KR20020080834A

KR20020080834A - 엘.이.디. 투광장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20020080834A
Application number: KR1020010020660A
Authority: KR
Inventors: 최준국; 정일환
Original assignee: (주)옵토니카
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-26

Abstract

본 발명은 엘.이.디. 투광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이중반사 광학계를 LED 패키지에 사용하여 빛의 효율을 최대한으로 높이는 엘.이.디. 투광장치에 관한 것이다. 본 발명은 방사되는 빛을 역반사시켜 평행광선이 되게 함으로써 실제적인 유효휘도를 높이는 데에 그 목적이 있다. 본 발명의 엘.이.디. 투광장치는 LED 광원수단과, 그 LED 광원수단으로부터 발광된 빛을 투과시키거나 반사시키는 하우징과, 그 하우징으로부터 반사된 빛을 전방으로 역반사하는 반사경을 포함한다. 본 발명은 종래의 LED 패키지에 비하여 공급전력에 대한 유효광량 특성이 월등히 우수하여 많은 조명장치나 표시장치 등에 이용될 수 있다. 특히, 교통신호등을 제작함에 있어서 램프 또는 기존의 LED 패키지 대신에 본 발명의 LED 투광장치를 사용하면, 반영구적인 수명을 유지할 뿐만 아니라 전력소모가 적어 경제적으로도 매우 유익하다.

Description

엘.이.디. 투광장치 및 그 제조방법{L.E.D. light projecting apparatus and method of fabricating the same}

본 발명은 엘.이.디. 투광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이중반사 광학계를 LED 패키지에 사용하여 빛의 효율을 최대한으로 높이는 엘.이.디. 투광장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 LED 패키지에서는 LED 광원에서 발광된 빛이 방사한다. 도 1은 종래의 LED 패키지의 구조도이다. LED 광원(3)에서 발광된 빛의 일부는 패키지(5)에 형성된 볼록렌즈(4)에 의해 굴절되어 평행광선(1)이 되어 앞으로 진행한다. 그리고, 나머지 빛은 패키지(5)를 통과하여 그냥 방사되어 방사광(2)으로 흩어진다. 그리고, LED 광원(3)은 두 가닥의 전선들(6, 7)을 통해 전류를 공급받는다. 그런데, 종래의 LED 패키지는 흩어져 없어지는 방사광(2)의 양이 적지 않다는 데에 문제가 있다. 즉, 도 1에서 보듯이 대부분의 경우에 LED 광원(3)의 위쪽으로 발광된 소폭의 빛만이 사용되고, 옆으로 방사되는 많은 양의 방사광(2)은 실제적으로 거의 사용되지 않아 버려지는 빛이 되었다. 따라서, 공급되는 전력에 비해 사용 가능한 빛의 양이 적어서 LED 패키지의 휘도가 낮다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 방사되는 빛을 역반사시켜 평행광선이 되게 함으로써 실제적인 유효휘도를 높이는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 LED 패키지의 구조도.

도 2는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 구조도.

도 3는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에 사용되는 LED 광원소자의 구조도.

도 4는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제작도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 굴절되어 진행하는 평행광선3, 30 : LED 광원

4 : 패키지에 형성된 볼록렌즈5 : 투명한 물질로 채워진 패키지

2 : LED 광원으로부터 방사하여 투과된 방사광

6, 7, 51, 52 : LED 광원에 전류를 공급하는 전선

12 : 이중반사되어 진행하는 평행광선

20, 23, 24 : 하우징을 이루는 투명한 물질

21 : 하우징에 형성된 볼록렌즈22 : 하우징의 상면

31 : 광 다이오드 칩(광원)32 : LED 광원의 지지대 및 리드

33 : LED 광원의 리드34 : 와이어

40 : 반사경60 : 하우징을 만들기 위한 거푸집

제1 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치는 LED 광원수단과, 그 LED 광원수단으로부터 발광된 빛을 투과시키거나 반사시키는 하우징과, 그 하우징으로부터 반사된 빛을 전방으로 역반사하는 반사경을 포함한다.

제2 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에서 그 LED 광원수단은 광 다이오드와, 그 광 다이오드를 지지하면서 그 광 다이오드에 전류를 공급하는 지지대와, 그 광 다이오드에 전류를 공급하는 리드와, 그 광 다이오드와 그 리드를 연결하는 와이어로 구성된다.

제3 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 하우징의 내부에서 그 LED 광원수단과 그 반사경이 차지하는 공간 이외의 공간은 모두 그 하우징을 이루는 투명물질로 채워져 있다.

제4 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에서 그 하우징을 이루는 투명물질은 수지계열이다.

제5 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에서 그 하우징은 그 LED 광원수단으로부터 발광되는 빛의 일부를 전방향으로 진행하도록 굴절시키는 볼록렌즈를 더 포함하며, 그 볼록렌즈 주변의 그 하우징의 상면은 그 LED 광원수단으로부터 방사하는 빛은 그 반사경 쪽으로 반사시키고 그 반사경으로부터 역반사되어 오는 빛은 투과시킨다.

제6 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에서 그 블록렌즈는 그 LED 광원수단으로부터 발광되는 빛의 일부를 굴절시켜 평행광선으로 진행하게 하며, 그 LED 광원수단의 위치는 그 LED 광원수단으로부터 방사된 빛이 그 볼록렌즈 주변의 그 하우징의 상면에 의해 전반사될 수 있는 곳에 위치한다.

제7 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제조방법은, 하우징의 외견을 형성하는 거푸집을 투명물질로 채우는 제1 단계와, 반사경을 그 거푸집에 끼우는 제2 단계와, 그 반사경에 LED 광원수단을 삽입하여 고정시키는 제3 단계와, 그 반사경이 삽입된 거푸집을 그 투명물질로 재차 채우는 제4 단계와, 그 거푸집을 냉각시켜 그 투명물질을 굳히는 제5 단계를 포함한다.

제8 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제조방법에서 그 투명물질은 아크릴이다.

제9 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제조방법은 지지대 위에 광 다이오드를 고정하면서 그 광 다이오드의 애노드와 캐소드 중 어느 한 쪽을 상기 지지대에 접속시키는 과정과, 그 광 다이오드의 애노드와 캐소드 중 다른 한 쪽을 와이어로 리드에 접속시키는 과정으로 이루어지는 LED 광원수단 제작단계를 더 포함한다.

제10 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제조방법의 LED 광원수단 제작단계에서 그 지지대와 그 리드가 교차로 다수개 배열되어 있는 지지대-리드 조합체를 사용하여 여러 개의 LED 광원수단을 동시에 제조한다.

제11 측면에 따르면, 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제조방법에서 그 거푸집이 다수개 연이어 있어서 여러 개의 엘.이.디. 투광장치를 동시에 제조한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 구조도이다. LED 투광장치의 하우징 내에서는 LED 광원(30)에서 발광된 빛이 방사한다. LED 광원(30)에서 발광된 빛의 일부는 하우징에 형성된 볼록렌즈(21)에 의해 굴절되어 평행광선(11)이 되어 앞으로 진행한다. 그리고, LED 광원(30)으로부터 방사하는 나머지 빛은 하우징의 볼록렌즈(21) 주변의 상면(22)에 의해 전반사되어 반사경(40) 쪽으로 진행한다. 이를 위하여는 LED 광원(30)의 위치가 중요한데, 하우징이 수지계열로 되어 있는 경우에 LED 광원(30)으로부터 볼록렌즈(21)의 가장자리까지의 입사각도는 전반사 임계각 이상이 되도록 LED 광원(30)을 위치시켜야 한다. 왜냐하면, 입사각도가 수지계열의 전반사 임계각보다 작으면 일부 투과되기 때문이다. 그리고, 이렇게 전반사된 빛은 반사경(40)에서 다시 역반사되어 전방향으로 빛이 진행하여 평행광선(12)이 되어 외부로 진행한다. 여기서도, 반사경(40)의 곡률이 중요한데, 빛이 상면(22)에 수직으로 반사되도록 설계되어야 한다. 그래야 엘.이.디. 투광장치로부터 평행광선(11, 12)을 얻을 수 있다. 하우징의 내부에서 LED 광원(30)와 반사경(40)이 차지하는 공간 이외의 공간(23, 24)은 모두 수지계열로 채워져 있어서, 하우징 내에서의 굴절률은 균일하다. 그리고, LED 광원(30)는 두 가닥의 전선들(51, 52)을 통해 전류를 공급받는다. 하우징의 상면(22)과 반사경(40)은 그냥 방사되어 방사광으로 흩어져 없어지는 빛을 전방향으로 모아 주게 되는 것이다. 따라서, 종래의 LED 패키지에비하면 공급되는 전력에 대한 사용 가능한 빛의 양이 상대적으로 많아져 LED 투광장치의 휘도가 높아지는 결과를 얻는다.

물론, LED 광원(30)의 위치와 반사경(40)의 곡률과 볼록렌즈의 곡률 등은 제작자가 설계시 여러 가지 유용한 도구 및 이미 알려진 계산법을 사용하여 어렵지 않게 계산해 낼 수 있는 설계사항이므로 본 명세서에는 기하학적인 관계들을 상세히 언급하지 않는다. 또한, 하우징의 재료로 같은 수지계열이라도 다른 물질을 사용하거나, 수지계열 대신에 다른 계열의 물질을 사용할 경우에는 굴절률이 달라지므로, 그 물질에 따른 굴절률에 맞추어서 설계자가 적절히 설계할 수 있다.

도 3는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치에 사용되는 LED 광원소자의 구조도이다. LED 광원소자는 광 다이오드(31)와 지지대(32)와 리드(33)와 와이어(34)로 구성되어 있다. 지지대(32)는 광 다이오드(31)를 지지하면서 광 다이오드(31)의 애노드와 캐소드 중 어느 하나에 접속되어 있어서 외부로부터 전류를 공급하는 리드의 역할도 한다. 리드(33)는 와이어(34)를 통하여 광 다이오드(31)의 애노드와 캐소드 중 다른 하나에 접속되어 전류를 공급한다. 이렇게 지지대(32)와 리드(33)를 통하여 광다이오드(31)가 전류를 공급받으면 광다이오드(31)는 빛을 발광한다.

도 4는 본 발명의 엘.이.디. 투광장치의 제작도이다. 우선, LED 투광장치를 제조하려면, 하우징을 만들 거푸집(60)이 있어야 한다. 그 거푸집(60)은 하우징의 외관과 볼록렌즈를 형성할 수 있는 모양이 갖추어져 있다. 그 거푸집(60)을 수지계열로 채운다. 반사경(40)을 거푸집(60)에 삽입한 후, 광 다이오드(31)와 지지대(32)와 리드(33)와 와이어(34)로 이루어진 LED 광원수단을 거푸집(60)에 삽입하여 고정시킨다. 그 후에 반사경(40)의 뒷부분도 수지계열로 채워 완전히 봉합하기 위하여 거푸집(60)을 수지계열로 다시 채운다. 마지막으로, 거푸집(60)을 가열하여 수지계열을 굳힌다. 이로써 LED 투광장치가 완성된다. 물론, LED 투광장치의 내부는 완전히 수지계열로 몰딩되는 것이다.

한편, 반사경(40)에 삽입될 LED 광원수단은 따로 제작해야 하는데, 이에 대하여 설명한다. 우선, 지지대(32) 위에 광 다이오드(31)를 고정한다. 이때, 광 다이오드(31)의 애노드와 캐소드 중 어느 한 쪽을 지지대(32)에 접속시킨다. 그 후에, 광 다이오드(31)의 애노드와 캐소드 중 다른 한 쪽을 와이어(34)로 리드(33)에 접속시킴으로써 LED 광원수단이 간단하게 완성된다. 물론, 이때에 지지대(32)와 리드(33)를 교차로 다수개 배열되어 있는 지지대-리드 조합체를 사용하면 여러 개의 LED 광원수단을 동시에 제조할 수도 있다. 대량생산시에는 지지대-리드 조합체를 사용하여 제작한 후 줄기에서 각각의 LED 광원수단을 잘라내면 개별의 LED 광원수단을 얻을 수 있다.

또한, 거푸집(60)을 다수개 연이어 만든 거푸집 조합체를 이용하면, 여러 개의 LED 투광장치를 동시에 제조할 수도 있다. 이 때에 지지대-리드 조합체도 함께 사용하면 대량생산을 하는 데에 이용할 수 있다.

본 발명은 종래의 LED 패키지에 비하여 공급전력에 대한 유효광량 특성이 월등히 우수하여 많은 조명장치나 표시장치 등에 이용될 수 있다. 특히, 교통신호등을 제작함에 있어서 램프 또는 기존의 LED 패키지 대신에 본 발명의 LED 투광장치를 사용하면, 반영구적인 수명을 유지할 뿐만 아니라 전력소모가 적어 경제적으로도 매우 유익하다.

Claims

LED 광원수단과,

상기 LED 광원수단으로부터 발광된 빛을 투과시키거나 반사시키는 하우징과,

상기 하우징으로부터 반사된 빛을 전방으로 역반사하는 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치.
상기 LED 광원수단은,

광 다이오드와,

상기 광 다이오드를 지지하면서 상기 광 다이오드에 전류를 공급하는 지지대와,

상기 광 다이오드에 전류를 공급하는 리드와,

상기 광 다이오드와 상기 리드를 연결하는 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치.
제1 항에 있어서,

상기 하우징의 내부에서 상기 LED 광원수단과 상기 반사경이 차지하는 공간 이외의 공간은 모두 상기 하우징을 이루는 투명물질로 채워져 있는 것을 특징으로하는 엘.이.디. 투광장치.
제3 항에 있어서,

상기 하우징을 이루는 투명물질은 수지계열인 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치.
제3 항에 있어서,

상기 하우징은 상기 LED 광원수단으로부터 발광되는 빛의 일부를 전방향으로 진행하도록 굴절시키는 볼록렌즈를 더 포함하며,

상기 볼록렌즈 주변의 상기 하우징의 상면은 상기 LED 광원수단으로부터 방사하는 빛은 상기 반사경 쪽으로 반사시키고 상기 반사경으로부터 역반사되어 오는 빛은 투과시키는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치.
제5 항에 있어서,

상기 블록렌즈는 상기 LED 광원수단으로부터 발광되는 빛의 일부를 굴절시켜 평행광선으로 진행하게 하며,

상기 LED 광원수단의 위치는 상기 LED 광원수단으로부터 방사된 빛이 상기볼록렌즈 주변의 상기 하우징의 상면에 의해 전반사될 수 있는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치.
하우징의 외견을 형성하는 거푸집을 투명물질로 채우는 제1 단계와,

반사경을 상기 거푸집에 끼우는 제2 단계와,

상기 반사경에 LED 광원수단을 삽입하여 고정시키는 제3 단계와,

상기 반사경이 삽입된 거푸집을 상기 투명물질로 재차 채우는 제4 단계와,

상기 거푸집을 가열하여 상기 투명물질을 굳히는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치의 제조방법.
제7 항에 있어서,

상기 투명물질이 수지계열인 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치의 제조방법.
제7 항에 있어서,

지지대 위에 광 다이오드를 고정하면서 상기 광 다이오드의 애노드와 캐소드 중 어느 한 쪽을 상기 지지대에 접속시키는 과정과,

상기 광 다이오드의 애노드와 캐소드 중 다른 한 쪽을 와이어로 리드에 접속시키는 과정으로 이루어지는 LED 광원수단 제작단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치의 제조방법.
제9 항에 있어서,

상기 지지대와 상기 리드가 교차로 다수개 배열되어 있는 지지대-리드 조합체를 사용하여 여러 개의 LED 광원수단을 동시에 제조하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치의 제조방법.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,

상기 거푸집이 다수개 연이어 있어서 여러 개의 엘.이.디. 투광장치를 동시에 제조하는 것을 특징으로 하는 엘.이.디. 투광장치의 제조방법.