KR20140021477A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20140021477A
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윤상호
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치는, 체결 림과, 상기 체결 림의 내측에 구비되는 지지 플레이트를 포함하는 베이스; 상기 체결 림에 체결되어 상기 지지 플레이트를 커버하며, 공기의 유입을 안내하는 유로와, 상기 유로를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징에 의해 커버된 상기 지지 플레이트의 일면 상에 배치되어 공기를 상기 하우징의 내부 공간으로 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 베이스에 구비된 공기 방출홀을 통해 외부로 방출하는 냉각팬; 및 상기 지지 플레이트에 장착되는 광원 모듈;을 포함하고, 상기 유로는 상기 하우징의 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명은 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED)를 조명의 광원으로 사용하는 조명 장치는 광원에서 발생되는 열을 기판을 통해 히트 싱크로 전달하여 외부(예, 외부 공기)로 방출하는 구조이다. 자연 대류를 통한 열전달은 그 효율이 매우 낮아서 광원을 냉각시키기 위해서는 상당히 큰 히트 싱크의 장착이 필요하였다. 이를 개선하는 방법으로 광원과 기판의 접촉을 증가시켜서 열전도를 증대시키거나, 기판의 재질을 금속재료로 구성하여 열전달을 증대시키는 방법 등 다양한 방열 효율을 향상시키는 방법이 요구되고 있다.
당 기술분야에서는 종래의 자연 대류의 제한적인 방열 효율을 극복하여 방열 효율을 극대화함으로써 광원의 수명을 증대시키고, 광 출력을 향상시킬 수 있는 조명 장치가 요구되고 있다.
또한, 고출력에 따른 방열 효율을 향상시키면서 조명 장치가 ANSI 규격 범위내의 사이즈를 갖도록 하는 조명 장치도 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는,
체결 림과, 상기 체결 림의 내측에 구비되는 지지 플레이트를 포함하는 베이스; 상기 체결 림에 체결되어 상기 지지 플레이트를 커버하며, 공기의 유입을 안내하는 유로와, 상기 유로를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징에 의해 커버된 상기 지지 플레이트의 일면 상에 배치되어 공기를 상기 하우징의 내부 공간으로 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 베이스에 구비된 공기 방출홀을 통해 외부로 방출하는 냉각팬; 및 상기 지지 플레이트에 장착되는 광원 모듈;을 포함하고, 상기 유로는 상기 하우징의 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 이룰 수 있다.
상기 공기 유입홀은 상기 하우징의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비되며, 상기 유로는 상기 하우징의 하단부에서 상기 하우징의 외측면을 따라 상부로 연장되어 상기 공기 유입홀과 연통할 수 있다.
상기 공기 유입홀은 상기 하우징의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비되며, 상기 유로는 상기 공기 유입홀과 대응되는 위치에서 상기 하우징의 둘레를 따라 형성되어 상기 공기 유입홀과 연통하는 제1 유로와, 상기 제1 유로로부터 상기 하우징의 하단부로 연장되어 외부로 개방되는 제2 유로를 포함할 수 있다.
상기 유로는 적어도 하나가 상기 하우징의 외부 표면에 리세스 형태의 함몰된 구조로 구비되어 상기 공기 유입홀과 연통할 수 있다.
상기 체결 림은 상기 유로와 대응되는 위치에 상기 유로와 대응되는 형태의 홈을 구비하여 상기 하우징의 유로와 이어질 수 있다.
상기 체결 림은 하단부에 외측 방향으로 돌출된 플랜지부를 구비하고, 상기 플랜지부에는 상기 체결 림의 둘레를 따라서 복수의 통기구가 형성되어 상기 하우징의 유로와 이어질 수 있다.
상기 베이스는 상기 지지 플레이트의 외주면과 상기 체결 림의 내측면 사이에 상기 공기 방출홀을 구비하여 상기 하우징의 내부 공간으로 유입된 공기를 외부로 방출할 수 있다.
상기 베이스는 상기 지지 플레이트의 중심부에 상기 공기 방출홀을 구비하여 상기 하우징의 내부 공간으로 유입된 공기를 외부로 방출할 수 있다.
상기 베이스는 상기 냉각팬과 마주하는 상기 지지 플레이트의 상기 일면에 복수의 방열핀을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는,
공기 방출홀을 구비하는 베이스; 상기 베이스의 일측에 배치되며, 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 형성하는 유로와, 상기 유로를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되어 공기를 상기 하우징의 내부 공간으로 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 공기 방출홀을 통해 외부로 방출하는 냉각팬; 및 상기 베이스의 타측에 배치되며, 적어도 하나의 발광소자와 상기 발광소자 상에 배치되는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 렌즈 유닛을 포함하는 광원 모듈;을 포함할 수 있다.
자연 대류의 제한적인 방열 효율을 극복하여 방열 효율을 극대화함으로써 광원의 수명을 증대시키고, 광 출력을 향상시킬 수 있는 조명 장치가 제공될 수 있다.
또한, 고출력에 따른 방열 효율을 향상시키면서 조명 장치가 ANSI 규격 범위내의 사이즈를 갖도록 할 수 있는 조명 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 조명 장치에서 베이스를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 베이스 상에 냉각팬이 배치된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 냉각팬 상에 역류 방지부가 배치된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치가 천장에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 8의 조명 장치에서 베이스를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 베이스 상에 냉각팬이 배치된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 11의 냉각팬 상에 역류 방지부가 배치된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치가 천장에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 장치가 천장에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 15의 조명 장치에서 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 18의 광원 모듈에서 렌즈 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 렌즈 유닛에서 렌즈를 개략적으로 나타내는 절개사시도이다.
도 21은 도 18의 광원 모듈에서 광 경로를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 22는 렌즈의 배광 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 23a 내지 도 23c는 성형틀을 사용해 렌즈를 구비한 렌즈 유닛을 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 24a 및 도 24b에서는 일반적인 구조의 집광 렌즈와 본 실시예에 따른 슬림형 렌즈를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용될 수 있는 기판의 일 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 26은 상기 기판의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 27은 상기 도 26의 변형예에 따른 기판을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 28 내지 도 31은 상기 기판의 또 다른 다양한 실시 형태를 각각 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 32는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용가능한 발광소자(LED 칩)의 일 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 33은 도 32의 발광소자(LED 칩)의 다른 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 34는 도 32의 발광소자(LED 칩)의 또 다른 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 35는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용가능한 발광소자(LED 칩)로서 실장용 기판에 실장된 LED 칩의 예를 나타내는 단면도이다.
도 36은 CIE 1931 좌표계이다.
도 37은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 38은 도 37에 도시된 조명 시스템의 조명부의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 39는 도 37에 도시된 조명 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 40은 도 37에 도시된 조명 시스템을 개략적으로 구현한 사용 예시도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 블록도이다.
도 42는 본 발명의 지그비 신호의 포맷도이다.
도 43은 본 발명의 센싱 신호 분석부 및 동작 제어부의 설명도이다.
도 44는 본 발명의 무선 조명 시스템의 동작 흐름도이다.
도 45는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 구성 요소를 간략히 도시한 블록도이다.
도 46은 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 47은 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 48은 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 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 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2와 함께 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 조명 장치(10)는 베이스(100), 하우징(200), 냉각팬(300), 광원 모듈(400)을 포함할 수 있다.
베이스(100)는 냉각팬(300)과 광원 모듈(400)이 장착되어 고정되는 프레임 부재의 일종으로 체결 림(rim)(110)과, 상기 체결 림(110)의 내측에 구비되는 지지 플레이트(120)를 포함할 수 있다.
상기 체결 림(110)은 중심축(O)에 수직한 링 형태의 구조를 가지며, 하단부에 외측 방향으로 돌출된 플랜지부(111)를 구비할 수 있다. 이러한 플렌지부(111)는 도 6 및 도 7에서 도시하는 바와 같이 조명 장치(10)를 천장(1)과 같은 구조물에 장착하는 경우 천장(1)에 구비된 홀(2)에 끼워져 조명 장치(10)가 고정되도록 하는 역할을 한다.
상기 체결 림(110)은 중심부 방향으로 함몰된 구조의 홈(112)을 구비할 수 있다. 상기 홈(112)은 추후 설명하는 하우징(200)의 유로(220)와 대응되는 형태를 가지며, 상기 유로(220)와 대응되는 위치에 형성된다. 이를 통해 상기 유로(220)는 상기 홈(112)과 연속하는 구조로 이어져 상기 유로(220)가 상기 체결 림(110)의 하부를 통해 외부로 노출될 수 있도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '상부', '하부', '상면', '하면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 조명 장치가 배치되는 방향에 따라 그 용어는 달라질 수 있을 것이다.
본 실시 형태에 채용된 베이스(100)는 도 3을 참조하여 상세히 설명될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지 플레이트(120)는 상기 체결 림(110)의 내주면에 중심축(O) 방향과 수직한 수평 구조로 구비되며, 부분적으로 상기 체결 림(110)과 연결될 수 있다. 상기 지지 플레이트(120)는 서로 대향하는 평평한 일면(상면)(120a)과 타면(하면)(120b)을 가지며, 상기 일면(120a)에 복수의 방열핀(121)을 구비할 수 있다. 상기 복수의 방열핀(121)은 상기 지지 플레이트(120)의 중심에서 테두리 방향을 향해 방사상으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 방열핀(121)은 각각 곡면을 가지며 전체적으로 나선형을 이루는 구조로 배열될 수 있다. 본 실시 형태에서는 구부러진 형태의 곡면을 갖는 상기 복수의 방열핀(121)이 나선형 구조로 배열되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 방열핀(121)은 직선 등의 기타 다양한 형태를 가지는 것도 가능하다.
상기 일면(120a)에는 고정부(122)가 소정 높이로 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 고정부(122)에는 스크류 홀이 형성되어 추후 설명하는 하우징(200) 및 냉각팬(300)을 스크류(s)와 같은 고정수단을 통해 고정시킬 수 있다.
상기 지지 플레이트(120)의 타면(120b)에는 추후 설명하는 광원 모듈(400)이 장착된다. 상기 타면(120b)에는 하부 방향으로 소정 높이를 가지며 돌출된 측벽(123)이 테두리 둘레를 따라서 구비될 수 있다. 이러한 측벽(123)의 내측으로는 소정 크기의 공간이 마련되어 상기 광원 모듈(400)을 그 내부에 수용할 수 있다.
상기 베이스(100)는 상기 지지 플레이트(120)의 외주면과 상기 체결 림(110)의 내측면 사이에 슬릿 형태의 공기 방출홀(130)을 구비할 수 있다. 상기 공기 방출홀(130)은 공기가 상기 지지 플레이트(120)의 일면(120a)에서 타면(120b) 방향으로 빠져나가는 통로 역할을 하며, 따라서 공기가 일면(120a) 쪽에 정체되지 않고 연속적으로 흐름을 유지할 수 있도록 한다.
상기 베이스(100)는 열원인 광원 모듈(400)과 직접적으로 접촉하는 부분이므로 히트 싱크와 같은 방열 기능을 수행할 수 있도록 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 열전도율이 우수한 금속 또는 수지 등을 사용하여 사출 성형 등을 통해 체결 림(110)과 지지 플레이트(120)가 일체로 이루어진 베이스(100)를 형성할 수 있다. 또한, 체결 림(110)과 지지 플레이트(120)는 각각 별개의 구성요소로 개별 제조되어 조립될 수 있다. 이 경우, 지지 플레이트(120)는 열전도율이 우수한 금속 또는 수지 등으로 이루어질 수 있고, 조명 장치 교체와 같은 작업 시 사용자가 직접 파지하는 부분인 체결 림(110)의 경우 화상에 의한 피해가 발생하는 것을 방지하도록 상대적으로 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 하우징(200)은 상기 베이스(100)의 일측에 배치되며, 구체적으로 상기 체결 림(110)에 체결되어 상기 지지 플레이트(120)를 커버한다. 상기 하우징(200)은 상부로 볼록한 포물면 형태를 가지며, 상단부 쪽에는 외부 전원(예를 들어, 소켓)과의 체결을 위해 단자부(210)가 구비되고, 상기 베이스(100)와 체결되는 하단부 쪽에는 개구가 형성될 수 있다. 특히, 상기 하우징(200)에는 외부로부터 공기의 유입을 안내하도록 상기 하우징(200)의 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 형성하는 유로(220)와, 상기 유로(220)를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀(230)이 구비된다.
상기 공기 유입홀(230)은 상기 하우징(200)의 상단부 쪽에 인접하여 상기 하우징(200)의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 유로(220)는 적어도 하나가 상기 하우징(200)의 외부 표면에 리세스 형태의 함몰된 구조로 형성되며, 상기 하우징(200)의 하단부에서 상기 하우징(200)의 외측면을 따라 상부로 연장되어 상기 공기 유입홀(230)과 연통하는 구조로 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 유로(220)는 상기 공기 유입홀(230)과 대응되는 위치에서 상기 하우징(200)의 둘레를 따라 형성되어 상기 공기 유입홀(230)과 연통하는 제1 유로(221)와, 상기 제1 유로(221)로부터 상기 하우징(200)의 하단부로 연장되어 외부로 개방되는 제2 유로(222)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 유로(222)는 상기 하우징(200)의 하단부에 체결된 상기 체결 림(110)의 상기 홈(112)과 연속하는 구조로 이어지며, 상기 체결 림(110)의 하부로 연장되어 외부로 개방될 수 있다. 따라서, 외부 공기는 상기 체결 림(110)의 하부 방향에서 상기 하우징(200)의 외부 표면의 일부인 상기 유로(220)를 따라 유입 및 상부 방향으로 안내되고, 상기 공기 유입홀(230)을 통해 상기 하우징(200)의 내부 공간으로 유입될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 제2 유로(222)가 한 쌍으로 서로 마주하는 구조로 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 상기 제2 유로(222)의 개수 및 구비 위치는 다양하게 변경 가능하다.
도 4에서는 상기 베이스(100) 상에 냉각팬(300)이 배치된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(200) 내부에는 냉각팬(300)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(300)은 상기 지지 플레이트(120)의 일면(120a) 상에 배치되어 외부로부터 공기를 상기 하우징(200)의 내부 공간으로 강제 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 베이스(100)에 구비된 공기 방출홀(130)을 통해 외부로 강제 방출한다. 이러한 강제적인 공기 흐름을 통해 상기 베이스(100)에 장착된 광원 모듈(400)에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 방출하여 조명 장치(10)의 온도를 낮출 수 있다.
상기 냉각팬(300)은 상기 지지 플레이트(120)의 고정부(122)에 놓여 지지되고 고정될 수 있다. 그리고, 상기 냉각팬(구체적으로, 상기 냉각팬의 상면)은 상기 하우징(200)에 구비된 공기 유입홀(230)과 적어도 동일 수평선 상에 놓이거나 보다 낮은 위치에 놓이도록 배치될 수 있다. 따라서, 공기 유입홀(230)을 통해 하우징(200)의 내부 공간으로 흡기된 공기가 상기 냉각팬(300)을 통과하여 바로 베이스(100)로 흐르도록 하여 공기의 이동 경로를 단순화할 수 있고, 따라서 공기의 흐름이 보다 원활해지도록 하여 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5에서는 상기 냉각팬(300) 상에 역류 방지부(500)가 배치된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉각팬(300) 상에는 역류 방지부(500)를 배치하여 상기 냉각팬(300)을 통해 상기 하우징(200) 내부 공간으로 흡기된 공기가 역류하는 것을 방지하도록 할 수 있다. 상기 역류 방지부(500)는 중앙홀(511)이 형성된 링 형태의 몸체(510)와, 상기 중앙홀(511)을 향해 연장된 복수의 가이드 핀(520)을 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 복수의 가이드 핀(520)이 곡면을 가지며 구부러져 나선형 구조로 배열되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 몸체(510)는 외주면이 상기 하우징(200)의 내측면과 접촉하는 구조로 형성될 수 있으며, 이를 통해 상기 냉각팬(300)과 상기 하우징(200) 사이의 틈을 막을 수 있다. 그리고, 상기 중앙홀(511)은 상기 냉각팬(300)과 대응되는 크기 및 형태로 형성될 수 있다. 상기 몸체(510)는 상기 하우징(200)에 구비된 공기 유입홀(230)과 적어도 동일 수평선 상에 놓이거나 보다 낮은 위치에 놓이도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각팬(300)은 상기 역류 방지부(500)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 하우징(200)의 공기 유입홀(230)을 통해 내부로 흡기된 공기는 온전히 상기 몸체(510)의 중앙홀(511)을 통과하여 상기 냉각팬(300)으로 흐르게 된다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광원 모듈(400)은 상기 복수의 방열핀(121)이 구비된 상기 지지 플레이트(120)의 일면(120a)과 대향하는 타면(120b)에 장착되어 광을 조사한다. 상기 광원 모듈(400)은 기판(410)과, 상기 기판(410)에 장착되는 적어도 하나의 발광소자(420)를 포함할 수 있다.
상기 기판(410)은 일반적인 FR4 타입의 PCB일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지소재 및 기타 유기 수지소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB등을 포함할 수 있다.
발광소자(420)는 상기 기판(410)상에 실장되어 전기적으로 접속된다. 상기 발광소자(420)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 발생시키는 반도체 소자의 일종이며, 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(420)는 함유되는 물질에 따라서 청색광, 녹색광 또는 적색광을 발광할 수 있으며, 백색광을 발광할 수도 있다.
상기 발광소자(420)는 복수개가 상기 기판(410) 상에 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 발광소자(420)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)이거나 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수 있다. 상기 발광소자(420)는 LED 칩 자체일 수 있고, 또는 LED 칩을 내부에 구비하는 패키지 단품일 수 있다.
한편, 상기 베이스(100)에는 상기 기판(410)과 발광소자(420)를 덮는 커버(600)가 장착될 수 있다. 상기 커버(600)는 상기 발광소자(420)에서 발생된 광이 외부로 조사될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질, 예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있으며, 글라스를 소재로 형성될 수도 있다.
상기 커버(600)는 각 발광소자(420)에 대응하여 렌즈(610)를 구비할 수 있다. 상기 렌즈(610)는 각 발광소자(420)와 마주하여 배치되며, 상기 발광소자(420)에서 발생되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 커버(600)에 각 발광소자(420)에 대응하는 렌즈(610)가 구비되는 구조를 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 커버(600)는 그 자체가 렌즈로서 기능을 수행할 수 있도록 볼록 렌즈 형태로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
상기 커버(600)는 광 확산제를 함유할 수 있다. 이러한 광 확산제는 나노 크기의 입도를 가질 수 있으며, SiO2, TiO2 및 Al2O3등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(10)가 천장(1)에 장착된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 상기 천장(1)에는 고정 유닛(3)이 장착되어 상기 조명 장치(10)를 체결 및 고정시킬 수 있으며, 상기 조명 장치(10)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 조명 장치(10)는 상기 고정 유닛(3)에 의해 상기 천장(1)의 상부에 밀폐된 상태로 고정될 수 있다.
도시하는 바와 같이, 조명 장치(10)는 체결 림(110)이 상기 천장(1)의 홀(2)에 끼워지는 구조로 체결될 수 있다. 상기 천장(1)의 홀(2)은 상기 체결 림(110)과 대응되는 형태로 구비될 수 있으며, 따라서, 상기 체결 림(110)과 상기 홀(2) 사이에는 상기 체결 림(110)에 형성된 홈(112)에 상당하는 공간 외에는 틈새가 발생하지 않는다. 본 실시 형태에서는 조명 장치(10)가 상기 천장(1)의 홀(2)에 끼워지는 구조로 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 고정 유닛(3)이 상기 천장(1)의 홀(2)에 끼워지는 구조로 장착될 수 있고, 상기 조명 장치(10)는 체결 림(110)을 통해 상기 고정 유닛(3)에 끼워지는 구조로 체결될 수도 있다. 이 경우에도 상기 체결 림(110)과 상기 고정 유닛(3) 사이에는 상기 홈(112)에 상당하는 공간 외에는 틈이 발생하지 않을 수 있다.
전원 공급에 의해 상기 하우징(200) 내의 냉각팬(300)이 작동하면 상기 체결 림(110)과 상기 천장(1) 사이의 공간인 상기 홈(112)을 통해 외부 공기(A)가 유입되며, 유입된 공기(A)는 상기 하우징(200)의 외부 표면에 형성된 상기 유로(220)를 따라 상기 하우징(200)의 하단부에서 상단부 방향으로 안내된다. 그리고, 상기 공기(A)는 상기 하우징(200)의 공기 유입홀(230)을 통해 상기 하우징(200)의 내부 공간으로 흡기된다. 하우징(200)의 내부 공간으로 흡기된 공기(A)는 냉각팬(300)을 통과하여 베이스(100)의 지지 플레이트(120)로 이송되고, 상기 지지 플레이트(120) 상의 방열핀(121)을 따라서 테두리 방향을 향해 방사상으로 흘러 상기 공기 방출홀(130)을 통해 외부로 방출된다. 이때, 상기 지지 플레이트(120) 상의 가열된 공기(A')는 하우징(200) 내부로 강제로 흡기되어 외부로 방출되는 공기의 흐름과 함께 외부로 방출됨으로써 상기 지지 플레이트(120) 및 상기 지지 플레이트(120)에 장착된 광원 모듈(400)을 냉각시키게 된다. 또한, 상기 하우징(200) 내부로 계속해서 흡기되는 차가운 공기(A)에 의해 상기 하우징(200) 내부를 냉각시키게 된다. 특히, 본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치(10)의 경우 하우징(200)의 외부 표면에 공기(A) 흐름을 위한 유로(220)를 구비함으로써 하우징(200)을 덮는 밀폐된 고정 유닛(3)(예를 들어, 하우징과 대응되는 형태를 가져 하우징의 외부 표면에 밀착되는 소켓 구조물)내에 조명 장치(10)를 장착하더라도 상기 유로(220)에 의해 형성되는 공간을 통해 외부 공기(A)를 하우징(200) 내부로 흡기하는 것이 가능하다. 이와 같이, 외부의 차가운 공기(A)를 강제로 흡기하여 조명 장치(10)를 냉각시킴으로써 방열 효율을 극대화할 수 있고, 따라서 광원 모듈(400)의 수명이 증대됨은 물론 발광효율도 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9에서 도시하는 실시 형태에 따른 조명 장치를 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 7에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 베이스 및 광원의 구조가 상기 도 1 내지 도 7에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고, 베이스 및 광원 모듈에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 장치(10')는 베이스(100'), 하우징(200'), 냉각팬(300'), 광원 모듈(400')을 포함할 수 있다.
베이스(100')는 체결 림(rim)(110')과, 상기 체결 림(110')의 내측에 구비되는 지지 플레이트(120')를 포함할 수 있다.
상기 체결 림(110')은 중심축(O)에 수직한 링 형태의 구조를 가지며, 하단부에 외측 방향으로 돌출된 플랜지부(111')를 구비할 수 있다. 상기 플렌지부(111')는 도 13 및 도 14에서와 같이 조명 장치(10')를 천장(1)과 같은 구조물에 장착하는 경우 천장(1)에 구비된 홀(2)에 끼워져 조명 장치(10')가 고정되도록 하는 역할을 한다.
상기 플랜지부(111')에는 복수의 통기구(113')가 상기 체결 림(110')의 둘레를 따라서 형성될 수 있다. 상기 복수의 통기구(113')는 상기 하우징(200')에 구비되는 유로(220')와 이어져 공기(A)가 상기 통기구(113')를 통과하여 상기 유로(220')로 흐르도록 한다.
본 실시 형태에 채용된 베이스(100')는 도 10을 참조하여 상세히 설명될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 지지 플레이트(120')는 상기 체결 림(110')의 내주면에 중심축(O)에 수직한 구조로 구비되며, 외주면 전체가 상기 체결 림(110')과 연결될 수 있다.
상기 지지 플레이트(120')는 서로 대향하는 평평한 일면(상면)(120a')과 타면(하면)(120b')을 가지며, 상기 일면(120a')에 복수의 방열핀(121')을 구비할 수 있다. 상기 복수의 방열핀(121')은 상기 지지 플레이트(120')의 중심에서 테두리 방향을 향해 방사상으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 방열핀(121')은 각각 곡면을 가지며 전체적으로 나선형을 이루는 구조로 배열될 수 있다. 본 실시 형태에서는 구부러진 형태의 곡면을 갖는 상기 복수의 방열핀(121')이 나선형 구조로 배열되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 방열핀(121')은 직선 등의 기타 다양한 형태를 가지는 것도 가능하다.
상기 일면(120a')에는 고정부(122')가 소정 높이로 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 고정부(122')에는 스크류 홀이 형성되어 상기 하우징(200') 및 상기 냉각팬(300')을 스크류(S)와 같은 고정수단을 통해 고정시킬 수 있다.
상기 지지 플레이트(120')의 타면(120b')에는 상기 광원 모듈(400')이 장착된다. 상기 타면(120b')에는 하부 방향으로 소정 높이를 가지며 돌출된 측벽(123')이 테두리 둘레를 따라서 구비될 수 있다. 이러한 측벽(123')의 내측으로는 소정 크기의 공간이 마련되어 상기 광원 모듈(400')을 그 내부에 수용할 수 있다.
상기 베이스(100')는 상기 지지 플레이트(120')의 중심부에 상기 공기 방출홀(130')을 구비할 수 있다. 상기 공기 방출홀(130')은 공기(A')가 상기 지지 플레이트(120')의 일면(120a')에서 타면(120b') 방향으로 빠져나가는 통로 역할을 하며, 따라서 공기(A')가 일면(120a') 쪽에 정체되지 않고 연속적으로 흐름을 유지할 수 있도록 한다.
도 11에서는 상기 베이스(100') 상에 냉각팬(300')이 배치된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 11에서 도시하는 바와 같이, 상기 지지 플레이트(120')의 상기 일면(120a') 상에는 상기 냉각팬(300')이 배치된다. 상기 냉각팬(300')은 상기 고정부(122')에 고정될 수 있다.
그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 냉각팬(300')의 상부에는 역류 방지부(500')가 배치될 수 있다.
하우징(200')은 상기 베이스(100')의 상기 체결 림(110')에 체결되어 상기 지지 플레이트(120')를 커버한다. 상기 하우징(200')은 상부로 볼록한 포물면 형태를 가지며, 상단부 쪽에는 소켓과의 체결을 위해 단자부(210')가 구비되고, 상기 베이스(100')와 체결되는 하단부 쪽에는 개구가 형성될 수 있다. 상기 하우징(200')에는 외부로부터 공기(A)의 유입을 안내하도록 상기 하우징(200')의 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 형성하는 유로(220')와, 상기 유로(220')를 통해 안내된 공기(A)를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀(230')이 구비된다.
상기 공기 유입홀(230')은 상기 하우징(200')의 상단부 쪽에 인접하여 상기 하우징(200')의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 유로(220')는 적어도 하나가 상기 하우징(200')의 외부 표면에 리세스 형태의 함몰된 구조로 구비되어 상기 공기 유입홀(230')과 연통하며, 상기 하우징(200')의 하단부에서 상기 하우징(200')의 외측면을 따라 상부로 연장되어 상기 공기 유입홀(230')과 연통하는 구조로 구비될 수 있다.
상기 유로(220')는 상기 하우징(200')의 하단부에 체결된 상기 체결 림(110')의 상기 통기구(113')와 연속하는 구조로 이어지며, 상기 통기구(113')를 통해 외부로 개방될 수 있다. 따라서, 외부 공기(A)는 상기 체결 림(110')의 하부 방향에서 상기 통기구(113')를 통과하여 상기 하우징(200')의 외부 표면의 일부인 상기 유로(220')를 따라 유입 및 상부 방향으로 안내되고, 상기 공기 유입홀(230')을 통해 상기 하우징(200')의 내부 공간으로 유입될 수 있다. 도 8에서 도시하는 실시 형태에 따른 유로(220')는 상기 하우징(200')의 표면적 대부분을 차지하는 점에서 상기 도 1의 실시 형태와 차이가 있다. 본 실시 형태에서는 상기 유로(220')가 한 쌍으로 서로 마주하는 구조로 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 상기 유로(220')의 개수 및 크기는 다양하게 변경 가능하다.
광원 모듈(400')은 상기 복수의 방열핀(121')이 구비된 상기 지지 플레이트(120')의 일면(120a')과 대향하는 타면(120b')에 장착되어 광을 조사한다. 상기 광원 모듈(400')은 기판(410')과, 상기 기판(410')에 장착되는 적어도 하나의 발광소자(420')를 포함할 수 있다.
상기 기판(410')은 일반적인 FR4 타입의 PCB일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지소재 및 기타 유기 수지소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB등을 포함할 수 있다.
상기 기판(410')은 상기 지지 플레이트(120')의 공기 방출홀(130')과 대응되는 위치에 공기 방출을 위한 관통홀(430')을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 발광소자(420')는 상기 관통홀(430')의 둘레를 따라서 배열될 수 있다.
발광소자(420')는 상기 기판(410')상에 실장된다. 상기 발광소자(420')는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 발생시키는 반도체 소자의 일종이며, 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(420')는 함유되는 물질에 따라서 청색광, 녹색광 또는 적색광을 발광할 수 있으며, 백색광을 발광할 수도 있다.
상기 발광소자(420')는 복수개가 상기 기판(410') 상에 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 발광소자(420')는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)이거나 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수 있다. 상기 발광소자(420')는 LED 칩 자체일 수 있고, 또는 LED 칩을 내부에 구비하는 패키지 단품일 수 있다.
한편, 상기 베이스(100')에는 상기 기판(410')과 발광소자(420')를 덮는 커버(600')가 장착될 수 있다. 상기 커버(600')는 상기 광원 모듈(400')에서 발생된 광이 외부로 조사될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질, 바람직하게는 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있으며, 글라스를 소재로 형성될 수도 있다.
상기 커버(600')는 상기 기판(410')의 관통홀(430')과 연결되는 방출관(620')을 중심부에 구비할 수 있다. 따라서, 상기 하우징(200') 내의 공기(A')는 상기 지지 플레이트(120')의 공기 방출홀(130')과 상기 기판(410')의 관통홀(430')을 통과하여 상기 방출관(620')을 통해 외부로 방출될 수 있다.
도 13 및 도 14에서는 본 실시 형태에 따른 조명 장치(10')가 천장(1)에 장착된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 조명 장치(10')는 체결 림(110')이 상기 천장(1)의 홀(2)에 끼워지는 구조로 체결될 수 있다. 상기 천장(1)의 홀(2)은 상기 체결 림(110')과 대응되는 형태를 가질 수 있으며, 따라서, 상기 체결 림(110')과 상기 홀(2) 사이에는 틈새가 발생하지 않는다.
전원 공급에 의해 상기 하우징(200') 내의 냉각팬(300')이 작동하면, 외부 공기(A)는 상기 플랜지부(111')에 구비된 복수의 통기구(113')를 통해 유입되며, 상기 하우징(200')의 외부 표면에 형성된 상기 유로(220')를 따라 상기 하우징(200')의 하단부에서 상단부 방향으로 안내된다. 그리고, 상기 공기(A)는 상기 하우징(200')의 공기 유입홀(230')을 통해 상기 하우징(200')의 내부 공간으로 흡기된다. 하우징(200')의 내부 공간으로 흡기된 공기(A)는 냉각팬(300')을 통과하여 베이스(100')의 지지 플레이트(120')로 이송되고, 상기 지지 플레이트(120')의 공기 방출홀(130')과 상기 기판(410')의 관통홀(430')을 통과하여 상기 방출관(620')을 통해 외부로 방출된다. 이때, 상기 지지 플레이트(120') 상의 가열된 공기(A')는 하우징(200') 내부로 강제로 흡기되어 외부로 방출되는 공기의 흐름과 함께 외부로 방출됨으로써 상기 지지 플레이트(120') 및 상기 지지 플레이트(120')에 장착된 광원 모듈(400')을 냉각시키게 된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치(10')는 천장(1)의 홀(2)과 체결 림(110') 사이에 틈새가 발생하지 않는 구조로 끼움 고정되더라도 플랜지부(111')에 구비되는 통기구(113')를 통해 외부 공기(A)를 흡기할 수 있으며, 소켓 구조물과 같이 밀폐된 고정 유닛(3)에 조명 장치(10')가 체결되더라도 하우징(200')의 표면에 구비된 유로(220')에 의해 형성된 공간을 통해 외부 공기(A)를 강제 유입시켜 조명 장치(10')를 냉각시킬 수 있다.
도 15 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.
도 15 내지 도 21에서 도시하는 실시 형태에 따른 조명 장치를 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 7에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광원의 구조가 상기 도 1 내지 도 7에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고, 광원 모듈에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 15 및 도 16에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 조명 장치(10'')는 베이스(100''), 하우징(200''), 냉각팬(300'') 및 광원 모듈(400'')을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 베이스(100'')는 체결 림(110'')과, 상기 체결 림(110'')의 내측에 구비되는 지지 플레이트(120'')를 포함하여 구성되며, 상기 지지 플레이트(120'')의 외주면과 상기 체결 림(110'')의 내측면 사이에 슬릿 형태의 공기 방출홀(130'')을 구비할 수 있다.
상기 하우징(200'')은 상기 베이스(100'')의 일측에 배치되며, 상기 체결 림(110'')에 체결되어 상기 지지 플레이트(120'')를 커버한다. 상기 하우징(200'')에는 공기의 유입을 안내하도록 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 형성하는 유로(220'')와, 상기 유로(220'')를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀(230'')이 구비된다.
상기 냉각팬(300'')은 상기 하우징(200'') 내에 구비되어 공기를 상기 하우징(200'')의 내부 공간으로 강제 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 베이스(100'')에 구비된 공기 방출홀(130'')을 통해 외부로 방출한다.
상기 베이스(100''), 하우징(200'') 및 냉각팬(300'')은 상기 도 1의 실시 형태에 따른 조명 장치(10)의 구성 부재 및 구조와 실질적으로 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 냉각팬(300'') 상에는 상기 냉각팬(300'')과 상기 하우징(200'') 사이의 틈을 막아주는 스페이서(700'')가 구비될 수 있다. 상기 스페이서(700'')는 중앙홀(710'')이 형성된 링 형태의 구조를 가지며, 외주면이 상기 하우징(200'')의 내측면과 접촉하는 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 중앙홀(710'')은 상기 냉각팬(300'')과 대응되는 크기 및 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 하우징(200'')의 공기 유입홀(230'')을 통해 내부로 흡기된 공기는 온전히 상기 중앙홀(710'')을 통과하여 상기 냉각팬(300'')으로 흐르게 된다.
도 15 및 도 16에서와 같이, 상기 하우징(200'')에는 단자부(210'') 내에 수용되어 외부 전원을 상기 광원 모듈(400'')로 공급하는 전원공급장치(PSU)(800'')가 장착될 수 있다. 상기 전원공급장치(800'')는 커패시터(capacitor) 등이 실장된 구동 회로(810'') 및 상기 구동 회로(810'')와 접속되며 상기 단자부(210'') 밖으로 돌출되는 전극핀(820'')을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 전극핀(820'')은 핀 홀더(830'')를 통해 고정될 수 있다.
상기 전원공급장치(800'')는 상기 하우징(200'')의 상기 공기 유입홀(230'')보다 높은 위치의 상부에 배치될 수 있으며, 따라서, 공기 유입홀(230'')을 통해 하우징(200'')의 내부 공간으로 흡기된 공기는 상기 냉각팬(300'')을 통과하여 바로 베이스(100'')로 흐르게 된다. 이 경우, 상기 전원공급장치(800'')에서 발생된 열은 상기 흡기된 공기(A)에 의해 외부로 방출될 수 있다.
상기 광원 모듈(400'')은 상기 지지 플레이트(120'')에 장착되며, 상기 전원공급장치(800'')를 통해 인가되는 전원에 의해 광을 방출한다. 본 실시 형태에 따른 광원 모듈(400'')은 적어도 하나의 발광소자(420'') 및 상기 발광소자(420'') 상에 배치되는 렌즈(450'')를 구비하는 렌즈 유닛(440'')을 포함하며, 상기 발광소자(420'')가 실장되는 기판(410'')을 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈 유닛(440'')은 상기 베이스(100'')의 타측에 배치되어 상기 기판(410'')과 복수의 발광소자(420'')를 덮을 수 있다. 상기 렌즈 유닛(440'')은 상기 발광소자(420'')를 외부 환경으로부터 보호하거나, 발광소자(420'') 외부로 나가는 광 추출 효율을 개선하기 위해 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 투광성 물질로는, 예를 들어, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴(acrylic) 등을 포함할 수 있다. 또한, 글라스 재질로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
도 18에서는 상기 광원 모듈(400'')을 개략적으로 나타내고 있으며, 도 19에서는 상기 광원 모듈(400'')의 렌즈 유닛(440'')을 개략적으로 나타내고 있다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 유닛(440'')은 상기 발광소자(420'')와 마주하는 제1면(440''-1) 및 상기 제1면(440''-1)과 대향하는 제2면(440''-2)을 가지며, 상기 렌즈 유닛(440'')에는 상기 발광소자(420'') 각각에 대향하여 배치되는 복수개의 렌즈(450'')가 구비될 수 있다. 상기 복수의 렌즈(450'')는 각 발광소자(420'') 상에 배치되어 상기 발광소자(420'')에서 발생된 광이 외부로 조사되는 영역을 조절할 수 있다. 상기 복수의 렌즈(450'')는 일체로 이어져 상기 렌즈 유닛(440'')을 이룰 수 있다.
본 실시 형태에 채용되는 렌즈(450'')는 도 20 및 도 21을 참조하여 보다 상세히 설명될 수 있다. 도 20 및 도 21에서와 같이, 상기 렌즈(450'')는 상기 제1면(440-1'')에 구비되며, 상기 발광소자(420'')의 광이 입사되는 중앙 입사면(451'')과, 상기 중앙 입사면(451'')의 둘레를 따라서 상기 발광소자(420'')를 향해 돌출되며, 중앙의 광축(Z)을 기준으로 대칭을 이루는 반사부(452'')를 가질 수 있다. 그리고, 상기 렌즈(450'')는 상기 제2면(440''-2)에 구비되며, 상기 발광소자(420'')와 반대 방향으로 돌출되고, 상기 광축(Z)을 기준으로 대칭을 이루는 굴절부(455'')를 가질 수 있다.
상기 중앙 입사면(451'')은 그 중앙을 통과하는 상기 광축(Z)에 수직하게 상기 발광소자(420'')의 직상부에 배치되며, 전체적으로 평평한 평면 형상을 가지거나 완만한 곡면 형상을 갖는 구조로 형성될 수 있다. 상기 중앙 입사면(451'')에는 단차 구조를 갖는 함몰부(456'')가 형성될 수 있다. 이러한 함몰부(456'')는 추후 설명하는 밀핀(eject pin)과 대응되는 형태로 형성되어 상기 밀핀과 접촉할 수 있다.
상기 반사부(452'')는 상기 중앙 입사면(451'')을 감싸는 형태로 그 가장자리 둘레를 따라서 링 형태로 구비되며, 상기 광축(Z)에 대해 상이한 회전 반경을 가지며 동심원을 이루는 제1 반사부(452a'') 및 제2 반사부(452b'')를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 중앙 입사면(451'')을 감싸도록 그 가장자리 둘레를 따라 상기 제1 반사부(452a'')가 구비되고, 상기 제1 반사부(452a'')를 감싸도록 그 가장자리 둘레를 따라 상기 제2 반사부(452b'')가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 반사부(452a'', 452b'')는 상기 광축(Z)에 대해 각각 상이한 지름을 갖는 링 형태의 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 반사부(452a'') 및 제2 반사부(452b'')는 각각 상기 발광소자(420'')의 광이 입사되는 사이드 입사면(453'') 및 상기 입사된 광을 상기 제2면(440''-2)으로 반사하는 반사면(454'')을 구비할 수 있다.
상기 사이드 입사면(453'')은 상기 발광소자(420'')의 광 중에서 측방향으로 조사되는 광이 수광되도록 하며, 이를 위해 상기 사이드 입사면(453'')은 상기 제1면(440''-1)으로부터 상기 발광소자(420'') 방향으로 돌출되어 상기 광축(Z)을 따라서 소정 길이만큼 연장되어 형성될 수 있다.
상기 반사면(454'')은 상기 사이드 입사면(453'')을 통해 수광된 광이 상기 제2면(440''-2)을 향하도록 반사시키며, 이를 위해 상기 반사면(454'')은 상기 사이드 입사면(453'')의 연장된 끝단과 상기 제1면(440''-1)을 연결하는 포물면 형태로 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 반사면(454'')이 포물면 형태를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 반사면(454'')은 직선의 경사진 형태로 형성될 수 있으며, 이 외에도 상기 사이드 입사면(453'')을 통해 수광된 광을 상기 제2면(440''-2)으로 향하도록 반사시키는 형상이면 자유롭게 변경될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 반사부(452'')는 상기 제1면(440''-1)으로부터 돌출된 길이가 상기 광축(Z)으로부터 멀어질수록 증가하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 반사부(452a'')보다 상기 제2 반사부(452b'')가 상기 발광소자(420'')를 향해 보다 길게 돌출되며, 따라서 상기 제2 반사부(452b'')는 상기 제1 반사부(452a'')보다 전체적으로 큰 크기로 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 반사부(452'')가 상기 제1 및 제2 반사부(452a'', 452b'')로 구성되는 2중고리 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 반사부(452'')는 상기 제2 반사부(452b'')보다 큰 크기와 지름을 갖는 미도시된 제3 반사부를 더 구비하여 3중고리 이상의 구조를 가지는 것도 가능하다.
상기 제1면(440''-1)과 대향하는 상기 제2면(440''-2)은 상기 제1면(440''-1)으로 입사된 광을 외부로 방출하는 광 출사면에 해당한다. 상기 제2면(440''-2)에는 상기 발광소자(420'')와 반대 방향으로 돌출되고, 상기 광축(Z)을 기준으로 대칭을 이루는 굴절부(455'')가 구비된다.
상기 굴절부(455'')는 중앙의 제1 굴절부(455a'')와 상기 제1 굴절부(455a'')를 둘러싸는 제2 굴절부(455b'')를 포함할 수 있다.
상기 제1 굴절부(455a'')는 상기 발광소자(420'')의 직상부에 배치되며, 상기 광축(Z)을 정점으로 하는 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제2 굴절부(455b'')는 상기 광축(Z)에 대해 복수의 동심원을 이루며, 상기 제1 굴절부(455a'')의 둘레를 따라 형성된 요철 형태의 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 굴절부(455b'')를 이루는 요철 형태는, 예를 들어, 프레넬 패턴(Fresnel pattern)을 포함할 수 있다.
상기 굴절부(455'')는 평평한 상기 제2면(440''-2)에 음각 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 굴절부(455a'')의 곡면과 상기 제2 굴절부(455b'')의 요철 형상은 적어도 상기 제2면(440''-2)과 공면(coplanar)을 이루거나 보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 굴절부(455'')는 상기 제2면(440''-2) 위로 돌출되지 않으며, 상기 렌즈(450'')의 높이(또는 두께)(TL)는 상기 제1면(440''-1)으로부터 돌출된 상기 반사부(452'')의 끝단과 상기 제2면(440''-2) 사이의 거리로 정의될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 굴절부(455'')가 상기 제2면(440''-2)으로부터 돌출되지 않는 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 굴절부(455'')는 부분적으로 상기 제2면(440''-2)의 상부로 돌출되는 것도 가능하다. 다만, 그 돌출되는 정도는 상기 렌즈(450'')의 전체 높이(또는 두께)(TL)에 대해 극히 일부에 지나지 않으므로 상기 렌즈(450'')의 높이(TL)에 큰 영향을 미치지 않는다.
한편, 상기 렌즈(450'')는 상기 광축(Z)을 기준으로 상기 반사부(452'')가 상기 굴절부(455'')의 외측에 배치되어 상기 굴절부(455'')를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제2면(440''-2)에 형성된 상기 굴절부(455'')에 대향하여 상기 제1면(440''-1)에 상기 중앙 입사면(451'')이 상기 굴절부(455'')와 대응하는 크기로 형성되고, 따라서, 상기 반사부(452'')는 상기 굴절부(455'')의 외측에 배치되어 상기 굴절부(455'')를 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다.
도 22는 상기 렌즈(450'')의 배광 곡선을 나타내는 그래프이다. 도시하는 바와 같이 지향각이 대략 24° 내지 25°의 범위를 가지는 집광된 배광 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 종래의 집광 렌즈가 대략 24.4°정도의 지향각을 가지는 것과 비교할 때 집광 능력에서 큰 차이가 없을 알 수 있다.
상기 렌즈(450'')는 유동성의 용제를 성형틀에 주입하여 고형화하는 방식으로 상기 렌즈 유닛(440'')과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인젝션 몰딩(injection molding), 트랜스퍼 몰딩(transfer molding), 컴프레션 몰딩(compression molding) 등의 방식이 포함될 수 있다.
도 23a 내지 도 23c에서는 성형틀을 사용해 상기 렌즈를 구비한 렌즈 유닛을 제조하는 공정을 개략적으로 도시하고 있다. 도 23a 내지 도 23c는 본 실시 형태에 따른 렌즈 유닛을 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 나타내는 단면도이다.
우선, 도 23a에서 도시하는 바와 같이, 렌즈 형상을 갖는 공간이 마련된 성형틀(M1, M2)을 준비하고, 그 내부에 유동성 용제, 예를 들어, 수지를 주입한 후 경화시켜 렌즈(450'')를 구비한 렌즈 유닛(440'')을 완성한다.
다음으로, 도 23b에서 도시하는 바와 같이, 상기 성형틀(M1, M2)을 분리하여 완성된 렌즈 유닛(440'')이 부분적으로 상기 성형틀(M1, M2)로부터 분리될 수 있도록 한다.
다음으로, 도 23c에서 도시하는 바와 같이, 성형틀(M1, M2)에 구비된 밀핀(eject pin)(P)을 통해 상기 렌즈 유닛(440'')이 상기 성형틀(M1, M2)로부터 완전히 분리될 수 있도록 한다. 상기 밀핀(P)은 적어도 3개 이상으로 구비될 수 있으며, 따라서 상기 렌즈 유닛(440'')을 분리하는 과정에서 상기 렌즈 유닛(440'')에 변형이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 밀핀(P)은 상기 렌즈(450'')에 가해지는 힘이 전체적으로 균일하게 분산될 수 있도록 상기 렌즈(450'')의 양측 가장자리 영역 및 상기 렌즈(450'')의 중앙 영역과 각각 접촉하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 렌즈(450'')의 중앙 영역과 접촉하도록 배치되는 밀핀(P)은 상기 렌즈(450'')의 중앙 입사면(451'')에 형성된 함몰부(456'')와 접촉할 수 있다.
즉, 종래의 집광 렌즈의 경우 어느 정도 두께(예를 들어, 10mm 정도)가 확보되고 있기 때문에 사출 성형 시 밀핀을 렌즈의 외측에 배치해도 문제가 없으나, 본 실시 형태와 같이 렌즈(450'')의 두께(즉, 높이)가 얇은 경우에는 변형이 발생될 가능성이 있다. 따라서, 중앙 부분에도 밀핀(P)을 배치하여 상기 렌즈(450'')에 가해지는 힘이 전체적으로 균일하게 분산될 수 있도록 하여 렌즈 유닛(440'')에서의 변형 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 제조된 본 실시예에 따른 렌즈(450'')는, 도 20에서와 같이, 예를 들어 대략 2mm ~ 4.5mm 정도의 얇은 두께(또는 높이)(TL)를 가질 수 있다. 즉, 기존의 집광 렌즈(대략 10mm 정도의 두께를 가짐, 도 24a 참조)에 비해 절반 정도의 얇은 두께를 가짐으로써 소형화에 적합하며, 조명 장치에 채용될 경우 ANSI 규격(ANSI C78.24-2001) 범위 내의 사이즈를 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 미국 규격협회에서 제정하는 램프 규격(ANSI C78.24-2001)에 따르면, 도 16에서 도시하는 구조의 조명 램프의 경우 최대 T1: 46mm, T2: 4.5mm, TT: 50.5mm의 기준을 준수할 것을 요구하고 있다.
현재의 50W급 MR16 제품과 같은 고출력 램프에서는 자연방열방식으로는 충분한 냉각을 구현하기 곤란하기 때문에 냉각팬 사용이 필수적이다. 이 경우, 냉각팬 장착에 따라 제품의 사이즈가 증가하게 되어 ANSI 규격을 초과하게 되는 문제가 발생한다.
T1의 치수(dimension)로 제한되는 하우징의 경우 소켓등과의 체결을 위해 규격화된 구조를 가지므로 본 실시예에서는 T2의 치수로 제한되는 렌즈를 슬림화하여 ANSI 규격을 초과하는 문제를 해결할 수 있다. 도 24a 및 도 24b에서는 각각 일반적인 구조의 집광 렌즈와 본 실시예에 따른 슬림형 렌즈를 개략적으로 비교하여 나타내고 있다. 도면에서 확인할 수 있듯이 동등한 광학 특성을 유지하면서도 렌즈의 높이(또는 두께)는 절반 정도로 감소되어 ANSI 규격을 준수하는 조명 램프를 구현할 수 있다.
한편, 상기 기판(410'')은 전자소자인 발광소자(420'')가 실장되기 위한 회로기판을 구성하는 베이스 부재에 해당하며, 이른바 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)일 수 있다. 또한, 상기 기판(410'')은 베이스 부재로서 상기 발광소자(420'')를 지지하는 패키지 본체일 수 있다.
상기 기판(410'')은 예를 들어, FR-4, CEM-3 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기판(410'')은 글라스나 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB, MCCL 등을 포함할 수 있다.
도 17에서는 본 실시 형태에 따른 조명 장치(10'')가 천장(1)에 장착된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 상기 천장(1)에는 고정 유닛(3)이 장착되어 상기 조명 장치(10'')를 체결 및 고정시킬 수 있으며, 상기 조명 장치(10'')에 전원을 공급할 수 있다. 상기 조명 장치(10'')는 상기 고정 유닛(3)에 의해 상기 천장(1)의 상부에 밀폐된 상태로 고정될 수 있다.
도시하는 바와 같이, 조명 장치(10'')는 체결 림(110'')이 상기 천장(1)의 홀(2)에 끼워지는 구조로 체결될 수 있다. 상기 천장(1)의 홀(2)은 상기 체결 림(110'')과 대응되는 형태로 구비될 수 있으며, 따라서, 상기 체결 림(110'')과 상기 홀(2) 사이에는 상기 체결 림(110'')에 형성된 홈(112'')에 상당하는 공간 외에는 틈새가 발생하지 않는다.
전원 공급에 의해 상기 하우징(200'') 내의 냉각팬(300'')이 작동하면 상기 체결 림(110'')과 상기 천장(1) 사이의 공간인 상기 홈(112'')을 통해 외부 공기(A)가 유입되며, 유입된 공기(A)는 상기 하우징(200'')의 외부 표면에 형성된 상기 유로(220'')를 따라 상기 하우징(200'')의 하단부에서 상단부 방향으로 안내된다. 그리고, 상기 공기(A)는 상기 하우징(200'')의 공기 유입홀(230'')을 통해 상기 하우징(200'')의 내부 공간으로 흡기된다. 하우징(200'')의 내부 공간으로 흡기된 공기(A)는 스페이서(700'')와 냉각팬(300'')을 통과하여 베이스(100'')의 지지 플레이트(120'')로 흐르고, 상기 지지 플레이트(120'') 상의 방열핀(121'')을 따라서 테두리 방향을 향해 방사상으로 흘러 상기 공기 방출홀(130'')을 통해 외부로 방출된다. 이때, 상기 지지 플레이트(120'') 상의 가열된 공기(A')는 하우징(200'') 내부로 강제로 흡기되어 외부로 방출되는 공기의 흐름과 함께 외부로 방출됨으로써 상기 지지 플레이트(120'') 및 상기 지지 플레이트(120'')에 장착된 광원 모듈(400'')을 냉각시키게 된다. 또한, 상기 하우징(200'') 내부로 계속해서 흡기되는 차가운 공기(A)에 의해 상기 하우징(200'') 내부를 냉각시키게 된다. 특히, 본 발명의 실시 형태에 따른 조명 장치(10'')는 하우징(200'')의 외부 표면에 공기(A) 흐름을 위한 유로(220'')를 구비함으로써 하우징(200'')을 덮는 밀폐된 고정 유닛(3)(예를 들어, 하우징과 대응되는 형태를 가져 하우징의 외부 표면에 밀착되는 소켓 구조물)내에 조명 장치(10'')를 장착하더라도 상기 유로(220'')에 의해 형성되는 공간을 통해 외부 공기(A)를 하우징(200'') 내부로 흡기하는 것이 가능하다. 이와 같이, 외부의 차가운 공기(A)를 강제로 흡기하여 조명 장치(10'')를 냉각시킴으로써 방열 효율을 극대화할 수 있고, 따라서 광원 모듈(400'')의 수명이 증대됨은 물론 발광효율도 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 다양한 기판 구조에 대해 설명한다.
도 25에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1100)은 일면에 소정의 회로 패턴(1111,1112)이 형성된 절연 기판(1110), 상기 회로 패턴(1111,1112)과 접촉되게 상기 절연 기판(1110)에 형성되며 상기 발광소자(120)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 상부열확산판(1140), 상기 절연 기판(1110)의 타면에 형성되며 상기 상부열확산판(1140)에 의해 전달되는 열을 외부로 전달하기 위한 하부열확산판(1160)을 포함하며, 상기 상부열확산판(1140)과 하부열확산판(1160)은 상호간의 열전도가 이루어질 수 있도록 상기 절연 기판(1110)을 관통하며 내벽이 도금처리된 적어도 하나의 관통공(1150)에 의해 연결될 수 있다.
상기 절연 기판(1110)은 세라믹 또는 에폭시 수지 계열인 FR4 코어 위에 동박을 입히고, 식각공정을 통해 회로 패턴(1111,1112)이 형성될 수 있다. 상기 기판의 하면에는 절연물질로 얇게 코팅처리되어 절연박막(1130)이 형성될 수 있다.
도 26에서는 상기 기판의 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 도 26에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1200)은 제1 금속층(1210) 상에 형성된 절연층(1220) 및 상기 절연층(1220) 상에 형성된 제2 금속층(1230)을 포함할 수 있다. 상기 기판(1200)의 적어도 일측 단부에는 상기 절연층(1220)을 노출시키는 단차 영역(R)이 형성될 수 있다.
상기 제1 금속층(1210)은 발열 특성이 좋은 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 철(Fe) 등의 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 절연층(1220)은 기본적으로 절연 특성을 지닌 재료로 형성될 수 있으며, 무기질 또는 유기질 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(1220)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있으며, 열전도성을 향상시키기 위해 알루미늄(Al) 분말 등의 금속 분말이 포함된 형태로 사용될 수 있다. 상기 제2 금속층(1230)은 통상 구리(Cu) 박막으로 형성할 수 있다.
도 26에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 금속 기판은 절연층(1220)의 일측 단부의 노출된 영역의 거리, 즉 절연 거리는 절연층(1220)의 두께보다 크도록 형성될 수 있다. 본 명세서에서 절연 거리라 함은 제1 금속층(1210) 및 제2 금속층(1230) 사이의 절연층(1220)이 노출된 영역의 거리를 의미한다. 그리고, 금속 기판의 상방에서 관찰한 경우 절연층(1220)의 노출된 영역의 폭을 노출폭(W1)이라 한다. 도 26의 R 영역은 금속 기판 제조 과정에서 연삭 공정 등에 의해 제거된 영역으로, 제2 금속층(1230)의 표면으로부터 하방으로 h만큼의 깊이만큼 제거되어 절연층(1220)이 W1의 노출폭만큼 노출되어 단차 구조를 나타내고 있다. 만일 금속 기판의 단부가 제거되지 않은 상태인 경우 절연 거리는 절연층(1220)의 두께(h1+h2)이며, 단부의 일부분이 제거됨으로써 대략 W1 만큼의 절연 거리를 더 확보할 수 있다. 이에 따라 금속 기판의 내전압 실험을 실시하는 경우, 단부에서의 두 금속층(1210,1230)의 접촉 가능성을 최소화할 수 있는 구조를 지닌 금속 기판을 제공할 수 있다.
도 27에서는 상기 도 26의 변형예에 따른 금속 기판의 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 도 27을 참조하면, 상기 금속 기판(1200')은 제1 금속층(1210') 상에 형성된 절연층(1220') 및 상기 절연층(1220') 상에 형성된 제2 금속층(1230')을 포함한다. 그리고, 상기 절연층(1220')과 제2 금속층(1230')은 소정 경사 각도(δ1)로 제거된 영역을 포함하고 있으며, 제1 금속층(1210')에도 소정 경사 각도(δ1)로 제거된 영역이 포함될 수 있다.
여기서, 경사 각도(δ1)는 절연층(1220') 및 제2 금속층(1230')의 계면과 절연층(1220')의 단부가 이루는 각도를 나타내며, 절연층(1220')의 두께를 고려하여 원하는 절연 거리(I)를 확보할 수 있도록 선택될 수 있다. 경사 각도(δ1)는 0 < δ1 < 90 (degree) 범위에서 선택될 수 있다. 경사 각도(δ1)가 커질수록 절연 거리(I) 및 절연층(1220')의 노출 영역의 폭(W2)은 커지게 되므로, 보다 큰 절연 거리를 확보하기 위해서 경사 각도(δ1)는 작도록 선택될 수 있으며, 예를 들어 0 < δ1 ≤ 45 (degree) 범위에서 선택될 수 있다.
도 28에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 28을 참조하면, 상기 기판(1300)은 메탈 지지기판(1310)상에 절연층(1321) 및 상기 절연층(1321) 상에 적층된 동박(1322)으로 이루어진 레진코팅동박막(Resin Coated Copper, RCC)(1320)을 적층하여 형성되며, 상기 렌진코팅동박막(1320)의 일부를 제거하여 상기 발광소자(420)가 장착될 수 있는 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다. 이러한 금속 기판은 발광소자(420)의 하부영역에서 렌진코팅동박막(1320)을 제거하여 발광소자(420)가 직접 메탈 지지기판(1310)에 접촉되는 구조를 가지기 때문에 발광소자(420)로부터 발생된 열이 메탈 지지기판(1310)에 바로 전달되게 되어 방열 성능이 향상된다. 발광소자(420)는 솔더링(1340,1341)을 통해 전기적으로 연결 또는 고정될 수 있다. 동박(1322)의 상측에는 액상 PSR로 이루어진 보호층(1330)이 형성될 수 있다.
도 29에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 본 실시 형태에 따른 기판은 열방출 특성이 우수하고, 제조 비용이 낮은 양극산화 금속 기판을 포함한다. 도 29를 참조하면, 양극산화 금속 기판(1400)은 금속 플레이트(1410), 상기 금속 플레이트(1410) 상에 형성된 양극산화막(1420), 상기 양극산화막(1420) 상에 형성된 전기적 배선(1430)을 포함할 수 있다.
상기 금속 플레이트(1410)는 비교적 저가로 손쉽게 얻을 수 있는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금일 수 있으며, 그 밖에도 양극산화가 가능한(anodisable) 다른 금속으로 이루어질 수 있는바, 예컨대, 티타늄, 마그네슘 등의 재료가 가능하다.
알루미늄을 양극산화(anodizing) 처리하여 얻은 알루미늄 양극산화막(Al2O3)(1420)도 약 10 내지 30W/mK의 비교적 높은 열전달 특성을 갖는다. 따라서, 양극산화 금속 기판은 종래의 폴리머 기판의 PCB 또는 MCPCB 등에 비하여 보다 우수한 열 방출 특성을 나타내게 된다.
도 30에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 30에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1500)은 메탈기판(1510)에 도포된 절연수지(1520)와, 상기 절연수지(1520)에 형성된 회로패턴(1530)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연수지(1520)는 200㎛ 이하의 두께를 가질 수 있으며, 고상의 필름형태로 상기 메탈기판(1510)에 라미네이션(lamination) 되거나, 액상 형태로 스핀코팅이나 블레이드를 이용한 주조방식으로 도포될 수 있다. 또한, 상기 회로패턴(1530)은 상기 절연수지(1520)에 음각된 회로패턴의 문양에 구리 등의 금속 물질이 충전되어 형성될 수 있다. 발광소자(420)는 상기 회로패턴(1530)과 전기적으로 연결되도록 실장될 수 있다.
한편, 상기 기판은 변형이 자유로운 연성회로기판(FPCB)을 포함할 수 있다. 도 31에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1600)은 하나 이상의 관통구(1611)가 형성되는 연성회로기판(1610), 상기 연성회로기판(1610)이 안착되는 지지 기판(1620)을 포함하며, 상기 관통구(1611)에는 상기 발광소자(420)의 저면과 상기 지지 기판(1620)의 상면을 결합시키는 방열 접착제(1640)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 발광소자(420)의 저면은 칩 패키지의 저면, 또는 상면에 칩이 실장된 리드 프레임의 저면 또는 메탈 블록일 수 있다. 상기 연성회로기판(1610)에는 회로 배선(1630)이 형성되어 있어 상기 발광소자(420)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 연성회로기판(1610)을 사용하여 두께 및 중량 감소를 통해 슬림화 및 경량화가 가능해지고, 제조원가가 절감되며, 방열 접착제(1640)에 의해 발광소자(420)가 지지 기판(1620)에 직접 접합되게 되어 발광소자(420)에서 발생되는 열의 방열 효율을 증대시킬 수 있다.
상술한 기판은 평평하고 납작한 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 기판의 사이즈와 구조는 본 실시 형태에 따른 광원 모듈이 사용될 장치, 예를 들어, 조명 장치의 구조에 대응하여 다양하게 변형될 수 있다.
상기 기판에는 발광소자가 실장되어 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광소자(420)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 발생시키는 광전소자라면 어느 것이나 이용 가능하며, 대표적으로, 성장 기판 상에 반도체층을 에피텍셜 성장시킨 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(420)는 함유되는 물질에 따라서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광을 발광할 수도 있다.
이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 상기 발광소자(420)는 n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층의 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다.
한편, 상술된 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용될 수 있는 발광소자는 다양한 구조의 LED 칩 또는 이러한 LED 칩을 포함하는 다양한 형태의 LED 패키지가 사용될 수 있다. 이하, 본 조명 장치들에 유익하게 채용될 수 있는 다양한 LED 칩 및 LED 패키지를 설명한다.
<발광소자 - 제1 예>
도 32는 LED 칩으로서의 발광소자의 일 예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 32에 도시된 바와 같이, 발광소자(2000)는 성장 기판(2001) 상에 형성된 발광 적층체(L)를 포함할 수 있다. 상기 발광 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(2004), 활성층(2005) 및 제2 도전형 반도체층(2006)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(2006) 상에는 오믹 컨택층(2008)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(2004) 및 오믹 컨택층(2008)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(2009a,2009b)이 형성될 수 있다.
본 명세서에서, '상부', '상면', '하부, '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 발광소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
이하, 발광소자의 주요 구성요소에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
[기판]
발광소자를 구성하는 기판은 에피 성장을 위한 성장용 기판이다. 상기 기판(2001)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며, 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판(2001)과 GaN계인 발광 적층체(L) 사이의 버퍼층(2002)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
상기 기판(2001)은 발광 적층체(L)의 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 상기 기판 제거시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키기 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 발광 적층체의 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판(2001)의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의 차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56% 정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판등의 지지 기판을 추가로 형성하여 사용한다.
[버퍼층]
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체(L)의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 기판(2001)과 발광 적층체(L) 사이에 버퍼층(2002)을 배치시킨다. 버퍼층(2002)은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
상기 버퍼층(2002)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
Si 기판은 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 기판에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 기판과 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장응력을 보상한다.
실리콘(Si)은 GaN과의 격자 상수 차이로 인해, 결함 발생 가능성도 크다. Si 기판을 사용하는 경우는 결함 제어뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층을 사용한다.
예를 들어, 먼저 기판(2001) 상에 AlN를 형성한다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용하는 것이 좋다. AlN 뿐만 아니라 SiC 등의 물질도 사용할 수 있다. Al 소스와 N 소스를 이용하여 400 ~ 1300℃ 사이의 온도에서 성장시킨다. 필요에 따라, 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입할 수 있다.
[발광 적층체]
3족 질화물 반도체의 다층 구조를 구비하는 발광 적층체(L)를 보다 자세히 설명하면, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(2004)은 활성층(2005)과 인접한 부분에 전류 확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류 확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(2006)은 활성층(2005)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(2005)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(2006)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
상기 발광 적층체(L)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 성장 기판(2001)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)을 공급하고, 기판의 온도를 900℃∼1100℃의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용된다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006) 사이에 배치된 활성층(2005)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
[오믹 컨택층 및 제1 및 제2 전극]
상기 오믹 컨택층(2008)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(2008)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.
제1 또는 제2 전극(2009a, 2009b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
도 32에 도시된 LED 칩은 하나의 예로 제1 및 제2 전극이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성한 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아를 형성하여 전극 구조를 채용한 수직수평 구조등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
<발광소자 - 제2 예>
고출력을 위한 대면적 발광소자를 제조하는 경우, 전류분산의 효율과 방열 효율을 위한 구조로 도 33에 도시된 LED 칩이 있을 수 있다.
도 33에 도시된 바와 같이, LED 칩(2100)은 제1 도전형 반도체층(2104), 활성층(2105), 제2 도전형 반도체층(2106), 제2 전극층(2107), 절연층(2102), 제1 전극층(2108) 및 기판(2101)을 포함한다. 이때 제1 전극층(2108)은 제1 도전형 반도체층(2104)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(2108)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(2104)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(2108)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(2108)의 계면에서부터 제2 전극층(2107), 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(2104) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(2105) 및 제1 도전형 반도체층(2104)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(2104)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(2104)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하면 목적을 달성하기 때문에 제1 도전형 반도체층(2104)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(2106)과 접속되도록 형성된 제2 전극층(2107)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(2106)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용될 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(2104)에 연결되도록 제2 전극층(2107), 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 콘택홀(H)은 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
상기 콘택홀(H)의 측벽과 상기 제2 전극층(2107)의 하면을 덮도록 절연층(2102)을 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(H)에 의해 제1 도전형 반도체층(2104)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연층(2102)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다. 상기 절연층(2102)은 CVD 공정을 통해 500℃ 이하에서 대략 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착할 수 있다.
상기 콘택홀(H)에는 도전 물질이 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제1 전극층(2108)이 형성된다. 상기 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수개 형성될 수 있다. 복수의 비아가 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광소자 영역의 면적의 1% 내지 5%의 범위가 되도록 비아 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아의 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하는 영역의 평면상의 반경은, 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 비아의 개수는 발광소자 영역의 넓이에 따라 발광소자 영역당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 비아는 발광소자 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 3개 이상이 좋으며, 각 비아 간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 비아간의 거리가 100㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고, 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 콘택홀(H)의 깊이는 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 두께에 따라 다르나 대략 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
이어 제1 전극층(2108)의 하부에 기판(2101)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(2101)은 제1 도전형 반도체층(2104)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 기판(2101)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, Sic, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2104, 2106)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이때, 상기 제2 전극층(2107)은 상기 제2 도전형 반도체층(2106)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역(E)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 노출 영역(E) 상에는 외부 전원을 상기 제2 전극층(2107)에 연결하기 위한 전극패드부(2109)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 도 32에 도시된 LED칩(2100)은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가지며, 각각 상기 제1 및 제2 주면을 제공하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(2104, 2106)과 그 사이에 형성된 활성층(2105)을 갖는 발광 구조체와, 상기 제2 주면으로부터 상기 활성층(2105)을 지나 상기 제1 도전형 반도체층(2104)의 일 영역에 연결된 콘택홀(H)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제1 도전형 반도체층(2104)의 일 영역에 상기 콘택홀(H)을 통해 연결된 제1 전극층(2108)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층(2106)에 연결된 제2 전극층(2107)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극층(2108, 2107) 중 어느 하나가 상기 발광 구조체의 측방향으로 인출된 구조를 가질 수 있다.
<발광소자 - 제3 예>
LED를 이용한 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에, 조명 장치에 채용되는 LED 칩 자체를 발열량이 적은 LED 칩으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 LED 칩으로서, 나노 구조체를 포함한 LED 칩(이하, "나노 LED 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.
이러한 나노 LED 칩으로 최근에 개발된 코어(core)/셀(shell)형 나노 LED 칩이 있으며, 특히, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드랍(droop)특성을 개선할 수 있다.
도 34에는 광원 모듈에 채용될 수 있는 LED 칩의 또 다른 예로서 나노 LED 칩이 예시되어 있다.
도 34에 도시된 바와 같이, 나노 LED 칩(2200)은 기판(2201) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드 구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 나노 LED 칩(2200)은 기판(2201) 상에 형성된 베이스층(2202)을 포함한다. 상기 베이스층(2202)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 제1 도전형 반도체층일 수 있다. 상기 베이스층(2202) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈영역을 갖는 마스크층(2203)이 형성될 수 있다. 상기 마스크층(2203)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 나노 발광 구조체(N)는 오픈영역을 갖는 마스크층(2203)을 이용하여 제1 도전형 반도체층을 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(2204)를 형성하고, 상기 나노 코어(2204)의 표면에 쉘층으로서 활성층(2205) 및 제2 도전형 반도체층(2206)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체층이 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(2205) 및 제2 도전형 반도체층(2206)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 나노 LED 칩(2200)은 나노 발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(2207)을 포함한다. 상기 충전물질(2207)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시키고, 광학적으로 개선하기 위하여 필요에 따라 채용될 수 있다. 상기 충전물질(2207)은 이에 한정되지는 않으나, SiO2와 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(2206)에 접속되도록 오믹 콘택층(2208)이 형성될 수 있다. 상기 나노 LED 칩(2200)은 제1 도전형 반도체층으로 이루어진 상기 베이스층(2202)과 상기 오믹 콘택층(2208)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(2209a,2209b)을 포함한다.
나노 발광 구조체(N)의 직경, 성분 및 도핑농도 중 적어도 하나를 달리 구현하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색 광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색 광을 구현할 수 있다.
<발광소자 - 제4 예>
도 35에는 조명 장치에 채용될 수 있는 광원으로서, 실장 기판(2320) 상에 실장된 LED 칩(2310)을 갖는 반도체 발광소자(2300)가 도시되어 있다.
도 35에 도시된 반도체 발광소자(2300)는 실장 기판(2320)과 실장 기판(2320)에 탑재된 LED 칩(2310)을 포함한다. 상기 LED 칩(2310)은 앞서 설명된 예와 다른 LED 칩으로 제시되어 있다.
상기 LED 칩(2310)은 기판(2301)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(L)와, 상기 발광 적층체(L)를 기준으로 상기 기판(2301) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극 (2308a,2308b)을 포함한다. 또한, 상기 LED 칩(2310)은 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)을 덮도록 형성되는 절연부(2303)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극(2308a, 2308b)은 제1 및 제2 전기연결부(2309a,2309b)에 의해 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 패드(2319a,2319b)를 포함할 수 있다.
상기 발광 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(2304), 활성층(2305) 및 제2 도전형 반도체층(2306)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(2308a)은 상기 제2 도전형 반도체층(2306) 및 활성층(2305)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(2304)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(2308b)는 제2 도전형 반도체층(2306)과 접속될 수 있다.
상기 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수개 형성될 수 있다. 복수의 비아들이 제1 도전형 반도체층(2304)과 접촉하는 영역의 평면상에서 차지하는 면적은 발광소자 영역의 면적의 1% 내지 5%의 범위가 되도록 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아의 제1 도전형 반도체층(2304)과 접촉하는 영역의 평면상의 반경은, 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 비아의 개수는 발광소자 영역의 넓이에 따라, 발광소자 영역 당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 비아는 발광소자 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 3개 이상이 좋으며, 각 비아간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 비아간의 거리가 100㎛ 보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(2306) 및 활성층(2305)의 두께에 따라 다르나 0.5㎛ 내지 5㎛의 범위일 수 있다.
상기 발광 적층체(L) 상에 도전성 오믹 물질을 증착하여 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(2308b)은 제2 도전형 반도체층(2306)을 기준으로 적층된 Ag층의 오믹 전극일 수 있다. 상기 Ag 오믹 전극은 광의 반사층의 역할도 한다. 상기 Ag층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 혹은 이들의 합금층이 교대로 적층될 수 있다. 구체적으로 Ag층 상에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 혹은 Ti/W층이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다.
상기 제1 전극(2308a)은 제1 도전형 반도체층(2304)을 기준으로 Cr층이 적층되고, 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층되거나, 혹은 제2 도전형 반도체층(2306)을 기준으로 Al층이 적층되고, 상기 Al층 상에 Ti/Ni/Au층이 순서대로 적층될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시예 외에 다양한 재료 또는 적층 구조를 적용할 수 있다.
상기 절연부(2303)는 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(2319a,2319b)는 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)과 접속될 수 있다. 상기 절연부(2303)는 SiO2 및/또는 SiN CVD 공정을 통해 500℃ 이하에서 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립 칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(2308a)은 상기 제2 도전형 반도체층(2304) 및 활성층(2305)을 관통하여 상기 발광 적층체(L) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(2304)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전기연결부(2309a)와 접속될 수 있다.
도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(2309a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(2304)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(2309a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
다른 한편의 전극구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(2306) 상에 직접 형성되는 제2 전극(2308b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(2309b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(2308b)은 상기 제2 도전형 반도체층(2306)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도 35에 도시된 바와 같이, LED 칩(2310)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(2305)에서 방출된 빛을 기판(2301) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 상기 제2 전극(2308b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(2303)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(2303)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극패드(2319a, 2319b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(2309a,2309b)와 접속되어 LED 칩(2310)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(2319a, 2319b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(2320)에 실장시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립 칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(2319a, 2319b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
상기 기판(2301) 및 상기 발광 적층체(L)는 반대되는 설명이 없는 한, 도 32를 참조하여 설명된 내용을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광 적층체(L)와 기판(2301) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
상기 기판(2301)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(2301)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(2301)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(2301)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 상기 기판(2301)과 상기 제1 도전형 반도체층(2304)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(2305)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
구체적으로, 상기 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있다. 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indium Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al 또는 굴절율이 서로 다른 다층막 구조의 DBR을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기판(2301)은 상기 제1 도전형 반도체층(2304)으로부터 제거될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO(Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용할 수 있다. 또한, 기판이 제거된 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
도 35에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩(2310)은 실장 기판(2320)에 탑재되어 있다. 상기 실장 기판(2320)은 기판 본체(2311) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(2312b,2312a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(2312b,2312a)을 연결하도록 상기 기판 본체(2311)를 관통하는 비아(2313)를 포함한다. 상기 기판 본체(2311)는 수지, 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(2312b,2312a)은 Au, Cu, Ag, Al과 같은 금속층일 수 있다.
물론, 상술된 LED 칩(2310)이 탑재되는 기판은 도 35에 도시된 실장 기판(2320)의 형태에 한정되지 않으며, LED 칩(2310)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 도 25 내지 도 31의 기판 중 어느 하나이거나, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 LED 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.
<발광소자의 기타 예>
상술된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용 시킴으로써 광추출 효율을 크게 개선시킨 LED 칩도 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 발광소자(420)는 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발하는 발광소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광소자 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수 있다. 이 경우, 발광소자(420)는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등(연색지수 40)에서 태양광(연색지수 100) 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색 온도를 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
상기 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 LED의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 36에서 도시하는 CIE 1931 좌표계의 (x, y)좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색광의 색 온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계 : 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계 : 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계 : 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 L3Si6O11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu
플루오라이트(fluoride)계 : KSF계 적색 K2SiF6:Mn4+
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 CdSe, InP 등의 코어(Core)(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 셀(Shell)(0.5 ~ 2nm) 및 Core, Shell의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED(440 ~ 460nm)를 사용한 백색 발광소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
L3Si6O11:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
조명 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-α-SiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-α-SiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
(Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2+
K2SiF6:Mn4+
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3+
Ca-α-SiAlON:Eu2+
L3Si6N11:Ce3+
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+
Y3Al5O12:Ce3+
K2SiF6:Mn4+
상기 형광체 또는 양자점의 도포 방식은 크게 발광소자에 뿌리는 방식, 막 형태로 덮는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
뿌리는 방식으로는 디스펜싱(dispensing), 스프레이 코팅(spray coating)등이 일반적이며, 디스펜싱은 공압 방식과 스크류(screw), 리니어 타입(linear type) 등의 기계적(mechanical) 방식을 포함한다. 제팅(jetting) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광소자 상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광소자 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅(screen printing) 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며, 칩 측면의 도포 유무 필요에 따라 해당 방식의 차이점을 가질 수 있다.
발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체 중 단파장에서 발광하는 광을 재흡수 하는 장파장 발광 형광체의 효율을 제어하기 위하여 발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체층을 구분할 수 있으며, 칩과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR) 층을 포함할 수 있다. 균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 칩 위에 부착(attach)할 수 있다.
광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트(remote) 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치할 수 있다.
형광체 도포 기술은 발광소자에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체의 균일 분산등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다.
QD 또한 형광체와 동일한 방식으로 발광소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광변환을 할 수도 있다.
본 실시 형태에서 상기 발광소자는 LED 칩을 내부에 구비하는 패키지 단품을 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 발광소자는 LED 칩 자체일 수 있다. 이 경우, LED 칩은 COB 타입으로 상기 기판 상에 실장되어 플립 칩 본딩 방식 또는 와이어 본딩 방식으로 상기 기판과 직접 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 복수개가 상기 기판 상에 배열될 수 있으며, 이 경우, 발광소자는 모두 동일한 파장의 광을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또한, 서로 상이한 파장의 광을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다. 본 실시 형태에서는 상기 발광소자가 복수개로 배열되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단일로 구비되는 것도 가능하다.
상술된 LED를 이용한 조명 장치는 그 용도에 따라 크게 실내용(indoor) 과 실외용(outdoor)으로 구분될 수 있다. 실내용 LED 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용(Retrofit)으로 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명장치가 여기에 해당되며 실외용 LED 조명장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
또한, LED를 이용한 조명 장치는 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.
아울러, 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED 조명 장치가 적용될 수 있다. 특히, 특수한 파장대를 이용한 LED 조명은 식물의 성장을 촉진시키고, 감성 조명으로서 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다.
도 37 내지 도 40을 참조하여 상술한 조명 장치를 채용한 조명 시스템을 설명한다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템은 주변 환경(예를 들어, 온도 및 습도)에 따라 색온도를 자동적으로 조절 가능하며, 단순한 조명의 역할이 아니라 인간의 감성을 충족시킬 수 있는 감성 조명으로써 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 37은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 37을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000)은 센싱부(10010), 제어부(10020), 구동부(10030) 및 조명부(10040)를 포함할 수 있다.
센싱부(10010)는 실내 또는 실외에 설치될 수 있으며, 온도센서(10011) 및 습도센서(10012)를 구비하여 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나의 공기 조건을 측정한다. 그리고, 상기 센싱부(10010)는 전기적으로 접속된 상기 제어부(10020)로 상기 측정한 공기 조건, 즉 온도 및 습도를 전달한다.
제어부(10020)는 측정된 공기의 온도 및 습도를 사용자에 의해 미리 설정된 공기 조건(온도 및 습도 범위)과 비교하고, 그 비교 결과, 상기 공기 조건에 상응하는 조명부(10040)의 색온도를 결정한다. 상기 제어부(10020)는 상기 구동부(10030)와 전기적으로 접속되며, 상기 결정된 색온도로 상기 조명부(10040)를 구동할 수 있도록 상기 구동부(10030)를 제어한다.
조명부(10040)는 상기 구동부(10030)에서 공급하는 전원에 따라 동작한다. 상기 조명부(10040)는 상기 도 1, 도 8 및 도 15에서 도시한 조명 장치를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조명부(10040)는 도 38에서 도시하는 바와 같이, 서로 다른 색온도를 갖는 제1 조명 장치(10041) 및 제2 조명 장치(10042)로 구성될 수 있으며, 각 조명 장치(10041, 10042)는 동일한 백색광을 발광하는 복수의 발광소자를 구비할 수 있다.
제1 조명 장치(10041)는 제1 색온도의 백색광을 방출하며, 제2 조명 장치(10042)는 제2 색온도의 백색광을 방출하며, 제1 색온도가 제2 색온도보다 낮을 수 있다. 또는, 반대로 제1 색온도가 제2 색온도보다 높을 수도 있다. 여기서, 상대적으로 색온도가 낮은 백색은 따뜻한 백색에 해당하고, 상대적으로 색온도가 높은 백색은 차가운 백색에 해당한다. 이러한 제1 및 제2 조명 장치(10041, 10042)에 전원이 공급되면, 각각 제1 및 제2 색온도를 갖는 백색광을 방출하고, 각 백색광은 서로 혼합되어 제어부(10020)에서 결정된 색온도를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.
구체적으로, 제1 색온도가 제2 색온도보다 낮을 경우, 제어부(10020)에서 결정된 색온도가 상대적으로 높게 결정되면, 제1 조명 장치(10041)의 광량을 감소시키고, 제2 조명 장치(10042)의 광량을 증가시켜 혼합된 백색광이 상기 결정된 색온도가 되도록 구현할 수 있다. 반대로, 결정된 색온도가 상대적으로 낮게 결정되면, 제1 조명 장치(10041)의 광량을 증가시키고, 제2 조명 장치(10042)의 광량을 감소시켜 혼합된 백색광이 상기 결정된 색온도가 되도록 구현할 수 있다. 이때, 각 조명 장치(10041, 10042)의 광량은 전원을 조절하여 전체 발광소자의 광량을 조절하는 것에 의해 구현되거나, 구동되는 발광소자 수를 조절하는 것에 의해 구현될 수 있다.
도 39는 도 37에 도시된 조명 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 39를 참조하면, 먼저 사용자가 제어부(10020)를 통해 온도 및 습도 범위에 따른 색온도를 설정한다(S10). 설정된 온도 및 습도 데이터는 제어부(10020)에 저장된다.
일반적으로 색온도가 6000K 이상이면 청색 등의 체감적으로 시원한 느낌의 색상을 연출할 수 있으며, 색온도가 4000K 이하이면, 적색 등의 체감적으로 따뜻한 느낌의 색상을 연출할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 사용자가 제어부(10020)를 통해 온도 및 습도가 20도 및 60%를 넘는 경우, 조명부(10040)의 색온도가 6000K 이상으로 점등되도록 설정하고, 온도 및 습도가 10도 ~ 20도 및 40% ~ 60%인 경우, 조명부(10040)의 색온도가4000 ~ 6000K 사이로 점등되도록 설정하고, 온도 및 습도가 10도 이하 및 40% 이하인 경우, 조명부(10040)의 색온도가 4000K 이하로 점등되도록 설정한다.
다음으로, 센싱부(10010)는 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나의 조건을 측정한다(S20). 센싱부(10010)에서 측정된 온도 및 습도는 제어부(10020)로 전달된다.
이어서, 제어부(10020)는 센싱부(10010)로부터 전달된 측정값과 설정값을 비교한다(S30). 여기서, 측정값은 센싱부(10010)에서 측정한 온도 및 습도 데이터이며, 설정값은 사용자가 제어부(10020)에 미리 설정하여 저장된 온도 및 습도 데이터이다. 즉, 제어부(10020)는 상기 측정된 온도 및 습도와 미리 설정된 온도 및 습도를 비교한다.
비교결과, 측정값이 설정값 범위를 만족하는지 판단한다(S40). 측정값이 설정값 범위를 만족하면 현재 색온도를 유지하고, 다시 온도 및 습도를 측정한다(S20). 한편, 측정값이 설정값 범위를 만족하지 못할 경우, 측정값에 해당하는 설정값을 검출하고, 이에 해당하는 색온도를 결정한다(S50). 그리고, 제어부(10020)는 결정한 색온도로 조명부(10040)가 구동되도록 구동부(10030)를 제어한다.
그러면, 구동부(10030)는 상기 결정된 색온도가 되도록 조명부(10040)를 구동한다(S60). 즉, 구동부(10030)는 결정된 색온도를 구동하기 위해 필요한 전원을 조명부(10040)에 공급한다. 이로써, 조명부(10040)는 주변의 온도 및 습도에 따라 사용자가 미리 설정한 온도 및 습도에 해당하는 색온도로 조절될 수 있다.
이로써, 조명 시스템은 주변의 온도 및 습도 변화에 따라 자동적으로 실내 조명부의 색온도를 조절할 수 있으며, 이로써 자연 환경 변화에 따라 달라지는 인간의 감성을 충족시킬 수 있고, 또한, 심리적 안정감을 줄 수 있다.
도 40은 도 37에 도시된 조명 시스템을 개략적으로 구현한 사용 예시도이다. 도 40에 도시된 바와 같이, 조명부(10040)는 실내 조명등으로써 천장에 설치될 수 있다. 이때, 센싱부(10010)는 실외의 외기 온도 및 습도를 측정하기 위해, 별도의 개별 장치로 구현되어 외부 벽에 설치될 수 있다. 그리고, 제어부(10020)는 사용자의 설정 및 확인이 용이하도록 실내에 설치될 수 있다. 하지만, 본 발명의 조명 시스템은 이에 한정되는 것은 아니며, 인테리어 조명을 대신하여 벽에 설치되거나, 스탠드등과 같이 실내외에서 사용할 수 있는 조명등에 모두 적용될 수 있다.
도 41 내지 도 44를 참조하여 상술한 조명 장치를 사용한 조명 시스템의 다른 실시 형태를 설명한다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템은 감시 대상 위치의 모션 및 조도를 검출하여 정해진 제어를 자동적으로 수행할 수 있는 조명 시스템을 제공할 수 있다.
도 41은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 블록도이다.
도 41을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000')은 무선 센싱 모듈(10100) 및 무선 조명 제어 장치(10200)를 포함한다.
무선 센싱 모듈(10100)은 모션을 센싱하는 모션 센서(10110)와, 조도를 센싱하는 조도 센서(10120)와, 상기 모션 센서(10110)로부터의 모션 센싱 신호와, 상기 조도 센서(10120)로부터의 조도 센싱 신호를 포함하여 기설정된 통신 규약에 따르는 무선 신호를 생성하여 송신하는 제1 무선 통신부를 포함할 수 있다. 상기 제1 무선 통신부는, 기설정된 지그비 통신 규약에 따르는 지그비 신호를 생성하여 송신하는 제1 지그비 통신부(10130)로 이루어질 수 있다.
무선 조명 제어 장치(10200)는, 상기 제1 무선 통신부로부터의 무선 신호를 수신하여 센싱 신호로 복원하는 제2 무선 통신부와, 상기 제2 무선 통신부로부터의 센싱 신호를 분석하는 센싱 신호 분석부(10220)와, 상기 센싱 신호 분석부(10220)의 분석 결과에 따라 미리 정해진 제어를 수행하는 동작 제어부(10230)를 포함할 수 있다. 상기 제2 무선 통신부는 상기 제1 지그비 통신부로부터의 지그비 신호를 수신하여 센싱 신호로 복원하는 제2 지그비 통신부(10210)로 이루어질 수 있다.
도 42는 본 발명의 지그비 신호의 포맷도이다.
도 42를 참조하면, 상기 제1 지그비 통신부(10130)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 상기 모션 및 조도 신호를 포함하는 센싱 데이터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2 지그비 통신부(10210)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 상기 모션 및 조도 신호를 포함하는 센싱 데이터로 이루어질 수 있다.
상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 복수의 조건중에서 만족하는 조건을 찾아내도록 이루어질 수 있다.
이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 복수의 조건에 따른 복수의 제어를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행하도록 이루어질 수 있다.
도 43은 본 발명의 센싱 신호 분석부 및 동작 제어부의 설명도이다. 도 43을 참조하면, 예를 들어, 상기 센싱 신호 분석부(10220)가, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)중에서 만족하는 조건을 찾아내도록 이루어질 수 있다.
이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)에 따른 제1, 제2, 제3 제어(제어1, 제어2, 제어3)를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행하도록 이루어질 수 있다.
도 44는 본 발명의 무선 조명 시스템의 동작 흐름도이다.
도 44에서, S110은 본 발명의 모션센서(10110)가 모션을 검출하는 과정이다. S120은 본 발명의 조도센서(10120)가 조도를 검출하는 과정이다. S200은 지그비 신호의 송수신 과정으로, 이는 상기 제1 지그비 통신부(10130)가 지그비 신호를 송신하는 과정과 상기 제2 지그비 통신부(10210)가 지그비 신호를 수신하는 과정을 포함한다. S220은 본 발명의 센싱 신호 분석부(10220)가 센싱 신호를 분석하는 과정이다. S230은 본 발명의 동작 제어부(10230)가 정해진 제어를 수행하는 과정이다. 그리고, S240은 시스템 종료를 판단하는 과정이다.
도 41 내지 도 44를 참조하여, 본 발명의 무선 센싱 모듈, 무선 조명 제어 장치의 작동에 대해 설명한다.
먼저 도 41, 도 42 및 도 44를 참조하여 본 발명에 따른 무선 조명 시스템의 무선 센싱 모듈(10100)에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 무선 센싱 모듈(10100)은 조명이 설치된 장소에 설치되어, 현재 조명의 조도를 검출하고, 조명 주변의 사람의 움직임을 검출한다.
즉, 상기 무선 센싱 모듈(10100)의 모션 센서(10110)는, 사람을 감지할 수 있는 적외선 센서 등으로 이루어져, 모션을 센싱하여 제1 지그비 통신부(10130)에 제공한다(도 43의 S110). 상기 무선 센싱 모듈(10100)의 조도 센서(10120)는 조도를 센싱하여 제1 지그비 통신부(10130)에 제공한다(S120).
이에 따라, 상기 제1 지그비 통신부(10130)는, 상기 모션 센서(10110)로부터의 모션 센싱 신호와, 상기 조도 센서(10120)로부터의 조도 센싱 신호를 포함하여 기설정된 통신 규약에 따르는 지그비 신호를 생성하여 무선으로 송신한다(S130).
도 42를 참조하면, 상기 제1 지그비 통신부(10130)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 센싱 데이터를 포함할 수 있고, 상기 센싱 데이터는 모션값 및 조도값을 포함한다.
다음, 도 41 내지 도 44를 참조하여 본 발명에 따른 무선 조명 시스템의 무선 조명 제어 장치(10200)에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 무선 조명 제어 장치(10200)는 상기 무선 센싱 모듈(10100)로부터의 지그비 신호에 포함된 조도값 및 모션값에 따라 미리 정해진 동작을 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 무선 조명 제어 장치(10200)의 제2 지그비 통신부(10210)는, 상기 제1 지그비 통신부(10130)로부터의 지그비 신호를 수신하여 지그비 신호에서 센싱신호를 복원하여 센싱 신호 분석부(10220)에 제공한다(도 44의 S210).
도 42를 참조하면, 상기 제2 지그비 통신부(10210)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 센싱 데이터를 포함하며, 상기 채널정보 및 무선망 식별정보(PAN_ID)에 기초해서 무선망을 식별하고, 상기 디바이스 주소에 기초해서 센싱한 디바이스를 인식할 수 있다. 그리고, 상기 센싱 신호는 상기 모션값 및 조도값을 포함한다.
또한, 도 41을 참조하면, 상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호에 포함된 조도값 및 모션값을 분석하여 분석결과를 동작 제어부(10230)에 제공한다(도 44의 S220).
이에 따라, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)의 분석 결과에 따라 미리 정해진 제어를 수행할 수 있다(S230).
상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 복수의 조건중에서 만족하는 조건을 찾아낼 수 있다. 이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 복수의 조건에 따른 복수의 제어를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행할 수 있다.
도 43을 참조하여 예를 들어 설명하면, 상기 센싱 신호 분석부(10220)가, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)중에서 만족하는 조건을 찾아낼 수 있다.
이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)에 따른 제1, 제2, 제3 제어(제어1, 제어2, 제어3)를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 조건(조건1)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 어둡지 않을 때이면, 상기 제1 제어는 기설정된 램프를 모두 오프(Off)시킬 수 있다. 상기 제2 조건(조건2)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 어두울 때이면, 상기 제2 제어는 기설정된 램프중 일부(현관의 램프 일부와 거실의 램프 일부)를 온(On)시킬 수 있다. 그리고, 상기 제3 조건(조건3)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 아주 어두울 때이면, 상기 제3 제어는 기설정된 램프 모두를 온시킬 수 있다.
이와 달리, 상기 제1, 제2 및 제3 제어는 램프를 온 또는 오프 시키는 동작 이외에도 미리 설정하기에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 예를 들면, 여름에 램프와 에어콘 동작이나 겨울에 램프와 난방 동작에 연계될 수도 있다.
도 45 내지 도 48을 참조하여 상술한 조명 장치를 사용한 조명 시스템의 또 다른 실시 형태를 설명한다.
도 45는 본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 구성 요소를 간략히 도시한 블록도이다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000'')은 모션센서부(11000), 조도센서부(12000), 조명부(13000), 제어부(14000)를 포함할 수 있다.
모션센서부(11000)는 자체의 움직임을 감지한다. 조명 시스템은, 예컨대 컨테이너 또는 자동차와 같이 움직임을 갖는 물체에 부착될 수 있는데, 모션센서부(11000)는 이러한 움직이는 물체의 자체 움직임을 감지한다. 자체 움직임이 감지되면 제어부(14000)에 신호를 출력하고 조명 시스템은 활성화된다. 모션센서부(11000)는 가속도 센서 또는 지자기 센서 등을 포함할 수 있다.
조도센서부(12000)는 광센서의 일종으로 주위환경의 조도를 측정한다. 조도센서부(12000)는 모션센서부(11000)에서 자체움직임을 감지한 경우 제어부(14000)에서 출력하는 신호에 따라 활성화된다. 조명 시스템은 야간 작업이나 어두운 환경에서 조명을 밝혀 작업자에게 주위를 환기시키고, 야간 운전중인 운전자에게 가시거리를 확보하게 해주므로 자체움직임이 있는 경우라도 일정 이상의 조도가 확보된 경우(주간인 경우) 조명을 밝힐 필요가 없다. 또한, 주간의 경우라도 비가 오는 날씨에는 주위의 조도가 낮아 작업자에게 컨테이너의 이동을 알릴 필요가 있으므로 조명부의 발광이 필요하다. 따라서, 조도센서부(12000)에서 측정되는 조도값에 따라 조명부(13000)의 발광이 결정된다.
조도센서부(12000)에서 주위환경의 조도를 측정하여 측정값을 후술하는 제어부(14000)에 출력한다. 한편, 조도값이 설정값 이상인 경우 조명부(13000)의 발광이 불필요하므로 전체 시스템은 종료된다.
조명부(13000)는 조도센서부(12000)에서 측정한 조도값이 설정값 이하를 나타내는 경우 발광한다. 작업자는 조명부(13000)의 발광을 인식하여 컨테이너 등의 이동을 인식하게 된다. 이러한 조명부(13000)는 상술한 조명 장치가 채용될 수 있다.
또한, 조명부(13000)는 외부환경의 조도값에 따라 발광세기를 조절할 수 있다. 조도값이 낮은 경우 발광의 세기를 크게 하고, 조도값이 상대적으로 큰 경우 발광세기를 낮게 하여 전력의 낭비를 방지한다.
제어부(14000)는 상술한 모션센서부(11000), 조도센서부(12000), 조명부(13000)를 전체적으로 제어한다. 모션센서부(11000)에서 자체의 움직임을 감지하고 신호를 제어부에 출력하면, 제어부(14000)는 조도센서부(12000)에 작동신호를 출력하고, 조도센서부(12000)에서 측정한 조도값을 받아 조명부(13000)의 발광 여부를 결정한다.
도 46은 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명한다.
먼저, 자체 움직임을 감지하여 동작신호를 출력한다(S310). 모션센서부(11000)에서 조명 시스템이 장착된 컨테이너 또는 자동차의 움직임을 감지하고, 자체 움직임이 감지된 경우 동작신호를 출력한다. 동작신호는 전체 전원을 활성화시키는 신호로 볼 수 있다. 즉 자체 움직임이 감지된 경우 모션센서부(11000)는 동작신호를 제어부(14000)에 출력한다.
다음, 상기 동작신호에 따라 외부환경의 조도를 측정하고 조도값을 출력한다(S320). 동작신호가 제어부(14000)에 인가되면, 제어부(14000)는 조도센서부(12000)에 신호를 출력하고, 그에 따라 조도센서부(12000)는 외부환경의 조도를 측정한다. 그리고 조도센서부(12000)는 외부환경의 조도값을 다시 제어부(14000)에 출력한다. 그 후, 조도값에 따라 발광 여부를 결정하여 발광한다.
우선, 조도값과 설정값을 비교,판단한다(S330). 제어부(14000)에 조도값이 입력되면, 제어부(14000)는 미리 저장되어있는 설정값과 비교하여 조도값이 설정값보다 작은 값을 갖는지 판단한다. 여기서 설정값은 조명의 발광여부를 결정하는 값으로, 예를 들면 해가지기 시작하여 작업자 또는 운전자의 눈으로 사물을 식별하기 어렵거나, 실수를 일으킬 수 있는 조도값에 해당하는 값이라고 볼 수 있다.
조도센서부(12000)에서 측정한 조도값이 설정값보다 큰 경우라면 조명의 발광이 불필요한 상태이므로 제어부(14000)는 전체 시스템을 종결한다.
반면에 조도값이 설정값보다 작은 경우라면 조명의 발광이 필요한 상태이므로 제어부(14000)는 조명부(13000)에 신호를 출력하고 조명부(13000)는 발광하게 된다(S340).
도 47은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다. 다만, 도 46을 참조하여 설명한 조명 시스템의 제어방법과 동일한 절차에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 47에 도시된 것과 같이, 본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법은 외부환경의 조도값에 따라 조명의 발광 세기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 것과 같이, 조도센서부(12000)에서 조도값을 제어부(14000)에 출력한다(S320). 조도값이 설정값보다 작은 경우(S330), 제어부(14000)는 조도값의 범위를 판단한다(S340-1). 제어부(14000)에는 조도값의 범위가 세분화되어 입력되어있고, 제어부(14000)는 측정된 조도값의 범위를 판단한다.
다음, 조도값의 범위가 판단되면 제어부(14000)는 조명발광의 세기를 결정하고(S340-2) 그에 따라 조명부(13000)는 발광하게 된다(S340-3). 조명발광의 세기는 조도값에 따라 세분화될 수 있는데, 조도값은 날씨, 시간, 주위환경에 따라 달라지므로, 그에 따라 조명발광의 세기도 조절될 수 있다. 조도값의 범위에 따라 발광세기를 조절함으로써 전원의 낭비를 방지할 수 있고, 작업자에게 주의를 환기시킬 수 있다.
도 48은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다. 다만, 도 46 및 도 47을 참조하여 설명한 조명 시스템의 제어방법과 동일한 절차에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법은 조명부(13000)의 발광이 발생하면, 자체 움직임이 유지되는지 여부를 판단하여 발광유지 여부를 결정하는 단계(S350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선, 조명부(13000)에서 발광이 시작되면 발광의 종료를 조명 시스템이 장착된 컨테이너 또는 자동차의 움직임 여부에 의해 결정될 수 있다. 이는 컨테이너의 움직임이 종결된 경우 작업이 종료한 것으로 판단할 수 있고, 또는 자동차가 횡단보도에서 일시 정지의 경우 조명의 발광을 중단하여 상대방에 대한 운전방해를 방지할 수 있다.
그리고, 컨테이너가 이동되거나, 자동차가 다시 이동하면 재차 모션센서부(11000)가 작동하여 다시 조명부(14000)의 발광이 시작될 수 있다.
이러한 발광유지 여부의 결정은 모션센서부(11000)에서 자체 움직임이 감지되는지 여부에 따라 결정된다. 모션센서부(11000)에서 자체 움직임이 계속 감지되면, 다시 조도를 측정하고 발광의 유지 여부가 결정된다. 한편 자체 움직임이 감지되지 않으면 시스템을 종료한다.
LED를 이용한 상술한 조명 장치는 제품 형태, 장소 및 목적에 따라 광학 설계가 변할 수 있다. 예컨대, 상술한 감성 조명과 관련하여 조명의 색, 온도, 밝기 및 색상을 컨트롤하는 기술 외에 스마트폰과 같은 휴대기기를 활용한 무선(원격) 제어 기술을 이용하여 조명을 제어하는 기술을 들 수 있다.
또한, 이와 더불어 LED 조명 장치와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 가시광 무선통신 기술도 가능하다. 이는 LED 광원이 기존의 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 디지털 통신을 위한 스위칭 속도가 빠르고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다.
또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100... 베이스 110... 체결 림
111... 플랜지부 120... 지지 플레이트
130... 공기 방출홀 200... 하우징
210... 단자부 220... 유로
300... 냉각팬 400... 광원 모듈
410... 기판 420... 발광소자
500... 역류 방지부 600... 커버
610... 렌즈

Claims (10)

  1. 체결 림과, 상기 체결 림의 내측에 구비되는 지지 플레이트를 포함하는 베이스;
    상기 체결 림에 체결되어 상기 지지 플레이트를 커버하며, 공기의 유입을 안내하는 유로와, 상기 유로를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀을 구비하는 하우징;
    상기 하우징에 의해 커버된 상기 지지 플레이트의 일면 상에 배치되어 공기를 상기 하우징의 내부 공간으로 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 베이스에 구비된 공기 방출홀을 통해 외부로 방출하는 냉각팬; 및
    상기 지지 플레이트에 장착되는 광원 모듈;을 포함하고,
    상기 유로는 상기 하우징의 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 이루는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유입홀은 상기 하우징의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비되며,
    상기 유로는 상기 하우징의 하단부에서 상기 하우징의 외측면을 따라 상부로 연장되어 상기 공기 유입홀과 연통하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유입홀은 상기 하우징의 둘레를 따라서 링 형상으로 구비되며,
    상기 유로는 상기 공기 유입홀과 대응되는 위치에서 상기 하우징의 둘레를 따라 형성되어 상기 공기 유입홀과 연통하는 제1 유로와, 상기 제1 유로로부터 상기 하우징의 하단부로 연장되어 외부로 개방되는 제2 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 적어도 하나가 상기 하우징의 외부 표면에 리세스 형태의 함몰된 구조로 구비되어 상기 공기 유입홀과 연통하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 체결 림은 상기 유로와 대응되는 위치에 상기 유로와 대응되는 형태의 홈을 구비하여 상기 하우징의 유로와 이어지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 체결 림은 하단부에 외측 방향으로 돌출된 플랜지부를 구비하고, 상기 플랜지부에는 상기 체결 림의 둘레를 따라서 복수의 통기구가 형성되어 상기 하우징의 유로와 이어지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 지지 플레이트의 외주면과 상기 체결 림의 내측면 사이에 상기 공기 방출홀을 구비하여 상기 하우징의 내부 공간으로 유입된 공기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 지지 플레이트의 중심부에 상기 공기 방출홀을 구비하여 상기 하우징의 내부 공간으로 유입된 공기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 냉각팬과 마주하는 상기 지지 플레이트의 상기 일면에 복수의 방열핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 공기 방출홀을 구비하는 베이스;
    상기 베이스의 일측에 배치되며, 외부 표면과 단차를 이루며 함몰된 영역을 형성하는 유로와, 상기 유로를 통해 안내된 공기를 내부 공간으로 유입시키는 공기 유입홀을 구비하는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되어 공기를 상기 하우징의 내부 공간으로 흡기시키고, 흡기된 공기를 상기 공기 방출홀을 통해 외부로 방출하는 냉각팬; 및
    상기 베이스의 타측에 배치되며, 적어도 하나의 발광소자와 상기 발광소자 상에 배치되는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 렌즈 유닛을 포함하는 광원 모듈;
    을 포함하는 조명 장치.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016190453A1 (ko) * 2015-05-22 2016-12-01 주식회사 에시티큐브 자유로운 색온도 변환이 가능한 led 램프 및 이를 이용한 led 램프의 색온도 변환 방법
KR101886253B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 온도변화에 따라 이상 여부를 진단하는 기능을 가지는 항공용 조명 시스템
KR101886254B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 비상상태 통지 기능을 가지는 항공용 조명 시스템
KR101886252B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 착륙등 및 활주등이 통합된 항공용 조명장치
KR101886251B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 항공기의 활주 및 착륙에 사용되는 통합형 조명장치
WO2019039738A1 (ko) * 2017-08-21 2019-02-28 주식회사 옵티맥 발광 패키지
JP2020184412A (ja) * 2019-04-26 2020-11-12 京セラ株式会社 照明装置及び照明システム
KR102370098B1 (ko) * 2021-09-24 2022-03-04 주식회사 순돌이드론 인명 구조용 드론
CN114543057A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 安徽华夏光电股份有限公司 一种舱内阅读灯及其制造工艺
KR20220150564A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 셀리온 주식회사 저항이 내장된 led 램프

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2923187C (en) * 2013-09-09 2022-04-12 GE Lighting Solutions, LLC Enhanced color-preference light sources
WO2016131686A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Koninklijke Philips N.V. Device with multiple, stacked light emitting devices
TWI553261B (zh) * 2015-05-08 2016-10-11 chen-wei Xu The cooling structure of the lamp
US10444421B2 (en) * 2016-12-13 2019-10-15 Lumileds Llc LED-based light fixture

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI408311B (zh) 2010-05-25 2013-09-11 Sunonwealth Electr Mach Ind Co 燈具及其散熱器
WO2011162048A1 (ja) 2010-06-23 2011-12-29 シーシーエス株式会社 Ｌｅｄ光源装置
KR101248731B1 (ko) * 2010-08-06 2013-04-03 주식회사 포스코아이씨티 광반도체 조명장치
JP5097254B2 (ja) 2010-09-29 2012-12-12 建準電機工業股▲分▼有限公司 灯具

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016190453A1 (ko) * 2015-05-22 2016-12-01 주식회사 에시티큐브 자유로운 색온도 변환이 가능한 led 램프 및 이를 이용한 led 램프의 색온도 변환 방법
JP2017526148A (ja) * 2015-05-22 2017-09-07 エスティキューブ インコーポレーテッドＳｔｃｕｂｅ，Ｉｎｃ． 自由な色温度変換が可能なｌｅｄランプおよびこれを用いたｌｅｄランプの色温度変換方法
KR101886253B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 온도변화에 따라 이상 여부를 진단하는 기능을 가지는 항공용 조명 시스템
KR101886254B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 비상상태 통지 기능을 가지는 항공용 조명 시스템
KR101886252B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 착륙등 및 활주등이 통합된 항공용 조명장치
KR101886251B1 (ko) * 2017-01-31 2018-08-08 (주)디지트론 항공기의 활주 및 착륙에 사용되는 통합형 조명장치
WO2019039738A1 (ko) * 2017-08-21 2019-02-28 주식회사 옵티맥 발광 패키지
JP2020184412A (ja) * 2019-04-26 2020-11-12 京セラ株式会社 照明装置及び照明システム
KR20220150564A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 셀리온 주식회사 저항이 내장된 led 램프
KR102370098B1 (ko) * 2021-09-24 2022-03-04 주식회사 순돌이드론 인명 구조용 드론
CN114543057A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 安徽华夏光电股份有限公司 一种舱内阅读灯及其制造工艺
CN114543057B (zh) * 2022-03-02 2024-04-02 安徽华夏光电股份有限公司 一种舱内阅读灯及其制造工艺

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