KR20110103685A - 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치 - Google Patents

광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치 Download PDF

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정석호
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈은 캐비티를 구비하는 본체부; 상기 캐비티 내에 실장되는 발광소자; 상기 캐비티를 덮도록 상기 본체부 상면에 구비되는 렌즈부; 및 상기 렌즈부 하면에 형성되며, 복수의 형광층을 구비하는 광변환부;를 포함할 수 있다.

Description

광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치{Light Source Module and Illuminating Device Having The Same}
본 발명은 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발광소자를 광원으로 사용하여 광추출 효율과 광특성을 개선할 수 있는 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광소자(LED)를 통해 조명용 백색광을 구현하는데 있어 종래에는 청색 발광소자, 적색 발광소자, 녹색 발광소자를 사용하여 각 색상의 광을 혼합하는 방법을 사용하였으나, white balance를 맞추기 위해 서로 다른 구동 전압을 가진 세가지 발광소자를 각기 개별로 구동해야 하고, 가격이 비싸다는 단점때문에 활용에 한계를 가지고 있었다.
현재는 UV 발광소자 또는 청색 발광소자에 1종 내지 3종의 형광체를 실리콘과 함께 혼합하여 패키지 내부나 발광소자 위에 도포하여 백색광을 구현하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 이는 광원에서 생성된 빛이 랜덤하게 분포된 형광체와 충돌하여 각각의 파장으로 방출됨으로써 백색광을 구현하는 방식이다.
이러한 방식은 작업이 간단하여 공정성에서는 유리한 방식이라고 할 수 있으나, 광원에서 생성된 빛이 두터운 형광체층을 통과하면서 수많은 형광체와 충돌하여 수차례의 광변환을 일으키면서 형광체 재흡수라는 문제를 발생시킨다.
특히, UV 발광소자에 있어서 형광체층을 통과한 후에도 미변환된 근자외선의 경우 낭비되는 광원이 되며, 이는 인체 유해성 등의 문제로 UV 차단필터를 사용하여 추가로 제거해 주어야 하는 문제점이 있다.
한편, 패키지별로 형광물질을 도포 내지 분산시켜야 하므로 생산성이 저하되는 문제가 있으며, 특히 발광소자에서 발생하는 고온의 열에 의해 형광물질이 열화되어 광속 저하가 발생한다는 문제가 있다.
또한, 발광소자 패키지가 가지는 지향각에 의해 광량에 차이가 발생하며, 이는 색분리 현상을 발생시키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 광추출 효율과 광특성을 개선할 수 있는 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈은 캐비티를 구비하는 본체부; 상기 캐비티 내에 실장되는 발광소자; 상기 캐비티를 덮도록 상기 본체부 상면에 구비되는 렌즈부; 및 상기 렌즈부 하면에 형성되며, 복수의 형광층을 구비하는 광변환부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 형광층은 각각 상이한 형광물질을 함유할 수 있다.
또한, 상기 복수의 형광층은 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층이 상기 발광소자에 인접하도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이룰 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 상기 발광소자가 실장되는 위치에 대응하여 표면에 돌기부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 상기 돌기부가 상기 광변환부의 어느 일측면에 돌출형성되거나 양 측면에 돌출형성되며, 상기 발광소자의 직상부에 위치하도록 구비할 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 다층구조로 적층되는 상기 복수의 형광층 중에서 상기 발광소자와 마주하는 형광층의 표면에 요철구조를 구비할 수 있다.
또한, 상기 요철구조는 상기 형광층의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 요철구조는 상기 형광층의 중심부에서의 구획을 중심으로 상기 형광층의 주연으로 갈수록 상기 구획의 크기가 감소할 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 상기 복수의 형광층이 상기 렌즈부의 하면을 따라서 광축과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 형광층은 서로 접하는 형광층이 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치될 수 있다.
또한, 상기 발광소자와 마주하는 상기 광변환부의 하면에 구비되거나, 상기 렌즈부와 접하는 상기 광변환부의 상면에 구비되어 상기 발광소자에서 방출되는 자외선을 상기 캐비티 내부로 반사시키는 UV 반사부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치는 기판과, 상기 기판에 장착되는 적어도 하나 이상의 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈; 전면이 개방된 개구부를 구비하며, 상기 발광소자 패키지가 상기 개구부를 향하도록 상기 광원 모듈을 내부에 수용하는 하우징; 상기 각 발광소자 패키지가 장착되는 위치에 대응하여 표면에 돌기부를 구비하며, 상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 하우징의 개구부에 장착되는 커버 부재; 및 상기 광원 모듈과 마주하는 커버 부재의 상면에 형성되며, 복수의 형광층을 구비하는 광변환부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기부는 상기 커버 부재의 어느 일측면 또는 양측면에 돌출형성되며, 볼록한 돔구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 형광층은 각각 상이한 형광물질을 함유하며, 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층이 상기 광원 모듈에 인접하도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이룰 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 다층구조로 적층되는 상기 복수의 형광층 중에서 상기 광원 모듈과 마주하는 형광층의 표면에 요철구조를 구비할 수 있다.
또한, 상기 요철구조는 상기 형광층의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 요철구조는 상기 형광층의 중심부에서의 구획을 중심으로 상기 형광층의 주연으로 갈수록 상기 구획의 크기가 감소할 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 상기 복수의 형광층이 상기 커버 부재의 하면을 따라서 광축과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 형광층은 서로 접하는 형광층이 각각 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원 모듈과 마주하는 상기 광변환부의 하면에 구비되거나, 상기 커버 부재와 접하는 상기 광변환부의 상면에 구비되어 상기 광원에서 방출되는 자외선을 상기 하우징 내부로 반사시키는 UV 반사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 각각 상이한 형광체를 함유하는 복수의 형광층을 파장 길이에 따라 분리하여 배치함으로써 빛의 재흡수 문제를 최소화하여 광추출효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 색분리 현상을 방지할 수 있어 광 특성이 개선되는 효과를 가진다.
또한, 어레이 상태의 렌즈 금형에서 형광층의 적층 공정을 진행함으로써 공정효율과 정밀도가 향상되며, 생산성 향상에 따른 대량생산이 용이하다는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 광변환부를 이루는 형광층이 다층 형태로 적층되는 구조에 대한 다양한 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 광변환부에 UV 반사부가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 실시형태에서 변형된 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 실시형태에서 변형된 또 다른 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에서 광변환부를 나타내는 단면도 및 저면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에서 광변환부를 나타내는 단면도 및 저면도이다.
도 9는 광변환부를 렌즈부 하면에 구비하는 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9에서 사용되는 마스크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 11에서 광원 모듈을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11에서 광변환부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에서 광변환부의 변형예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광원 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 광변환부를 이루는 형광층이 다층 형태로 적층되는 구조에 대한 다양한 실시 형태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 광변환부에 UV 반사부가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈은 본체부(10), 발광소자(20), 렌즈부(30), 광변환부(40)를 포함하며, 통상의 패키지 구조로 이루어질 수 있다.
본체부(10)는 플라스틱 수지 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있으며, 전면이 개방된 캐비티(11)를 구비하여 추후 설명하는 발광소자(20)를 그 내부에 수용한다. 본체부(10) 내의 캐비티(11)는 발광소자(20)로부터 방출되는 광의 확산을 위해 내주면이 전방을 향해 경사진 구조를 형성하며, 내측보다 전면 외측으로 갈수록 내주면의 크기가 확장되도록 구성된다.
따라서, 캐비티(11)가 원통형 구조로 형성되어 원형 또는 타원형의 수평단면을 가지는 경우, 캐비티(11)는 내측의 내경보다 외측의 내경이 더 넓은 역원추 형상을 가질 수 있다. 이에 한정하지 않고, 상기 캐비티(11)가 사각형의 수평단면을 가지도록 하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 캐비티(11)는 내측의 단면보다 외측의 단면이 더 넓은 역피라미드 형상의 구조로 형성될 수 있다.
이러한 캐비티(11)는 내부에 실장되는 발광소자(20)를 보호하도록 투명한 수지 포장부(12)로 채워질 수 있다. 그리고, 경우에 따라서는 수지 포장부(12) 없이 공기만으로 채워질 수 있으며, 이 경우 본체부 상에 구비되는 렌즈부(30)에 의해 보호되어 외부 이물이 캐비티(11) 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
발광소자(20)는 상기 캐비티(11) 내에 실장되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 방사하는 반도체소자의 일종이며, 본 발명에 따른 실시예에서는 단일의 발광소자가 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 복수개의 발광소자를 구비하는 것도 가능하다. 상기 발광소자(20)는 상기 캐비티(11) 내에 수용되어 상기 본체부(10)의 내부에 구비되는 리드 프레임(미도시)과 전기적으로 연결되도록 실장된다.
렌즈부(30)는 상기 캐비티(11)를 덮도록 상기 본체부(10) 상면에 구비되며, 형광체를 함유하지 않는 투명한 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 투명한 수지는 실리콘 수지 혹은 에폭시 수지, 및 두 물질이 혼합된 수지일 수 있으며, 내열 특성이 우수한 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
렌즈부(30)는 방출되는 광의 확산을 위해 중심부가 광축(O) 즉, 광의 진행방향을 따라서 볼록하게 돌출된 돔(dome)형상의 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 평평한 구조로도 형성될 수 있다.
렌즈부(30)는 본체부(10)와 별도로 돔 형상을 갖는 금형 틀(미도시)을 통해 사출성형되어 구비될 수 있으며, 접착제(UV 경화성, 열 경화성 레진) 등을 사용하여 본체부(10) 상에 결합됨으로써 발광소자 패키지를 완성할 수 있다.
광변환부(40)는 상기 렌즈부(30) 하면에 구비되며, 복수의 형광층(41,42,43)이 배치되어 이루어지는 것으로 발광소자(20)에서 방출되는 광의 파장을 변환시킨다. 여기서, 상기 형광층은 형광물질을 함유하는 수지를 박판 또는 시트형태로 형성하여 이루어질 수 있다. 또한, 형광물질을 함유하는 세라믹을 박판 또는 시트형태로 형성하여 세라믹 형광체 판 또는 세라믹 형광체 시트로 이루어질 수도 있다.
도면에서와 같이, 광변환부(40)는 형광물질을 함유하는 형광층(41,42,43)이 적어도 하나 이상 복수개가 적층되는 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 복수의 형광층(41,42,43)들은 각각 상이한 형광물질을 함유하도록 한다. 도면에서는 3개의 형광층이 구비되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
즉, 형광층(41,42,43)에는 청색, 녹색, 적색, 황색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체가 혼합 또는 각 형광층별로 상이한 형광체를 함유하여 다층 형태로 적층되어 포함될 수 있다.
형광층(41,42,43)에 함유되는 형광체는 발광소자(20)에서 방출되는 광의 종류에 따라 차이가 있는데, 예를 들어 발광소자(20)가 청색 반도체 발광소자이면 적색 및 녹색 또는 황색의 형광체를 포함하며, UV 반도체 발광소자일 경우 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 포함될 수 있다.
도 2를 참조하여 광변환부(40)를 이루는 형광층(41,42,43)이 다층 형태로 적층되는 구조에 대해 다양한 실시 형태를 통해 설명한다. 여기서, 발광소자(20)는 UV 발광소자 또는 청색 발광소자일 수 있다.
도 2a에서와 같이, 대략 410㎚ 이하의 파장을 가진 UV 발광소자(20)는 근자외선에 의해 여기되어 서로 다른 색상의 광을 방출하는 세 종류의 형광체가 각각 함유된 제1, 제2 및 제3 형광층(41,42,43)으로 이루어진 다층 형광층에 의해 도포될 수 있다.
이 경우, 상기 형광층(41,42,43)들은 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층이 발광소자(20)에 인접하도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축(O) 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이루는 것이 특징이다.
구체적으로, 제1 형광층(41)은 UV 발광소자(20) 위에 형성되며, 적색광(R)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어질 수 있다. 상기 적색광(R)을 방출하는 형광체로는 근자외선에 의해 여기되어 580㎚ ~ 700㎚ 범위의 파장, 바람직하게는 600㎚ ~ 650㎚ 범위의 파장을 가진 광을 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다.
제2 형광층(42)은 제1 형광층(41) 위에 형성되며, 녹색광(G)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어질 수 있다. 상기 녹색광을 방출하는 형광체로는 근자외선에 의해 여기되어 500㎚ ~ 550㎚ 범위의 파장을 가진 광을 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다.
제3 형광층(43)은 제2 형광층(42) 위에 형성되며, 청색광(B)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어질 수 있다. 상기 청색광을 방출하는 형광체로는 근자외선에 의해 여기되어 420㎚ ~ 480㎚ 범위의 파장을 가진 광을 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다. 여기서 제3 형광층(43)은 황색광(Y)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어질 수도 있다.
상기한 구성을 통해 UV 발광소자(20)에서 방출된 근자외선은 제1, 제2 및 제3 형광층(41,42,43) 내에 함유된 서로 다른 종류의 형광체들을 여기시키게 된다. 이에 따라 제1, 제2 및 제3 형광층(41,42,43)으로부터 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)이 각각 방출되고, 어러한 세 가지 색상의 광이 조합되어 백색광(W)을 형성하게 되는 것이다.
특히, 근자외선을 형광 전환하기 위한 형광층을 다층, 예를 들어 3층으로 형성하되, 가장 짧은 파장의 광, 즉 청색광(B)을 방출하는 제3 형광층(43)을 렌즈부의 하면에 먼저 적층하고, 그 위에 보다 긴 파장의 광, 즉 녹색광(G)과 적색광(R)을 방출하는 제2 및 제1 형광층(42,41)들을 순차적으로 적층한다. 따라서, 광전환 효율이 가장 낮은 적색광(R)을 방출하는 형광체가 함유된 제1 형광층(41)이 UV 발광소자(20)에 가장 가까이 위치함으로써, 제1 형광층(41)에서의 광전환 효율이 상대적으로 높아지게 되고, 이에 따라 발광소자(20)의 전체적인 광전환 효율이 향상될 수 있다.
도 2b에서는 410㎚ 이하의 파장을 가진 UV 발광소자(20)를 덮도록 형성되는 다층 형광층을 구비하며, 이 경우 상기 다층 형광층은 2층의 형광층(41,42')으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 UV 발광소자(20) 위에 형성되는 제1 형광층(41)은 적색광(R)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어진다. 그리고, 상기 제1 형광층(41) 위에 형성되는 제2 형광층(42')은 수지에 녹색광(G)을 방출하는 형광체와 청색광(B)을 방출하는 형광체가 함께 혼합되어 이루어질 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 상기 UV 발광소자(20)에서 방출된 근자외선은 제1 형광층(41) 내에 함유된 형광체를 여기시켜 적색광(R)을 방출시키고, 제2 형광층(42') 내에 혼합된 두 종류의 형광체들을 여기시켜 녹색광(G) 및 청색광(B)을 방출시킨다. 이러한 세 가지 색상의 광이 조합됨으로써 인간의 눈에는 백색광(W)으로 보이게 되는 것이다.
상기한 바와 같이, 근자외선을 형광 전환하기 위한 형광층을 2층으로 형성하되, 가장 긴 파장의 적색광(R)을 방출하는 제1 형광층(41)을 UV 발광소자(20) 위에 위치하도록 구비하고, 그 위에 보다 짧은 파장의 녹색광(G)과 청색광(B)을 함께 방출하는 제2 형광층(42')이 위치하도록 구비한다. 이와 같은 다층 형광층의 적층 구조에 의해서도 전술한 실시예에서와 같이 광전환 효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
도 2c에서는 UV 발광소자(20)를 덮도록 형성되는 다층 형광층이 2층으로 구성되며, 이 경우 UV 발광소자(20) 위에 형성되는 제1 형광층(41')은 황색광(Y)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어진다. 상기 황색광(Y)을 방출하는 형광체로는 근자외선에 의해 여기되어 560㎚ ~ 580㎚ 범위의 파장의 광을 방출하는 형광체가 사용된다. 그리고, 상기 제1 형광층(41') 위에 형성되는 제2 형광층(42'')은 수지에 청색광(B)을 방출하는 형광체가 혼합되어 이루어진다.
도 2d에서는 여기광으로서 420㎚ ~ 480㎚ 범위의 파장을 가진 청색광(B)을 방출하는 발광소자(20)를 덮도록 형성되는 다층 형광층이 2층으로 구성되며, 이 경우 발광소자(20) 위에 형성되는 제1 형광층(41)은 적색광(R)을 방출하는 형광체와 수지가 혼합되어 이루어고, 상기 제1 형광층(41) 위에 형성되는 제2 형광층(42, 41')은 수지에 녹색광(G) 또는 황색광(Y)을 방출하는 형광체가 혼합되어 이루어진다. 그리고, 상기 발광소자(20)에서 방출된 청색광(B)은 제1 형광층(41) 내에 함유된 형광체를 여기시켜 적색광(R)을 방출시키고, 제2 형광층(42, 41') 내에 함유된 형광체를 여기시켜 녹색광(G) 또는 황색광(Y)을 방출시킨다. 따라서, 다층 형광층으로부터 방출되는 적색광(R)과 녹색광(G)(또는 황색광(Y))과 발광소자에서 발생되는 청색광(B)이 조합되어 백색광(W)이 형성되는 것이다.
이와 같이, 상이한 형광체를 함유하는 복수의 형광층을 다층 구조로 적층하여 형광체를 파장(혹은 색상)별로 구분하여 층별로 분리시킴으로써 형광체 재흡수를 방지하여 광효율과 연색성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
한편, 발광소자(20)로 UV 발광소자를 사용하는 경우, 도 3에서와 같이 상기 발광소자(20)에서 방출되는 자외선(UV)을 상기 캐비티(11) 내부로 반사시키는 UV 반사부(47)를 상기 발광소자(20)와 마주하는 상기 광변환부(40)의 하면에 더 구비할 수 있다. 또는, UV 반사부(47)를 상기 렌즈부(30)와 접하는 상기 광변환부(40)의 상면에 구비할 수도 있다.
이 경우, 인체에 유해한 근자외선(UV)을 반사시켜 외부로 방출되는 것을 차단하는 한편, 반사되어 잔류하는 근자외선(UV)에 대한 광변환을 통해 외부로 방출시킴으로써 잔류하는 근자외선을 최소화하여 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 도 1의 실시형태에서 변형된 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 광원 모듈의 경우 도 1의 실시형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광변환부(40')의 구조와 관련하여 상기 발광소자(20)가 실장되는 위치에 대응하여 광변환부(40')의 표면에 볼록렌즈 형상의 돌기부(44)를 구비하는 점에서 차이가 있다.
도면에서와 같이, 광변환부(40')는 상기 돌기부(44)가 상기 광변환부(40')의 어느 일면에 돌출형성되거나 양 면에 돌출형성되며, 상기 발광소자(20)의 직상부에 위치하도록 구비될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 돌기부(44)는 광변환부(40')를 이루는 형광층(41,42,43) 중에서 렌즈부(30)와 접하는 형광층(43)의 표면으로부터 렌즈부(30)를 향해 돌출되어 구비될 수 있다. 이 경우 광변환부(40')와 접하는 상기 렌즈부(30)의 표면에는 돌기부(44)의 형상과 대응하는 함몰구조가 형성된다. 그리고, 돌기부(44)는 발광소자(20)가 가지는 지향각의 범위를 고려하여 렌즈부(30)와 접하는 형광층(43)의 상면 중 외곽 영역을 제외한 중심영역에 형성되거나, 렌즈부(30)와 접하는 형광층(43)의 상면 전체를 따라서 형성될 수 있다.
또한, 돌기부(44)는 광변환부(40')를 이루는 형광층(41,42,43) 중에서 발광소자(20)와 마주하는 형광층(41)의 표면으로부터 발광소자(20)를 향해 돌출되어 구비될 수 있으며, 렌즈부(30)와 접하는 형광층(43) 및 발광소자(20)와 마주하는 형광층(41)의 표면에 각각 돌출되어 구비될 수도 있다.
이와 같이, 광변환부(40')의 표면에 볼록렌즈 형상의 돌기부(44)를 구비하여 광변환부(40')의 두께를 변화시키는 경우 색분리 현상이 개선되는 효과를 갖는다. 즉, 광원 모듈에서 방출되는 광은 지향각에 의해 소정 각도의 범위 내에서 확산되므로, 중심부에서는 높은 광량에 의해 백색광을 보이지만 주변부에서는 낮은 광량에 의해 청색광을 보여 색분리 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 돌기부(44)를 통해 형광물질을 함유하는 광변환부(40')의 두께를 변화시키는 경우 광량의 차이를 줄일 수 있어 색분리 현상을 개선할 수 있으며, 따라서 균일한 백색광을 얻는 것이 가능하다.
도 5 및 도 6은 도 1의 실시형태에서 변형된 또 다른 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 광원 모듈의 경우 도 1의 실시형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광변환부(50)의 구조와 관련하여 광변환부(50)는 다층구조로 적층되는 복수의 형광층(51,52,53) 중에서 발광소자(20)와 마주하는 형광층(51)의 표면에 요철구조(56)를 구비하는 점에서 차이가 있다.
도면에서와 같이, 요철구조(56)는 상기 형광층(51)의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획(55)으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어질 수 있다. 특히, 이러한 요철구조(56)는 상기 형광층(51)의 중심영역에서의 구획(55)을 중심으로 상기 형광층(51)의 주연으로 갈수록 상기 구획(55)의 크기가 감소하는 구조로 형성되는데 특징이 있다.
즉, 광원 모듈이 갖는 지향각에 의해 중심부에서와 주변부에서의 광량에 차이가 발생하는 점을 고려하여 형광층(51)에 형성되는 요철구조(56)의 영역을 크기를 달리하여 구획하는 것이다. 이를 통해 형광층(51)에서 형광체의 밀도분포를 광량에 따라서 조절할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 발광소자(20)의 직상부에 위치함으로써 상대적으로 많은 광량이 입사되는 형광층(51)의 중심영역은 넓은 영역으로 구획되도록 하고, 상대적으로 적은 광량이 입사되는 형광층(51)의 주연영역은 작은 크기의 영역으로 구획되되 테두리로 갈수록 구획의 크기가 감소하는 구조로 형성한다.
따라서, 도 4의 돌기부(44)를 구비하는 경우와 같이 광량의 차이에 따라서 형광체의 밀도분포를 달리함으로써 광량의 차이에 의한 영향을 최소화할 수 있어 색분리 현상을 개선할 수 있으며, 균일한 백색광을 얻을 수 있다.
그리고, 도 6b에서와 같이 광변환부는 요철구조(56)가 구비되는 측면과 대응하는 측면에 도 4의 실시형태에서와 같은 돌기부(54)를 더 구비하는 것도 가능하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 광원 모듈은 도 1의 실시형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광변환부(60)의 구조와 관련하여 광변환부(60)는 복수의 형광층(61,62,63)이 렌즈부(30)의 하면을 따라서 광축(O)과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치되는 점에서 차이가 있다.
즉, 복수의 형광층(41,42,43)이 광축(O)을 따라서 렌즈부(30)의 하면에 적층되어 다층 구조로 구비되는 도 1의 실시형태와 달리, 본 실시형태에서는 도 8에서처럼 복수의 형광층(61,62,63)이 광축(O)과 수직하는 방향으로 렌즈부(30)의 하면을 따라서 서로 접하여 연속적으로 배치됨으로써 단일층 구조로 구비된다. 이 경우, 상기 복수의 형광층(61,62,63)은 서로 접하는 형광층이 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치될 수 있다.
따라서, 도 1의 실시형태에서처럼 형광체가 렌즈부(30)의 하면에 대해 수직방향으로 구분되는 것과 달리, 본 실시형태에서는 형광체가 렌즈부(30)의 하면에 대해 수평방향으로 구분될 수 있으며, 광변환부(60)를 보다 박막 형태의 구조로 형성하는 것이 가능하다.
도 9는 광변환부를 렌즈부 하면에 구비하는 방법을 개략적으로 설명하는 도면이고, 도 10은 마스크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
광변환부는 렌즈부의 하면에 형광층을 증착하거나, 프린팅하여 구비될 수 있으며, 또는 박막 형태의 형광층을 부착하는 방식으로도 구비될 수 있다. 본 발명에서는 마스크를 이용하여 스크린 프린팅 방식으로 형광층을 형성하는 방법에 대해 설명하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
도 9a에서와 같이, 하면이 상부를 향하도록 배치된 렌즈부(30)의 하면에 형광층의 형상과 대응하는 형상의 관통홀(h)이 구비된 마스크(M)를 얹는다. 이때, 렌즈부(30)는 도 10의 마스크(M)에 구비된 관통홀(h)과 같이 복수개가 금형을 통해서 일체로 형성되어 어레이될 수 있다.
그리고, 마스크(M)의 각 관통홀(h)이 렌즈부(30)의 하면에 위치하도록 배치된 상태에서 형광체를 함유하는 수지를 스퀴지(미도시)를 통해 프린팅하여 렌즈부(30)의 하면에 형광층(43)을 형성한다.
다음으로, 도 9b 및 도 9c에서와 같이 경화단계를 거친 형광층(43) 위에 마스크(M)를 얹은 후 다시 동일한 방법으로 다른 형광층(42)을 형성하여 적층함으로써 다층 구조의 광변환부(40)를 형성할 수 있다.
다음으로 도 9d에서와 같이, 커팅 라인(C)을 따라서 절단함으로써 복수개의 렌즈부(30)를 대량으로 생산할 수 있어 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
마스크는 도 10a에서와 같이 형광층의 형상에 대응하는 구조의 관통홀(h)이 렌즈부(30)의 어레이를 따라서 복수개가 구비될 수 있다. 그리고, 도 10b에서와 같이 메시(mesh)(d) 형상을 가지도록 관통홀(h)을 형성할 수도 있으며, 이를 통해 도 5의 실시형태와 같은 요철구조를 가지는 형광층(50)을 형성할 수 있다.
한편, 도 11 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치(100)에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 12는 도 11에서 광원 모듈을 나타내는 도면이며, 도 13은 도 11에서 광변환부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13에서 광변환부의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 조명 장치(100)는 광원 모듈(110), 하우징(120), 커버 부재(130), 광변환부(140)를 포함할 수 있다.
광원 모듈(110)은 기판(111)과, 상기 기판(111)에 장착되는 적어도 하나 이상의 발광소자 패키지(112)를 포함한다. 특히, 광원 모듈(110)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 방출하는 반도체 소자의 일종인 발광소자(LED)를 구비하는 발광소자 패키지(112)를 광원으로 사용한다.
기판(111)은 인쇄회로기판(PCB)의 일종으로 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 메탈 PCB의 일종인 MCPCB인 것이 바람직하다. 발광소자 패키지(112)가 실장되는 상기 기판(111)의 반대면에는 상기 발광소자 패키지(112)와 전기적으로 연결되는 회로 배선(미도시)이 구비된다.
하우징(120)은 전면이 개방된 개구부(121)를 구비하며, 상기 발광소자 패키지(112)가 상기 개구부(121)를 향하도록 상기 광원 모듈(110)을 내부에 수용한다. 상기 하우징(120)은 전원공급장치(SMPS)(미도시)를 구비하여 기판(111)의 회로 배선(미도시)을 통해 상기 발광소자 패키지(112)로 전원을 공급하도록 하며, 상기 광원 모듈(110)에서 발생하는 열을 방출하기 위해 외부면에 방열핀(122)을 구비할 수 있다.
상기 커버 부재(130)는 상기 광원 모듈(110)을 보호하도록 상기 하우징(120)의 개구부(121)에 장착된다. 이러한 커버 부재(130)는 플라스틱, 실리카, 아크릴, 유리 등의 소재로 형성될 수 있으며, 광투과성을 위해 투명하게 형성되는 것이 바람직하다.
광변환부(140)는 광원 모듈(110)과 마주하는 상기 커버 부재(130)의 상면에 구비되며, 형광물질을 함유하는 복수의 형광층(141,142,143)이 배치되어 이루어지는 것으로 발광소자 패키지(112)에서 방출되는 광의 파장을 변환시킨다.
이러한 광변환부(140)는 도 1의 실시예에서와 같이, 형광물질을 함유하는 형광층(141,142,143)이 적어도 하나 이상 복수개가 적층되는 구조로 이루어지며, 복수의 형광층(141,142,143)들은 각각 상이한 형광물질을 함유할 수 있다. 이 경우, 형광층(141,142,143)은 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층(141)이 상기 광원 모듈(110)에 인접하여 배치되도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이룬다. 적층구조에 대한 구체적인 설명은 도 5의 경우와 실질적으로 동일하므로 생략한다.
한편, 도 4의 실시형태에서와 같이 광변환부(140)는 상기 발광소자 패키지(112)가 장착되는 위치에 대응하여 표면에 볼록한 돔 형상의 구조를 갖는 돌기부(144)를 구비할 수 있다. 상기 돌기부(144)는 상기 광변환부(140)를 구성하는 형광층 중 어느 하나의 형광층(142)의 표면에 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 발광소자 패키지(112)의 직상부에 위치하도록 구비되는 것이 바람직하다. 도 13에서는 제2 형광층(142)의 표면에 돌기부(144)가 형성된 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 도 14a에서와 같이 광변환부(150)는 다층구조로 적층되는 복수의 형광층(151,152,153) 중에서 상기 광원 모듈(110)과 마주하는 형광층(151)의 표면에 요철구조(154)를 구비할 수 있다. 요철구조(154)는 도 5 및 도 6의 실시형태에서와 같이 상기 형광층(151)의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어지며, 상기 형광층의 중심부에서의 구획을 중심으로 상기 형광층의 주연으로 갈수록 상기 구획의 크기가 감소하는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 도 14b에서와 같이 상기 광변환부(160)는 복수의 형광층(161,162,163)이 상기 커버 부재(130)의 상면을 따라서 광축과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치되어 단일층 구조로 구비될 수 있다. 즉, 도 7 및 도 8의 실시형태에서와 같이 상기 복수의 형광층(161,162,163)은 서로 접하는 형광층이 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치될 수 있다.
한편, 상기 발광소자 패키지(112)가 UV 발광소자를 사용한 경우 상기 광원 모듈(110)과 마주하는 상기 광변환부(140)의 상면에 구비되거나, 상기 커버 부재(130)와 접하는 상기 광변환부(140)의 하면에 구비되어 상기 광원 모듈(110)에서 방출되는 근자외선을 상기 하우징 내부로 반사시키는 UV 반사부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 형광체를 함유하는 복수의 형광층으로 이루어지는 광변환부를 개별 발광소자 패키지가 아닌 커버 부재에 구비함으로써 2차 광학계의 광손실을 최소화할 수 있으며, 개별 발광소자 패키지로부터의 글래어(glare) 현상을 방지하여 광특성을 개선시키는 것이 가능하다. 또한 고온의 열원인 발광소자와 형광물질이 분리되는 구조를 가지도록 함으로써 발광소자 패키지 내에 형광물질을 구비하여 발생하는 열화문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
10...... 본체부 20...... 발광소자
30...... 렌즈부 40,50,60...... 광변환부
100..... 조명 장치 110...... 광원 모듈
120...... 하우징 130...... 커버 부재
140...... 광변환부

Claims (20)

  1. 캐비티를 구비하는 본체부;
    상기 캐비티 내에 실장되는 발광소자;
    상기 캐비티를 덮도록 상기 본체부 상면에 구비되는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부 하면에 형성되며, 복수의 형광층을 구비하는 광변환부;
    를 포함하는 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 형광층은 각각 상이한 형광물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 형광층은 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층이 상기 발광소자에 인접하도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이루는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광변환부는 상기 발광소자가 실장되는 위치에 대응하여 표면에 돌기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광변환부는 상기 돌기부가 상기 광변환부의 어느 일측면에 돌출형성되거나 양 측면에 돌출형성되며, 상기 발광소자의 직상부에 위치하도록 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 광변환부는 다층구조로 적층되는 상기 복수의 형광층 중에서 상기 발광소자와 마주하는 형광층의 표면에 요철구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 형광층의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 형광층의 중심부에서의 구획을 중심으로 상기 형광층의 주연으로 갈수록 상기 구획의 크기가 감소하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 광변환부는 상기 복수의 형광층이 상기 렌즈부의 하면을 따라서 광축과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 형광층은 서로 접하는 형광층이 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자와 마주하는 상기 광변환부의 하면에 구비되거나, 상기 렌즈부와 접하는 상기 광변환부의 상면에 구비되어 상기 발광소자에서 방출되는 자외선을 상기 캐비티 내부로 반사시키는 UV 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  12. 기판과, 상기 기판에 장착되는 적어도 하나 이상의 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈;
    전면이 개방된 개구부를 구비하며, 상기 발광소자 패키지가 상기 개구부를 향하도록 상기 광원 모듈을 내부에 수용하는 하우징;
    상기 각 발광소자 패키지가 장착되는 위치에 대응하여 표면에 돌기부를 구비하며, 상기 광원 모듈을 보호하도록 상기 하우징의 개구부에 장착되는 커버 부재; 및
    상기 광원 모듈과 마주하는 커버 부재의 상면에 형성되며, 복수의 형광층을 구비하는 광변환부;
    를 포함하는 조명 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 커버 부재의 어느 일측면 또는 양측면에 돌출형성되며, 볼록한 돔구조를 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 형광층은 각각 상이한 형광물질을 함유하며, 긴 파장의 빛을 방출하는 형광층이 상기 광원 모듈에 인접하도록 각 형광층에서 방출되는 빛의 파장의 길이에 따라서 광축 방향으로 순차적으로 적층되어 다층구조를 이루는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  15. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    상기 광변환부는 다층구조로 적층되는 상기 복수의 형광층 중에서 상기 광원 모듈과 마주하는 형광층의 표면에 요철구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 형광층의 표면을 따라 함몰형성되는 복수개의 가로선과 세로선이 서로 교차하여 복수개의 구획으로 분할되는 메시(mesh)형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 형광층의 중심부에서의 구획을 중심으로 상기 형광층의 주연으로 갈수록 상기 구획의 크기가 감소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 광변환부는 상기 복수의 형광층이 상기 커버 부재의 하면을 따라서 광축과 수직하는 방향으로 서로 접하여 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 형광층은 서로 접하는 형광층이 각각 상이한 형광물질을 함유하도록 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 광원 모듈과 마주하는 상기 광변환부의 하면에 구비되거나, 상기 커버 부재와 접하는 상기 광변환부의 상면에 구비되어 상기 광원에서 방출되는 자외선을 상기 하우징 내부로 반사시키는 UV 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
KR1020100022864A 2010-03-15 2010-03-15 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치 KR20110103685A (ko)

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KR1020100022864A KR20110103685A (ko) 2010-03-15 2010-03-15 광원 모듈 및 이를 구비하는 조명 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150065317A (ko) * 2013-12-05 2015-06-15 엘지이노텍 주식회사 광변환부재 및 이를 포함하는 조명장치

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