KR102465694B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR102465694B1
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Abstract

실시 예는 보드 및 상기 보드의 상부면에 배치되는 복수의 발광 소자들을 포함하는 발광부, 상기 발광부의 일 측에 위치하는 제1 반사면, 및 상기 발광부의 타 측에 위치하는 제2 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 파라볼라 형상인 반사부, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 발광부 상에 배치되는 렌즈를 포함하며, 상기 발광 소자들 각각은 상기 파라볼라 형상의 초점에 정렬되도록 배치되고, 상기 반사부의 높이는 수학식 1에 의하여 정의된다.

Description

조명 장치{AN ILLUMINATION APPARATUS}
실시 예는 실시 예는 발광 소자를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 한다)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, LED는 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 소비 전력이 작은 이점 등 기존의 광원에 비해 많은 이점을 갖는다.
특히, LED는 각종 표시 장치, 백라이트 광원 등에 널리 사용되고 있으며, 최근, 적, 녹, 청색광을 각각 방출하는 3개의 발광 다이오드 칩들을 이용하거나, 또는 형광체를 사용하여 파장을 변환시킴으로써 백색광을 방출하는 기술이 개발되어조명 장치로도 그 적용 범위를 넓히고 있다.
또한 자외선을 방출하는 LED는 멸균, 세정 등의 목적으로 정수기, 멸균기 등에 사용될 수 있으며, 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)을 형성하는 노광기에도 사용될 수 있다. 특히 노광기에 사용되는 자외선을 방출하는 LED를 포함하는 발광 모듈은 일정한 타겟 면적에 빛을 집광하는 것이 중요하다.
실시 예는 일정 면적을 갖는 타겟에 광을 균일하게 집광할 수 있는 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 조명 장치는 보드 및 상기 보드의 상부면에 배치되는 복수의 발광 소자들을 포함하는 발광부; 상기 발광부의 일 측에 위치하는 제1 반사면, 및 상기 발광부의 타 측에 위치하는 제2 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 파라볼라(parabola) 형상인 반사부; 및 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 발광부 상에 배치되는 렌즈를 포함하며, 상기 발광 소자들 각각은 상기 파라볼라 형상의 초점에 정렬되도록 배치되고, 상기 반사부의 높이는 수학식 1에 의하여 정의되고,
[수학식 1]
Figure 112022001906880-pat00020
Z는 상기 반사부의 높이이고, a는 상기 파라볼라 형상의 초점 거리이고, PD는 상기 제1 반사면의 최상단에서 상기 제2 반사면의 최상단까지의 거리이다.
Z≥ 0.89A이고, A는 발광 소자들의 직경일 수 있다.
상기 제1 반사면의 최하단과 상기 제2 반사면의최하단 사이의 거리는 4a 이상일 수 있다.
상기 렌즈는 상기 발광 소자들로부터 조사되는 빛이 입사되는 입사면, 및 상기 입사면을 통과한 빛을 통과시키는 출사면을 포함하는 굴절부를 포함하고,상기 굴절부를 통과한 빛은 상기 보드의 상부면과 수직한 방향과 평행하게 출사될 수 있다.
상기 렌즈의 입사면의 직경은 수학식 2에 의하여 정의되고,
[수학식 2]
Figure 112015084740395-pat00002
LD는 상기 렌즈의 입사면의 직경이고, θ는 배광 분포(intensity distribution)의 최대값의 10%의 값의 광도를 갖는 상기 발광 소자들로부터 조사되는 빛의 각도일 수 있다.
상기 렌즈의 높이는 수학식 3에 의하여 정의되고,
[수학식 3]
Figure 112015084740395-pat00003
LZ는 상기 렌즈의 높이이고, α는 상기 보드의 상부면과 기준 직선 사이의 각도이고, 상기 기준 직선은 상기 발광 소자들 각각의 중심과 상기 제1 반사면 또는 상기 제2 반사면의최상단을 잇는 가상의 직선일 수 있다.
α는 33°~ 67°일 수 있다. 또는 α는 33°~ 51°일 수 있다. 또는 α는 33°~ 37°일 수 있다.
제1 기준 직선에 상기 렌즈의 제1 모서리가 접하고, 제2 기준 직선에 상기 렌즈의 제2 모서리가 접하고, 상기 제1 기준 직선은 상기 발광 소자들 각각의 중심과 상기 제1 반사면의최상단을 잇는 가상의 직선이고, 상기 제2 기준 직선은 상기 발광 소자들 각각의 중심과 상기 제2 반사면의최상단을 잇는 가상의 직선일 수 있다.
상기 렌즈는 상기 굴절부와 연결되고, 상기 보드의 상부면에 고정되는 지지부를 더 포함하며, 상기 지지부는 상기 발광 소자들이 위치하는 상기 보드의 상부면의 제1 영역을 제외한 제2 영역에 결합할 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 발광부, 상기 반사부, 및 상기 렌즈를 수용하는 캐비티(cavity)를 갖는 하우징(Housing)을 더 포함하며,상기하우징의 내벽에는 상기 렌즈의 양단을 지지하는 돌출 지지부가 마련될 수 있다.
상기 발광 소자들 각각은 각각은 200nm ~ 400nm의 파장 범위를 갖는 자외선을 발생할 수 있다.
실시 예는 일정 면적을 갖는 타겟에 광을 균일하게 집광할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 장치의 분리 사시도를 나타낸다.
도 2a는 도 1에 도시된 조명 장치의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 2b는 도 1에 도시된 조명 장치의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 렌즈에 의해 굴절되는 빛을 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 및 제2 반사면들의 높이를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 반사부에 의하여 반사되는 빛을 나타낸다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 8의 시뮬레이션 결과에 대한 각 case의 조건을 나타낸다.
도 8은 도 7의 조건에 기초한 시뮬레이션 결과에 따른 광도의 상승률을 나타낸다.
도 9는 도 8의 각 경우에 대한 최대 광도 상승률 곡선을 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 장치(100)의 분리 사시도를 나타내고, 도 2a는 도 1에 도시된 조명 장치(100)의 AB 방향의 단면도를 나타내고, 도 2b는 도 1에 도시된 조명 장치(100)의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 조명 장치(100)는 하우징(Housing, 110), 발광부(120), 반사부(reflector, 130), 및 렌즈(lens, 140)를 포함한다.
하우징(110)은 발광부(120), 반사부(130), 및 렌즈(140)를 수용하는 캐비티(cavity, 111)를 구비한다.
하우징(110)은 가볍고, 내열성이 강한 플라스틱 재질이거나, 열전도도가 좋은 금속 재질, 예컨대, 알루미늄일 수 있다. 하우징(110)의 내벽에는 발광부(120)로부터 조사되는 빛을 반사시킬 수 있는 반사 물질이 코팅될 수도 있다. 또는 다른 실시 예에서는 하우징(110) 자체가 광을 반사하는 반사 재질로 이루어질 수도 있다.
발광부(120)는 하우징(110) 내에 배치되며, 광을 조사한다.
발광부(120)는 보드(board, 122), 및 발광 소자(124)를 포함할 수 있다. 또한 발광부(120)는 발광 소자(124)를 보호하고, 발광 소자(124)로부터 조사되는 빛을 굴절시킬 수 있는 수지층(126)을 더 포함할 수 있다.여기서 수지층(126)은 빛을 굴절시키는 렌즈 역할을 할 수 있다.
발광부(120)의 보드(122)는 발광 소자(124)를 마운팅하고, 발광 소자(124)에 전원을 공급하거나, 발광 소자를 제어하거나, 보호할 수 있는 소자를 마운팅할 수 있는 판 형태의 구조일 수 있다.
예컨대, 보드(122)는 인쇄회로기판(Printed circuit board)이거나, 메탈 PCB일 수 있다. 도 3에서 보드(122)는 직육면체 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원형, 타원형, 또는 다면체의 판 형상일 수 있다.
발광 소자(124)는 보드(122)의 일면(예컨대, 상부면) 상에 배치된다. 발광 소자(124)는 LED(Light Emitting Diode) 기반의 광원일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 발광 소자(124)는 발광 다이오드 칩 형태이거나, 또는 발광 다이오드 패키지 형태일 수 있다.
발광 소자(124)의 개수는 1개 이상일 수 있다. 도 1에서는 복수 개의 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)이 보드(122) 상에 일렬로 배열되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)은 원형, 또는 매트릭스(matrix) 형태 등과 같이 다양한 형태로 보드(122) 상에 배열될 수 있다.
발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)은 동일 또는 유사한 파장 범위를 갖는 빛을 방출할 수 있다. 또는 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수) 중 적어도 하나는 다른 파장 범위를 갖는 빛을 방출할 수도 있다.
예컨대, 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수) 각각은 200nm ~ 400nm의 파장 범위를 갖는 자외선을 발생할 수 있다. 또는 예컨대, 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수) 각각은 200nm ~ 280nm의 파장 범위를 갖는 UVC(ultraviolet-C)를 발생할 수도 있다.
반사부(130)는 발광부(120)의 일 측에 위치하는 제1 반사면(132a), 및 발광부(120)의 타 측에 위치하고, 제1 반사면(132a)을 마주보는 제2 반사면(134a)을 포함할 수 있다.
제1 반사면(132a) 및 제2 반사면(134a)은 파라볼라(parabola) 형상이거나 파라볼라의 곡률을 가질 수 있다.
예컨대, 제1 반사면(132a)의 연장선과 제2 반사면(134a)의 연장선이 만나는 곡면은 파라볼라 형상(PA)일 수 있으며, 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)은 파라볼라 형상(PA)의 초점(F)에 위치하도록 정렬될 수 있다.
반사부(130)는 발광부(1200의 일 측에 위치하는 제1 반사부(132) 및 발광부의 타 측에 위치하는 제2 반사부(134)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2a, 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 반사부(132)와 제2 반사부(134)는 서로 이격하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 제1 반사부(132)의 일단과 제2 반사부(134)의 일단은 서로 연결될 수 있고, 제1 반사부(132)의 타단과 제2 반사부(134)의 타단은 서로 연결될 수도 있다.
예컨대, 제1 반사부(132)는 발광부(120)를 바라보는 제1 반사면(132a), 제1 반사면(132a)의 반대편에 위치하는 제1 측면(132b), 및 제1 반사면(132a)과 제1 측면(132b) 사이에 위치하는 제1 하면(132c)을 포함할 수 있다.
제2 반사부(134)는 발광부(120)를 바라보는 제2 반사면(134a), 제2 반사면(134a)의 반대편에 위치하는 제2 측면(134b), 및 제2 반사면(134a)과 제2 측면(134b) 사이에 위치하는 제2 하면(134c)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 반사면(132a)의 상변 또는 하변의 길이(L1)는 제1 반사면(132a)의 상단에서 하단까지의 길이(L2)보다 길 수 있다. 또한 제2 반사면(134a)의 상변 또는 하변의 길이는 제2 반사면(134a)의 상단에서 하단까지의 길이보다 길 수 있다.
예컨대, 제1 반사면(132a) 및 제2 반사면(134a)의 상변 또는 하변의 길이(L1)는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 제1 반사면(132a) 및 제2 반사면(134a)의 상변 또는 하변의 길이(L1)는 발광부(120)의 발광 소자의 수 및 배치에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.
제1 반사부(132)와 제2 반사부(134)는 서로 이격하며, 발광부(120)는 제1 반사부(132)와 제2 반사부(134) 사이의 공간에 위치할 수 있다.
수직 기준면(101)을 기준으로 제1 반사면(132a)과 제2 반사면(134a)은 좌우 대칭일 수 있다. 수직 기준면(101)은 렌즈(140)의 중심을 지나고, 보드(122)의 상부면에 수직인 가상의 평면일 수 있다.
반사부(130)는 반사 금속, 예컨대, 스텐레스, 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 또는 반사부(130)는 경면 반사가 되는 형태의 금속 재질일 수 있다.
또는 반사부(130)는 반사율이 높은 수지 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
렌즈(140)는 제1 반사면(132)과 제2 반사면(134) 사이의 발광부(120) 상에 배치된다. 예컨대, 렌즈(140)는 발광부(120)로부터 조사되는 빛을 굴절시켜 투과시킨다.
렌즈(140)는 반사부(130)의 하단에서 상단 방향 또는 발광부(120)에서 렌즈(140)로 향하는 방향으로 볼록한 굴절부(142), 및 굴절부(142) 하면에 마련되는 지지부(144)를 포함할 수 있다.
렌즈(140)의 지지부(144)는 보드(122)의 상부면에 마련되는 결합 홈(122a,122b)과 결합하며, 렌즈(140)를 지지할 수 있다. 지지부(144)의 개수는 2개 이상일 수 있다.
도 2a에서는 굴절부(142)의 하면 일 측에 마련되는 2개의 지지부(144)만이 도시되지만, 굴절부(142)의 하면 타 측에도 2개의 지지부가 마련된다.
예컨대, 지지부들에 의하여 발광부(120)로부터 조사되는 빛이 굴절되는 것을 억제하기 위하여 굴절부(142)의 하면 일 측 및 타 측에 지지부들이 마련될 수 있다.
도 1에서는 렌즈(140)의 지지부(144)가 보드(122)에 마련되는 홈(122a,122b)에 결합되지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 렌즈(140)의 지지부(144)는 하우징(110)의 캐비티(111)의 하면에 마련되는 홈에 결합될 수도 있다. 또한 또 다른 실시 예에서는 보드(122)에 홈(122a,122b)이 마련되지 않고, 접착 부재에 의하여 지지부(144)가 보드(122) 또는 하우징(110)의 캐비티(111)의 하면에 고정될 수도 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)에 대응하는 제1 반사면(132a)과 제2 반사면(134a) 사이의 제1 영역(S1)에는 지지부(144)가 위치하지 않을 수 있다. 예컨대, 렌즈(140)의 지지부(144)는 제1 영역(S1)을 제외한 제1 반사면(132a)과 제2 반사면(134a) 사이의 제2 영역(S2)에 배치될 수 있다. 예컨대, 지지부(144)는 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)이 위치하는 보드(122)의 상부면의 제1 영역을 제외한 제2 영역에 결합할 수 있다. 이때 지지부(114)와 결합하는 보드(122)의 홈(122a,122b)도 보드(122)의 제2 영역에 형성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 렌즈(140)에 의해 굴절되는 빛을 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)의 높이(Z)를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 렌즈(140)의 굴절부(142)는 입사면(142a), 및 출사면(142b)을 포함할 수 있다.
렌즈(140)의 굴절부(142)의 입사면(142a)은 발광 소자들(124-1 내지 124-n, n>1인 자연수)로부터 조사되는 빛이 입사되고, 굴절되는 면일 수 있으며, 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)로부터 이격할 수 있다.
렌즈(140)의 굴절부(142)의 출사면(142b)은 입사면(142a)을 통과한 빛을 굴절시키며, 통과시킨다. 렌즈(140)의 굴절부(142)의 입사면(142a)과 출사면(142b)을 통과한 빛은 발광부(120)에서 렌즈(140)로 향하는 방향과 평행한 광(148)으로 변환될 수 있다.
예컨대, 렌즈(140)의 입사면(142a)은 보드(122)의 상부면과 평행한 평면일 수 있고, 출사면(142b)은 발광부(120)에서 렌즈(140)로 향하는 방향으로 볼록한 반구 형상 또는 돔 형상, 예컨대, 파라볼라 형상, 또는 타원 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 입사면(142a)과 출사면(142b)을 통과한 빛이 평행한 광(148)으로 변환될 수 있도록 입사면(142a) 및 출산면(142b)은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
제1 및 제2 반사면들(132a, 134a) 사이의 공간, 및 렌즈(140)와 발광부(120) 사이의 공간은 기체, 예컨대, 공기로 채워질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 투광성 재질로 채워질 수도 있다.
발광 소자(124)의 중심과 제1 반사면(132a)의 최상단(132-1)을 잇는 가상의 제1 기준 직선(102a)에 렌즈(140)의 제1 가장 자리(142-1)가 접하도록 렌즈(140)가 배치될 수 있다. 예컨대, 렌즈(140)의 제1 가장 자리(142-1)는 렌즈(140)의 입사면(142a)과 출사면(142b)이 접하는 렌즈(140)의 제1 모서리일 수 있다.
발광 소자(124)의 중심과 제2 반사면(134a)의 최상단(134-1)을 잇는 가상의 제2 기준 직선(102b)에 렌즈(140)의 제2 가장 자리(142-2)가 접하도록 렌즈(140)가 배치될 수 있다. 예컨대, 렌즈(140)의 제2 가장 자리(142-2)는 렌즈(140)의 입사면(142a)과 출사면(142b)이 접하는 렌즈(140)의 제2 모서리일 수 있다.
가상의 제1 기준 직선(102a)과 제2 기준 직선(102b) 사이로 조사되는 발광 소자(124)의 빛은 렌즈(140)에 의하여 굴절되며, 굴절된 빛은 발광부(120)에서 렌즈(140)로 향하는 방향과 평행한 광(148)으로 변환되어 출사될 수 있다.
다른 실시 예에서는 렌즈(140)의 제1 가장 자리(142-1), 및 제2 가장 자리(142-2)는 제1 기준 직선(102a), 및 제2 기준 직선(102b)으로 이격하도록 배치될 수도 있다.
도 5는 도 1에 도시된 반사부(130)에 의하여 반사되는 빛을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제1 기준 직선(102a), 및 제2 기준 직선(102b) 아래로 출사되는 발광 소자(124)의 빛은 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)에 의하여 바로 반사된다. 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)은 파라볼라 형상이므로 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)에 의하여 반사된 빛(149)은 발광부(120)에서 렌즈(140)로 향하는 방향과 평행할 수 있다. 예컨대, 제1 기준 직선(102a), 및 제2 기준 직선(102b) 아래로 출사되는 발광 소자(124)의 빛은제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)의 반사에 의하여 평행한 광(149)으로 변환되어 출사될 수 있다.
제1 및 제2 반사부들(132, 134)의 높이(Z)는 0.89A 이상일 수 있다(Z≥0.89A). A는 발광 소자(124)의 직경일 수 있다. 제1 및 제2 반사부들(132, 134)의 높이(Z)가 0.89A 미만일 때는, 렌즈(140)를 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a) 내측에 배치하기에는 제1 및 제2 반사부들(132,134)의 높이가 너무 작다. 제1 및 제2 반사부들(132,134)의 상한치는 후술하는 β에 의하여 정의될 수 있다.
실시 예에서는 제1 및 제2 반사부들(132, 134)의 높이(Z), 발광 소자(160-1 내지 160-m)의 위치(a), 및 제1 및 제2 반사면들(132a,134a)의 광 출사구의 직경(PD) 사이의 관계는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112022001906880-pat00021
여기서 Z는 반사부들(132,134)의 높이, 예컨대, 제1 및 제2 반사면(132a, 134a) 각각의 하면(134c)으로부터 최상단(132-1, 134-1)까지의 거리를 나타낸다.
PD는 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a) 사이의 광 출사구의 직경, 예컨대, 제1 반사면(132a)의 최상단(132-1)에서 제2 반사면(134a)의 최상단(134-1)까지의 거리를 나타낸다.
a는 파라볼라 형상(PA)의 최하단으로부터발광 소자(124)까지의 거리일 수 있다. 예컨대, a는 파라볼라 형상(PA)의 초점 거리일 수 있다.
제1 반사면(132a)의 최하단(132-2)과 제2 반사면(134a)의 최하단(134-2) 사이의 거리(D)는 4a일 수 있다. 예컨대, 발광 소자(124)가 파라볼라 형상(PA)의 초점에 위치할 때, D는 4a로 설정될 수 있다.
제1 반사면(132a)의 최하단(132-2)과 제2 반사면(134a)의 최하단(134-2) 사이의 거리(D)는 1.2A 이상일 수 있다. 제1 반사면(132a)의 최하단(132-2)과 제2 반사면(134a)의 최하단(134-2) 사이의 거리(D)는 1.2A 이상일 때, 발광 소자(124)로부터 발생하는 빛을 손실없이 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)로 보낼 수 있다. 반면에 제1 반사면(132a)의 최하단(132-2)과 제2 반사면(134a)의 최하단(134-2) 사이의 거리(D)가 1.2A 미만인 경우에는 발광 소자(124)로부터 방출되는 빛의 광량이 손실될 수 있다.
렌즈(140)의 입사면(142a)의 직경(LD)은 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112015084740395-pat00005
여기서 θ는 조명 장치(100)의 배광 분포(intensity distribution)에서 광도의 최대값의 10% 영역에 대응하는 발광 소자들(124-1 내지 124-n)로부터 조사되는 빛의 각도를 나타내고, a는 파라볼라 형상(PA)의 초점 거리를 나타낸다.
또한 렌즈(140)의 높이(LZ)는 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112015084740395-pat00006
여기서 LZ는 렌즈(140)의 높이, 예컨대, 제1 및 제2 반사면들(132a, 134a)의 하면(132c, 134c)으로부터 렌즈(140)의 입사면(142a)까지의 거리일 수 있으며, α는 수평 기준면과 가상의 제1 기준 직선(102a) 사이의 각도 또는 수평 기준면과 가상의 제2 기준 직선(102b) 사이의 각도일 수 있다. 수평 기준면은 수직 기준면(101)에 수직한 평면일 수 있다. 예컨대, 수평 기준면은 제1 및 제2 반사부들(132,134)의 하부면이거나, 보드(122)의 상부면일 수 있다.
도 7은 도 8의 시뮬레이션 결과에 대한 각 case의 조건을 나타내고, 도 8은 도 7의 조건에 기초한 시뮬레이션 결과에 따른 광도의 상승률을 나타내고, 도 9는 도 8의 각 경우에 대한 최대 광도(max intensity) 상승률 곡선을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 발광 소자들(160-1 내지 160-m) 각각의 크기는 2.5mm ×2.5mm이고, 발광 소자들(160-1 내지 160-m) 각각의 대각선의 길이는 3.5mm일 수 있다.발광 소자(160-1 내지 160-m)는 파라볼라 형상의 초점에 정렬될 수 있다.
제1 및 제2 반사부들(132, 134)의 높이(Z)가 발광 소자들(160-1 내지 160-m) 각각의 직경에 비하여 너무 작으면 조명 장치(100)의 최대 광도 상승률이 저하된다. 또한 제1 및 제2 반사부들(132, 134)의 높이(Z)가 발광 소자들(160-1 내지 160-m) 각각의 직경에 비하여 너무 커지면, 광원을 조절하는 영역이 커지기 때문에 집광을 위한 렌즈(140)의 역할이 감소한다.
렌즈(140)를 구비하지 않는 조명 장치와 비교할 때, 실시 예에 따른 조명 장치(100)는 10% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 가질 수 있다.
평행광으로 집광이 잘되는 조명 장치의 배광 분포를 평가하는 지표로 조명 장치의 최대 광도(max intensity)가 사용될 수 있다. 즉 조명 장치의 최대 광도(max intensity)가 높을수록 조명 장치는 평행광으로 집광이 더 잘되는 배광 분포를 가질 수 있다.여기서 상승률은 렌즈(140)를 구비하지 않는 조명 장치의 최대 광도(max intensity) 대비 렌즈(140)를 구비하는 조명 장치(100)의 최대 광도의 % 비율일 수 있다.
도 8을 참조할 때, 10% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 갖는 경우는 case 1 내지 case 5일 수 있다. 이때 α는 33°~ 67°일 수 있으며, β는 23°~ 57°일 수 있다. 또한 이때 제1 기준 직선(102a)과 제2 기준 직선(102b) 사이의 각도(2β)는 46°~ 114°일 수 있다.
또는 실시 예에 따른 조명 장치(100)는 30% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 가질 수 있다. 도 8을 참조할 때, 30% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 갖는 경우는 case 1 내지 case 3일 수 있다. 이때 α는 33°~ 51°일 수 있으며, β는 39°~ 57°일 수 있다. 또한 이때 제1 기준 직선(102a)과 제2 기준 직선(102b) 사이의 각도(2β)는 78°~ 114°일 수 있다.
또는 실시 예에 따른 조명 장치(100)는 60% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 가질 수 있다. 도 8을 참조할 때, 60% 이상의 최대 광도(max intensity) 상승률을 갖는 경우는 case 1 및 case 2일 수 있다. 이때 α는 33°~ 37°일 수 있으며, β는 53°~ 57°일 수 있다. 또한 이때 제1 기준 직선(102a)과 제2 기준 직선(102b) 사이의 각도(2β)는 106°~ 114°일 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 조명 장치(200)의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 6의 사시도는 도 6의 돌출 지지부(115)를 제외하고는 도 1과 동일할 수 있으며, AB 방향의 단면도는 도 2a와 동일할 수 있으며, 도 1, 도 2a 및 도 2b와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 6을 참조하면, 조명 장치(200)의 렌즈(140')는 도 1의 지지부(144)를 구비하지 않는다. 조명 장치(200)의 하우징(110)은 내벽에 돌출 지지부(115)를 구비하며, 돌출 지지부(115)는 렌즈(140')의 굴절부(142) 양단을 지지한다. 따라서 렌즈(140')는 하우징(110)의 내벽에 마련되는 돌출 지지부(115)에 의하여 지지될 수 있다. 도 6에 도시된 실시 예는 지지부(114)를 구비하지 않기 때문에, 렌즈(140)의 지지부(114)에 의하여 발광 소자들(124-1 내지 124-n)로부터 조사되는 빛이 굴절되는 것을 방지할 수 있으며, 수학식 1 내지 3에 의하여 설계된 바에 따라 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED, 또는 백색 LED와 비교할 때, UV LED는 점광원이면서 광량이 상대적으로 낮기 때문에 UV LED만으로 발광 모듈을 구성하면 집광 능력이 떨어진다. 타겟 거리가 멀어짐에 따라 타겟 조도(target irradiance)를 맞추기 위해서는 발광 모듈에 포함되는 UV LED의 개수를 늘려야 한다. 또한 타겟 거리가 멀어지면, 조도뿐만 아니라 광 균일도도 함께 떨어진다.
실시 예는 UV LED 광원으로부터 조사되는 빛을 파라볼라 형상의 반사면(132a,134a)과 집광 렌즈(140)를 사용하여 평행광으로 변환시킴으로써, 일정 면적을 갖는 타겟에 광을 균일하게 집광시킬 수 있다. 여기서 타겟은 빛을 받아들이는 장치, 광 섬유, 광케이블, 노광기, 검출기, 내시경 또는 센서 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 하우징 120: 발광부
122: 보드 124: 발광 소자
126: 수지층 130: 반사부
132: 제1 반사부 134: 제2 반사부
132a: 제1 반사면 134a: 제2 반사면
140: 렌즈.

Claims (13)

  1. 보드 및 상기 보드의 상부면에 일 방향을 따라 배열되는 복수의 발광 소자들을 포함하는 발광부;
    상기 발광부의 복수의 발광 소자들의 일 측에 위치하는 제1 반사면, 및 상기 발광부의 복수의 발광 소자들의 타 측에 위치하는 제2 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 파라볼라(parabola) 형상인 반사부; 및
    상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 상기 복수의 발광 소자들 상에 배치되는 렌즈를 포함하며,
    상기 복수의 발광 소자들 각각은 상기 파라볼라 형상의 초점에 정렬되도록 배치되고, 상기 반사부의 높이는 수학식 1에 의하여 정의되고,
    [수학식 1]
    Figure 112022088653075-pat00022

    Z는 상기 반사부의 높이이고, a는 상기 파라볼라 형상의 초점 거리이고, PD는 상기 제1 반사면의 최상단에서 상기 제2 반사면의 최상단까지의 거리이고,
    상기 제1 반사면의 최하단과 상기 제2 반사면의 최하단 사이의 거리는 1.2A 이상이고, 상기 A는 상기 발광 소자들의 직경이고,
    상기 보드의 상부면과 기준 직선이 이루는 각도는 33°~ 67°이고, 상기 기준 직선은 상기 복수의 발광 소자들 각각의 중심과 상기 제1 반사면 또는 상기 제2 반사면의 최상단을 잇는 가상의 직선인,
    조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    Z≥ 0.89A이고,
    상기 제1 반사면의 최하단과 상기 제2 반사면의 최하단 사이의 거리는 4a 이상인 조명 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 발광 소자들로부터 조사되는 빛이 입사되는 입사면, 및 상기 입사면을 통과한 빛을 통과시키는 출사면을 포함하는 굴절부를 포함하고,
    상기 굴절부를 통과한 빛은 상기 보드의 상부면과 수직한 방향과 평행하게 출사되는 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 렌즈의 높이는 수학식 3에 의하여 정의되고,
    [수학식 3]
    Figure 112022088653075-pat00009
    ,
    LZ는 상기 렌즈의 높이이고, LD는 상기 렌즈의 상기 입사면의 직경인 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제4항에 있어서,
    상기 발광부, 상기 반사부, 및 상기 렌즈를 수용하는 캐비티(cavity)를 갖는 하우징(Housing)을 더 포함하고, 상기 하우징의 내벽에는 상기 렌즈의 양단을 지지하는 돌출 지지부가 마련되고,
    상기 렌즈는 상기 굴절부와 연결되고 상기 보드의 상부면에 고정되는 지지부를 더 포함하며,
    상기 지지부는 상기 발광 소자들이 위치하는 상기 보드의 상부면의 제1 영역을 제외한 제2 영역에 결합하는 조명 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
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