 형성된다. 상기 방열 부재(230)의 상면과 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 렌즈 기판(110) 사이에는 방수용 실런트(240)가 형성된다.
방수용 실런트(240)는 상기 렌즈 기판(110)의 각 변의 가장 자리에 상기 렌즈 기판(110)의 상면을 둘러싸도록 형성된다. 상기 방수용 실런트(240)의 상면은 렌즈 기판(110)의 하면에 접하도록 형성된다. 상기 방수용 실런트(240)는 기판(210) 혹은 발광 다이오드 소자(220)에 습기가 스며드는 것을 방지하기 위해 방수가 가능한 물질 예컨대, 액상 실리콘 실런트, 변성 실리콘 실런트, 폴리우레탄계 실런트 및 SBR계 실런트 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
보호막부(250)는 발광 다이오드 소자(220)의 상면을 덮도록 형성된다. 상기 보호막부(250)는 패시베이션층과 같은 절연막일 수 있다. 예를 들어, 상기 보호막은 수지, 글래스, 산화물, 질화물, 세라믹과 같은 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 채용된 보호막부(250)는 패시베이션층과 같은 절연막으로 예시되어 있으나, 형광체 또는 양자점과 같은 파장변환물질을 함유한 파장 변환부일 수 있다. 이러한 파장 변환부를 이용하여 백색 광을 발광하는 반도체 발광소자를 제공할 수 있다. 물론, 발광 다이오드 소자(220)이 서로 다른 파장의 광을 갖는 활성층을 구비함으로써 상기 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 출력 할 수도 있다.
렌즈 기판(110)의 각 변에 형성되는 경첩 구조체(130)의 체결용 홀(132H)에는 방열 부재(230)의 체결용 돌출부(234)가 삽입되어 일체로 결합된다. 경첩 몸체(132)의 상기 방열 부재(230)를 향하는 일측면은 상기 방열 부재(230)의 측면에 접하여 고정된다. 상기 경첩 구조체(130)가 상기 방열 부재(230)와 일체로 결합됨으로써, 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)이 발광 다이오드 모듈(200)가 일체로 결합될 수 있다. 상기 보호막부(250)의 상면은 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)의 렌즈부(120)의 위치와 대응되게 상기 렌즈부(120)의 하면과 접하도록 형성된다.
상기 경첩 구조체(130)는 상기 방열 부재(230)와 결합된 후 다시 분리될 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 경첩 몸체(132)가 탄력성이 있는 연결부(134)에 연결되어 있어 상기 연결부(134)가 유동함에 따라 상기 경첩 몸체(132)는 체결용 돌출부(234)와 분리될 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 경첩 구조체(130)가 분리됨에 따라 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100) 전체가 탈착될 수 있다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)은 발광 다이오드 모듈(200)과 탈착이 가능함으로써, 광 지향각이나 집광도 등에 따라 여러가지 렌즈판을 상기 발광 다이오드 모듈(200)에 장착 또는 분리 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제조 단계에서는 하나의 발광 다이오드 모듈(200)에 여러가지 렌즈판을 장착 또는 분리할 수 있어 제조 및 테스트 과정에서 시간과 노력을 경감할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1100)의 사시도이다.
상기 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1100)는 도 2에 도시된 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)이 발광 다이오드 모듈(200)에 장착되어 일체로 결합되어 형성될 수 있다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)은 도 1에서 설명한 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100)과는 달리 경첩 몸체(132)에 별도의 체결용 홀(132H, 도 1 참조) 등이 포함되어 있지 않다. 다만, 상기 경첩 몸체(132)의 내측면에 형성된 체결용 돌출부(136, 도 2 및 도 9 참조)를 통해 방열 부재(230)와 일체로 결합되며, 이에 대한 상세한 설명은 도 9의 설명 부분에서 후술하기로 한다.
도 9는 도 8에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1100)의 B - B’ 선단면도이다.
도 9를 참조하면, 방열 부재(230)의 상면에 기판(210)이 형성되고, 상기 기판(210)에는 복수의 발광 다이오드 소자(220)가 실장되며, 상기 기판(210) 및 상기 복수의 발광 다이오드 소자(220)를 덮는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)이 형성된다. 상기 발광 다이오드 소자(220)와 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)의 사이에는 보호막부(250)과 형성되고, 상기 렌즈 기판(110)의 가장 자리에는 방수용 실런트(240)가 형성된다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102), 기판(210), 발광 다이오드 소자(220), 방수용 실런트(240) 및 보호막부(250)의 구성은 도 7에 도시된 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
경첩 몸체(132A)에는 별도의 체결용 홀(132H)이 형성되지 않고, 대신 체결용 돌출부(136)가 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면 상에서 돌출되도록 형성된다. 상기 체결용 돌출부(136)는 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면에 수직한 방향으로 소정의 높이로 돌출되도록 형성되고, 상기 체결용 돌출부(136)의 돌출된 높이 및 폭의 크기는 방열 부재(230)의 체결용 홈(236)이 상기 방열 부재(230)의 내부를 향하는 방향으로 움푹 패인 모양 및 크기와 동일하다. 상기 체결용 돌출부(136)의 모양은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 경첩 몸체(132A)의 내측면에 수직한 방향으로 소정의 높이만큼 돌출된 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, L자형의 후크 형상일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)은 연결부(134)가 탄력성을 가지고 유동하여, 상기 경첩 몸체(132A)가 상기 방열 부재(230)의 측벽에 접하고, 상기 체결용 돌출부(136)가 체결용 홈(236)에 삽입되면서, 발광 다이오드 모듈(200)과 일체로 결합될 수 있다. 또한, 상기 연결부(134)의 탄력성으로 인해, 경첩 구조체가 상기 방열 부재(230)로부터 분리가 가능함에 따라 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102) 전체가 탈착될 수 있다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(102)의 탈착에 의한 효과는 도 7에서 설명한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1200)의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104), 기판(210), 발광 다이오드 소자(220), 방수용 실런트(240) 및 보호막부(250)의 구성은 도 6 및 도 8에 에 도시된 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1000, 1100)와 동일하나, 경첩 구조체(130B)의 형상에 차이점이 있다. 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104), 기판(210), 발광 다이오드 소자(220), 방수용 실런트(240) 및 보호막부(250)에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
상기 경첩 몸체(132B)에는 체결용 스크류 홀(138H)가 형성되고, 상기 체결용 스크류 홀(138H)에는 체결용 스크류(138)가 삽입된다. 상기 체결용 스크류 홀(138H)은 원형의 구멍 형태로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태를 가질 수 있다. 상기 체결용 스크류(138)는 상기 경첩 몸체(132B)의 상면에 수직한 방향으로 상기 경첩 몸체(132B)의 외부에서 삽입되어 발광 다이오드 모듈(200, 도 11 참조)과 일체로 결합될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 11의 설명 부분에서 후술하기로 한다.
도 11을 참조하면, 경첩 구조체의 연결부(134)가 유동함에 따라 경첩 몸체(132B)가 방열 부재(230)의 측벽에 접하고, 상기 경첩 몸체(132B)에 형성되는 원형의 체결용 스크류 홀(138H)에 체결용 스크류(138)가 삽입되고, 상기 체결용 스크류 홀(138H)을 관통하여 방열 부재 스크류 홀(238H)에 결합된다. 상기 체결용 스크류(138)는 상기 경첩 몸체(132B)의 내측면에 수직하는 방향으로 삽입될 수 있다.
상기 체결용 스크류(138)가 상기 경첩 몸체(132B)를 관통하여 상기 방열 부재 스크류 홀(238H)에 결합됨에 따라, 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104)이 발광 다이오드 모듈(200)에 일체로 연결되어 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1200)을 형성할 수 있다. 상기 발광 다이오드 모듈 조명 장치(1200)은 경첩 몸체(132B)에 상기 체결용 스크류(138)를 삽입함으로써, 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(104)의 렌즈 기판(110)에 직접 체결용 스크류(138)를 삽입하는 경우 발생하는 제조 공정 상 상기 렌즈 기판(110)의 균열 및 파손 등으로 인한 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 채용되는 발광 다이오드 소자(220, 도 5 참조)는 청색광을 발하는 발광다이오드일 수 있다. 또한, 보호막의 일 예로 설명된 파장 변환부는 청색광의 일부를 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색 중 적어도 하나로 변환하고, 변환되지 않은 청색광과 혼합되어 백색광을 발할 수 있다.
이와 달리, 상기 발광 다이오드 소자(220, 도 5 참조)가 자외선 광을 발하는 경우, 상기 파장 변환부는 청색, 녹색, 적색광을 발하는 형광체를 포함할 수 있다. 이 경우, 파장 변환부를 포함하는 발광 소자는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등(연색지수 40)에서 태양광(연색지수 100) 수준으로 조절할 수 있다. 또한 색 온도를 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광다이오드 칩에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 다이오드 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 12에 도시된 CIE 1931 좌표계의 (x, y)좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색광의 색 온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당할 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여 보호막의 일 예인 파장 변환부에 채용가능한 형광체를 상세히 설명한다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러를 가질 수 있다.
산화물계 : 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계 : 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계 : 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 L3Si6O11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu
플루오라이트(fluoride)계 : KSF계 적색 K2SiF6:Mn4+
상기한 형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어. Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 형광체 대체 물질로 양자점(quantum dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
양자점은 CdSe, InP 등의 코어(core)(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 셀(shell)(0.5 ~ 2nm) 및 코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED(440 ~ 460nm)를 사용한 백색 발광소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
L3Si6O11:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
조명 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-α SiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-αSiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
(Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2+
K2SiF6:Mn4+
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-αSiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
상기 형광체 또는 양자점의 도포 방식은 크게 발광소자에 뿌리는 방식, 막 형태로 적용하는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
뿌리는 방식으로는 디스펜싱(dispensing), 스프레이 코팅(spray coating)등이 일반적이며, 디스펜싱은 공압 방식과 스크류(screw), 리니어 타입(linear type) 등의 기계적(mechanical) 방식을 포함한다. 제팅(jetting) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광소자 상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광 소자 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅(screen printing) 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며, 칩 측면의 도포 유무 필요에 따라 해당 방식의 차이점을 가질 수 있다.
발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체 중 단파장에서 발광하는 광을 재흡수 하는 장파장 발광 형광체의 효율을 제어하기 위하여 발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체층을 구분할 수 있으며, 칩과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR) 층을 포함할 수 있다. 균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 칩 위에 부착(attach)할 수 있다.
광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트(remote) 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치할 수 있다.
형광체 도포 기술은 발광소자에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체의 균일 분산등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다.
양자점도 형광체와 동일한 방식으로 발광소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광변환을 할 수도 있다.
도 13는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템(2000)의 개념도이다.
도 13를 참조하면, 상기 발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템(2000)은 구조물(2100) 상에 배치된 발광 다이오드 모듈(2200) 및 전원 공급부(2300)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 발광 다이오드 모듈용 렌즈판(100, 102, 104)이 상기 구조물(2100), 상기 발광 다이오드 모듈(2200) 및 상기 전원 공급부(2300)를 전부 덮도록 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 모듈(2200)은 복수의 발광 다이오드 소자(2220)를 포함한다. 상기 발광 다이오드 모듈(2200)은 도 5 내지 도 11에서 설명한 발광 다이오드 모듈(200)일 수 있다. 상기 복수의 발광 다이오드 소자(2220)는 도 5 내지 도 11을 참조하여 설명한 발광 다이오드 소자(220)일 수 있다.
전원 공급부(2300)는 전원을 입력받는 인터페이스(2310)와, 발광 다이오드 모듈(2200)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(2320)를 포함한다. 상기 인터페이스(2310)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파 장애 신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다. 상기 전원 제어부(2320)는 전원으로서 교류 전원이 입력되는 경우 교류를 직류로 변환하는 정류부 및 평활화부와, 상기 발광 다이오드 모듈(2200)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급부(2300)는 복수의 발광 다이오드 소자(2220) 각각에서의 발광량과 미리 설정된 광량과의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와, 원하는 휘도, 연색성 등과 같은 정보를 저장하기 위한 메모리 장치를 포함할 수 있다.
발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템(2000)은 화상 패널을 구비하는 액정 표시 장치 등의 디스플레이 장치에 이용되는 백라이트 유닛, 램프, 평판 조명 등의 실내 조명 가로등, 또는 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있다. 또는, 발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템(2000)는 다양한 교통 수단용 조명 장치, 예를 들면 자동차, 선박, 또는 항공기용 조명 장치, TV, 냉장고 등과 같은 가전 제품, 또는 의료기기 등에 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(3000)는 광원(3001), 반사부(3005), 렌즈 커버부(3004)를 포함하며, 렌즈 커버부(3004)는 중공형의 가이드(3003) 및 렌즈(3002)를 포함할 수 있다. 광원(3001)은 상술한 발광 다이오드 소자(220, 도 5 참조) 또는 그 발광 다이오드 모듈(도 5 내지 도 11 참조)를 포함할 수 있다.
헤드 램드(3000)는 광원(3001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(3012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(3012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(3010)와 냉각팬(3011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(3000)는 방열부(3012) 및 반사부(3005)를 고정시켜 지지하는 하우징(3009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(3009)은 몸체부(3006) 및 일면에 방열부(3012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(3008)을 구비할 수 있다.
하우징(3009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(3005)가 광원(3001)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(3007)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(3005)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(3007)과 대응되도록 반사부(3005)가 하우징(3009)에 고정되어 반사부(3005)를 통해 반사된 빛이 전방홀(3007)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
110: 기판, 120: 렌즈부, 130: 경첩 구조체, 130A: 경첩 구조체, 130B: 경첩 구조체, 132: 경첩 몸체, 132A: 경첩 몸체, 132B: 경첩 몸체, 132H: 체결용 홀, 134: 연결부, 136: 체결용 돌출부, 138H: 체결용 스크류 홀, 138: 체결용 스크류, 200: 발광 다이오드 모듈, 220: 발광 다이오드 소자, 230: 방열 부재, 232: 방열 핀, 234: 체결용 돌출부, 236: 체결용 홈, 238H: 방열 부재 스크류 홀, 240: 방수용 실런트, 250: 보호막부, 1000: 발광 다이오드 모듈 조명 장치, 1100: 발광 다이오드 모듈 조명 장치, 1200: 발광 다이오드 모듈 조명 장치, 2000: 발광 다이오드 모듈 조명 장치 시스템, 2100: 구조물, 2200: 발광 다이오드 모듈, 2220: 복수의 발광 다이오드 소자, 2300: 전원 공급부, 2310: 인터페이스, 2320: 전원 제어부, 3000: 헤드 램프, 3001: 광원, 3002: 렌즈, 3003: 중공형의 가이드, 3004: 렌즈 커버부, 3005: 반사부, 3006: 몸체부, 3007: 전방홀, 3008: 중앙홀, 3009: 하우징, 3010: 히트싱크, 3011: 냉각팬, 3012: 방열부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 복수의 방열 핀을 포함하는 방열 부재;
    상기 방열 부재의 상면에 형성되는 기판;
    상기 기판 상에 실장되는 적어도 하나의 발광 다이오드 소자; 및
    상기 방열 부재, 기판 및 발광 다이오드 소자의 상면을 덮도록 형성되는 발광 다이오드 모듈용 렌즈판; 및
    상기 방열 부재의 상면과 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판의 하면의 사이에 배치되고, 상기 기판을 둘러싸도록 연장되는 방수용 실런트;
    을 포함하고,
    상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판은 사각형 평면 구조의 렌즈 기판, 상기 렌즈 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 돔 구조의 렌즈부, 및 상기 렌즈 기판의 각 변에 제공되는 경첩 구조를 포함하고,
    상기 방열 부재 측면의 각면에 체결부가 형성되며,
    상기 경첩 구조와 상기 체결부가 결합되어 상기 방열 부재와 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판이 일체로 결합되고,
    상기 돔 구조의 하부면과 상기 발광 다이오드 소자 사이에 제공된 보호막부를 더 포함하고,
    상기 경첩 구조는 상기 체결부와 결합된 후 다시 분리될 수 있고,
    상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판은 상기 방열 부재와 탈착이 가능한 발광 다이오드 모듈 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 체결부는 외부로 돌출되도록 형성되고,
    상기 경첩 구조에는 상기 체결부와 동일한 크기를 갖는 체결용 홀이 형성되며,
    상기 경첩 구조는 상기 체결용 홀을 통해 상기 체결부와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈 조명 장치.
  8. 제5 항에 있어서.
    상기 체결부에는 소정 크기의 체결용 홈이 형성되고,
    상기 경첩 구조는 경첩 몸체 및 상기 경첩 몸체의 내측면에 수직 방향으로 돌출된 체결용 돌출부를 포함하고,
    상기 체결용 돌출부는 상기 체결용 홈의 크기와 동일한 크기로 형성되고,
    상기 체결용 돌출부가 상기 체결용 홈에 삽입되어 상기 경첩 구조가 상기 방열 부재와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 경첩 구조에는 적어도 하나의 렌즈판 스크류 홀이 형성되고,
    상기 방열 부재에는 상기 렌즈판 스크류 홀에 대응되는 방열 부재 스크류 홀이 형성되며,
    상기 렌즈판 스크류 홀을 통해 결합용 스크류가 삽입되고,
    상기 결합용 스크류가 상기 방열 부재 스크류 홀에 결합되어 상기 발광 다이오드 모듈용 렌즈판과 상기 방열 부재가 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈 조명 장치.
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