KR102310911B1 - Led발광장치 - Google Patents

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KR102310911B1
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Abstract

본 발명은 각각 소정의 조건에서 소정의 크기의 복사선속을 가지는 복수 개의 LED소자(110); 각각 적어도 일부분이 각각의 상기 LED소자(110)의 전방에 배치되는 복수 개의 렌즈(120); 및 상기 복수 개의 LED소자(110)가 실장되는 기판(130)을 포함하는, LED발광장치를 제공한다.
상기 복수 개의 LED소자(110) 중에서 적어도 두 개의 LED소자(110)는 상기 복사선속의 크기가 다르고, 각각의 상기 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(110)의 상기 복사선속의 크기에 따라 형태가 달라진다.
이에, LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상되고 유효조사면적이 커질 수 있다.

Description

LED발광장치{LED LUMINESCENCE APPARATUS}
본 발명은 LED발광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, LED발광장치에서 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 향상되고 유효조사면적이 커지는 LED발광장치에 관한 것이다.
최근 LED Chip을 집적화한 COB(Chip On Board) 방식이 적용된 광원 모듈에 대한 수요가 높아지고 있다. 특히, 자외선을 방출하는 LED가 실장된 광원 모듈은 인쇄, 제품경화, 살균 등의 분야에 널리 사용될 수 있다.
그러나, 광원 모듈에서 조사되는 광의 위치 별 광량(조도)이 균일하지 않아서 문제가 되고 있다. 특히, 광원 모듈이 서로 다른 복사 선속(Radiant Flux) 값을 가지는 LED를 포함하는 경우에 광원 모듈에서 조사되는 광이 불균일하게 된다.
이에, 광원 모듈에서 조사되는 광의 위치 별 광량을 균일하게 할 필요가 있다. 이와 관련된 선행기술은 다음과 같다.
한국공개특허 제10-2011-0105235호는 균일한 배광분포 및 다른 컬러를 균일하게 조합하는 ＬＥＤ 조명 렌즈에 관한 것으로, 다른 색상을 발광하는 LED 칩이 다수개 실장된 조명용 LED 모듈에 있어서, 내부에 LED 칩이 구비되고, 상기 LED에서 출사되는 광을 확산시키기 위해 LED를 감싸도록 구비되는 볼록형상을 갖는 볼록렌즈를 포함하며 각각 다른 파장대의 광을 출력하는 LED가 배치된 LED 모듈 및 상기 LED 모듈 전면에 구비되며 상기 볼록렌즈를 통해 출사되는 광을 산란시켜 배광분포를 균일화시키기 위한 제 1산란면과 제 2산란면을 포함하는 렌즈부를 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다. 볼록형상의 경우에는 구면 또는 비구면 형상을 모두 포함할 수 있다. 렌즈부는 오목한 형상은 가진다.
그러나, 상기 선행기술은 서로 다른 파장대의 LED칩이 실장된 LED 모듈의 광 산란 효과를 극대화하여 출력되는 광의 균일성을 향상시킬 뿐 광원 모듈에서 조사되는 광의 위치 별 광량을 균일하게 하지 않는다.
KR 10-2011-0105235
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 실시예들은 LED발광장치에서 조사되는 광량의 위치 별 균일도를 향상시키는 LED발광장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 유효조사면적이 커지는 LED발광장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 렌즈를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 LED소자에서 방출되는 광의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있는 LED발광장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 COB(Chip On Board)형 LED(Light Emitting Diode) 패키지에서 LED소자(LED칩)마다 렌즈로 기능하는 실리콘을 도포하여 각각의 LED소자(LED칩)의 단위면적당 광출력 및 에너지효율을 향상시키는 LED발광장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 각각 소정의 조건에서 소정의 크기의 복사선속을 가지는 복수 개의 LED소자(110); 각각 적어도 일부분이 각각의 상기 LED소자(110)의 전방에 배치되는 복수 개의 렌즈(120); 및 상기 복수 개의 LED소자(110)가 실장되는 기판(130)을 포함하는, LED발광장치를 제공한다.
상기 복수 개의 LED소자(110) 중에서 적어도 두 개의 LED소자(110)는 상기 복사선속의 크기가 다르다.
각각의 상기 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(110)의 상기 복사선속의 크기에 따라 형태가 달라진다.
일 실시예에서, 상기 소정의 조건은 각각의 상기 LED소자(110)에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건이다.
일 실시예에서, 상기 복사선속의 크기가 다른 적어도 두 개의 LED소자(110)는 서로 다른 피크 파장을 가진다.
일 실시예에서, 상기 형태는 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이다.
일 실시예에서, 각각의 상기 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(110)의 상기 복사선속의 크기가 작을수록 상기 직경 대비 두께의 비율이 증가한다.
일 실시예에서, 상기 렌즈(120) 중에서 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(120)는 두께가 작은 렌즈(120)가 적층된 형태이다.
일 실시예에서, 상기 렌즈의 직경은 상기 LED소자의 크기에 비례한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 복수 개의 LED소자(210); 각각 적어도 일부분이 각각의 상기 LED소자(210)의 전방에 배치되는 복수 개의 렌즈(220); 및 상기 복수 개의 LED소자(210)가 실장되는 기판(230)을 포함하는 LED발광장치를 제공한다.
각각의 상기 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 형태가 달라진다.
일 실시예에서, 상기 형태는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이다.
일 실시예에서, 상기 복수 개의 LED소자(210)는 상기 기판(230) 상의 소정의 영역에 모여서 배치되고, 각각의 상기 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(210)가 상기 소정의 영역의 적어도 일부의 가장자리에 위치할수록 직경 대비 두께의 비율이 증가한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, LED발광장치가 각각 소정의 조건에서 소정의 크기의 복사선속을 가지는 복수 개의 LED소자(110); 각각 적어도 일부분이 각각의 상기 LED소자(110)의 전방에 배치되는 복수 개의 렌즈(120); 및 상기 복수 개의 LED소자(110)가 실장되는 기판(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 LED소자(110) 중에서 적어도 두 개의 LED소자(110)는 상기 복사선속의 크기가 다르고, 각각의 상기 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(110)의 상기 복사선속의 크기에 따라 형태가 달라질 수 있다. 이에 따라, LED소자(110) 별로 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기에 따라 LED소자(110)의 전방에 배치되는 렌즈(120)의 형태를 조절할 수 있다. 이에, 각각의 LED소자(110)의 전방에 조사되는 광량을 조절할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(100)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 소정의 조건은 각각의 상기 LED소자(110)에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건일 수 있다. 이에 따라, 각각 최대 순방향 전압(Vf)이 인가된 경우에 서로 다른 크기의 복사선속을 가지는 LED소자(110)들 간의 복사선속의 차이가 최대가 될 수 있다. 이에, 복사선속의 차이가 최대가 되는 경우를 기준으로 LED소자(110)들에 각각 배치되는 렌즈(120)의 형태가 달라지므로 광균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복사선속의 크기가 다른 적어도 두 개의 LED소자(110)는 서로 다른 피크 파장을 가질 수 있다. 이에 따라, LED발광장치(100)가 서로 다른 피크파장을 가지는 광을 조사하는 복수 개의 LED소자(110)를 포함하는 경우에도 LED발광장치(100)의 정면에 조사되는 광량이 위치에 따라 균일해질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 형태는 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율일 수 있다. 이에 따라, LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기에 따라 형태가 다른 렌즈(120)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 LED소자(110)에서 방출되는 광의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 상기 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(110)의 상기 복사선속의 크기가 작을수록 상기 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다. 이에 따라, 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 작은 LED소자(110)의 광은 LED소자(110)의 정면에 집중되고 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 큰 LED소자(110)의 광은 LED소자(110)의 정면에 집중되지 않고 분산될 수 있다. 이에, 각각의 LED소자(110)의 전방에 조사되는 광량이 균일해지도록 조절할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(100)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈(120) 중에서 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(120)는 두께가 작은 렌즈(120)가 적층된 형태일 수 있다. 이에 따라, 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(120)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈(120)의 직경은 상기 LED소자(110)의 크기에 비례할 수 있다. 이에 따라, 소정의 광량을 조사하기 위해서 필요한 렌즈(120)의 직경 대비 두께(높이)의 비율을 만족하는 렌즈(120)의 두께(높이)를 LED소자(110)의 크기에 따라 최소화할 수 있다. 이에, 렌즈(120)를 소형화할 수 있고 제조 및 관리비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, LED발광장치가 복수 개의 LED소자(210); 각각 적어도 일부분이 각각의 상기 LED소자(210)의 전방에 배치되는 복수 개의 렌즈(220); 및 상기 복수 개의 LED소자(210)가 실장되는 기판(230)을 포함할 수 있다. 각각의 상기 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 형태가 달라질 수 있다. 이에 따라, LED소자(210)가 밀집하여 배치된 지점에서는 LED소자(210)에서 조사되는 광량을 낮추고 LED소자(210)가 드물게 배치된 지점에서는 광량을 높일 수 있으므로 LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(200)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(200)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 형태는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율일 수 있다. 이에 따라, LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 형태가 달라지는 렌즈(220)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 LED소자(210)에서 방출되는 광의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 LED소자(210)는 상기 기판(230) 상의 소정의 영역에 모여서 배치되고, 각각의 상기 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 상기 LED소자(210)가 상기 소정의 영역의 적어도 일부의 가장자리에 위치할수록 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다. 이에 따라, LED소자(210)가 밀집하여 배치된 소정의 영역의 중앙부에서는 LED소자(210)에서 조사되는 광량이 감소하고 LED소자(210)가 드물게 배치된 소정의 영역의 가장자리에서는 광량이 증가하므로 LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(200)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(200)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 LED발광장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 LED소자에서 조사되는 광의 파장에 따라 LED소자가 가지는 특성을 나타낸 표이다.
도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED발광장치의 사시도, 정면도 및 측면도이다.
도 7 내지 도 9는 각각 도 4 내지 도 6의 세가지 형태의 렌즈를 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11은 각각 도 7 및 도 9의 LED소자(LED)에서 방출된 광의 진행경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 각각 도 7 내지 도 9의 LED소자 및 렌즈의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이다.
도 15 및 도 16은 도 4 내지 도 6의 렌즈가 적용되기 전후에 도 4 내지 도 6의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이고, 도 17은 도 15 및 도 16의 일부를 그래프로 수치화한 것이다.
도 18은 렌즈를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 19 및 도 도 20은 렌즈의 서로 다른 단수(층수)에 대해서 조사거리 별 조도를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 21 및 도 22는 서로 다른 복사선속을 가지는 LED소자가 동일한 광량을 조사하기 위해 필요한 렌즈의 두께(높이)를 나타낸 표이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치의 사시도 및 정면도이고 도 25는 도 24의 LED발광장치를 A-A' 절단면으로 절단한 단면도이다.
도 26 및 도 27은 도 23 내지 도 25의 렌즈가 적용되기 전후에 도 23 내지 도 25의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이고, 도 28은 도 26 및 도 27의 일부를 그래프로 수치화한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하의 실시예들에서 개시되는 LED발광장치에 대해 각 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 LED발광장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 LED소자에서 조사되는 광의 파장에 따라 LED소자가 가지는 특성을 나타낸 표이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 LED발광장치는 기판(PCB) 및 기판(PCB)에 실장되는 LED소자(LED)를 복수 개(6X12개) 포함할 수 있다. 모든 LED소자(LED)는 365nm에서 피크파장을 가지는 광(자외선)을 조사할 수 있고 크기, 재질, 형태 등이 동일할 수 있다. 이에, 도 1의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량은 위치에 따라 비교적 균일할 수 있다.
도 2를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치는 도 1의 LED발광장치와 같이 기판(PCB) 및 기판(PCB)에 실장되는 복수 개(6X12개)의 LED소자(LED)를 포함할 수 있다.
그러나, 도 2의 LED발광장치는 도 1과 달리 LED소자(LED)의 종류가 다양할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 LED소자(LED)는 각각의 LED소자(LED)에서 조사되는 광(자외선)의 피크파장에 따라 365nm, 380nm, 385nm, 390nm, 395nm, 405nm의 6가지 종류로 분류될 수 있다.
LED소자(LED)에서 조사되는 광(자외선)의 피크파장이 서로 다르면 LED소자(LED)에서 조사되는 광량이 달라질 수 있다. 이에, 도 2의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량은 위치에 따라 불균일할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3에서 살펴본다.
도 2의 LED발광장치는 LED발광장치에서 조사되는 자외선이 복수 개의 피크 파장을 가지므로 종래의 자외선 램프를 대체할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 LED발광장치는 LED소자(LED)가 기판(PCB)에 COB(chip on board) 방식으로 실장되는 형태일 수 있다. LED소자(LED)가 COB(chip on board) 방식으로 실장되어 LED소자(LED)의 집적도가 높이지더라도 도 2의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량은 위치에 따라 불균일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 2의 LED소자(LED)에서 조사되는 광의 피크파장(Wavelength)에 따라 LED소자(LED)의 최대 순방향 전압(Vf)의 크기 및 LED소자(LED)에 최대 순방향 전압(Vf)이 인가될 때의 LED소자(LED)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기가 달라질 수 있다.
여기에서, 최대 순방향 전압(Vf)은 LED소자(LED)에 정방향으로 전류가 흐를 때, LED소자(LED)의 애노드(anode, +) 및 캐소드(cathode, -) 사이에 발생하는 전압의 최대 값일 수 있고, 복사선속(Radiant Flux)은 LED소자(LED)에서 방출되는 총광량(total light amount)의 값일 수 있다.
이처럼, LED소자(LED)에서 조사되는 광의 피크파장에 따라 복사선속(Radiant Flux)의 크기가 달라질 수 있으므로, 도 2의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량은 위치에 따라 불균일할 수 있다.
도 2의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량의 균일도를 향상시키기 위해 작은 크기의 복사선속(Radiant Flux)에 대응하는 피크파장을 가지는 LED소자(LED)의 수량을 증가시키고 큰 크기의 복사선속(Radiant Flux)에 대응하는 피크파장을 가지는 LED소자(LED)의 수량을 감소시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같이 LED소자(LED)의 수량을 조절하더라도 큰 크기의 복사선속(Radiant Flux)에 대응하는 피크파장을 가지는 LED소자(LED)의 정면에는 여전히 다른 위치보다 조사되는 광량이 크므로 균일도를 근본적으로 향상시킬 수 없다.
또한, 도 2의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량의 균일도를 향상시키기 위해 LED소자(LED) 별로 전극을 연결하고 각 LED소자(LED)에 인가되는 전류값을 조절할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 LED소자(LED) 별로 전류값을 조절하기 위해서는 회로가 복잡해지고 제조비용이 증가할 수 있다. 특히, LED소자(LED) 간 거리가 2mm 이하인 COB방식에는 적용되기 어렵다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 설명의 편의를 위해 LED소자(LED)에서 조사되는 광의 피크파장에 따라 LED소자(LED)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기가 달라지는 것으로 설명하였으나, LED소자(LED)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기는 LED소자(LED)에서 조사되는 광의 피크파장뿐만 아니라 LED소자(LED)의 재질 또는 형태 등의 차이에 의해 달라질 수도 있다.
이하, 본 발명을 살펴본다.
도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED발광장치의 사시도, 정면도 및 측면도이다. 도 7 내지 도 9는 각각 도 4 내지 도 6의 세가지 형태의 렌즈를 나타낸 단면도이다. 도 10 및 도 11은 각각 도 7 및 도 9의 LED소자(LED)에서 방출된 광의 진행경로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12 내지 도 14는 각각 도 7 내지 도 9의 LED소자 및 렌즈의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이다. 도 15 및 도 16은 도 4 내지 도 6의 렌즈가 적용되기 전후에 도 4 내지 도 6의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이고, 도 17은 도 15 및 도 16의 일부를 그래프로 수치화한 것이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 LED발광장치(100)는 복수 개의 LED소자(110), 복수 개의 렌즈(120) 및 기판(130)을 포함할 수 있다.
[LED소자]
LED소자(110)는 각각 소정의 조건에서 소정의 크기의 복사선속(Radiant Flux)을 가질 수 있다. 여기에서, 복사선속(Radiant Flux)은 전술한 바와 같다.
또한 여기에서, 소정의 조건은 예를 들면, 각각의 LED소자(110)에 전술한 최대 순방향 전압(Vf)이 각각 인가되는 조건일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 도 3의 경우에, 소정의 조건은 365nm의 피크파장을 가지는 LED소자(110)에는 3.7V가 인가되고, 405nm의 피크파장을 가지는 LED소자(110)에는 3.5V가 인가되는 조건일 수 있다.
이에 따라, 각각 최대 순방향 전압(Vf)이 인가된 경우에 서로 다른 크기의 복사선속을 가지는 LED소자(110)들 간의 복사선속의 차이가 최대가 될 수 있다. 이에, 복사선속의 차이가 최대가 되는 경우를 기준으로 LED소자(110)들에 각각 배치되는 렌즈(120)의 형태가 달라지므로 광균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
복수 개의 LED소자(110) 중에서 적어도 두 개의 LED소자(110)는 소정의 조건(예컨대, 각각의 LED소자에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건)에서 복사선속의 크기가 다를 수 있다. 이에, LED발광장치(100)의 정면에 조사되는 광량이 불균일해질 수 있다.
예를 들면, 도 2 및 도 3의 경우에, LED발광장치에 배치된 LED소자(110)들 중에서 365nm의 피크파장을 가지는 LED소자(110)와 405nm의 피크파장을 가지는 LED소자(110)에 각각 3.7V와 3.5V의 최대 순방향 전압이 인가되는 경우에 복사선속의 크기가 1400mW와 1600mW로 서로 다를 수 있다. 이에, 각 LED소자(110)의 정면에 조사되는 광량이 불균일해질 수 있다.
다른 예로, 도 4 내지 도 6과 같이 LED발광장치(100)에 6행 12열로 배치된 72(6X12)개의 LED소자(110)들 중에서 LED발광장치(100)의 좌측을 기준으로 첫번째 2개의 열(이하, CP1)에 속한 LED소자(110)들과 두번째 2개의 열(이하, CP2)에 속한 LED소자(110)들과 세번째 2개의 열(이하, CP3)에 속한 LED소자(110)들은 소정의 조건(예컨대, 각각의 LED소자에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건)에서 복사선속의 크기가 각각 600mW, 1200mW, 1000mW로 서로 다를 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 6의 LED소자(110)들 중에서 LED발광장치(100)의 좌측을 기준으로 네번째 2개의 열(이하, CP4)에 속한 LED소자(110)들과 다섯번째 2개의 열(이하, CP5)에 속한 LED소자(110)들과 여섯번째 2개의 열(이하, CP6)에 속한 LED소자(110)들은 각각 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)들과 마찬가지로 소정의 조건(예컨대, 각각의 LED소자에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건)에서 복사선속의 크기가 각각 600mW, 1200mW, 1000mW일 수 있다.
소정의 조건에서 복사선속의 크기가 다른 적어도 두 개의 LED소자(110)는 서로 다른 피크 파장을 가질 수 있다. 즉, 도 3에서 살펴본 바와 같이 소정의 조건에서 LED소자(110)의 복사선속의 크기가 다른 이유가 복수 개의 LED소자(110)에서 조사되는 광의 피크파장이 다르기 때문일 수 있다. 도 4 내지 도 6에서 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)들이 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 각각 600mW, 1200mW, 1000mW로 서로 다른 이유도 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)에서 조사되는 광의 피크파장이 서로 다르기 때문일 수 있다.
이에 따라, LED발광장치(100)가 서로 다른 피크파장을 가지는 광을 조사하는 복수 개의 LED소자(110)를 포함하는 경우에도 LED발광장치(100)의 정면에 조사되는 광량이 위치에 따라 균일해질 수 있다.
한편, 소정의 조건에서 LED소자(110)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기는 LED소자(110)에서 조사되는 광의 피크파장뿐만 아니라 LED소자(110)의 재질 또는 형태 등의 차이에 의해 달라질 수 있다. 즉, 도 4 내지 도 6에서 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)들이 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 각각 600mW, 1200mW, 1000mW로 서로 다른 이유가 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)의 피크파장이 다르기 때문이 아니라 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)의 재질 또는 형태 등이 다르기 때문일 수도 있다.
[렌즈]
렌즈(120)는 각각 적어도 일부분이 각각의 LED소자(110)의 전방에 배치될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 각각의 렌즈(120)가 도면과 같이 각각의 LED소자(110)를 둘러싸는 경우에, 각각의 렌즈(120)의 적어도 일부분은 각각의 LED소자(110)의 전방에 배치될 수 있다.
각각의 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 LED소자(110)의 소정의 조건(예컨대, 각각의 LED소자에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건)에서의 복사선속의 크기에 따라 형태가 달라질 수 있다. 여기에서, 렌즈(120)와 대응하는 LED소자(110)는 렌즈(120)의 적어도 일부분의 후방에 배치된 LED소자(110)일 수 있다.
예를 들면, 도 4 내지 도 6에서 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)들은 소정의 조건에서 서로 다른 크기의 복사선속(각각 600mW, 1200mW, 1000mW)을 가지므로 복사선속의 크기에 따라 CP1, CP2, CP3에 속한 LED소자(110)의 전방에 배치되는 렌즈(120)의 형태도 도 6과 같이 서로 다를 수 있다.
이에 따라, LED소자(110) 별로 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기에 따라 LED소자(110)의 전방에 배치되는 렌즈(120)의 형태를 조절할 수 있다. 이에, 각각의 LED소자(110)의 전방에 조사되는 광량을 조절할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(100)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
상기 형태, 즉, 렌즈(120)와 대응하는 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기에 따라 변하는 렌즈(120)의 형태는 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율일 수 있다.
예를 들면, 소정의 조건에서 각각 1200mW, 1000Mw, 600mW의 서로 다른 크기의 복사선속을 방출하는 LED소자(즉, 각각 CP2, CP3, CP1에 속하는 LED소자)의 전방에 배치되는 렌즈(120)는 도 7 내지 도 9와 같이 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 각각 T1/D, (T1+T2)/D, (T1+T2+T3)/D로 서로 다를 수 있다.
이에 따라, LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기에 따라 형태가 다른 렌즈(120)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 LED소자(110)에서 방출되는 광의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있다.
각각의 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기가 작을수록 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다.
예를 들면, 소정의 조건에서 각각 1200mW, 1000Mw, 600mW의 서로 다른 크기의 복사선속을 방출하는 LED소자(즉, 각각 CP2, CP3, CP1에 속하는 LED소자)의 전방에 배치되는 렌즈(120)는 도 7 내지 도 9와 같이 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 각각 T1/D, (T1+T2)/D, (T1+T2+T3)/D일 수 있다. 즉, LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기가 작을수록(1200Mw > 1000Mw > 600mW) LED소자(110)의 전방에 배치되는 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다(T1/D < (T1+T2)/D < (T1+T2+T3)/D).
도 10 및 도 11을 참조하면, LED소자(110)의 전방에 배치되는 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 클수록 LED소자(110)에서 방출된 광이 더 크게 굴절되어 LED소자(110)의 정면에 집중될 수 있다.
이와 같이, 각각의 렌즈(120)는 렌즈(120)와 대응하는 각각의 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기가 작을수록 직경 대비 두께의 비율이 증가함으로써, 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 작은 LED소자(110)의 광은 LED소자(110)의 정면에 집중되고 소정의 조건에서 복사선속의 크기가 큰 LED소자(110)의 광은 LED소자(110)의 정면에 집중되지 않고 분산될 수 있다. 이에, 각각의 LED소자(110)의 전방에 조사되는 광량이 균일해지도록 조절할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(100)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(100)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(100)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 도 7 내지 도 9와 같이 렌즈(120)와 대응하는 각각의 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기가 작을수록 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 증가된 경우에, 도 7 내지 도 9의 LED소자 및 렌즈의 정면(도 12 내지 도 14의 중앙부)에 조사되는 광량이 위치 별로 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 도 7 내지 도 9와 같이 렌즈(120)와 대응하는 각각의 LED소자(110)의 소정의 조건에서의 복사선속의 크기가 작을수록 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 증가된 경우, 즉, 도 4 내지 도 6의 렌즈(120)가 적용된 경우(도 16, 도 17)가 도 4 내지 도 6의 렌즈(120)가 적용되지 않은 경우(도 15, 도 17)보다 도 4 내지 도 6의 LED발광장치(100)의 정면에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 6의 렌즈(120)가 적용된 경우에 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적(예컨대, 도 16의 중앙의 흰색 사각형)이 커지는 것을 확인할 수 있다(도 15, 도 16).
한편, 렌즈(120) 중에서 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(120)는 두께가 작은 렌즈(120)가 적층된 형태일 수 있다. 예를 들면, 도 8과 같이, 직경(D) 대비 두께(T1+T2)의 비율이 큰 렌즈(120)는 두께가 각각 T1 및 T2인 두께가 작은 렌즈(120) 2개가 적층된 형태일 수 있다. 또한, 도 9와 같이, 직경(D) 대비 두께(T1+T2+T3)의 비율이 큰 렌즈(120)는 두께가 각각 T1, T2 및 T3인 두께가 작은 렌즈(120) 3개가 적층된 형태일 수 있다. 즉, 렌즈(120)는 한 개 이상의 층으로 적층되어 형성될 수 있고, 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율은 적층 횟수를 기초로 결정될 수 있다.
이에 따라, 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(120)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 디스펜서(Dispenser)로 다량의 액상 수지를 한 번에 도포(토출)하면 액상 수지가 옆으로 흘러내려서 직경 대비 두께(높이)가 큰 렌즈(120)를 형성할 수 없으므로, 소량의 액상 수지로 직경 대비 두께(높이)가 작은 렌즈(120)를 먼저 형성하고 직경 대비 두께(높이)가 작은 렌즈(120)의 상부에 다시 소량의 액상 수지를 도포(토출)하는 방식으로 직경 대비 두께(높이)가 큰 렌즈(120)를 저비용으로 용이하게 형성할 수 있다.
렌즈(120)는 액상의 실리콘을 LED소자(110) 등의 상부에 도포한 후에 도포된 실리콘을 경화시키는 방법으로 형성할 수 있다. 실리콘의 도포 및 경화를 복수 회 수행하면 적층된 형태의 렌즈(120)를 형성할 수 있다. 렌즈(120)의 제조방법과 관련하여, 후술한다.
[기판]
기판(130)에는 복수 개의 LED소자(110)가 예컨대 COB(chip on board) 방식으로 실장될 수 있다.
또한, 기판(130)은 렌즈(120)와 접할 수 있다.
기판(130)은 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있고 LED소자(110)에 전원을 공급할 수 있다.
[렌즈 제조 방법]
도 18은 렌즈를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 디스펜서(Dispenser)로 액상의 수지(예컨대, 실리콘)를 LED소자(110) 또는 기판(130) 상에 도포(토출)함으로써 렌즈(120)가 형성될 수 있다.
이 때에, 직경 대비 두께(높이)의 비율이 큰 렌즈(120)를 형성하기 위해서 액상의 수지를 렌즈(120) 상에 도포(토출)할 수 있다. 즉, 디스펜서(Dispenser)로 다량의 액상 수지를 한 번에 도포(토출)하면 액상 수지가 옆으로 흘러내려서 두께(높이)가 큰 렌즈(120)를 형성할 수 없으므로, 소량의 액상 수지로 두께(높이)가 작은 렌즈(120)를 먼저 형성하고 두께(높이)가 작은 렌즈(120)의 상부에 다시 소량의 액상 수지를 도포(토출)하는 방식으로 두께(높이)가 큰 렌즈(120)를 형성할 수 있다. 이에, 렌즈(120)가 적층된 형태를 가질 수 있다.
단층의 렌즈(120)를 제조하는 방법의 일 실시예는 다음과 같다.
1. 디스펜서(Dispenser)로 액상의 실리콘을 LED소자(110) 및 기판(130)의 상부에 도포(토출)할 수 있다.
이 때에, 액상의 실리콘은 0.80mg 내지 3.00mg이 사용될 수 있고 기판(130)으로부터 최대 0.5mm 내지 1.5mm의 두께(높이)로 도포(토출)될 수 있다.
2. 실리콘을 열 또는 자외선으로 경화할 수 있다.
열경화를 하는 경우에는 오븐에서 100도 내지 200도의 온도로 80분 내지 150분 동안 경화할 수 있다.
자외선경화를 하는 경우에는 450mW/cm2 내지 800mW/cm2 의 조도로 7초 내지 15초 동안 경화할 수 있다.
경화가 완료되면 돔 형태의 실리콘의 높이가 0.5mm 내지 1.5mm가 될 수 있다.
경화된 실리콘이 렌즈(120)를 이룰 수 있다. 이하, 마찬가지이다.
이층의 렌즈(120)를 제조하는 방법의 일 실시예는 다음과 같다.
첫번째 층을 아래의 방법으로 먼저 형성할 수 있다.
1. 디스펜서(Dispenser)로 액상의 실리콘을 LED소자(110) 및 기판(130)의 상부에 도포(토출)할 수 있다.
이 때에, 액상의 실리콘은 0.80mg 내지 3.00mg이 사용될 수 있고 기판(130)으로부터 최대 0.5mm 내지 1.0mm의 두께(높이)로 도포(토출)될 수 있다.
2. 실리콘을 열 또는 자외선으로 가경화할 수 있다.
열경화를 하는 경우에는 오븐에서 65도 내지 90도의 온도로 3분 내지 8분 동안 경화할 수 있다.
자외선경화를 하는 경우에는 250mW/cm2 내지 600mW/cm2 의 조도로 3초 내지 8초 동안 경화할 수 있다.
렌즈(120)의 두번째 층은 아래의 방법으로 형성할 수 있다.
1. 디스펜서(Dispenser)로 액상의 실리콘을 첫번째 층의 상부에 도포(토출)할 수 있다.
이 때에, 액상의 실리콘은 0.80mg 내지 3.00mg이 사용될 수 있고 기판(130)으로부터 최대 0.8mm 내지 1.4mm의 두께(높이)로 도포(토출)될 수 있다.
2. 실리콘을 열 또는 자외선으로 완전히 경화할 수 있다.
열경화를 하는 경우에는 오븐에서 100도 내지 200도의 온도로 80분 내지 150분 동안 경화할 수 있다.
자외선경화를 하는 경우에는 450mW/cm2 내지 800mW/cm2 의 조도로 7초 내지 15초 동안 경화할 수 있다.
경화가 완료되면 돔 형태의 실리콘의 높이가 1.0mm 내지 2.0mm가 될 수 있다.
삼층 이상의 렌즈(120)를 제조하는 방법은 이층의 렌즈(120)를 제조하는 방법으로부터 유추될 수 있다. 예를 들면, 삼층의 렌즈(120)를 제조할 때에는 실리콘을 도포하고 가경화하고 다시 실리콘을 도포하고 가경화한 후에 실리콘을 도포하고 완전히 경화할 수 있다.
이처럼, 실리콘을 도포/경화하는 과정을 반복하여 렌즈(120)를 형성하면, 실리콘의 도포량, 도포 간격, 경화조건을 조절하여 실리콘의 적층 형상을 조절할 수 있다. 이에, 렌즈(120)의 굴절률 등을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 방법으로 형성된 렌즈(120)에 의해 LED소자(LED칩)의 단위면적당 광출력 및 에너지효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 방법을 통해 COB(Chip On Board)형 LED(Light Emitting Diode) 패키지의 각각의 LED소자(LED칩)마다 렌즈(120)를 형성할 수 있고 별도의 다른 렌즈(120)가 불필요하게 된다.
도 19 및 도 도 20은 렌즈의 서로 다른 단수(층수)에 대해서 조사거리 별 조도를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 렌즈(120)의 단수(층수)가 1단에서 2단으로 증가하면 조사거리에 무관하게 광량(조도)가 약 20% 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 조사거리가 가까울수록 광량(조도)의 증가율이 높은 것을 확인할 수 있다. 이에, 목표로 하는 조사거리에 맞추어 조도 증가율을 향상시킬 수 있다.
도 21 및 도 22는 서로 다른 복사선속을 가지는 LED소자가 동일한 광량을 조사하기 위해 필요한 렌즈의 두께(높이)를 나타낸 표이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, LED소자(110)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기가 작을수록 소정의 동일한 광량(예컨대, 15000mW)을 조사하기 위해서 렌즈의 두께(높이)가 증가해야 하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 렌즈(120)의 두께(높이)가 커지면 실리콘을 적층하는 횟수(층수)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
한편, LED소자(110)의 크기(사이즈)가 감소(예컨대, 도 21의 1.4mmX1.4mm에서 도 22의 1.0mmX1.0mm으로 감소)하면 LED소자(110)의 복사선속(Radiant Flux)의 크기에 관계없이 소정의 동일한 광량(예컨대, 15000mW)을 조사하기 위해서 필요한 렌즈의 두께(높이)가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 22의 수치는 LED소자(110)의 크기가 감소함에 따라 렌즈(120)의 직경도 감소한 것을 전제로 한다.
예컨대, 600mW의 복사선속을 가지는 LED소자(110)의 크기가 1.4mmX1.4mm에서 1.0mmX1.0mm으로 작아지면 렌즈(120)의 두께(높이)가 5.8mm에서 3.6mm로 작아질 수 있고 700mW의 복사선속을 가지는 LED소자(110)의 크기가 1.4mmX1.4mm에서 1.0mmX1.0mm으로 작아지면 렌즈(120)의 두께(높이)가 4.1mm에서 2.6mm로 작아질 수 있다.
이로부터 LED소자(110)에서 방출된 광의 굴절률에 영향을 주는 요인이 렌즈(120)의 두께(높이) 값 자체가 아니라 렌즈(120)의 직경 대비 두께(높이) 값과 관련된 것임을 확인할 수 있다. 즉, LED소자(110)의 크기(사이즈)가 감소하면 렌즈(120)의 직경이 감소할 수 있으므로 렌즈(120)의 두께(높이) 값이 렌즈(120)의 직경과 함께 작아지더라도 렌즈(120)의 직경 대비 두께(높이) 값이 동일하거나 유사한 값을 유지할 수 있다. 이에, 소정의 동일한 광량(예컨대, 15000mW)이 조사될 수 있다.
이에, 렌즈(120)의 직경이 LED소자(110)의 크기에 비례하도록 조절하면 소정의 광량을 조사하기 위해서 필요한 렌즈(120)의 직경 대비 두께(높이)의 비율을 만족하는 렌즈(120)의 두께(높이)를 LED소자(110)의 크기에 따라 최소화할 수 있다. 이에, 렌즈(120)를 소형화할 수 있고 제조 및 관리비용을 절감할 수 있다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치의 사시도 및 정면도이고 도 25는 도 24의 LED발광장치를 A-A' 절단면으로 절단한 단면도이다. 도 26 및 도 27은 도 23 내지 도 25의 렌즈가 적용되기 전후에 도 23 내지 도 25의 LED발광장치의 정면에 조사되는 광량을 위치 별로 표시한 도면이고, 도 28은 도 26 및 도 27의 일부를 그래프로 수치화한 것이다.
도 23 내지 도 25를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 LED발광장치(200)는 복수 개의 LED소자(210), 복수 개의 렌즈(220) 및 기판(230)을 포함할 수 있다.
복수 개의 LED소자(210)는 도 4 내지 도 6과 달리, 각각 소정의 조건에서 모두 동일한 크기의 복사선속(Radiant Flux)을 가질 수 있다.
복수 개의 렌즈(220)는 도 4 내지 도 6과 같이, 각각 적어도 일부분이 각각의 LED소자(210)의 전방에 배치될 수 있다. 또한, 각각의 렌즈(220)는 각각의 LED소자(210)를 감쌀 수 있다.
각각의 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 형태가 달라질 수 있다.
예를 들면, 도 23 및 도 24에서 사각형 R1의 내부에 배치된 LED소자(210)는 LED소자(210) 주변에 다른 LED소자(210)가 예컨대, 상하좌우로 적어도 2개씩 배치되므로 사각형 R1의 내부에 배치된 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도가 가장 높다. 사각형 R1과 사각형 R2 사이에 배치된 LED소자(210)는 LED소자(210) 주변에 다른 LED소자(210)가 예컨대, 상하좌우로 적어도 1개씩 배치되므로 사각형 R1과 사각형 R2 사이에 배치된 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도가 사각형 R1의 내부에 배치된 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도보다 낮다. 사각형 R2와 사각형 R3사이에 배치된 LED소자(210)는 LED소자(210) 주변에 다른 LED소자(210)가 예컨대, 상하좌우 중 적어도 한 방향에 배치되지 않으므로 사각형 R2와 사각형 R3사이에 배치된 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도가 가장 낮다. 이에, LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도가 다르므로 렌즈(220)의 형태가 달라질 수 있다.
이에 따라, LED소자(210)가 밀집하여 배치된 지점에서는 LED소자(210)에서 조사되는 광량을 낮추고 LED소자(210)가 드물게 배치된 지점에서는 광량을 높일 수 있으므로 LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(200)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(200)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
렌즈(220)와 대응하는 각각의 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 달라지는 렌즈(220)의 형태는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율일 수 있다. 여기에서, 직경 및 두께는 도 7 내지 도 9에서 살펴본 바와 같다.
예를 들면, 사각형 R1의 내부 배치되는 LED소자(210)의 전방에 배치되는 렌즈(120)는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이 가장 작고 사각형 R2와 사각형 R3 사이에 배치되는 LED소자(210)의 전방에 배치되는 렌즈(120)는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이 가장 클 수 있다(도 25).
이에 따라, LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 형태가 달라지는 렌즈(220)를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 LED소자(210)에서 방출되는 광의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있다.
복수 개의 LED소자(210)는 기판(230) 상의 소정의 영역에 모여서 배치될 수 있고, 각각의 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 LED소자(210)가 소정의 영역의 적어도 일부의 가장자리에 위치할수록 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다.
예를 들면, 도 23 내지 도 25와 같이, 복수 개의 LED소자(210)가 기판(230) 상의 사각형 R3 내부의 영역에 모여서 배치될 수 있고, 각각의 렌즈(220)는 렌즈(220)와 대응하는 각각의 LED소자(210)가 사각형 R3 내부의 영역의 적어도 일부의 가장자리에 위치할수록 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다. 즉, LED소자(210)가 사각형 R3의 테두리에 가까워질수록 LED소자(210)의 전방에 배치되는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이 증가할 수 있다.
이에 따라, LED소자(210)가 밀집하여 배치된 소정의 영역의 중앙부에서는 LED소자(210)에서 조사되는 광량이 감소하고 LED소자(210)가 드물게 배치된 소정의 영역의 가장자리에서는 광량이 증가하므로 LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 효과적으로 향상될 수 있다.
또한, LED발광장치(200)의 전방에 조사되는 광량이 위치 별로 균일해지므로 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적이 커질 수 있다. 이에, LED발광장치(200)의 활용도가 증가할 수 있으므로 LED발광장치(200)의 생산 및 관리비용을 절감할 수 있다.
도 26 내지 도 28을 참조하면, 도 23 내지 도 25와 같이 렌즈(220)와 대응하는 각각의 LED소자(210)가 위치하는 지점 주변의 LED소자(210)의 밀도에 따라 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이 변경된 경우, 즉 도 23 내지 도 25의 렌즈(220)가 적용된 경우(도 27, 도 28)가 도 23 내지 도 25의 렌즈(220)가 적용되지 않은 경우(도 26, 도 28)보다 도 23 내지 도 25의 LED발광장치(200)의 정면에 조사되는 광량의 위치 별 균일도가 향상(예컨대, 도 27의 초록색 환형의 넓이가 증가)되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 23 내지 도 25의 렌즈가 적용된 경우에 소정의 범위의 광량을 균일하게 조사해야 충족되는 유효조사면적(예컨대, 도 27의 초록색 환형 및 그 내부의 영역)이 커지는 것을 확인할 수 있다(도 27, 도 28).
한편, 렌즈(220)는 액상의 실리콘을 LED소자(220) 등의 상부에 도포한 후에 도포된 실리콘을 경화시키는 방법으로 형성할 수 있다. 실리콘의 도포 및 경화를 복수 회 수행하면 적층된 형태의 렌즈(120)를 형성할 수 있다. 적층된 형태의 렌즈(220)는 렌즈(220)의 직경 대비 두께의 비율이 큰 렌즈(220)일 수 있다. 렌즈(220)의 제조방법은 전술한 바와 같다.
기판(230)에는 복수 개의 LED소자(210)가 실장될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: LED발광장치 110: LED소자
120: 렌즈 130: 기판

Claims (10)

  1. 서로 다른 피크파장을 가지고 이에 따라 소정의 조건에서 서로 다른 복사선속을 가지는 적어도 두 개의 LED소자(110)를 포함하는 복수 개의 LED소자(110);
    상기 적어도 두 개의 LED소자(110) 각각에 개별적으로 대응하여 배치되되 적어도 일부분이 상기 적어도 두 개의 LED소자(110)의 전방에 각각 배치되는 적어도 두 개의 렌즈(120)를 포함하는 복수 개의 렌즈(120); 및
    상기 복수 개의 LED소자(110)가 실장되는 기판(130)을 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 렌즈(120)는 각각의 렌즈(120)와 대응하는 상기 LED소자(110)의 복사선속의 크기가 작을수록 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율이 더 크고,
    상기 적어도 두 개의 렌즈(120)는 한 개 이상의 층으로 적층되어 형성되고,
    상기 적어도 두 개의 렌즈(120)의 직경 대비 두께의 비율은 적층 횟수를 기초로 결정되는,
    LED발광장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 조건은 각각의 상기 LED소자(110)에 최대 순방향 전압이 각각 인가되는 조건인, LED발광장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈(120)의 직경은 상기 LED소자(110)의 크기에 비례하는, LED발광장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 렌즈는 렌즈와 대응하는 각각의 상기 LED소자가 위치하는 지점 주변의 LED소자의 밀도에 따라 형태가 달라지는, LED발광장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 형태는 렌즈의 직경 대비 두께의 비율인, LED발광장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수 개의 LED소자는 상기 기판 상의 소정의 영역에 모여서 배치되고,
    각각의 상기 렌즈는 렌즈와 대응하는 각각의 상기 LED소자가 상기 소정의 영역의 적어도 일부의 가장자리에 위치할수록 직경 대비 두께의 비율이 증가하는, LED발광장치.
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