KR20150129637A - 램프 유닛 - Google Patents

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KR20150129637A
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이정호
노재명
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엘지이노텍 주식회사
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F21V17/10—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21W2101/14—
    • F21Y2101/02—

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

실시예는 복수 개의 홀을 포함하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 광원; 및 상기 베이스 플레이트에 체결되어 상기 광원을 커버하는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 제1 방향으로 기설정된 직경을 가지는 렌즈 바디와, 상기 렌즈 바디로부터 제2 방향으로 배치되고 상기 복수 개의 홀에 삽입되는 복수 개의 연결 돌기, 및 상기 렌즈 바디로부터 돌출되는 스토퍼를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 다른 방향인 램프 유닛을 제공한다.

Description

램프 유닛{LAMP UNIT}
실시예는 면광원(surface light source)을 포함하는 램프 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 램프는 특정한 목적을 위하여 빛을 공급하거나 조절하는 장치를 말한다.
램프의 광원으로는 백열 전구, 형광등, 네온등과 같이 것이 사용될 수 있으며, 최근에는 LED(Light Emitting Diode)가 사용되고 있다.
LED는 화합물 반도체 특성을 이용하여 전기 신호를 적외선 또는 빛으로 변화시키는 소자로서, 형광등과 달리 수은 등의 유해 물질을 사용하지 않아 환경 오염 유발 원인이 적다.
또한, LED의 수명은 백열 전구, 형광등, 네온등의 수명보다 길다. 또한 백열 전구, 형광등, 네온등과 비교할 때, LED는 전력 소비가 적고, 높은 색온도로 인하여 시인성이 우수하고 눈부심이 적은 장점이 있다.
도 1은 일반적인 램프 유닛을 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 램프 유닛은, 광원 모듈(1)과, 광원 모듈(1)에서 발광된 빛의 출사 지향각을 설정하는 리플렉터(2)를 포함하여 구성된다.
여기서, 광원 모듈(1)은 회로 기판(printed circuit board; PCB)(1b) 위에 구비되는 적어도 하나 이상의 LED 광원(1a)를 포함할 수 있다.
그리고, 리플렉터(2)는 LED 광원(1a)에서 발광되는 광을 집속하여 일정 지향각을 가지고 개구부를 통하여 출사될 수 있도록 하며, 내측면에는 반사면을 가질 수 있다.
이러한, 램프 유닛은 상술한 바와 같이, 다수의 LED 광원(1a)을 집속하여 빛을 얻는 램프로서, LED가 사용되는 램프는 그 용도에 따라 백라이트(backlight), 표시 장치, 조명등, 차량용 표시등, 또는 헤드 램프(head lamp) 등에 사용될 수 있다.
특히, 차량에 사용되는 램프 유닛은 차량의 안전 운행과 매우 밀접한 관련이 있기 때문에, 주행하는 차량에 인접하는 차량의 운전자가 발광 상태를 명확하게 식별할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 차량에 사용되는 램프 유닛은 안전 운행 기준에 적합한 광량을 확보해야 함과 동시에 차량 외관의 미적 기능을 확보해야 할 것이다.
실시예는 렌즈를 이용하여, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있는 램프 유닛을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 휠 수 있는 베이스 플레이트 위에 다수의 광원들을 배치하여, 곡률을 이루는 장착 대상물에 적용할 수 있는 램프 유닛을 제공하고자 한다.
실시예는 복수 개의 홀을 포함하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 광원; 및 상기 베이스 플레이트에 체결되어 상기 광원을 커버하는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 제1 방향으로 기설정된 직경을 가지는 렌즈 바디와, 상기 렌즈 바디로부터 제2 방향으로 배치되고 상기 복수 개의 홀에 삽입되는 복수 개의 연결 돌기, 및 상기 렌즈 바디로부터 돌출되는 스토퍼를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 다른 방향인 램프 유닛을 제공한다.
제1 방향은 상기 제2 방향과 수직일 수 있다.
스토퍼는 상기 렌즈 바디로부터 상기 제2 방향으로 돌출될 수 있다.
스토퍼는 상기 연결 돌기와 접촉할 수 있다.
스토퍼는 상기 연결돌기와 일체형일 수 있다.
램프 유닛은, 렌즈 바디로부터 돌출되는 보강 돌기를 더 포함할 수 있다.
보강 돌기는 상기 스토퍼들의 사이에 배치될 수 있다.
보강 돌기는 상기 연결 돌기들의 사이에 배치될 수 있다.
보강 돌기는 상기 제2 방향으로 배치될 수 있다.
베이스 플레이트는, 적어도 하나의 곡면을 가질 수 있다.
광원은 복수 개의 발광 소자를 포함하고, 상기 렌즈는 복수 개가 구비되어 각각의 렌즈가 각각의 발광소자에 대응할 수 있다.
렌즈는, 상기 연결 돌기가 상기 베이스 플레이트에 삽입되어, 상기 베이스 플레이트에 결합될 수 있다.
실시예는 렌즈를 이용함으로써, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있다.
그리고, 실시예는 광원과 광학 부재 사이에 도광판을 사용하지 않고, 광원과 광학 부재 사이의 빈 공간에 광 혼합(light mixing) 영역을 형성함으로써, 무게가 가볍고, 제작 단가가 저렴할 수 있다.
또한, 실시예는 휠 수 있는 베이스 플레이트 위에 다수의 광원들을 배치함으로써, 곡률을 이루는 장착 대상물에 적용할 수 있다.
따라서, 램프 유닛의 경제성 및 제품 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 램프 유닛을 보여주는 도면
도 2는 실시예에 따른 램프 유닛을 설명하기 위한 단면도
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 렌즈를 보여주는 도면으로서, 도 3a는 렌즈의 평면도
도 4a는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ 선상에 따른 단면도이고, 도 4b는 도 3a의 Ⅱ-Ⅱ 선상에 따른 단면도
도 5a 및 도 5b는 베이스 플레이트에 체결되는 렌즈를 보여주는 단면도
도 6은 스토퍼를 갖는 렌즈를 보여주는 단면도
도 7은 도 6의 렌즈가 베이스 플레이트에 체결되는 단면도
도 8은 베이스 플레이트의 고정 돌기를 보여주는 단면도
도 9a는 스페이서를 보여주는 사시도
도 9b는 도 9a의 Ⅲ-Ⅲ 선상에 따른 단면도
도 10a는 도 9b의 상부에서 바라보는 평면도
도 10b는 도 9b의 하부에서 바라보는 평면도
도 11은 렌즈와 결합되는 스페이서를 보여주는 단면도
도 12는 도 2의 광원을 상세히 보여주는 단면도
도 13a 내지 도 13d는 광학 부재의 요철 패턴을 보여주는 단면도
도 14a 내지 도 14c는 실시예에 따른 차량용 램프 유닛을 보여주는 분해 구성도
도 15는 실시예에 따른 램프 유닛을 포함하는 차량용 후미등을 보여주는 도면
도 16은 실시예에 따른 램프 유닛을 포함하는 차량을 보여주는 평면도
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는 실시예에 따른 램프 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광원(100), 렌즈(200), 베이스 플레이트(base plate)(400), 스페이서(spacer)(700), 그리고 광학 부재(optical member)(600)를 포함할 수 있다.
여기서, 광원(100)은 베이스 플레이트(400) 위에 배치될 수 있는데, 베이스 플레이트(400)는, 광원(100)을 전기적으로 연결하는 전극 패턴을 포함할 수 있다.
그리고, 베이스 플레이트(400)는, 유연성을 가지도록 제작될 수 있는데, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)는, 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)는 전체 영역이 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 경우에 따라, 베이스 플레이트(400)의 전체 영역 중 일부분은 다른 물질로 이루어질 수도 있다.
예를 들면, 베이스 플레이트(400)는 광원(100)과 접촉되는 지지부와 광원(100)에 접촉되지 않는 연결부를 포함할 수 있는데, 일 예로, 베이스 플레이트(400)의 지지부와 연결부는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 지지부와 연결부는, 베이스 부재와 베이스 부재의 적어도 일면에 배치되는 회로 패턴을 포함할 수 있으며, 베이스 부재의 재질은 유연성과 절연성을 갖는 필름, 예컨대, 폴리이미드(polyimide) 또는 에폭시(예컨대, FR-4)일 수 있다.
경우에 따라, 베이스 플레이트(400)의 지지부와 연결부는 서로 다른 물질로 이루어질 수도 있다.
일 예로, 지지부는 도체이고, 연결부는 부도체일 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)의 지지부는 광원(100)을 지지하기 위해 휨이 없는 하드(hard)한 재질로 구성될 수도 있고, 베이스 플레이트(400)의 연결부는 휠 수 있는 연성 재질로 구성함으로써, 베이스 플레이트(400)를 곡률을 갖는 장착 대상물에 적용할 수 있도록 제작할 수도 있다.
경우에 따라, 베이스 플레이트(400)는 광원(100)에 전기적 연결을 위한 회로 패턴이 배치되고, 회로 패턴의 상부 및 하부 중 적어도 어느 한 곳에 유연성과 절연성을 갖는 필름이 배치될 수 있다.
일예로, 필름은 PSR(PhotoSolderResist), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(예컨대, FR-4) 등으로부터 선택된 어느 한 물질 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 필름이 회로 패턴의 상부 및 하부에 배치되는 경우, 회로 패턴의 상부에 배치되는 필름과 회로 패턴의 하부에 배치되는 필름이 서로 다를 수도 있다.
이와 같이, 베이스 플레이트(400)는 연성 재질을 적용함으로써, 휠 수도 있지만, 구조적 변형에 의해서도 휠 수 있다.
따라서, 베이스 플레이트(400)는, 하나 이상의 곡률을 가지는 곡면을 포함할 수 있다.
이어, 베이스 플레이트(400)는, 렌즈(200)의 연결 돌기(210)에 대응하는 영역에 홀(hole)이 형성될 수 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)의 홀을 통해, 렌즈(200)는 베이스 플레이트(400)에 체결될 수 있다.
따라서, 베이스 플레이트(400)의 홀의 개수는 렌즈(200)의 개수와 동일하거나 또는 렌즈(200)의 개수보다 더 많을 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)는, 광원(100)을 마주하는 상부면과 반대되는 하부 방향으로 돌출되는 고정 돌기(fixing projection)를 포함할 수도 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)는, 고정 돌기를 통해, 곡률을 갖는 장착 대상물에 고정될 수 있다.
따라서, 고정 돌기는 하나 또는 다수일 수 있다.
그리고, 베이스 플레이트(400)는, 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나가 형성될 수도 있고, 광원(100)에서 생성된 광을 광학 부재(600) 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 반사 코팅 필름 또는 반사 코팅 물질층은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
경우에 따라, 베이스 플레이트(400)는, 광원(100)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 다수의 방열 핀(pin)들이 배치될 수도 있다.
다음, 광원(100)은 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있고, 경우에 따라, 광원 모듈의 광원(110)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드일 수도 있다.
여기서, 광원(100)은 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 레드 LED 칩, 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
그리고, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 형광체(Red phosphor)과 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor), 레드 형광체(Red phosphor) 및 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다.
일 예로, 램프 유닛을 차량의 후미등에 적용할 경우, 광원(100)은, 수직형 발광 칩, 예컨대, 적색 발광 칩일 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이어, 렌즈(200)는 광원(100)을 커버하고, 베이스 플레이트(400)에 체결될 수 있다.
여기서, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(400)에 접촉되는 연결 돌기(connection projection)(210)와, 스페이서(700)에 접촉되는 보강 돌기(reinforcement projection)(220)를 포함할 수 있다.
이때, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면 가장자리로부터 베이스 플레이트(400) 방향으로 다수개가 돌출될 수 있다.
경우에 따라, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면 가장자리로부터 렌즈(200)의 하부면 중심 방향으로 돌출되는 스토퍼(stopper)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
경우에 따라, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향과 X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수도 있다.
즉, 연결 돌기(210)는 X축 방향에 대칭으로 2개가 배치될 수도 있고, X축 방향과 Y축 방향에 모두 대칭으로 4개가 배치될 수도 있다.
그리고, 보강 돌기(220)는, 렌즈(200)의 측면으로부터 외부 방향으로 돌출되고, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 보강 돌기(220)는, X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
즉, 보강 돌기(220)는 서로 인접하는 연결 돌기(210)들 사이에 배치될 수 있다.
예를 들면, 보강 돌기(220)는 렌즈(200)의 측면에 하나 또는 다수개가 배치될 수 있다.
여기서, 보강 돌기(220)가 다수개일 때, 보강 돌기(220)들 사이의 간격은 서로 일정할 수도 있고, 경우에 따라, 서로 다를 수도 있다.
또한, 경우에 따라, 보강 돌기(220)는 1개가 렌즈(200)의 측면 전체를 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
또한, 보강 돌기(220)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 하부면을 포함하는데, 보강 돌기(220)의 하부면은, 렌즈(200)의 하부면과 동일한 평면 상에 배치될 수도 있다.
그리고, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 하부면을 포함하는데, 렌즈(200)의 하부면은, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 떨어져 배치될 수도 있다.
여기서, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 하부면과, 광학 부재(600)를 마주하는 상부면을 포함하는데, 렌즈(200)의 하부면은 평면이고, 렌즈(200)의 상부면은 곡면일 수도 있다.
이때, 렌즈(200)의 상부면은, 광원(100)의 광 출사면의 중심 영역에 대응하는 홈을 포함할 수도 있다.
경우에 따라서는, 광원(100)과 마주하는 렌즈(200)의 하부면에 홈을 포함할 수도 있다.
여기서, 홈의 단면은 상부면이 넓고, 하부면이 좁은 원뿔 또는 사다리꼴 형상일 수 있다.
이와 같이, 렌즈(200)에 홈을 형성하는 이유는, 광원(100)으로부터 출사되는 광의 지향각을 넓히기 위한 것으로, 실시예에서는 이에 한정되지 않고, 다양한 형태의 렌즈들이 사용될 수 있다.
한편, 광원(100)은 발광 다이오드 칩(LED chip) 타입일 수 있으며, 패키지 몸체 내에 발광 다이오드 칩이 배치된 발광 다이오드 패키지 타입일 수도 있다.
여기서, 렌즈(200)는 광원(100)를 커버하도록 배치될 수 있는데, 광원(100) 타입에 따라, 다양한 구조의 렌즈(200)가 적용될 수 있다.
예를 들면, 광원(100)이, 베이스 플레이트(400) 위에 직접 발광 다이오드 칩(LED chip)이 배치되는 타입일 경우, 렌즈(200)는 광원(100)을 커버하도록 베이스 플레이트(400) 위에 배치될 수 있다.
여기서, 렌즈(200)는 광원(100)의 광 출사면의 중심 영역에 대응하는 위치에 배치되는 홈을 포함할 수 있다.
또한, 광원(100)이, 패키지 몸체 내에 발광 다이오드 칩이 배치된 발광 다이오드 패키지 타입일 경우, 렌즈(200)는 발광 다이오드 칩을 커버하도록 패키지 몸체 위에 배치될 수도 있다.
이어, 광원(100)이, 패키지 몸체 내에 발광 다이오드 칩이 배치된 발광 다이오드 패키지 타입일 경우, 렌즈(200)는 발광 다이오드 칩을 포함한 패키지 몸체 전체를 커버하도록 베이스 플레이트(400) 위에 배치될 수도 있다.
이때, 렌즈(200)는 패키지 몸체로부터 일정 공간을 두고 발광 다이오드 패키지를 커버할 수 있다.
경우에 따라, 렌즈(200)는 홈을 갖지 않는 반구 형상으로 제작될 수도 있다.
다음, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이에 배치되고, 광학 부재(600)의 가장 자리를 지지할 수 있다.
여기서, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 바닥면과, 바닥면의 가장 자리로부터 광학 부재(600) 방향으로 연장되는 측면을 포함할 수 있다.
이때, 스페이서(700)의 바닥면은, 렌즈(200)의 보강 돌기(220)에 대응하는 홈이 배치될 수 있다.
여기서, 스페이서(700)의 홈은 렌즈(200)의 보강 돌기(220) 형상과 동일하게 제작될 수 있고, 경우에 따라, 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
그리고, 스페이서(700)의 바닥면은, 렌즈(200)에 대응되어, 렌즈(200)의 상부면을 노출시키는 홀이 배치될 수도 있다.
여기서, 스페이서(700)의 홀의 개수는 렌즈(200)의 개수와 동일하거나, 또는 렌즈(200)의 개수보다 더 많을 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 스페이서(700)의 바닥면은, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 d1 만큼 떨어져 배치될 수 있다.
하지만, 경우에 따라서는, 스페이서(700)의 바닥면은, 베이스 플레이트(400)에 접촉될 수도 있다.
이어, 스페이서(700)의 바닥면은, 하나 이상의 곡률을 가지는 곡면일 수도 있다.
또한, 스페이서(700)의 측면은, 스페이서(700)의 바닥면에 대해 경사질 수 있다.
그리고, 스페이서(700)는, 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나가 형성될 수도 있고, 광원(100)에서 생성된 광을 광학 부재(600) 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 반사 코팅 필름 또는 반사 코팅 물질층은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
다음, 광학 부재(600)는, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치될 수 있는데, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이의 공간에는 광 혼합 영역(light mixing area)(750)이 형성될 수 있다.
여기서, 광학 부재(600)는, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 d2 만큼 떨어져 배치될 수 있는데, 간격 d2는 약 10mm 이상일 수 있다.
만일, 광학 부재(600)와 베이스 플레이트(400) 사이의 거리 d2가 약 10mm 이하일 경우, 램프 유닛은 균일한 휘도가 나타나지 않고, 광원(100)이 위치한 영역에서 강한 휘도가 나타나는 핫 스팟(hot spot) 현상 또는 이와 반대로 상대적으로 약한 휘도가 나타나는 다크 스팟(dark spot)이 나타날 수 있다.
그리고, 광학 부재(600)는, 적어도 하나의 시트로 이루어지는데, 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 강화 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
여기서, 확산 시트는 광원(100)에서 출사된 광을 확산시켜 주고, 프리즘 시트는 확산된 광을 발광 영역으로 가이드하며, 휘도 확산 시트는 휘도를 강화시켜 준다.
예로서, 확산 시트는 일반적으로 아크릴 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등 광 확산 기능을 수행할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 광학 부재(600)는 상부 표면에 요철 패턴을 가질 수 있다.
광학 부재(600)는 광원(100)에서 출사되는 광을 확산시키기 위한 것으로, 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴을 형성할 수 있다.
즉, 광학 부재(600)는 여러 층으로 형성할 수 있으며, 요철 패턴은 최상층 또는 어느 한 층의 표면에 가질 수 있다.
그리고, 요철 패턴은 일 방향으로 배치되는 스트라이프(strip) 형상을 가질 수 있다.
이때, 요철 패턴은 광학 부재(600) 표면으로 돌출부를 가지고, 돌출부는 서로 마주보는 제 1 면과 제 2 면으로 구성되며, 제 1 면과 제 2 면 사이의 각은 둔각 또는 예각일 수 있다.
경우에 따라, 광학 부재(600)는, 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 갖는 적어도 2개의 경사면(inclined surface)을 포함할 수 있다.
또한, 광학 부재(600)는, 하나 이상의 곡률을 갖는 곡면을 포함할 수 있다.
여기서, 광학 부재(600)는, 커버 부재 또는 장착 대상물의 외형에 따라, 오목한 곡면, 볼록한 곡면, 편평한 평면 중 적어도 어느 하나를 갖는 표면을 가질 수 있다.
이어, 베이스 플레이트(400) 하부에는 방열 부재가 배치될 수 있다.
여기서, 방열 부재는 광원(100)으로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있다.
예컨대, 방열 부재는 열전도율이 높은 물질, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 구리 합금일 수 있다.
또는, 베이스 플레이트(400)와 방열 부재가 일체를 이루는 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board)일 수 있으며, MCPCB 하면에 별도의 방열 부재가 배치될 수도 있다.
별도의 방열 부재가 MCPCB의 하면에 부착될 경우, 아크릴계의 접착제(미도시)에 의해 부착될 수 있다.
다음, 광학 부재(600) 상부에는, 커버 부재가 더 배치될 수도 있다.
여기서, 커버 부재는 광원(100)을 포함하는 베이스 플레이트(400)를 외부의 충격으로부터 보호하며, 광원으로부터 조사되는 광이 투과될 수 있는 재질(예컨대, 아크릴)로 이루어질 수 있다.
또한, 커버 부재는 광학 부재(600)에 접촉되어 배치될 수 있는데, 일부만 접촉되고 나머지 일부는 일정 간격 떨어져 배치될 수 있다.
경우에 따라, 커버 부재는 광학 부재(600)를 마주하는 표면 전체가 광학 부재(600)에 접촉될 수도 있다.
또한, 커버 부재는 광학 부재(600)를 마주하는 표면 전체가 광학 부재(600)로부터 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있다.
커버 부재와 광학 부재(600)의 배치 거리는, 전체적으로 균일한 휘도를 제공하기 위해, 장착 대상물에서 요구하는 광원 모듈의 설계 조건에 따라, 다양하게 가변될 수 있다.
이와 같이, 실시예는 광원(100)을 커버하는 렌즈(200)와, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이의 빈 공간에 광 혼합(light mixing) 영역(750)을 형성함으로써, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있다.
여기서, 면광원(surface light source)이란, 빛을 발하는 부분이 면 모양으로 확산을 갖는 광원을 의미하는 것으로, 실시예에서는, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있는 램프 유닛을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 휠 수 있는 베이스 플레이트(400)와 광원(100)들을 커버하는 렌즈(200)가 체결될 수 있으므로, 곡률을 이루는 형상을 포함한 다양한 형상의 장착 대상물에 적용할 수 있다.
따라서, 실시예는, 램프 유닛의 경제성 및 제품 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 렌즈를 보여주는 도면으로서, 도 3a는 렌즈의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 A 방향에서 본 측면도이며, 도 3c는 도 3a의 B 방향에서 본 측면도이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 렌즈(200)는 연결 돌기(210)와 보강 돌기(220)를 포함할 수 있다.
여기서, 연결 돌기(210)는, 베이스 플레이트(도 2의 400)를 마주하는 하부면(201)의 가장 자리로부터 다수개가 돌출될 수 있다.
그리고, 연결 돌기(210)의 하부는, 후크(hook) 형상을 가질 수 있다.
따라서, 연결 돌기(210)는, 렌즈(20)의 하부면(201) 가장자리로부터 베이스 플레이트(도 2의 400) 방향으로 돌출되어, 베이스 플레이트(도 2의 400)에 체결될 수 있다.
이때, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 연결 돌기(210)가 2개일 경우, 2개의 연결 돌기(210)는 X축 방향으로 서로 대칭되어 배치될 수 있다.
그리고, 보강 돌기(220)는, 렌즈(200)의 측면(203)으로부터 외부 방향으로 돌출될 수 있다.
여기서, 보강 돌기(220)는, 베이스 플레이트(도 2의 400)를 마주하는 하부면(222)을 포함하는데, 보강 돌기(220)의 하부면(222)은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
경우에 따라서는, 보강 돌기(220)의 하부면(222)은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 다른 평면 상에 배치될 수도 있다.
이어, 보강 돌기(220)는, X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 보강 돌기(220)가 2개일 경우, 2개의 보강 돌기(220)는 Y축 방향으로 서로 대칭되어 배치될 수 있다.
한편, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
경우에 따라, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향과 X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수도 있다.
즉, 연결 돌기(210)는 X축 방향에 대칭으로 2개가 배치될 수도 있고, X축 방향과 Y축 방향에 모두 대칭으로 4개가 배치될 수도 있다.
하지만, 다수의 연결 돌기(210)는 X축 방향과 Y축 방향에 관계 없이, 다양한 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 보강 돌기(220)는, X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
즉, 보강 돌기(220)는 서로 인접하는 연결 돌기(210)들 사이에 배치될 수 있다.
예를 들면, 보강 돌기(220)는 렌즈(200)의 측면에 하나 또는 다수개가 배치될 수 있다.
여기서, 보강 돌기(220)가 다수개일 때, 보강 돌기(220)들 사이의 간격은 서로 일정할 수도 있고, 경우에 따라, 서로 다를 수도 있다.
또한, 경우에 따라, 보강 돌기(220)는 1개가 렌즈(200)의 측면 전체를 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
그리고, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(도 2의 400)를 마주하는 하부면(201)과, 광학 부재(도 2의 600)를 마주하는 상부면을 포함하는데, 렌즈(200)의 하부면은 편평한 평면일 수 있고, 렌즈(200)의 상부면은 곡면일 수 있다.
여기서, 렌즈(200)의 상부면은, 광원(도 2의 100)의 광 출사면의 중심 영역에 대응하는 홈(230)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 렌즈(200)에 홈(230)을 형성하는 이유는, 광원(도 2의 100)으로부터 출사되는 광의 지향각을 넓히기 위한 것이다.
한편, 렌즈(200)는 광원를 커버하도록 배치될 수 있는데, 광원 타입에 따라, 다양한 구조의 렌즈(200)가 적용될 수 있다.
예를 들면, 광원이, 베이스 플레이트 위에 직접 발광 다이오드 칩(LED chip)이 배치되는 타입일 경우, 렌즈(200)는 광원을 커버하도록 베이스 플레이트 위에 배치될 수 있다.
여기서, 렌즈(200)는 광원의 광 출사면의 중심 영역에 대응하는 위치에 배치되는 홈을 포함할 수 있다.
또한, 광원이, 패키지 몸체 내에 발광 다이오드 칩이 배치된 발광 다이오드 패키지 타입일 경우, 렌즈(200)는 발광 다이오드 칩을 커버하도록 패키지 몸체 위에 배치될 수도 있다.
이어, 광원이, 패키지 몸체 내에 발광 다이오드 칩이 배치된 발광 다이오드 패키지 타입일 경우, 렌즈(200)는 발광 다이오드 칩을 포함한 패키지 몸체 전체를 커버하도록 베이스 플레이트 위에 배치될 수도 있다.
이때, 렌즈(200)는 패키지 몸체로부터 일정 공간을 두고 발광 다이오드 패키지를 커버할 수 있다.
경우에 따라, 렌즈(200)는 홈을 갖지 않는 반구 형상으로 제작될 수도 있다.
도 4a는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ 선상에 따른 단면도이고, 도 4b는 도 3a의 Ⅱ-Ⅱ 선상에 따른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 렌즈(200)는 연결 돌기(210)와 보강 돌기(220)를 포함할 수 있는데, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면(201) 가장 자리로부터 돌출될 수 있다.
그리고, 연결 돌기(210)의 하부는, 후크(hook) 형상을 가질 수 있다.
이어, 보강 돌기(220)는, 렌즈(200)의 측면(203)으로부터 외부 방향으로 돌출될 수 있는데, 보강 돌기(220)의 하부면(222)은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
그리고, 렌즈(200)의 하부면(201)은 편평한 평면일 수 있고, 렌즈(200)의 상부면(205)은 곡면일 수 있다.
여기서, 렌즈(200)의 상부면(205)은, 중앙 영역에 홈(230)이 형성될 수 있다.
이때, 렌즈(200)의 홈(230)은 상부의 면적이 하부의 면적보다 더 넓을 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 베이스 플레이트에 체결되는 렌즈를 보여주는 단면도로서, 도 5a는 단일층 구조의 베이스 플레이트를 보여주는 도면이고, 도 5b는 다층 구조의 베이스 플레이트를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(400)의 상부면(403)에는 광원(100)이 배치되고, 광원(100) 주변의 베이스 플레이트(400) 영역에는 홀(401)이 배치될 수 있다.
그리고, 렌즈(200)의 연결 돌기(210)는, 베이스 플레이트(400)의 홀(401) 내에 삽입되어, 베이스 플레이트(400)와 체결될 수 있다.
여기서, 렌즈(200)의 연결 돌기(210) 중, 하부에 위치하는 후크 형상은 베이스 플레이트(400)의 하부면(405)에 접촉될 수 있다.
이어, 렌즈(200)의 하부면(201)은 광원(100) 및 베이스 플레이트(400)를 마주한다.
여기서, 렌즈(200)의 하부면(201)은 편평한 평면일 수 있고, 렌즈(200)의 상부면(205)은 곡면일 수 있다.
다음, 렌즈(200)의 측면에는, 보강 돌기(220)가, 렌즈(200)의 측면(203)으로부터 외부 방향으로 돌출될 수 있다.
여기서, 보강 돌기(220)의 하부면은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)는 도 5a와 같이, 단일층일 수 있지만, 도 5b와 같이, 다수층으로 형성될 수도 있다.
예를 들면, 베이스 플레이트(400)는, 회로 패턴을 갖는 기판(402)과 기판(402)를 지지 부재(404)를 포함할 수 있다.
여기서, 지지 부재(404)의 재질은 유연성과 절연성을 갖는 필름, 예컨대, 폴리이미드(polyimide) 또는 에폭시(예컨대, FR-4)일 수 있다.
도 6은 스토퍼를 갖는 렌즈를 보여주는 단면도이고, 도 7은 도 6의 렌즈가 베이스 플레이트에 체결되는 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈(200)는 연결 돌기(210)와 보강 돌기(220)를 포함할 수 있는데, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면(201) 가장 자리 영역으로부터 돌출될 수 있다.
그리고, 연결 돌기(210)의 하부는, 후크(hook) 형상을 가질 수 있다.
이어, 보강 돌기(220)는, 렌즈(200)의 측면(203)으로부터 외부 방향으로 돌출될 수 있는데, 보강 돌기(220)의 하부면은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
다음, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면(201) 가장자리 영역으로부터 렌즈(200)의 하부면(201) 중심 영역 방향으로 돌출되는 스토퍼(stopper)(212)를 포함할 수 있다.
여기서, 스토퍼(212)는 렌즈(200)가 베이스 플레이트(400)에 체결될 때, 베이스 플레이트(400)의 상부면(403)에 접촉될 수 있다.
따라서, 스토퍼(212)는 렌즈(200)의 하부면(201)이 베이스 플레이트(400)와 광원(100)에 접촉되지 않도록, 일정 간격을 유지할 수 있다.
이러한, 스토퍼(212)는, 렌즈(200)와 광원(100)의 접촉을 방지하므로, 외부의 충격으로 인한 광원(100)의 손상을 방지할 수 있다.
도 8은 베이스 플레이트의 고정 돌기를 보여주는 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(400)는, 렌즈(200)와 결합하기 위한 홀이 형성되고, 광원을 마주하는 상부면(403)과 반대되는 하부 방향으로 돌출되는 고정 돌기(fixing projection)(420)를 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)는, 고정 돌기(420)를 통해, 곡률을 갖는 장착 대상물에 고정될 수 있다.
그리고, 렌즈(200)의 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면으로부터 돌출되어 베이스 플레이트(400)의 홀 내에 삽입될 수 있다.
이어, 보강 돌기(220)는, 렌즈(200)의 측면(203)으로부터 외부 방향으로 돌출될 수 있는데, 보강 돌기(220)의 하부면은, 렌즈(200)의 하부면(201)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
다음, 연결 돌기(210)는, 렌즈(200)의 하부면 가장자리 영역으로부터 렌즈(200)의 하부면 중심 영역 방향으로 돌출되는 스토퍼(stopper)(212)를 포함할 수 있다.
여기서, 스토퍼(212)는 렌즈(200)가 베이스 플레이트(400)에 체결될 때, 베이스 플레이트(400)의 상부면(403)에 접촉될 수 있다.
따라서, 스토퍼(212)는 렌즈(200)의 하부면이 베이스 플레이트(400)에 접촉되지 않도록, 일정 간격을 유지할 수 있다.
도 9a는 스페이서를 보여주는 사시도이고, 도 9b는 도 9a의 Ⅲ-Ⅲ 선상에 따른 단면도이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(도 2의 400)와 광학 부재(도 2의 600) 사이에 배치되고, 광학 부재(도 2의 600)의 가장 자리를 지지할 수 있다.
여기서, 스페이서(700)는, 바닥면(702)과, 바닥면(702)의 가장 자리로부터 상부 방향으로 연장되는 측면(704)을 포함할 수 있다.
이때, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 하부면(702b)은, 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기에 대응하는 홈(720)이 배치될 수 있다.
그리고, 스페이서(700)의 바닥면(702)은, 렌즈(도 2의 200)에 대응되어, 렌즈(도 2의 200)의 상부면을 노출시키는 홀(710)이 배치될 수도 있다.
여기서, 홀(710)은 스페이서(700)의 홈(720)에 대응될 수 있다.
또한, 스페이서(700)의 바닥면(702)은, 베이스 플레이트(도 2의 400)로부터 일정 간격 d1 만큼 떨어져 배치될 수 있다.
하지만, 경우에 따라서는, 스페이서(700)의 바닥면(702)은, 베이스 플레이트(도 2의 400)에 접촉될 수도 있다.
이어, 스페이서(700)의 바닥면(702)은, 하나 이상의 곡률을 가지는 곡면일 수도 있다.
또한, 스페이서(700)의 측면(704)은, 스페이서(700)의 바닥면(702)에 대해 경사질 수 있다.
그리고, 스페이서(700)는, 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나가 형성될 수도 있고, 광원(도 2의 100)에서 생성된 광을 광학 부재(도 2의 600) 방향으로 반사시킬 수 있다.
도 10a는 도 9b의 상부에서 바라보는 평면도이고, 도 10b는 도 9b의 하부에서 바라보는 평면도이다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 스페이서(700)는, 바닥면(702)과, 바닥면(702)의 가장 자리로부터 상부 방향으로 연장되는 측면(704)을 포함할 수 있ㄴ는데, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 상부면(702a)에는 렌즈(도 2의 200)의 노출을 위한 홀(710)이 배치될 수 있다.
그리고, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 하부면(702b)은, 렌즈(도 2의 200)가 삽입되기 위한 홀(710)과 홀(710) 주변에 홈(720)이 배치될 수 있다.
여기서, 홈(720)은 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기에 대응되어, 홈(720) 내에 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기가 배치될 수 있다.
이때, 홈(720)의 깊이는 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기의 두께와 동일하거나 또는 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기의 두께보다 더 깊을 수 있다.
또한, 홈(720)은 다수개이고, 다수의 홈(720)들은 홀(710)의 주변에 서로 대칭적으로 배치될 수 있다.
여기서, 홈(720)의 개수는 렌즈(도 2의 200)의 보강 돌기의 개수와 동일할 수 있다.
도 11은 렌즈와 결합되는 스페이서를 보여주는 단면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 바닥면(702)을 포함할 수 있는데, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 하부면(702b)에 홈이 배치되고, 홈 내에는 렌즈(200)의 보강 돌기(220)가 삽입될 수 있다.
그리고, 렌즈(200)의 상부면은, 스페이서(700)의 바닥면(702)에 배치된 홀을 통해, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 상부면(702a)으로 노출될 수 있다.
이어, 렌즈(200)의 연결 돌기(210)는, 베이스 플레이트(400)의 홀 내에 삽입되어 베이스 플레이트(400)와 체결될 수 있다.
여기서, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 하부면(702b)은, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 d1 만큼 떨어져 배치될 수 있다.
하지만, 경우에 따라서는, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 하부면(702b)은, 베이스 플레이트(400)에 접촉될 수도 있다.
따라서, 렌즈(200)의 연결 돌기(210)는, 베이스 플레이트(400)와 체결하기 위한 돌기이고, 렌즈(200)의 보강 돌기(220)는, 스페이서(700)의 바닥면(702)의 홈에 의해, 고정되는 돌기일 수 있다.
도 12는 도 2의 광원을 상세히 보여주는 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 광원(100)은 약 390 ~ 490nm 범위의 파장을 갖는 수직형 발광 칩일 수 있다.
광원(100)은 제 2 전극층(1010), 반사층(1020), 발광 구조물(1040), 패시베이션층(1060), 및 제 1 전극층(1080)을 포함한다.
여기서, 제 2 전극층(1010)은 제 1 전극층(1080)과 함께 발광 구조물(1040)에 전원을 제공할 수 있다.
그리고, 제 2 전극층(1010)은 전류 주입을 위한 전극 물질층(1002), 전극 물질층(1002) 위에 위치하는 지지층(1004), 지지층(1004) 위에 위치하는 본딩층(1006)을 포함할 수 있다.
여기서, 전극 물질층(1002)은 Ti/Au일 수 있으며, 지지층(1004)은 금속 또는 반도체 물질일 수 있다.
또한, 지지층(1004)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질일 수 있는데, 예를 들면, 지지층(1004)는 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 물질이거나, 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
이어, 본딩층(1006)은 지지층(1004)과 반사층(1020) 사이에 배치되며, 본딩층(1006)은 지지층(1004)을 반사층(1020)에 접합시키는 역할을 할 수 있다.
여기서, 본딩층(1006)은 접합 금속 물질, 예를 들어, In,Sn, Ag, Nb, Pd, Ni, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본딩층(1006)은 지지층(1004)을 본딩 방식으로 접합하기 위해 형성하는 것이므로, 지지층(1004)을 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 본딩층(1006)은 생략될 수 있다.
그리고, 반사층(1020)은 본딩층(1006) 위에 배치되는데, 반사층(1020)은 발광 구조물(1040)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 향상할 수 있다.
여기서, 반사층(1020)은 반사 금속 물질, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 반사층(1020)은 전도성 산화물층, 예컨대, IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다.
경우에 따라, 반사층(1020)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등과 같이 금속과 전도성 산화물을 다층으로 하여 형성할 수 있다.
이어, 반사층(1020)과 발광 구조물(1040) 사이에는 오믹 영역(ohmic region, 1030)이 위치할 수도 있다.
여기서, 오믹 영역(1030)은 발광 구조물(1040)과 오믹 접촉하는 영역으로 발광 구조물(1040)에 전원이 원활히 공급되도록 하는 역할을 한다.
오믹 영역(1030)에는 발광 구조물(1040)과 오믹 접촉하는 물질, 예컨대, Be, Au, Ag, Ni,Cr,Ti,Pd,Ir, Sn, Ru, Pt, Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질을 포함할 수 있다.
예를 들면, 오믹 영역(1030)은 AuBe를 포함할 수 있으며, 도트(dot) 형태일 수 있다.
다음, 발광 구조물(1040)은 윈도우층(window layer, 1042), 제 2 반도체층(1044), 활성층(1046), 및 제 1 반도체층(1048)을 포함할 수 있다.
여기서, 윈도우층(1042)은 반사층(1020) 위에 배치되는 반도체층으로서, 그 조성은 GaP일 수 있다.
경우에 따라, 윈도우층(1042)은 생략될 수도 있다.
이어, 제 2 반도체층(1044)은 윈도우층(1042) 위에 배치되는데, 제 2 반도체층(1044)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들면, 제 1 반도체층(1044)은 AlGaInP, GaInP, AlInP, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
그리고, 활성층(1046)은 제 2 반도체층(1044)과 제 1 반도체층(1048) 사이에 배치되며, 제 2 반도체층(1044) 및 제 1 반도체층(1048)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
여기서, 활성층(1046)은 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
예컨대, 활성층(1046)은 우물층과 장벽층을 갖는 단일 또는 다중양자우물구조를 가질 수 있다.
이때, 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질일 수 있으며, 예를 들면, 활성층(1046)은 AlGaInP 또는 GaInP일 수 있다.
이어, 제 1 반도체층(1048)은 반도체 화합물로 형성될 수 있는데, 제 1 반도체층(1048)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 제 1 반도체층(1048)은 AlGaInP, GaInP, AlInP, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다.
그리고, 발광 구조물(1040)은 약 390 ~ 490nm 범위의 파장 범위를 갖는 청색광을 발생할 수 있으며, 제 1 반도체층(1048), 활성층(1046), 및 제 2 반도체층(1044)은 청색광을 발생할 수 있는 조성을 가질 수 있다.
또한, 광 추출 효율을 증가시키기 위해 제 1 반도체층(1048)의 상면은 거칠기(roughness, 1070)가 형성될 수 있다.
다음, 패시베이션층(1060)은 발광 구조물(1040)의 측면 상에 배치되는데, 패시베이션층(1060)은 발광 구조물(1040)을 전기적으로 보호하는 역할을 한다.
여기서, 패시베이션층(1060)은 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, 또는 Al2O3 로 형성될 수 있다.
경우에 따라, 패시베이션층(1060)은 제 1 반도체층(1048) 상면의 적어도 일부 위에만 배치될 수도 있다.
그리고, 제 1 전극층(1080)은 제 1 반도체층(1048) 위에 배치될 수 있으며, 소정의 패턴을 가질 수 있다.
여기서, 제 1 전극층(1080)은 단일 또는 복수의 층일 수 있는데, 예컨대, 제 1 전극층(1080)은 순차로 적층되는 제 1 층(1082), 제 2 층(1084), 및 제 3 층(1086)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1 층(1082)은 제 1 반도체층(1048)과 오믹 접촉하며, GaAs로 형성될 수 있다.
그리고, 제 2 층(1084)은 AuGe/Ni/Au 합금으로 형성될 수 있고, 제 3 층(1086)은 Ti/Au 합금으로 형성될 수 있다.
이와 같은, 구조를 갖는 광원 위에는, 약 550 ~ 700nm 범위의 파장을 갖는 형광체들 중 어느 하나 또는 다수를 포함하는 형광체층이 배치됨으로써, CIE 색도도 상의 색좌표 (0.54, 0.37), (0.54, 0.45), (0.61, 0.45), (0.61, 0.37)로 정해지는 사각형 영역 내에 위치하는 컬러를 갖는 광을 발생할 수 있다.
따라서, 광원의 제 1 전극층(1080)은, 제 2 전극층(1010)보다 형광체층에 더 인접하여 배치될 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 광학 부재의 요철 패턴을 보여주는 단면도이다.
도 13a 내지 도 13d에 도시된 바와 같이, 광학 부재(600)는 광원에서 출사되는 광을 확산시키기 위한 것으로, 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴(610)을 형성할 수 있다.
여기서, 요철 패턴(610)은 일 방향으로 배치되는 스트라이프(strip) 형상을 가질 수 있다.
그리고, 도 13a와 같이, 광학 부재(600)의 요철 패턴(610)은, 광학 부재(600)의 상부면(600a) 위에 배치될 수 있는데, 광학 부재(600)의 상부면(600a)은 커버 부재(미도시)를 마주할 수 있다.
이때, 광학 부재(600)가 다수층으로 이루어진 경우, 요철 패턴(610)은 최상층의 표면에 배치될 수 있다.
이어, 도 13b와 같이, 광학 부재(600)의 요철 패턴(610)은, 광학 부재(600)의 하부면(600b) 위에 배치될 수 있는데, 광학 부재(600)의 하부면(600b)은 광원 모듈(미도시)을 마주할 수 있다.
이때, 광학 부재(600)가 다수층으로 이루어진 경우, 요철 패턴(610)은 최하층의 표면에 배치될 수 있다.
그리고, 도 13c와 같이, 광학 부재(600)의 요철 패턴(610)은, 광학 부재(600)의 상부면(600a) 및 광학 부재(600)의 하부면(600b) 위에 배치될 수 있는데, 광학 부재(600)가 다수층으로 이루어진 경우, 요철 패턴(610)은 광학 부재(600)의 최상층의 표면 및 최하층의 표면에 각각 배치될 수 있다.
또한, 도 13d와 같이, 광학 부재(600)의 요철 패턴(610)은, 광학 부재(600)의 상부면(600a) 일부 또는 광학 부재(600)의 하부면(600b) 일부 위에 배치될 수도 있다.
이때, 요철 패턴은 광학 부재(600) 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출부를 가지고, 돌출부는 서로 마주보는 제 1 면과 제 2 면으로 구성되며, 제 1 면과 제 2 면 사이의 각은 둔각 또는 예각일 수 있다.
경우에 따라, 요철 패턴은 광학 부재(600) 표면 내에 오목한 홈부를 가지고, 홈부는 서로 마주보는 제 3 면과 제 4 면으로 구성되며, 제 3 면과 제 4 면 사이의 각은 둔각 또는 예각일 수 있다.
이와 같이, 광학 부재(600)의 요철 패턴(610)은, 전체적으로 균일한 휘도를 제공하기 위해, 장착 대상물에서 요구하는 램프 유닛의 설계 조건에 따라, 다양하게 가변될 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 실시예에 따른 차량용 램프 유닛을 보여주는 분해 구성도이다.
도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이, 광원를 커버하는 렌즈(200)가 배치된 베이스 플레이트(base plate)(400), 스페이서(spacer)(700), 그리고 광학 부재(optical member)(600)를 포함할 수 있다.
여기서, 광원은 베이스 플레이트(400) 위에 배치될 수 있는데, 베이스 플레이트(400)는, 광원을 전기적으로 연결하는 전극 패턴을 포함할 수 있다.
그리고, 베이스 플레이트(400)는, 유연성을 가지도록 제작될 수 있는데, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)는, 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
이와 같이, 베이스 플레이트(400)는 연성 재질을 적용함으로써, 휠 수도 있지만, 구조적 변형에 의해서도 휠 수 있다.
따라서, 베이스 플레이트(400)는, 하나 이상의 곡률을 가지는 곡면을 포함할 수 있다.
이어, 베이스 플레이트(400)는, 렌즈(200)의 연결 돌기에 대응하는 영역에 홀(hole)이 형성될 수 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)의 홀을 통해, 렌즈(200)는 베이스 플레이트(400)에 체결될 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(400)는, 광원을 마주하는 상부면과 반대되는 하부 방향으로 돌출되는 고정 돌기(fixing projection)(420)를 포함할 수도 있다.
여기서, 베이스 플레이트(400)는, 고정 돌기(420)를 통해, 곡률을 갖는 장착 대상물에 고정될 수 있다.
그리고, 베이스 플레이트(400)는, 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나가 형성될 수도 있고, 광원에서 생성된 광을 광학 부재(600) 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 반사 코팅 필름 또는 반사 코팅 물질층은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
경우에 따라, 베이스 플레이트(400)는, 광원에서 발생되는 열을 방출하기 위한 다수의 방열 핀(pin)들이 배치될 수도 있다.
다음, 광원(100)은 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 레드 LED 칩, 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
일 예로, 램프 유닛을 차량의 후미등에 적용할 경우, 광원(100)은, 수직형 발광 칩, 예컨대, 적색 발광 칩일 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이어, 렌즈(200)는 광원을 커버하고, 베이스 플레이트(400)에 체결될 수 있다.
여기서, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(400)에 접촉되는 연결 돌기와, 스페이서(700)에 접촉되는 보강 돌기를 포함할 수 있다.
이때, 연결 돌기는, 렌즈(200)의 하부면 가장자리로부터 베이스 플레이트(400) 방향으로 돌출될 수 있다.
경우에 따라, 연결 돌기는, 렌즈(200)의 하부면 가장자리로부터 렌즈(200)의 하부면 중심 방향으로 돌출되는 스토퍼(stopper)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 연결 돌기는, 렌즈(200)의 중심을 지나는 X축 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 보강 돌기는, 렌즈(200)의 측면으로부터 외부 방향으로 돌출되고, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 보강 돌기는, X축 방향에 대해 수직한 Y축 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 렌즈(200)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 하부면을 포함하는데, 렌즈(200)의 하부면은, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 떨어져 배치될 수도 있다.
다음, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이에 배치되고, 광학 부재(600)의 가장 자리를 지지할 수 있다.
여기서, 스페이서(700)는, 베이스 플레이트(400)를 마주하는 바닥면과, 바닥면의 가장 자리로부터 광학 부재(600) 방향으로 연장되는 측면을 포함할 수 있다.
이때, 스페이서(700)의 바닥면은, 렌즈(200)의 보강 돌기(220)에 대응하는 홈이 배치될 수 있다.
그리고, 스페이서(700)의 바닥면은, 렌즈(200)에 대응되어, 렌즈(200)의 상부면을 노출시키는 홀이 배치될 수도 있다.
또한, 스페이서(700)의 바닥면은, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격 d1 만큼 떨어져 배치될 수 있다.
하지만, 경우에 따라서는, 스페이서(700)의 바닥면은, 베이스 플레이트(400)에 접촉될 수도 있다.
이어, 스페이서(700)의 바닥면은, 하나 이상의 곡률을 가지는 곡면일 수도 있다.
또한, 스페이서(700)의 측면은, 스페이서(700)의 바닥면에 대해 경사질 수 있다.
그리고, 스페이서(700)는, 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나가 형성될 수도 있고, 광원(100)에서 생성된 광을 광학 부재(600) 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 반사 코팅 필름 또는 반사 코팅 물질층은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
다음, 광학 부재(600)는, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치될 수 있는데, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이의 공간에는 광 혼합 영역(light mixing area)이 형성될 수 있다.
여기서, 광학 부재(600)는, 베이스 플레이트(400)로부터 일정 간격만큼 떨어져 배치될 수 있는데, 그 간격은 약 10mm 이상일 수 있다.
만일, 광학 부재(600)와 베이스 플레이트(400) 사이의 거리가 약 10mm 이하일 경우, 램프 유닛은 균일한 휘도가 나타나지 않고, 광원(100)이 위치한 영역에서 강한 휘도가 나타나는 핫 스팟(hot spot) 현상 또는 이와 반대로 상대적으로 약한 휘도가 나타나는 다크 스팟(dark spot)이 나타날 수 있다.
그리고, 광학 부재(600)는, 적어도 하나의 시트로 이루어지는데, 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 강화 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
여기서, 확산 시트는 광원(100)에서 출사된 광을 확산시켜 주고, 프리즘 시트는 확산된 광을 발광 영역으로 가이드하며, 휘도 확산 시트는 휘도를 강화시켜 준다.
예로서, 확산 시트는 일반적으로 아크릴 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등 광 확산 기능을 수행할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 광학 부재(600)는, 하나 이상의 곡률을 갖는 곡면을 포함할 수 있다.
여기서, 광학 부재(600)는, 커버 부재 또는 장착 대상물의 외형에 따라, 오목한 곡면, 볼록한 곡면, 편평한 평면 중 적어도 어느 하나를 갖는 표면을 가질 수 있다.
이와 같이, 실시예는 광원을 커버하는 렌즈(200)와, 베이스 플레이트(400)와 광학 부재(600) 사이의 빈 공간에 광 혼합(light mixing) 영역을 형성함으로써, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있다.
여기서, 면광원(surface light source)이란, 빛을 발하는 부분이 면 모양으로 확산을 갖는 광원을 의미하는 것으로, 실시예에서는, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있는 램프 유닛을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 휠 수 있는 베이스 플레이트(400)와 광들을 커버하는 렌즈(200)가 체결될 수 있으므로, 곡률을 이루는 형상을 포함한 다양한 형상의 장착 대상물에 적용할 수 있다.
따라서, 실시예는, 램프 유닛의 경제성 및 제품 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 15는 실시예에 따른 램프 유닛을 포함하는 차량용 후미등을 보여주는 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 차량용 후미등(800)은 제 1 램프 유닛(812), 제 2 램프 유닛(814), 제 3 램프 유닛(816), 및 하우징(810)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 램프 유닛(812)은 방향 지시등 역할을 위한 광원일 수 있고, 제 2 램프 유닛(814)은 차폭등의 역할을 위한 광원일 수 있고, 제 3 램프 유닛(816)은 정지등 역할을 위한 광원일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 역할이 서로 바뀔 수 있다.
그리고, 하우징(810)은 제 1 내지 제 3 램프 유닛(812, 814, 816)들을 수납하며, 투광성 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 하우징(810)은 차량 몸체의 디자인에 따라 굴곡을 가질 수 있고, 제 1 내지 제 3 램프 유닛(812, 814, 816)은 하우징(810)의 형상에 따라, 휠 수 있는 면광원을 구현할 수 있다.
도 16은 실시예에 따른 램프 유닛을 포함하는 차량을 보여주는 평면도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 램프 유닛이 차량의 후미등에 적용될 경우, 차량의 후미등에 적용되는 램프 유닛의 안전 기준은, 등화(light)의 중심점을 기준으로 차량 외축의 수평각 45도에서 볼때, 투영 면적이 약 12.5 제곱센티미터 이상이어야 하며, 예컨대 제동등의 밝기는 약 4 ~ 420 칸텔라(cd)이어야 한다.
따라서, 차량 후미등은 광량 측정 방향에서 광량을 측정하였을 때, 기준치 이상의 광량이 제공되어야 한다.
실시예에 따른 램프 유닛은, 적은 수의 광원들만으로도, 기설정된 기준 방향인 광량 측정 방향으로 기준치 이상의 광량이 제공될 수 있는 면광원을 구현함으로써, 램프 유닛의 경제성 및 제품 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다.
즉, 실시예는, 첫째, 각 광원에 렌즈를 커버함으로써, 적은 수의 광원들로 면광원을 구현할 수 있다.
둘째, 광원과 광학 부재 사이에 도광판을 사용하지 않고, 광원과 광학 부재 사이의 빈 공간에 광 혼합(light mixing) 영역을 형성함으로써, 무게가 가볍고, 제작 단가가 저렴할 수 있다.
셋째, 휠 수 있는 베이스 플레이트 위에 다수의 광원들을 배치함으로써, 곡률을 이루는 장착 대상물에 적용할 수 있다.
따라서, 램프 유닛의 경제성 및 제품 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 광원 200 : 렌즈
210 : 연결 돌기 220 : 보강 돌기
400 : 베이스 플레이트 600 : 광학 부재
700 : 스페이서

Claims (12)

  1. 복수 개의 홀을 포함하는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 광원; 및
    상기 베이스 플레이트에 체결되어 상기 광원을 커버하는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는 제1 방향으로 기설정된 직경을 가지는 렌즈 바디와, 상기 렌즈 바디로부터 제2 방향으로 배치되고 상기 복수 개의 홀에 삽입되는 복수 개의 연결 돌기, 및 상기 렌즈 바디로부터 돌출되는 스토퍼를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 다른 방향인 램프 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 수직인 램프 유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 렌즈 바디로부터 상기 제2 방향으로 돌출된 램프 유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 연결 돌기와 접촉하는 램프 유닛.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 연결돌기와 일체형인 램프 유닛.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈 바디로부터 돌출되는 보강 돌기를 더 포함하는 램프 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 보강 돌기는 상기 스토퍼들의 사이에 배치되는 램프 유닛.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 보강 돌기는 상기 연결 돌기들의 사이에 배치되는 램프 유닛.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 보강 돌기는 상기 제2 방향으로 배치되는 램프 유닛.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 적어도 하나의 곡면을 가지는 램프 유닛.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 소자를 포함하고, 상기 렌즈는 복수 개가 구비되어 각각의 렌즈가 각각의 발광소자에 대응하는 램프 유닛.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 연결 돌기가 상기 베이스 플레이트에 삽입되어, 상기 베이스 플레이트에 결합되는 램프 유닛.
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