KR20120006282A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20120006282A
KR20120006282A KR1020100066926A KR20100066926A KR20120006282A KR 20120006282 A KR20120006282 A KR 20120006282A KR 1020100066926 A KR1020100066926 A KR 1020100066926A KR 20100066926 A KR20100066926 A KR 20100066926A KR 20120006282 A KR20120006282 A KR 20120006282A
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전두환
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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자를 이용하고 음이온발생이 가능한 조명 장치에 관한 것으로, 상세하게는 음이온 발생부를 다수개의 반도체 발광 소자를 이용한 조명장치에 일체로 장착하여, 인체에 이로운 음이온이 발생되는 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명의 따른 반도체 발광 소자를 이용한 조명 장치는, 회로 기판, 상기 회로 기판 상에 형성되는 반도체 발광 소자 및, 상기 회로 기판 하부에 형성되는 음이온 발생부로 구성된다.
본 발명은 소비전력이 적고 효율이 높은 반도체 발광 소자를 조명장치용 광원으로 사용하는 조명기구 내부에 음이온 발생장치를 설치하여, 음이온을 발생시켜 각종 오염물질로 오염된 실내공기를 정화하고 신선한 실내공기를 유지할 수 있다.

Description

조명 장치{Lighting Device}
본 발명은 반도체 발광 소자를 이용하며 음이온발생이 가능한 조명 장치에 관한 것으로, 상세하게는 음이온 발생부를 다수개의 반도체 발광 소자를 이용하는 조명장치에 일체로 장착하여, 인체에 이로운 음이온이 발생되는 조명 장치에 관한 것이다.
인간의 생활이 윤택해지고 보다 쾌적한 생활을 추구하게 되면서 종래에는 단순히 불을 밝히기 위한 조명이 다양한 패션으로 개발되어 실내 인테리어의 한 부분을 차지하고 있다.
상기 실내 인테리어에 적합한 조명장치는 백열전구 또는 상기 백열전구와 외형 규격이 거의 비슷하고 소켓의 호환성이 있으며 에너지 절약기자재로써 널리 이용되는 전구식 형광등이 많이 이용된다.
상기 전구식 형광등은 제작성, 사용성, 경제성 및 효율성 등에서 우수한 장점이 있어서 다양한 종류의 것이 제공된다.
장시간 램프를 사용하면 램프의 불안정에 의한 불빛이 떨림으로 인해 시각적 불편함이 있다.
그래서, 최근에는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 소수캐리어(전자)를 만들어내고 이들 소수캐리어의 재결합에 의하여 발광이 이루어지는 전자부품인 반도체 발광 소자를 이용한다.
이러한, 반도체 발광 소자는 종래의 광원에 비해 소형이고 수명이 길뿐만 아니라 전기에너지가 빛 에너지로 직접 변환되기 때문에 전력이 적게 소모되며 효율이 좋은 특성이 있다.
또한, 반도체 발광 소자는 고속응답의 특징을 지니고 있어 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프나 숫자표시 장치 등에 많이 쓰이고 있으며, 가정용, 차량용, 선박용, 교통신호용, 각종 안내등 및 피난 유도등 등에 조명수단으로 다양하게 이용되고 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음이온 발생부를 다수개의 반도체 발광 소자를 이용하는 조명장치에 일체로 장착하여, 인체에 이로운 음이온이 발생되는 조명 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자 조명 장치는,
회로 기판;
상기 회로 기판 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 발광 소자;
상기 회로 기판의 일 영역에 형성되며, 상기 발광 소자의 작동에 의한 열에 의하여 음이온을 발생시키는 물질을 구비하는 조명 장치를 제공한다.
상기 음이온 발생부는 상기 회로 기판 하면에 형성될 수 있다.
한편, 상기 회로 기판과 상기 음이온 발생부 사이에 방열부를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 음이온 발생부는 상기 방열부 하면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자가 형성된 영역을 둘러싸도록 상기 회로 기판 상에 형성되는 투명 케이스부를 더욱 포함할 수 있으며,
이 경우, 상기 케이스부는 표면 일부를 관통하여 음이온부에서 발생한 음이온이 외부로 방출될 수 있도록 형성된 음이온방출구를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 복수의 발광 소자는 상기 회로 기판 상에 가로방향으로 열을 지어 형성될 수 있다.
그리고, 상기 케이스부는 상기 복수의 반도체 발광 소자가 형성한 영역을 둘러싸도록 상기 회로 기판 상에 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 음이온 발생부는 고체상태의 탄소로 이루어질 수 있으며,
상기 음이온 발생부는 탄소 분말과 접착액이 혼합되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 소비전력이 적고 효율이 높은 반도체 발광 소자를 조명장치용 광원으로 사용하는 조명기구 내부에 음이온 발생장치를 설치하여, 조명의 수명을 반영구적으로 유지할 수 있고 장시간 사용해도 조명의 휘도 저하를 가져오지 않으면서 음이온을 발생시켜 각종 오염물질로 오염된 실내공기를 정화하고 신선한 실내공기를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 조명 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 조명 장치의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 조명 장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자 조명 장치의 단면도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 회로 기판(20)상에 반도체 발광 소자(10) 칩이 형성되어 있고, 회로 기판(20) 일부에는 음이온 발생부(30)가 형성되어 있다. 이와 같이 반도체 발광 소자(10)와 회로 기판(20), 및 음이온 발생부(30)를 결합함으로서 반도체 발광 소자(10)로부터 얻을 수 있는 조명 기능과 음이온 발생부(30)로부터 얻을 수 있는 음이온 발생 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(10)는 발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들어, 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드일 수 있다. 반도체 접합 발광소자는 통상 p형 반도체 및 n형 반도체의 접합구조이다. 반도체 접합 구조에서는 양반도체의 접합영역에서 전자/정공 재결합에 따른 발광이 있을 수 있으나, 그 발광을 보다 활성화시키기 위한 활성층을 구비할 수도 있다. 이러한 반도체 접합 발광소자는 반도체층을 위한 전극의 위치에 따라 수평형 구조 및 수직 구조가 있고, 적절히 선택하여 실시할 수 있다.
구체적으로, 수평형 구조에서는 n형 또는 p형 반도체층 및 활성층을 일부 소모하여 형성하므로, 반도체 발광소자의 발광면적이 감소하고, 그에 따라 발광효율도 감소하게 된다.
발광효율을 보다 높이기 위한 형태로, 플립칩형 발광소자가 사용될 수 있는데, 플립칩 형 반도체 발광소자는 전극의 영향 없이 기판을 통과하여 발광되므로 성장형 반도체 발광소자에 비하여 발광효율이 향상되는 장점이 있다.
그러나, 플립칩형 발광소자는 우수한 발광효율에도 불구하고, 반도체 발광소자 내에 n형 전극 및 p형 전극을 동일 평면상에 함께 배치하여 본딩해야 하기 때문에 고가의 정밀한 공정장비가 요구되고, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
수직형 반도체 발광소자는 도전성 기판을 통하여 전압의 인가가 가능하므로 기판 자체에 전극을 형성할 수 있다. 그러나, 고출력을 위한 대면적 발광소자를 제조하는 경우 전류분산을 위하여 전극의 기판에 대한 면적비율이 높을 것이 요구되는데, 그에 따라 광 추출의 제한 및 광 흡수로 인한 광 손실 및 발광효율이 감소되고, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 반도체 발광 소자(10)는 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층으로 이루어지는 발광 구조물과, 제 1 및 제 2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 접속되는 제 1 및 제 2 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 도전형 및 제 2 도전형 반도체층은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 GaN계 반도체,ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 또는 GaAsP계 반도체와 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다.
이외에도, 상기 반도체층은 III-V족 반도체, II-VI족 반도체 및 Si로 이루어진 군으로부터 적절히 선택될 수 있다. 또한 상기 반도체층은 상술한 반도체에 각각의 도전형을 고려하여 n형 불순물 또는 p형불순물로 도핑될 수 있다.
상기 활성층은 발광을 활성화시키는 층으로서, 제 1 도전형 반도체 층 및 제 2 도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어, 제 1 도전형 반도체층 및 제 2 도전형 반도체층이 GaN계 화합물 반도체인 경우, GaN의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 InAlGaN계 화합물 반도체를 이용하여 활성층을 형성할 수 있다.
즉, 활성층은InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함할 수 있다. 이때, 활성층의 특성상, 불순물은 도핑되지 않는 것이 바람직하며, 구성물질의 몰비를 조절하여 발광하는 빛의 파장을 조절할 수도 있다. 따라서, 반도체 발광소자는 활성층의 특성에 따라 적외선, 가시광선, 및 자외선 중 어느 하나의 빛을 발광할 수 있다.
상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 동일한 도전형의 반도체층에 전압을 인가하기 위한 층들로써, 상기 전극층에 의하여 상기 반도체층은 외부전원(미도시)과 전기적으로 연결된다.
제 1 전극층은 제 1 도전형 반도체층에, 제 2 전극층은 제 2 도전형 반도체층에 각각 접속되므로 제 1 절연층을 통하여 서로 전기적으로 분리된다. 상기 절연층은 전기 전도성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직한데, 예를 들면, SiO2와 같은 산화물을 포함할 수 있다.
회로기판은 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)로 형성될 수 있고, 인쇄회로기판은 페이퍼페놀 수지 또는 글래스에폭시 수지 등과 같은 재질의 기판 상에 동박적층하고 에칭하거나, 도금 방식 등을 통하여 회로패턴을 형성하는 것을 기본으로 하고, 다층 프린트배선 기판으로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 이러한 인쇄회로기판을 제조하기 위하여 동박이 적층된 기판을 설계회로에 따라 에칭하고 높은 평활도를 얻기 위해 정면한 후에 실크스크린 또는 스프레이 방식 등으로 포토 솔더레지스트를 일면에 도포하고 1차 건조한 후에, 타면에 포토 솔더레지스트를 도포하여 2차 건조한 다음 노광 현상 후 건조시켜 형성할 수 있다.
그리고 이 경우, 음이온 발생부(30)는, 고체 탄소, 접착제와 혼합된 탄소 분말, 또는 숯 즉, 일반적으로 수많은 다공질을 갖도록 나무를 숯가마에서 400~1200도의 고온에서 구워낸 것으로서, 흑탄, 백탄, 활성탄 등의 숯으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 탄소로 이루어진 음이온 발생부(30)를 적절히 가열함으로서 더욱 많은 양의 음이온을 발생시킬 수 있는데, 상술한 바와 같이 반도체 발광 소자(10)를 이용하는 경우, 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 열을 이용하여 보다 효과적으로 음이온 방출 효과를 얻을 수 있다.
또한 이 경우, 회로 기판(20)의 하면 중 반도체 발광 소자(10)가 형성된 상면과 대응하는 부분에 음이온 발생부(30)를 형성하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자(10) 조명 장치의 단면도이다.
발광다이오드(LED)를 이용한 램프의 한계성으로서는 소규모 전력(5W 미만)에서는 광원인 발광다이오드(LED)가 발광을 할 때 그다지 많은 열을 발생하지 않음으로 상기 온도인 25℃를 유지할 수 있으나, 소비전력이 10W 이상으로 사용을 할 때에는 발광다이오드(LED)에서 발생하는 열이 많아지게되어 이러한 열을 외부로방출을 시키기 위해서 방열기술을 요구한다.
따라서, 이러한 방열을 위해서 알루미늄 등을 방열판으로 사용하고 경우에 따라서는 방열판의 표면적을 높이기 위하여 방열판의 표면에 많은 주름을 형성하여 방열판이 발광다이오드(LED)에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 방출시키도록 하고 있다.
본 실시예의 경우에도, 도 2에 나타난 바와 같이, 회로 기판(20)의 하면에 방열판이 배치될 수 있다. 이경우에, 방열판의 하면에 음이온 발생부(30)를 형성함으로서 효과적인 방열과 음이온 발생 효과를 도모할 수 있다.
도 3은 상술한 조명 장치에서, 상기 반도체 발광 소자(10)를 일직선형태의 복수개로 형성하고, 반도체 발광 소자(10)가 형성된 영역을 둘러싸도록 회로 기판(20) 상에 일체로 투명 케이스를 형성하며, 음이온이 외부로 방출될 수 있는 음이온 방출구(60)를 형성한 형광등 형상의 조명 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3 에 나타난 조명 장치를 AA' 방향으로 절단한 경우를 나타낸 단면도이다.
이 경우 투명 케이스는 반도체 발광 소자(10)에서 방출되는 빛이 적절히 확산되도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 백열 전구 또는 형광등은 전방위에 광을 발하여, 이들을 광원으로 하는 상기 종래의 광 확산판은, 높은 광 확산성과 높은 투명성을 갖는다. 한편, LED는 전방 (前方) 으로 집중하여 광을 발하는 것으로서, 백색 전구나 형광등에 비교하여 지향성이 높다. 그 때문에, LED를 광원으로 하여 상기 종래의 광 확산판을 사용하면, LED 광원이 비쳐 보인다는 단점이 있으므로, 굴절 또는 분산을 통하여 반도체 발광 소자의 점광을 면광으로 전환하는 확산판을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 4 에 도시된 바와 같이, 투명 케이스는 회로 기판을 고정할 수 있도록 내측으로 돌출된 홈부를 구비하는 것이 바람직하다. 음이온 발생부가 회로 기판 하부에 형성된 경우 반도체 발광 소자에서 발생한 열에 의해서 발생된 음이온이 회로 기판에 가로막히지 않고 효과적으로 투명 케이스 외부로 방출될 수 있도록, 음이온 방출구는 LED가 형성된 면과 반대쪽 면상에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 반도체 발광 소자 20: 회로 기판 30: 음이온 발생부
40: 방열부 50: 투명 케이스부 60:음이온 방출구

Claims (10)

  1. 회로 기판;
    상기 회로 기판 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 발광 소자;
    상기 회로 기판의 일 영역에 배치되며, 상기 발광 소자의 작동에 의한 열에 의하여 음이온을 발생시키는 물질을 갖는 음이온 발생부를 구비하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음이온 발생부는 상기 회로 기판 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판 하면에 방열부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 음이온 발생부는 상기 방열부 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 회로 기판을 둘러싸도록 형성되는 투명 케이스부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 투명 케이스부는 표면 일부를 관통하여 음이온 발생부에서 발생한 음이온이 외부로 방출될 수 있도록 형성된 음이온 방출구를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 음이온 발생부는 상기 회로 기판 하면에 배치되며, 상기 음이온 방출구는 상기 투명 케이스부의 표면 중 상기 음이온 발생부와 대향하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 회로 기판 상에 길이방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 음이온 발생부는 고체상태의 탄소로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 음이온 발생부는 탄소 분말과 접착액이 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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